Формирование и изучение монослоев красителей, введенных в полимерную матрицу, страница 6

                                                      Свойства поверхностных монослоев

Для наших целей наибольший интерес представляют механические свойства. Они тесно связаны с наличием и видом трансляционного порядка в плоскости монослоя. Механические свойства могут дать ценную информацию о структурных превращениях и монослое. Кроме того, эти свойства определяют возможность переноса монослоя на твердую поверхность.

Методом отражательной или абсорбционной спектроскопии в основном наблюдают ориентацией молекулярных хромофоров (фрагментов, поглощающих свет) относительно водной поверхности. Эти наблюдения хорошо сочетаются с измерениями удельной поверхности, занимаемой молекулой на поверхности. При изменении поверхностного давления конформация сложной амфифильной молекулы может изменяться, приводя к фазовой перестройке монослоя, которую можно наблюдать по изменению спектра поглощения монослоя. С помощью люминесцентных измерений удобно следить за агрегатным состоянием монослоя, процессами молекулярной ассоциации, расслоением фаз и др. Дело в том, что спектр и квантовый выход люминесценции весьма чувствительны к характеру межмолекулярных взаимодействий.

Перенос монослоев на твердые подложки

Метод Ленгмюра-Блоджет

Идея состоит в том, чтобы, сформировав монослой на поверхности воды в подходящем фазовом состоянии, многократно провести сквозь него твердую подложку, ориентированную вертикально. Замечено, что лучше всего переносятся слои, образующие двумерную жидкокристаллическую фазу. Перенос может осуществляться при движении подложки как вверх, так и вниз; при этом твердая поверхность должна быть соответственно гидрофильной или гидрофобной.

Технически процесс осуществляется следующим образом. Вначале на поверхность дистиллированной воды или слабого водного раствора кислоты или щелочи с нужным значением rH впрыскивают раствор амфифильного соединения в легколетучем растворителе(бензол, толуол, CCl₄). Количество растворяемого вещества подбирается так, чтобы площадь его монослоя не превысила площадь рабочей ванны Ленгмюра. Затем с помощью плавучего барьера задают поверхностное давление, с тем чтобы перевести монослой в необходимое состояние. Это давление регистрируется весами Вильгельми или другим методом. С помощью автоматической микрометрической подачи подложка опускается или поднимается сквозь монослой, при этом скорость регулируется в пределах нескольких миллиметров в минуту. При движении подложки происходит осаждение монослоя на твердую поверхность, при этом поверхностное давление поддерживается постоянным.

Рис.2. Схема установки для получения пленок Ленгмюра-Блоджетт:

            1 – ванна;  2 - станина на амортизаторах;  3 - защитный кожух;

            4 - механизм подъема и опускания подложек;  5 - подложка; 

            6 - электрические весы Вильгельми;  7 - схема управления мотором ;

            8 - мотор, управляющий подвижным барьером;  9 - подвижный барьер.

Рис.3. Типы слоев ПЛБ

Y - (а), X -  (б), Z - (в)  тип

Для количественной оценки процесса вводится коэффициент переноса, который определяется по формуле [9]:

K =  @S / S_n,

где             S – уменьшение площади поверхности рабочей зоны в ленгмюровской

                  ванне при прохождении подложки сквозь монослой при p_н = const;

                  S_n – площадь поверхности подложки, на которую переносится монослой.

Процесс осаждения ленгмюровской пленки зависит от многих факторов, таких как очистка воды и общая чистота установки; значение pH водной субфазы; температура; обработка подложки; скорость нанесения и величина поверхностного давления; отсутствие механических вибраций в системе.

Типы пленок Ленгмюра-Блоджетт

В зависимости от условий нанесения можно получить либо центросимметричные ПЛБ Y-типа (Рис.3., а), в которых ориентация молекул в соседних слоях противоположна, либо нецентросимметричные ПЛБ X-типа (к подложке примыкают гидрофобные концы молекул) (Рис.3., б) и Z-типа (к подложке примыкают гидрофильные концы молекул) (Рис.3., в).