Формирование и изучение монослоев красителей, введенных в полимерную матрицу

Дипломная работа

Тема: Формирование и изучение монослоев красителей, введенных в полимерную матрицу

Ведение

В настоящее время в развитии науки и новейшей технологии все большее внимание уделяется проблеме всестороннего  изучения и практического применения ультратонких, упорядоченных на молекулярном уровне  искусственных структур-пленок Ленгмюра-Блоджет (ПЛБ). ЛБ-пленки являются перспективными материалами для химических и биологических сенсоров, нелинейных оптических элементов, устройств молекулярной электроники и др.[1, 6, 20].

Применение технологии Ленгмюра-Блоджетт дает возможность получать ультратонкие, высокоупорядоченные слои  с точно контролируемой толщиной и направленной ориентацией молекул. Поэтому исследование таких организованных систем представляет значительный интерес с точки зрения как фундаментальной теории молекулярной спектроскопии (изучение межмолекулярных взаимодействий, процессов с участием возбужденных состояний, путей и механизмов дезактивации энергии электронного возбуждения), так и возможных применений в сфере новейших технологий.

Цель данной работы заключалась в:

-исследовании поведения монослоев, содержащих красители, на границе раздела фаз воздух/вода;

-получение пленок Ленгмюра-Блоджетт, содержащих красители;

-исследование люминесцентных свойств в пленках Ленгмюра-Блоджетт;

-исследование поведения монослоев, содержащих краситель, в различных средах.

Структура и объем работы Бакалаврская работа изложена на       страницах, включая введение,     глав, выводы, список литературы. Работа содержит     рисунка и    таблиц.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Пленки Ленгмюра-Блоджетт

Под ленгмюровскими пленками чаще всего понимают мономолекулярные слои поверхностно-активных органических веществ, находящиеся на границе раздела жидкой (как правило, это вода ) и газообразной  (воздух) фаз. Если же эти монослои переносить на твердые подложки, то получится твердая мономолекулярная или мультимолекулярная пленка, называемая пленкой Ленгмюра-Блоджет [1].

Образование мономолекулярных поверхностных пленок характерно для амфифильных веществ. Это сложные органические молекулы разные части которых  обладают  разными свойствами, т.е. одна часть является гидрофобной, а другая -  лиофобной. Например, в молекуле стеариновой кислоты, показанной на рис.1, имеются полярная головка , образованная группой –СООН, которая может отдать свой протон воде , а сама зарядится отрицательно. Головка, таким образом, будет удерживаться  в воде силой кулоновского притяжения. В то же время гидрофобный углеводородный хвост –С₁₇Н₃₅ выталкивается из воды. Компромиссным является расположение молекулы  на границы раздела жидкой и газовой фазы. Именно поэтому  вещества такого типа называются еще и поверхностно-активными.

Монослои амфифильных молекул на границе раздела вода-воздух, с одной стороны, служат прямыми предшественниками ЛБ-пленок, а с другой - являются простейшей моделью биологических мембран и используются для исследования различных физико-химических процессов, в этих мембранах [7].

Рис.1. Модель молекулы стеариновой кислоты и ее химическая формула

1.1.1. Фазовые переходы в монослое

Что получится, если попытаться смешать с водой некоторое количество амфифильного вещества? Конечно, какая-то часть все-таки растворится (порядка, скажем, 10^-6 моль/м⁸). Другая часть молекул 'вынырнет' на поверхность воды. Третья

часть будет собираться в сферические агрегаты-мицеллы, стараясь спрятать свои гидофобные хвосты внутрь мицелл. Дальнейшее увеличение концентрации приведет к образованию цилиндрических мицелл, а затем и слоистой (ламеллярной) жидкокристаллической фазы. На поверхности воды при этом образуется сплошной мономолекулярный слой амфифильных молекул. Свойства лиотропных жидкокристаллических фаз неоднократно обсуждались ранее [13, 14], здесь же нас интересуют свойства монослоя, лежащего на границе раздела фаз. Его можно получить  и более ''чистым'' путем, так, чтобы существенно не  изменить свойств водной среды [1].

Фазовым состояниям монослоев низкомолекулярных соединений до сих пор уделяется большое внимание. Существует несколько классификаций эти состояний [51-53], предложенных Адамом [44],  Дервишианом [54], Гаркинсом [43], Стенхагеном [55], Линдквистом [56], Лином [57]. Кроме того, и сейчас продолжается уточнение структуры монослоев в различных состояниях, а также появляются сообщения об обнаружении новых состояний монослоев малых молекул [58].