Полимолекулярные адсорбционные слои Ленгмюра Блажетта.

1 Введение
2 Основная часть
2.1 Амфифильные соединения
2.2 Полиморфизм монослоев
2.3 Метод Блоджетт – Ленгмюра
2.4 Другие способы получения мультислойных структур
3 Заключение
Список использованной литературы

Наибольший интерес молекулярное зодчество представляет для моделирования различных биологических процессов, в частности первичных стадий фотосинтеза. Можно считать успешными попытки моделирования молекулярной антенны (или «фотонной воронки»), а также фундаментального процесса фотокатализированного переноса электрона от донора к акцептору и процесса репликации информации на молекулярном уровне. Другие модельные биологические исследования, включая моделирование процесса самоорганизации материи, по-видимому, дело ближайшего будущего.
Техника
Внедрение молекулярного зодчества в технику идет по четырем направлениям. На первое место можно поставить микроэлектронику, где уже сегодня лэнгмюровские пленки могут быть использованы в серийных приборах. В первую очередь это относится к диэлектрическим прокладкам структур металл - диэлектрик – полупроводник, например полевых транзисторов, где величина тока, идущего по полупроводнику, управляется электрическим потенциалом металлического электрода, отделенного от полупроводника тонкой диэлектрической прокладкой. В полевых транзисторах на основе кремния роль диэлектрика выполняет естественный оксидный слой. Другие полупроводники не имеют оксидной пленки, и необходим дополнительный слой диэлектрика, обладающий высокой электрической прочностью. В качестве таких прокладок используются лэнгмюровские мультислои, например, на основе полимеризованных диацетиленов.
Сверхтонкие лэнгмюровские мультислои (толщиной 1-4 монослоя) используются также в качестве туннельных переходов в «холодных катодах», использующих свойства контакта между полупроводником и металлом. На таких контактах обычно формируется потенциальный барьер Шоттки. Под действием света на контакте полупроводника с металлом и полупроводником улучшает эффективность преобразования световой энергии в электрическую. Так, эффективность «холодного катода» на теллуриде кадмия n-типа увеличивается в 1,4 раза, если на полупроводник нанесены два монослоя замещенного антрацена.
Благодаря высокой электрической прочности и возможности изготовления пленок строго опреедленной и очень малой толщины лэнгмюровские моно- и мультислои оказываются весьма удобными диэлектриками для изготовления конденсаторов большей емкости. Емкость достигает значений 0,1 мкФ*см -2 при напряженности поля, соответствующей пробою.3*106 см -1. На лэнгмюровских пленках можно реализовать и конденсаторы, изменяющие емкость под действием внешнего поля.
Особый тип упаковки молекул в лэнгмюровских пленках позволяет получить в них высокий квантовый выход люминесценции и электролюминисценции (возникающей при протекании электрического тока). Электролюминофоры на основе лэнгмюровских пленок могут оказаться перспективными для создания электролюминесцентных устройств отображения информации (цифровых табло, панелей, плоских телевизионных экранов и т.д.). Создание донорно-акцепторных мультислоев, использование поверхностно-активных комплексов и автокомплексов с переносом заряда, а также изготовление твердых мультислоев на основе ион-радикальных солей приведет к созданию молекулярных выпрямителей тока и более сложных транзисторных структур.
Вполне конкретных успехи достигнуты в области создания с помощью ленгмюровских монослоев фото- и рентгенорезисторов высокого разрешения. Применение лэнгмюровских пленок в оптике основано прежде всего на возможности вариации их коэффициентов преломления при строго заданной толщине пленки. Отсюда вытекает возможность создания оптических эталонов толщины, просветляющих покрытий и интерференционных фильтров, а также рентгеновских дифракционных решеток и сверхрешеток. Рентгеновские решетки на основе мультислоев могут быть полезны при создании лазеров рентгеновского диапазона.
Сильный дихроизм лэнгмюровских монослоев, образованных поверхностно-активными красителями, особенно в агрегированном состоянии, позволяет использовать эти структуры для создания эффективных пленочных поляроидов. Избирательное поглощение света красителями может быть использовано и при разработке пленочных лазеров для выделения определенных спектральных компонент излучения (селекция мод), формирования ультракоротких импульсов и т.д. Можно также ожидать, что нелинейно-оптические свойства полярных мультислоев найдут достаточно широкое применение в ближайшем будущем.
Большой интерес лэнгмюровские пленки представляют для интегральной оптики. Их можно использовать при создании как самых световодных элементов, так и для обкладок световодов. При этом техника получения мультислоев позволяет сконструировать необходимый профиль коэффициента преломления поперек интегрально-оптической структуры. Уже сегодня достигнуто достаточно высокое оптическое качество таких структур.
Передачу энергии возбуждения и векториальный перенос электрона можно с успехом использовать для сенсибилизации традиционных фотографических материалов. Эксперименты, проведенные с кристаллами бромистого серебра, показали, что AgBr сенсибилизируется за счет переноса электрона от монослоя возбужденного красителя. Наличие акцептора электронов приводит к подавлению эффекта сенсибилизации. Специально изготовленные мультислои на поверхности фоточувствительного кристалла позволяют одновременно реализовать передачу энергии от одного красителя ко второму. (по механизму «фотонной воронки»), который в свою очередь отдает электрон кристаллу. Это приводит к весьма эффективной сенсибилизации фотографического процесса.
Особый интерес для техники представляет новый способ записи и репликации информации на молекулярном уровне, недавно предложенной Куном. Запись на лэнгмюровских пленках может осуществляться с помощью электронного луча, вызывающего какой – либо фотохимический процесс. Перезапись информации с одного монослоя на другой осуществляется контактным путем подобно тому, как осуществляется репликация рибонуклеиновой кислоты в хромосомах клетки.
Первые же попытки создания пироэлектрических элементов на основе полярных мультислоев привели к значениям пирокоэффициента, всего лишь на порядок ниже соответствующей величины для лучших пленочных пироэлектриков. Учитывая низкие значения диэлектрической проницаемости, повышающие фактор качества пироэлектрических материалов, можно считать перспективной дальнейшую разработку пироэлектрических датчиков излучения на основе лэнгмюровских мультиструктур.
Линейный эффект Штарка, наблюдаемый в полярных пленках поверхностно-активных красителей, оказывается полезным при разработке быстродействующих тонкопленочных световых модуляторов. Имеются также предложения использовать туннельные переходы в лэнгмюровских монослоях для создания высокочувствительных измерителей магнитного поля.
Приборостроение нуждается в высокочувствительных датчиках, позволяющих анализировать малые концентрации примесей различных газов, паров воды, ионных примесей в растворах и т.д. Существует разработка гигрометров на основе мультислоев бегената кадмия с электродом из пленки золота, пропускающей молекулы воды. Емкость такой структуры зависит от количества воды, продиффундировавшей сквозь золотой электрод. Избирательность по отношению к различным примесям можно обеспечить с помощью специально изготовленных мультислоёв, нанесенных на открытую поверхность полевого транзистора, чувствительную к посторонним примесям. Мультислои могут включать в себя различные биологически активные молекулы, обеспечивающие избирательный транспорт молекул-примесей (например, по механизму действия ионофоров в мембранах). Созданы приборы, регистрирующие газы, такие как аммиак, оксид углерода и водород..
Весьма оптимистически оцениваются возможности молекулярного зодчества в химии и энергетике. Одним из путей реализации преобразования солнечной энергии в электрическую является фоторазложение воды на кислород и водород; фотокатализатором при этом могут служитьповерхностно-активные комплексы некоторых металлов (например, рутения). Другой путь преобразования энергии заключается в создании солнечных батарей по аналогии с полупроводниками p-n-переходами. Кроме того, могут применяться твердые лэнгмюровские мультислои, образованные донорными и акцепторными соединениями, а также электролитические ячейки, в которых лэнгмюровские монослои нанесены на твердую подложку с оптически прозрачным электродом. В первом случае эффективность преобразования достигает лишь сотых долей процента при квантовом выходе фототока порядка десятых долей процента; во втором варианте квантовыфй выход может достигать 12-16%. Соответствующая эффективность преобразования энергии более чем на порядок ниже эффективности, характерной для полупроводниковых солнечных батарей. Ленгмюровские слои очень дешевы и технологичры. Это обстоятельство весьма существенно, когда речь идет о необходимости «сбора» солнечной энергии с больших площадей. Кроме того, можно использовать принцип «фотонной воронки» для сбора световой энергии с помощью комбинации красителей в схеме преобразователя с электролитической ячейкой. Это должно дать заметный выигрыш в эффективности преобразования
Мы вправе ожидать от направления молекулярного зодчества новых научных открытий и важных практических приложений.


Список использованной литературы
Арсланов В.В. Полимерные монослои и пленки Ленгмюра – Блоджетт. Влияние химической структуры полимера и внешних условий на формирование и свойства организации планарных ансамблей // Успехи химии. 1994г. №1
Блинов Л.М. Физические свойства и применение ленгмюровских моно- и мультиструктур // Успехи химии. 1983г. №8
Букреева Т.В. Монослои и пленки Ленгмюра – Блоджетт солей стеариновой кислоты и металлов-компонентов высокотемпературного сверхпроводника Yba2Си3 07. Диссертация канд. хим. наук. 02.00.04 М., 2000г.
Букреева Т.В., Арсланов В.В. и др. Пленки Ленгмюра – Блоджетт из солей жирных кислот двух- и трехвалентных металлов: стеараты Y, Ba, Cu // Коллоидный журнал. 2003г. №2
Гольденберг Л.М. Применение электрохимических методов для изучения электроактивных пленок Ленгмюра – Блоджетт // Успехи химии. 1997г. №12
Горин Д.А. Влияние модификации пленок Ленгмюра – Блоджетт Диметилоктадециламмониевой соли полиамидокислоты на их электрофизические и оптические свойства. Диссертация канд. хим. наук 02.00.04 Саратов 2000г.
Левшин Н.Л., Пестова С.А. Влияние фазового перехода на адсорбционные свойства полярных пленок Ленгмюра – Блоджетт // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 1992г. №2
Казначеев А.В., Ковалевский А.Ю., Ронова И.А. Монослои Ленгмюра из алкилированных тетраазидцикленов на поверхности воды // Коллоидный журнал 2000г. №5
Калинина А.В., Арсланов В.В. Ион – чувствительные монослои и пленки Ленгмюра – Блоджетт дифильного циклена: селективность и регенерация // Коллоидный журнал 2003г. №2
Калинина А.В., Арсланов В.В. Монослои и пленки Ленгмюра –Блоджетт акрилзамещенных тетраазакраунов, содержащих ионы и наночастицы металлов // Коллоидный журнал 2001г. №3
Мазурина Е.А., Мягков И.В. Явление индуцированного коллапса в процессе формирования альтернативных пленок Ленгмюра – Блоджетт // Коллоидный журнал 2002г. №3