界面化学北京化工大学第七章 不溶物表面膜.ppt

第七章 不溶物表面膜 LB膜成膜原理 LB膜材料在亚相上的展开机理 典型的LB膜材料及有序单分子层的形成 亚相液面上单分子膜的特征参数及状态 将一定量的微溶物或不溶物B置于液体A上（在LB膜方法中，A称为亚相），使其开始时以适当的厚度存在 要使成膜材料在亚相上自发展开，必须将具有低表面张力的液体放在高表面张力的液体上。反之，高表面张力的液体预期不能在具有低表面张力的液体上展开 由于表面成膜物称重很不方便，所以制备LB膜的一般方法是将极其微量的成膜材料溶于挥发性溶剂中，然后滴于亚相表面上，展开成膜。当溶剂挥发后，留下单分子膜。这种挥发性溶剂在亚相水面上的展开系数必须大于零，才能使铺展得以进行。例如，氯仿、苯等便是满足此条件的溶剂。 典型的LB膜材料及有序单分子层的形成 LB成膜材料必须具有双亲基团（也称作两性基团），即亲水基团和疏水基团，而且亲水基团和疏水基团的比例应比较合适。 如果作为分子的整体亲水性强，则分子就会溶于水，如果疏水性强，则会分离成相。 正是这种既亲水又疏水的特殊的LB膜材料，才能够保持“两亲媒体平衡”状态，它可以在适当的条件下铺开在液面上形成稳定的单分子膜，而又不凝聚成单独的相，从而可以直接淀积于基板上形成LB膜。可见亲水基和疏水基的具备对于LB膜的形成具有重要意义。 常见的亲水基和疏水基 亲水基：-COOK，-SO4Na，-COONa，-SO3Na， -N(胺) ，-COOH，-OH等 疏水基：-CH2-，-CH3=CH-，-CH2-CO-CH2-， -CF2-，-CF3等 先将两性成膜材料溶解到诸如氯仿等有机溶剂中，再将其滴注到亚相液面上，待亚相液面上的溶剂挥发后，具有双亲基团的分子便留在液面上。 亲水与疏水共同作用的结果是：在液面上形成单分子层，亲水基团位于靠近水的一侧，而疏水基团则位于空气的一侧 当用挡板对亚相液面上的单分子层进行压缩时，由于亲水基团和疏水基团的作用，就使得分子一个个整齐地“站立”于亚相表面上，从而形成了整齐有序密集排列的单分子层 LB膜的淀积方法 （1）垂直提拉法 （2）水平提拉法 （3）单分子层水平转移技术 （1）垂直提拉法 利用适当的机械装置，将固体（如玻璃载片）垂直插入水面，上下移动，单分子膜就会附在载片上而形成一层或多层膜。 （2）水平提拉法 在拉膜前，首先将固体载片上涂敷一层硬脂酸，然后将其水平接触液面上的单分子层膜（如图所示）。同时将挡板置于固体载片两侧，提拉固体载片。重复此过程，就可形成X型LB膜。它可以很好地保留分子在液面上的凝聚态和取向。 LB膜技术的优点 （1）膜厚为分子级水平（纳米数量级），具有特殊的物理化学性质； （2）可以制备单分子膜，也可以逐层累积，形成多层LB膜或超晶格结 构，组装方式任意选择； （3）可以人为选择不同的高分子材料，累积不同的分子层，使之具有 多种功能； （4）成膜可在常温常压下进行，不受时间限制，所需能量小，基本不 破坏成膜材料的高分子结构； （5）LB膜技术在控制膜层厚度及均匀性方面远比常规制膜技术优越； （6）可有效地利用LB膜分子自身的组织能力，形成新的化合物； LB膜结构容易测定，易于获得分子水平上的结构与性能之间的关系。 LB膜技术的缺点 （1）由于LB膜淀积在基片上时的附着力是依靠分子间作用 力，属于物理键力，因此膜的机械性能较差； （2）要获得排列整齐而且有序的LB膜，必须使材料含有两 性基团，这在一定程度上给LB成膜材料的设计带来困 难； （3）制膜设备昂贵，制膜技术要求很高。 气—液界面上的单分子层示意图 整齐排列的单分子层示意图 LB膜的结构类型 混合膜 交替膜 * 7.1 简介 7.2 不溶物表面膜的制备 7.3 表面压、表面电势和表面粘度 7.4 π—A曲线与不溶膜类型 7.4.1 不溶膜的类型 7.4.2 膜性质和状态的影响因素 7.5 Langmuir-Blodgett薄膜（LB膜）技术与 LB膜 7.6 不溶膜上的化学反应不溶膜上的化学反应 7.1 简介 随两亲分子疏水基变大，它在水中的溶解度降低而表面活性增强。即：它在溶液表面和内部的分布上更偏向于在表面上。当两亲分子的疏水基大到一定程度，在水中的浓度便小得可以忽略。此时两亲分子的表面定向层可以通过在水面上铺展的方法形成表面膜，称之为铺展膜。它和吸附膜一样也是定向单分子层，其热力学和吸附膜是一样的，常称之为不溶膜（insoluble film）或不溶物单分子层（insoluble