Типы плёнок Лэнгмюра-Блоджетт

При образовании полимолекулярных слоев возможно три типа переноса монослоя на твердую подложку: Х - тип, когда монослой переносится только при движении твердой основы вниз; У - тип, когда монослой переносится на твердую основу при движении как вниз, так и в верх; и Z - тип, когда монослой переносится на подложку только при ее движении вверх.

Пленки Лэнгмюра - Блоджетт обычно переносятся при высоких поверхностных давлениях с Y-типом переноса, где монослой перенесен на твердую фазу при движении подложки вниз и вверх, но при увеличении количества перенесенных на подложку слоев, тип переноса изменяется сначала на ХУ-тип, а потом на Х-тип.

Существуют различные данные касающиеся ориентации молекул в пленках Лэнгмюра - Блоджетт относительно движущейся подложки, некоторые данные указывают на наличие взаимодействия между ними, а другие отрицают это.

Первые попытки объяснения механизма образования различных типов переноса монослоя на твердую основу были предприняты почти одновременно Лэнгмюром и Бикерманом. Бикерман определил краевые углы на границе раздела фаз (поверхность полимолекулярной структуры - вода - воздух) для полимолекулярных структур, полученных при различных типах переноса. Он обнаружил, что гидрофильный характер поверхности увеличивается в ряду X-Y-Z и выдвинул предположение, что тип переноса монослоя на твердую подложку зависит от смачиваемости поверхности. Бикерман считает, что определяющим тот или иной тип переноса монослоя физико - химическими характеристиками являются динамические краевые углы: угол натекания , образующийся при движении твердой основы вниз, и угол оттекания , образующийся при обратном движении. В том случае, когда >90^о, а < 90^о, реализуется У - тип переноса монослоев. В случае, когда оба угла и больше 90^о, происходит перенос слоя по Х - типу, а когда оба угла меньше 90^о, - по Z - типу.

Однако нетрудно проследить, что рассуждения Бикермана, хорошо объясняющие механизм образования У - слоев, в случае Х - или Z - типу переноса, применимы не далее первого слоя, т.к. во-первых, не понятно каким образом происходит закрепление слоев при соприкосновении их полярной и неполярной частью. Во-вторых, каким образом полимолекулярные структуры, образованные при Х - или Z - типе переноса обладают таким же межплоскостным расстоянием, как и структура У - типа. Структура, образованная при переносе Х - типа, согласно механизму Биккермана без каких-либо дополнений, изображена на рисунке выше. Как видно из рисунка, в такой структуре слои ионов металла отделены друг от друга не двойными слоями углеводородных цепей жирной кислоты, а одинарными и межплоскостное расстояние в этом случае (как впрочем и в случае Z - типа) должно составить одну длину молекулы жирной кислоты, т.е. 25А в случае стеарата.

Однако, как было показано уже в работе Блоджетт и ряде других работ, окончательные структуры, полученные как в условиях Х- , так и в условиях У- типа переноса, абсолютно идентичны по расстоянию между двумя рядами ионов металла

Другое объяснения причины образования Х и У типов переноса слоя предлагается Лэнгмюром, который в своей работе базируется на результатах собственных измерений смачивания полимолекулярных структур различных типов различными жидкостями, данных из работ Блоджетт и результатах измерений краевых углов и скачков потенциала на полимолекулярных слоях Х- и У - типа. Это объяснение основано на предположении, что при образовании полимолекулярных слоев по Х - типу должна происходить коренная перегруппировка молекул, включающая в себя возможность перевертывания целых молекулярных слоев. При этом Лэнгмюр допускает, что половина слоев переворачивается один раз, тогда как другая половина переворачивается дважды за время образования полимолекулярных структур. Идея Лэнгмюра о возможности переворота монослоев в процессе образования ПМС была подвергнута критике Биккерманом и продолжает служить объектом для критических замечаний до настоящего времени. Однако внимательное рассмотрение последних работ, посвященных объяснению механизма различных типов переноса монослоя, показывает, что гипотезы, выдвигаемые в этих работах, также не свободны от недостатков, а взгляды Лэнгмюра не всегда правильно трактуются.