Роль поверхностного натяжения в образовании мономолекулярного слоя

Кафедра «Микро- и нанотехники»

Утверждаю

Зав. кафедрой МНТ

___________Ю.М. Плескачевский

Лабораторная работа № 6

По дисциплине «Материалы микро- и наносистемной техники»

«Получение мономолекулярных слоев на кремнии с использованием технологии Ленгмюра-Блоджетт»

Составитель

доцент Кузнецова Т. А.

Минск 2013

Цель работы: Получить практические навыки нанесения моно- и мультимолекулярных органических пленок методом Ленгмюра–Блоджетт на твердые поверхности и определения их толщины методом атомно-силовой микроскопии.

Теоретическая часть

Амфифильные молекулы

Ленгмюровские пленки - мономолекулярные пленки нерастворимых амфифильных веществ на поверхности жидкости.

Одни органические молекулы гидрофильны, а другие гидрофобны. Однако, существуют сложные молекулы, разные части которых обладают в этом отношении разными свойствами, а молекула в целом называется амфифильной

Например, в молекуле стеариновой кислоты, имеется полярная головка, образованная группой — СООН, которая может отдать свой протон воде, а сама зарядиться отрицательно. Головка, таким образом, будет удерживаться в воде силой кулоновского притяжения. В то же время гидрофобный углеводородный хвост — С17Н35 выталкивается из воды. Для такой молекулы характерно расположение на границе раздела жидкой и газовой фазы.

К амфифильным веществам относятся мыла (соли жирных кислот), фосфолипиды, из которых строятся биологические мембраны.

Рисунок 1 – Расположение молекулы стеариновой кислоты на поверхности воды

Межмолекулярное взаимодействие внутри жидкости и на поверхности раздела фаз

Молекулы, находящиеся на границе раздела фаз, испытывают действие межмолекулярных сил в большей степени со стороны жидкой фазы f1, чем со стороны газообразной f2 (f1 >> f2). Результирующая сила Р, пропорциональной разности сил (f1 - f2), направлена внутрь жидкости.

Эта сила, отнесенная к единице поверхности (1 м2), называется внутренним (молекулярным) давлением pM.

Рисунок 2 - Межмолекулярное взаимодействие внутри жидкости и на поверхности раздела фаз

Молекулярное давление определяется силой сцепления молекул, оно тем выше, чем полярнее вещество.

Роль поверхностного натяжения в образовании мономолекулярного слоя

Увеличение поверхности сопровождается увеличением поверхностной энергии системы – энергии Гиббса. Бесконечно малое изменение поверхностной энергии Гиббса dG с бесконечно малым изменением поверхности dS при постоянстве давления p и температуры T дается выражением:

dG=σdS,

где σ - поверхностное натяжение. Таким образом, поверхностное натяжение

σ=(G/dS)| T,p,n = const,

где n – число молей компонентов.

Энергетическое определение: поверхностное натяжение – есть удельная свободная поверхностная энергия Гиббса. Тогда поверхностное натяжение равно работе затраченной на образование единицы поверхности (Дж/м2).

Силовое определение: поверхностное натяжение – это сила, на поверхности по касательной к ней и стремящаяся сократить поверхность тела до минимально возможной при данном объеме и условиях (Н/м).

[Дж/м2 = Нм/м2 = Н/м]

Согласно второму закону термодинамики, энергия Гиббса системы самопроизвольно стремиться к минимальному значению.

С увеличением температуры значение поверхностного натяжения границы раздела “газ-жидкость” уменьшается

Поиск по сайту: