L-B膜与L-B技术

00 L B膜与L B技术 薛青芳重点实验室1015043012 01 L B膜与L B技术 L B膜的制备 L B膜的类型 L B膜的应用 L B膜与L B技术 主要内容 02 1 L B膜与L B技术 L B技术是指表面化学家Langmuir和他的学生Boldgets女士首创的膜转移技术 L B技术可用于分子组装 是高新科学技术发展中的一个热点 利用L B技术将水面上的单分子膜转移到固体表面上 如果将单分子层膜一层一层地叠加在固体基片上形成层积膜则这种膜称为L B膜 2 L B膜的制备 2 1基本原理 将两亲性不溶有机物在底液 也称底相或亚相 上形成的固态膜转移沉积到固体基底 或称基片 上常称为Langmuir Blodgett技术 其基本原理是在保持底液上不溶物单层表面压的条件下 使基片 如玻璃片 硅片 云母片等 以适宜的速率和方式通过单层与底液界面 使膜逐层转移至基片上 制备LB膜的装置如图6 21所示 2 2L B膜的制作步骤 现以在亲水性的固体基片上转移单分子层过程予以说明 大致步骤如下 2 2L B膜的制作步骤 2 2L B膜的制作步骤 将两亲性成膜有机物溶解于易挥发又不与水混溶的有机溶剂 通常用氯仿cHCl3 将亲水性固体基片表面的转移体基片浸入纯水底液中 用针筒将成膜物溶液逐滴加到可移动挡板之间的水面上 待溶剂挥发后 移动调节挡板 对单层膜施压 通常使表面压达20 40raN m1 使单层膜处于液态凝聚状态 图6 22 a 2 2L B膜的制作步骤 2 2L B膜的制作步骤 在恒定表面压条件下 将亲水基片从水底液中抽出 在基片上抽时水面上的单层以其亲水基朝向固体基片 疏水基暴露于空气中的定向方式转移至基片上 这种单层膜的转移可使高表面能 约50mN m 1 的固体表面转变为相对较低表面能 约20 30mN m一1 的固体表面 图6 22 b 2 2L B膜的制作步骤 2 2L B膜的制作步骤 将已载有一单层的基片插入底相 仍需保持恒表面压 发生第二层转移 只是此时是成膜物碳氢链朝向固体基片 形成尾一尾排列图像 图6 22 c 2 2L B膜的制作步骤 2 2L B膜的制作步骤 将已转移有两层成膜物的基片从底相中抽出 发生第三层转移 形成头一头相对的图像 碳氢链暴露在空气相中 图6 22 d 原则上有足够长的疏水基团的两亲分子都有形成LB膜的能力 这些物质有长链脂肪酸 染料 荧光化合物 低聚物和部分高聚物 某些蛋白质和酶等生物物质等 2 2L B膜的制作步骤 常用的铺展剂 溶剂 有氯仿 正己烷 苯 二甲亚砜等 这些溶剂都是化学惰性的 挥发速度适中 与底相不混溶且密度小 与成膜物亲和力强是其良溶剂 常用的固体基片有石英玻璃 硅片 云母片 Pt Au片等 基片事先都要经严格处理 疏水基片常是将亲水基片疏水化处理后得到的 3 L B膜的类型 如上所述 将固体基片在恒定表面压的条件下插入或抽出有凝聚态单层膜的底液表面可将成膜物以一定取向方式转移至基片上 因转移方式不同 在基片上转移的各单层间成膜分子定向方式不同可使LB膜有不同的结构类型 X型 Y型和Z型 图6 23 3 L B膜的类型 3 L B膜的类型 X型的LB膜中各单层都按亲水基朝向空气相排列 即为基片一尾一头一尾一头排列 此处之头 尾系成膜物分子的亲水端基 图6 23中之圆圈 和疏水基 图6 23中之波纹线 Y型中两层分子以头对头 尾对尾排列 即基片一尾一头一头一尾排列 Z型中成膜分子以基片一头一尾一头一尾排列 4 L B膜的应用 LB膜也称为层积膜 若改变各层的化学组成可得到复合层积膜 利用LB膜技术在一定条件下可以制备出有特定电学 光学性能的超薄膜 使其有望作为非线性光学材料及用于大规模集成电路元器件和分子水平电子器件的研制 4 L B膜的应用 1 光电化学研究应用LB膜技术可以将不同性质的分子组装到LB膜上 也可以对组装分子进行修饰 使特定功能的基团组装在一个分子中 再制成LB膜 天然生物分子 有机染料分子或经过修饰的这些分子组装成LB膜 可以进行光电转化的研究 4 L B膜的应用 2 非线性光学材料作为电磁波的光辐射到电介质时会引起产生暂时的诱导极化 若极化强度与电场强度为线性关系 即光的频率不随电介质而变化为线性光学 当用强光 如激光 辐射时 在此强电场作用下 有些电介质产生的诱导极化强度与电场强度间不是简单的线性关系 也就是说这些物质可将入射的基频激光转化成倍频和三倍频出射光 有这种性质的物质称为非线性光学材料 4 L B膜的应用 广义地讲 非线性性质是指物质的性质随施予物质的信号强度变化而变化 因此具有非线性性质的LB膜有望用于制作吸收声j光 电波的器件 红外检测及光电子学器件等 4 L B膜的应用 3 特殊功能性应用 1 气敏传感膜酞菁LB膜可用于气敏