lb膜的介绍与应用

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1、LB膜及其在光学方面的应用安培09410309100109应化摘要LB膜结构在光学领域的应用十分广泛，特别是在光计算机的应用发挥着十分重要的作用，更加引起了科学家的广泛关注。着重介绍了LB膜的制备及其在扫描探针显微镜方面的应用关键词LB膜亲水基疏水基光学LB膜是用特殊的装置将不溶物膜按一定的排列方式转移到固体支持体上组成的单分子层或多分子层膜。该膜最早由朗缪尔和布劳杰特提出而得名，是利用langmuir-blodgett技术制备的超薄膜。它是人工利用分子间相互作用而设计和建立的特殊的分子体系。是有机高分子单分子膜的一种堆积技术。用来制备LB膜的技术称为LB膜技

2、术。与传统的真空中物理、化学气相制备薄膜方法不同,LB膜的制备过程经历了由气相到液相至固相的连续相变过程。而这种相变过程又是在室温和界面上发生的物理过程。一、LB膜的历史在适当的条件下，不溶物单分子层可以通过特定的方法转移到固体基底上，并且基本保持其定向排列的分子层结构。这种技术是20世纪二三十年代由美国科学家LLangmuir及其学生K．Blodgett建立的一种单分子膜制备技术，它是将兼具亲水头和疏水尾的两亲性分子分散在水面上，经逐渐压缩其水面上的占有面积，使其排列成单分子层，再将其转移沉积到固体基底上所得到的一种膜。根据此技术首创者的姓名，将此技术称为L

3、B膜技术。习惯上将漂浮在水面上的单分子层膜叫做Langmuir膜，而将转移沉积到基底上的膜叫做Langmuir-Blodgett膜，简称为LB膜。 LB膜的研究起始于本世纪30年,首先是由I.Langmuir及其学生K.Blodgett提出的[1]。但由于当时使用的制膜材料多为简单的二嗜性分子,因而在很大程度上限制了膜功能的开发。60年代初期,H.Kuhn[2]首先用LB膜技术通过单分子膜的组装来构造分子有序体系,并首次把具有光活性的二嗜性染料分子引入LB膜。这对LB膜研究的发展产生了重大影响[2,3]。被誉为划时代的贡献。  到了80年代,LB膜技术已经引起

4、物理学、生物学、电子学、光学、化学、材料学、摩擦学等领域国内外学者的普遍关注,并在许多方面得到了应用,取得较大的进展[3～7]。近年来,LB膜作为高技术领域的一项新技术,越来越受到一些发达国家的重视。二、LB膜的特点1）膜厚为分子级水平（纳米级）,具有特殊的物理化学性质;2）可以一层一层累积起来,形成多层分子层或各种超晶格结构;3）人为的选择各种不同高分子材料,累积不同的分子层使之具有多种功能;4）可在常温常压下形成,需要的生成能量小,又不破环高分子结构;5）几乎所有的分子都能形成LB膜,并且在次序上可以任意安排;6）可有效地利用LB膜分子自身的组织能力,形成

5、新的化合物三、LB膜的制备1、LB膜材料的基本要求LB膜材料的基本要求是分子具有两亲性，一方面，分子应具有与水有一定亲合力的亲水端，如羧基-COOH，可溶于水；另一方面，分子应同时具有足够长的疏水脂肪链(一般要求在16~22个碳之间)，使分子能在水面上铺展而不溶解，当这些材料滴加在水的表面时，在空气与水的界面上具有形成一个分子厚度薄膜的能力。LB膜的溶剂：（1）溶剂必须是化学惰性的，不能与成膜材料和亚相起化学反应；（2）对成膜材料具有足够的溶解能力，成膜材料在溶剂中能形成分子溶液；（3）溶剂不能溶解于亚相溶液，同时具有在亚相上良好的铺展性；（4）溶剂的挥发速度

6、适中，能在适当的时间内蒸发掉，而不残留在凝聚的单分子压缩层内；（5）具有相对较低的密度，这可以减少因溶剂比水重而沉入亚相底部的可能性；（6）铺展溶剂应该具有非常高的纯度，避免杂质对膜性质的影响。2、成膜的基本过程典型的LB膜成膜材料必须是具有“双亲性”,即亲水基和疏水基的化合物。通常的LB膜成膜过程可分为三个基本阶段:1）液面上单分子膜的形成。首先将成膜材料溶解在诸如苯、氯仿等不溶于水的有机溶剂之中,然后滴加在水面上铺展开来,材料分子被吸附在空气-水的界面上（图1a）;2）待溶剂蒸发后,通过一可移动的挡板,减少每一分子所占有的面积（即水面的面积/滴入的分子数）

7、。在某一表面压下,各个分子的亲水基团与水面接触。疏水基因与空气一侧接触,即所有分子在亚相表面都基本上成对地取向排列并密集充填而形成单分子层（图1b）;3）通过机械装置以一定的速度降下基片,亚相表面的单分子层便转移到基片上;如果再提升基片,则第二层单分子层又转移到基片上。3成膜方式LB膜在固体衬底上沉积的方法,最通用的是垂直浸渍法。有时也采用水平浸渍法。根据有机分子功能团对接方式又可分为X挂法（膜）、Y挂法（膜）、Z挂法（膜）。垂直浸渍法的特点是挂膜时固体载片与水平面始终呈垂直状态。（1）X-挂法（或X膜） 载片只是在下降时挂上单分子膜,而上升时不挂。这样制备得

8、的多层单分子膜称为X型膜。这种膜的特征