ساختار مزوژن ها در نمونه های انبوه و فیلم های لانگمویر-بلاجت

-- [ صفحه 1 ] --

به عنوان نسخه خطی

الکساندروف آناتولی ایوانوویچ

ساختار مزوژن ها در نمونه های حجمی

و فیلم های لانگمویر-بلادجت

تخصص: 01.04.18 - کریستالوگرافی، فیزیک کریستال

پایان نامه برای درجه دکتری علوم فیزیک و ریاضی

مسکو 2012 www.sp-department.ru

این کار در موسسه بودجه ایالتی فدرال آموزش عالی حرفه ای "دانشگاه دولتی ایوانوو" انجام شد.

مخالفان رسمی:

اوستروفسکی بوریس ایزاکوویچ، دکترای علوم فیزیکی و ریاضی، مؤسسه علوم بودجه ایالت فدرال مؤسسه کریستالوگرافی به نام A.I. A.V. شوبنیکوف از آکادمی علوم روسیه، محقق برجسته آزمایشگاه کریستال های مایع دادیوانیان آرتیوم کنستانتینوویچ، دکترای علوم فیزیکی و ریاضی، استاد، موسسه بودجه دولتی فدرال آموزش عالی حرفه ای "دانشگاه منطقه ای ایالتی مسکو"، استاد گروه تئوری فیزیک چوالون سرگئی نیکولاویچ، دکترای علوم شیمی، مرکز علمی دولتی فدراسیون روسیه "موسسه تحقیقات علمی فیزیک و شیمی به نام A.I. L.Ya. کارپوف، رئیس آزمایشگاه ساختار پلیمری

رهبری سازمان:

شرکت واحد ایالتی فدرال "موسسه تحقیقاتی مشکلات فیزیکی به نام V.I. F.V.

لوکینا، زلنوگراد

دفاع در سال 2012 در ساعت ساعت انجام خواهد شد. در جلسه شورای پایان نامه D 002.114.01 در موسسه بودجه ایالت فدرال موسسه علوم کریستالوگرافی. A.V.

شوبنیکوف از آکادمی علوم روسیه به آدرس 119333 مسکو، لنینسکی پر.، 59، سالن کنفرانس

پایان نامه را می توان در کتابخانه موسسه علوم بودجه ایالتی فدرال موسسه کریستالوگرافی یافت. A.V. شوبنیکوف از آکادمی علوم روسیه.

دبیر علمی شورای پایان نامه کاندیدای علوم فیزیک و ریاضی V.M. کانفسکی www.sp-department.ru

شرح کلی کار

ارتباطمشکلات اخیراً، روند توسعه الکترونیک، اپتوالکترونیک، تولید حسگر و سایر صنایع با فناوری پیشرفته، رشد تحقیقات را بر روی فیلم های مولکولی نازک با چشم انداز ایجاد عناصر چند منظوره بر اساس آنها، که ابعاد آنها در نانومتر قرار دارد، تحریک کرده است. دامنه. در این راستا، علاقه به فناوری Langmuir-Blodgett (LB) که امکان ایجاد ساختارهای مختلف مولکولی تک لایه و چند لایه را فراهم می کند، به شدت افزایش یافته است. استفاده از مولکول های مزوژنیک، غیر متعارف برای این فناوری، اگرچه به طور قابل توجهی کار را پیچیده می کند، می تواند به طور قابل توجهی دامنه خواص فیلم های تشکیل شده را گسترش دهد، از جمله به دلیل امکان قرار گرفتن در معرض میدان در هنگام تشکیل ساختارهای کریستال مایع (LC). به همین دلیل، مشکل به دست آوردن لایه‌های نازک با معماری معین بر اساس مولکول‌های مزوژنیک از انواع مختلف، نه تنها از جنبه کاربردی، بلکه از نظر تحقیقات بنیادی چنین ساختارهایی که به‌طور مصنوعی شکل می‌گیرند، مرتبط است.

مطالعه ویژگی های رفتار آنها در شرایط مختلف، امکان تثبیت با حفظ ثبات در محدوده های خاص و غیره مهم است.

مطالعه ساختار یک پیوند ضروری در مطالعه هر ماده است، زیرا خواص آنها را می توان در سطوح مختلف ساختاری در سلسله مراتب تعیین کرد: مولکولی، فوق مولکولی، ماکروسکوپی. هنگام حل مسائل ساختاری، روش های پراش و به ویژه آنالیز پراش اشعه ایکس آموزنده ترین هستند.

با این حال، با توجه به ماهیت خاص طیف های پراش اشعه ایکس LC ها (تعداد کمی از بازتاب ها، که برخی از آنها و در برخی موارد همه آنها می توانند پراکنده باشند)، روش های مستقیم برای تعیین ساختار توسعه یافته برای اجسام کریستالی هستند. بی اثر در چنین شرایطی، به نظر می رسد یک رویکرد مدل برای تفسیر طیف پراش اجسام و فیلم های کریستال مایع حجیم بر اساس مولکول های مزوژنیک امیدوارکننده تر باشد و توسعه روش ها و رویکردهای جدید برای حل مشکلات ساختاری برای چنین سیستم هایی از اهمیت بالایی برخوردار است. و مشکل فوری

اهداف و وظایفکار کردن هدف از این کار ایجاد ارتباط در ساختار نمونه های حجیم و فیلم های LB بر اساس مولکول های مزوژنیک با ماهیت های مختلف و بررسی امکان به دست آوردن سیستم های فیلم فعال عملکردی شبه دو بعدی پایدار با یک معماری مشخص با استفاده از فناوری LB است. . دستیابی به اهداف تعیین شده از طریق حل وظایف مربوط به موارد زیر تحقق می یابد:

1) با روش هایی برای جهت دهی اشیاء LC (از جمله LC های پلیمری) در حالت حجیم و فیلم برای مطالعات ساختاری و با اجرای این روش ها در سطح دستگاه.

2) با در نظر گرفتن ساختار فازهای کریستال مایع از نظر مدل های آماری که اختلالات انتقالی در ساختار را در نظر می گیرند و با مدل سازی ساختاری سیستم های لایه ای برای مطالعه فازهای کریستال مایع و فیلم های LB.

3) با تثبیت سیستم های شبه دو بعدی فیلم به صورت مصنوعی.

4) با پیش‌بینی خواص قطبی فیلم‌های کایرال LC و LB بر اساس داده‌های پراش.

5) با تشکیل ساختارهای چند لایه پایدار با کانال های انتقال جدا شده بر اساس مولکول های یونوفور مزوژنیک.

6) با مطالعه رفتار دمایی مجتمع های مزوژنیک مغناطیسی و الکتریکی لانتانیدها.

7) با در نظر گرفتن تشکیل لایه های شناور بر اساس کمپلکس های فلزی در حضور میدان مغناطیسی، از جمله در سیستم های "میزبان مهمان" و استفاده از آنها برای ایجاد فیلم های LB دو محوره ماکروسکوپی.

تازگی علمی 1. یک رویکرد مدل برای تعیین ساختار لایه‌های اسمکتیک و فیلم‌های LB از داده‌های پراکندگی با زاویه کوچک، بر اساس مدل‌سازی نرم‌افزاری یک قطعه سازنده ساختار و با استفاده از آرایه‌های به‌دست‌آمده از مختصات اتمی برای محاسبه پراش بین‌لایه، توسعه داده شده است. برازش مدل سازه از طریق تغییر پارامترهای اساسی (شیب، زاویه ازیموتال، همپوشانی در لایه ها، ترکیب).

2. مطالعات موازی نمونه‌های حجیم، لایه‌های شناور و فیلم‌های LB بر اساس مزوژن‌های انواع مختلف، ایجاد روابط همبستگی برای ساختارهای حجیم و فیلم و نشان دادن وابستگی ساختار فیلم چندلایه تشکیل‌شده به تبدیل‌های ساختاری در تک لایه را ممکن کرد. در حین انتقال آن به بستر

3. امکان به دست آوردن فیلم های LB پایدار با ساختار قطبی و خواص متناظر از تک لایه های پلیمریزه شده با اشعه ماوراء بنفش آکریلات های مزوژنیک کایرال و آکیرال و مخلوط آنها و مزیت این روش نسبت به پلیمریزاسیون UV فیلم های چند لایه LB بر اساس آکریلات ها نشان داده شده است. که در آن مکانیسم پلیمریزاسیون UV ممکن است به دلیل غربال کردن پیوندهای C = C هنگامی که قطعات انتهایی مولکول ها در لایه های مجاور همپوشانی دارند شروع نشود.

4. نشان داده شده است که معرفی گروه های فعال پیوند هیدروژنی به ساختار اترهای تاج جانشین شده به طور قابل توجهی بر ساختار فاز کریستالی تأثیر می گذارد و می توان از آن برای تثبیت ساختار فیلم شبه دو بعدی فیلم های LB استفاده کرد.

5. نشان داده شده است که فیلم های LB از اترهای تاج مزوژنیک به دست آمده بر روی فازهای فرعی نمک های اسیدهای غیراشباع دارای ساختاری شبه دو بعدی با مولکول های نمک هستند که به صورت منظم در لایه ها گنجانده شده اند.

6. یک رفتار دو فازی از کمپلکس دیسپروزیم کریستال مایع که توسط یک میدان مغناطیسی تحریک شده است، کشف شده است.

7. اثر جهت‌گیری میدان مغناطیسی در تک‌لایه‌های لانگمویر مجتمع‌های لانتانید مزوژنیک کشف شد و بر اساس آن‌ها فیلم‌های LB با بافت دو محوری، از جمله آنهایی که در سیستم مهمان-میزبان بودند، به دست آمد.

اهمیت عملی 1. تکنیک های پراش توسعه یافته را می توان برای مطالعه ساختار ترکیبات کریستال مایع جدید و فیلم های چند لایه نازک تشکیل شده بر اساس آنها استفاده کرد.

2. نتایج مربوط به تثبیت ساختارهای فیلم شبه دو بعدی را می توان به عنوان مثال در طراحی عناصر عملکردی فیلم در مقیاس نانو استفاده کرد.

3. نتایج مطالعات ساختاری ترکیبات کریستال مایع کایرال در نمونه های حجیم و فیلم های LB می تواند در توسعه مواد فیلم فروالکتریک جدید مفید باشد.

5. رفتار دو فازی کشف شده کمپلکس های لانتانید که توسط یک میدان مغناطیسی در حالت کریستالی مایع جهت گیری شده اند، امکانات بیشتری را برای کنترل ساختار این ترکیبات فراهم می کند و می تواند در توسعه، به عنوان مثال، دروازه های مغناطیسی استفاده شود.

6. نشان داده شده است که با استفاده از کمپلکس‌های لانتانید به عنوان عناصر کنترل‌شده مغناطیسی در یک لایه شناور، می‌توان فیلم‌های LB دو محوره، از جمله فیلم‌هایی با کانال‌های رسانا در اندازه نانو با جهت‌گیری ازیموتال معین در لایه به دست آورد.

مقررات دفاعیرویکردهای روشی در مطالعات پراش سیستم های LC توده ای و فیلم بر اساس توصیف آماری و شبیه سازی کامپیوتری ساختار آنها.

نتایج مطالعات ساختار (مدل‌های ساختاری) فازهای حجیم و فیلم‌های LB سیستم‌های مونومر و پلیمری بر اساس مزوژن‌های ماهیت مختلف.

رویکردهای روشی برای به دست آوردن (شامل تثبیت) ساختارهای فیلم نیمه دو بعدی پایدار.

نتایج پیش‌بینی رفتار فروالکتریک یک ساختار فیلم شبه دو بعدی بر اساس تحلیل داده‌های پراکندگی پرتو ایکس با زاویه کوچک و مدل‌سازی ساختاری.

نتایج مطالعات ساختاری فیلم های LB بر اساس اترهای تاج مزوژنیک و کمپلکس های آنها با نمک اسیدهای چرب.

نتایج مطالعات تبدیل‌های فاز ساختاری در فازهای LC کمپلکس‌های لانتانیدی جهت‌یافته و فیلم‌های LB بر اساس آنها.

رویکردها و نتایج روشی در به دست آوردن فیلم های LB دو محوره.

تایید کارنتایج کار در IV (تفلیس، 1981) و پنجم (اودسا، 1983) کنفرانس بین المللی کشورهای سوسیالیستی در مورد کریستال های مایع ارائه شد. IV، V (Ivanovo، 1977، 1985) و VI (Chernigov، 1988) کنفرانس های اتحادیه سراسری در مورد کریستال های مایع و استفاده عملی از آنها. کنفرانس تابستانی اروپا در مورد کریستال های مایع (ویلنیوس، لیتوانی، 1991); سوم سمپوزیوم روسی در مورد پلیمرهای کریستالی مایع (Chernogolovka، 1995). هفتمین کنفرانس بین المللی (ایتالیا، آنکونا، 1995) و هشتم (Asilomar، کالیفرنیا، ایالات متحده آمریکا، 1997) در مورد فیلم های مولکولی سازمان یافته. دومین سمپوزیوم بین المللی "نظم و تحرک مولکولی در سیستم های پلیمری" (سن پترزبورگ، 1996)، پانزدهمین (بوداپست، مجارستان، 1994)، شانزدهم (کنت، اوهایو، ایالات متحده آمریکا، 1996)، هفدهم (استراسبورگ، فرانسه، 1998) و هجدهمین کنفرانس بین المللی کریستال های مایع (Xindai، ژاپن، 2000). سومین کنفرانس اروپایی در الکترونیک مولکولی (لوون، بلژیک، 1996).

کنفرانس زمستانی اروپا در مورد کریستال های مایع (لهستان، Zakopane، 1997); اولین کنفرانس بین المللی علمی و فنی "اکولوژی انسان و طبیعت" (ایوانوو، 1997). ششمین کنفرانس بین المللی کریستال های مایع فروالکتریک (برست، فرانسه، 1997) و هفتم (دارمشتات، آلمان، 1999). نهمین سمپوزیوم بین المللی "لایه های نازک در مهندسی برق" (پلیوس، روسیه، 1998). اولین کنفرانس روسی "شیمی سطح و نانوتکنولوژی"

(سن پترزبورگ - Khilovo، 1999); سوم کنفرانس علمی همه روسی "فیزیک مولکولی سیستم های غیر تعادلی" (ایوانوو، 2001). دومین سمپوزیوم بین المللی "طراحی مولکولی و سنتز معماری های فوق مولکولی" (کازان، روسیه، 2002). کنفرانس های بهار انجمن اروپایی تحقیقات در مواد (استراسبورگ، فرانسه، 2004 و 2005). VI، VII و VIII کنفرانس های ملی در مورد استفاده از اشعه ایکس، تشعشعات سنکروترون، نوترون ها و الکترون ها برای مطالعه مواد (مسکو، روسیه 2007، 2009، 2011). پنجمین کنفرانس علمی بین المللی "سینتیک و مکانیسم تبلور". تبلور برای نانوتکنولوژی، مهندسی و پزشکی» (ایوانوو، روسیه 2008). کنفرانس های بین المللی III، IV، V و VII در مورد کریستال های مایع لیوتروپیک (ایوانوو، روسیه، 1997، 2000، 2003 و 2009).

مشارکت شخصیمتقاضی: متقاضی نقش اصلی را در انتخاب حوزه هایی که موضوع کار ارسالی هستند، تعیین وظایف و توسعه رویکردهای روش شناختی برای حل آنها، تنظیم آزمایش ها (از جمله کار طراحی) و محاسبات ایفا می کند. نتایج اصلی مطالعات تجربی موجود در کار توسط متقاضی شخصاً یا با مشارکت مستقیم وی به دست آمد که در انتشارات مشترک با T.V منعکس شد. پاشکوا و دانشجویان فارغ التحصیلش V.M. درونوف، A.V.

کورنوسوف، A.V. کراسنوف، A.V. پیاتونین و در پایان نامه های دکتری دفاع شده توسط آنها.

انتشارات 41 مقاله با موضوع پایان نامه منتشر شد (شامل 15 مقاله در مجلات معتبر خارجی و 19 مقاله در مجلات علمی در فهرست کمیسیون عالی گواهینامه) ، گواهی نویسنده برای اختراع اخذ شد (فهرست انتشارات ارائه شده است. در پایان چکیده).

ساختار و محدوده کارپایان نامه شامل یک مقدمه، شش فصل و فهرستی از متون استناد شده است. حجم کل پایان نامه 450 صفحه شامل 188 شکل، 68 جدول و فهرست کتابشناختی 525 عنوان می باشد.

محتوای اصلی کار

مقدمه ارتباط موضوع را آشکار می کند، اهداف و وظایف اصلی کار، تازگی علمی و اهمیت عملی نتایج، مفاد اصلی ارائه شده برای دفاع را بیان می کند.

فصل 1 ایده های کلی در مورد روش های اصلی برای مطالعه ساختار (بخش 1.1) اجسام منظم سازمان یافته را بیان می کند و مشکلاتی را که در انتقال از ساختارهای کریستالی به ساختارهایی با ابعاد کاهش یافته - بلورهای مایع (LC) و شبه دو بعدی ایجاد می شود، در نظر می گیرد. فیلم های.

ظاهر آثار در مورد مطالعه ساختار LC، زمانی که داده های ساختاری با تبدیل فوریه شدت پراکنده به دست آمد، با نام B.K همراه است. واینشتاین و آی.جی. چیستیاکوف. ابزار اصلی تحقیق توسط B.K. توابع واینشتین فواصل بین اتمی برای سیستم هایی با تقارن استوانه ای ماکروسکوپی این روش با آغاز استفاده از مفهوم خود تا شدن مولکولی در تجزیه و تحلیل نقشه های پاترسون تعدادی از سیستم های کریستال مایع پلیمری و فیلم های ناهمسانگرد نازک توسعه یافت.

مشکلات ناشی از تعیین مستقیم ساختار LC مطالعاتی را بر اساس توصیف مدلی از سیستم‌های با نظم ترجمه مختل آغاز کرد. از نظر مدل Hosemann یک پاراکریستال، ساختار فازهای LC اصلی در نظر گرفته شد و طبقه بندی آنها با توجه به نوع غالب نقض نظم ترجمه انجام شد. مدل خوشه‌ای فونک را می‌توان به عنوان یکی از گزینه‌های تجزیه و تحلیل سیستم‌ها با انواع مختلف اختلال در نظر گرفت، که در آن یک تابع همبستگی برای توصیف نوسانات چگالی الکترون محلی معرفی شده است که این امکان را فراهم می‌کند (مانند مدل هوسمن) اندازه نظم اغتشاش نزدیک (زبری) و دور (طول اعوجاج) را تخمین بزنید. از نظر این مدل، داده های اشعه ایکس برای تعدادی از پلیمرهای کریستال مایع تفسیر شد.

در دهه اخیر از روش بازتاب سنجی برای بررسی ساختار سطوح و لایه های تخت نازک استفاده شده است. در اینجا، پراکندگی یک موج مسطح بر روی سطح مشترک از نظر ضریب شکست ماکروسکوپی در نظر گرفته می‌شود، که ویژگی‌های متوسط ​​تابش را در دو طرف سطح مشترک مشخص می‌کند. انعکاس یک لایه مسطح را می توان با استفاده از روش ماتریس پویا (الگوریتم پارات) یا در تقریب سینماتیکی (تقریبا Born) محاسبه کرد. در مورد لایه‌ای که از نظر چگالی ناهمگن است، با معرفی زبری ماکروسکوپی یا میکروسکوپی، سعی می‌شود وجود مناطق انتقال در نظر گرفته شود و در نتیجه مدل به سیستم‌های واقعی نزدیک‌تر شود.

الگوهای پرتو ایکس با زاویه کوچک به‌دست‌آمده برای بازتاب در یک آزمایش بازتاب‌سنجی می‌توانند به‌عنوان الگوهای پراش معمولی تفسیر شوند، که در مطالعه فیلم‌های LB نمک‌های اسید چرب، لیوموزوفازهای لیپیدی، و سیستم‌های پروتئین-لیپیدی بسیار آموزنده بودند. با این حال، تعداد زیادی بازتاب در طول پراش بین لایه‌ای اصلاً برای سیستم‌های کریستالی مایع گرماگرد و فیلم‌های LB که از مولکول‌های مزوژنیک تشکیل شده‌اند، معمول نیست؛ بنابراین، سنتز فوریه وضوح لازم را در این موارد ارائه نمی‌کند و مدل‌سازی نیاز به تنظیم یک الکترون پیچیده دارد. مشخصات چگالی لایه

در مطالعه پراش اجسام کریستالی مایع، امکان جهت گیری ماکروسکوپیک آنها ضروری است: توسط میدان های مغناطیسی و الکتریکی، کشش، تغییر شکل برشی، جریان، سطح بستر و سطح آزاد نمونه. به عنوان یک قاعده، جهت گیری تک محوری ماکروسکوپی با استفاده از این روش ها تنظیم می شود و برای جهت گیری دو محوره باید از ترکیبی از روش ها استفاده کرد. با حرارت دادن تک کریستال ها، می توان نمونه های کریستال مایع با جهت گیری بالا (تک دامنه) را به دست آورد. محدودیت ها در اینجا ممکن است به دلیل پیچیدگی و اغلب عدم امکان به دست آوردن یک بلور مناسب برای عکاسی با اشعه ایکس باشد.

ثانیه بخش 1.2 بررسی به ساختار و خواص کریستال های مایع قطبی اختصاص دارد. دلایل وقوع Ps قطبش الکتریکی در LCها در نظر گرفته می شود: به دلیل تغییر شکل جهتی ناهمگن میدان کارگردان n(r) در غیاب میدان الکتریکی - اثر فلکسوالکتریک، در فرآیند تغییر شکل یکنواخت کریستال - اثر پیزوالکتریک، و با تغییر دما در قطبش خود به خود - اثر پیروالکتریک.

تاکنون، تشخیص LCهای تک محوری با تقارن منحصراً چهار قطبی، که ناشی از ناپایداری فاز اسمکتیک فروالکتریک A است، ممکن نبوده است. با این حال، راه های دیگری برای تحقق وضعیت قطبی در LC ها وجود دارد. در فاز C اسمکتیک، تقارن لایه‌های اسمکتیک را می‌توان به گروه m به دلیل شکستن تقارن در آرایش سرها و دم‌های پرفلورینه سفت مولکول‌های غیرکیریال یا به گروه 2 به دلیل استفاده از مولکول‌های کایرال کاهش داد.

درجات آزادی جهت گیری LC مسئول انتقال به فاز اسمکتیک مایل C * (طبق نظریه پدیدارشناختی ارائه شده توسط Pikin و Indenbom) هستند، و قطبش نتیجه اثرات پیزوالکتریک و فلکسوالکتریک در LC است. به حداقل رساندن انرژی آزاد اسمکتیک C نسبت به پلاریزاسیون، توزیع هلیکوئیدی بردار P را در حجم به دست می‌دهد، که در مورد یک میدان الکتریکی که عمود بر محور هلیکوئید اعمال می‌شود، در جهت جهت گیری می‌شود. رشته. هنگامی که هلیکوئید اسمکتیک C* در یک میدان الکتریکی خارجی تحریف می شود، باید بین اغتشاش توزیع زاویه ازیموتال (z,E) - o(z) با توزیع یکنواخت زاویه تمایل مولکول ها تمایز قائل شد. o در امتداد محور z و اغتشاش دوره ای زاویه شیب مولکول ها (z,E) = o + 1(z,E) برای دوره بدون آشفتگی ro هلیکوئید.

با توجه به اثر پیزوالکتریک، هر دوی این تغییر شکل ها به قطبش ماکروسکوپی محیط کمک می کنند. اثر فلکسو تنها زمانی می تواند باعث قطبش ماکروسکوپی فاز C* شود که آشفتگی های دوره ای زاویه شیب مولکول ها تحت عمل میدان رخ دهد.

مفاهیم فوق در مورد ساختار و خواص فاز اسمکتیک C (C *) به طور ضمنی از این واقعیت ناشی می شود که ترکیبات مولکول ها در طول انتقال فاز تغییر نمی کند، با این حال، مدلی که در آن، در طول انتقال فاز در Sm-C ، شیب زنجیره های آلیفاتیک مولکول ها به طور قابل توجهی کمتر از شیب بخش های مرکزی سفت و سخت است، به ما امکان می دهد کاهش Ps را با افزایش طول زنجیره آلکیل به دلیل کاهش زاویه موثر توضیح دهیم. از تمایل مولکول ها بنابراین، فروالکتریکی در Sm-C* ماهیت نامناسبی دارد و وقوع پلاریزاسیون نتیجه تغییر شکل جهتی ناشی از کج شدن مولکول ها، ناهمگنی فضایی میدان کارگردان و تغییرات در حالت ساختاری است. مولکول های LC

بقیه بررسی (بخش 1.3) به تولید و ساختار فیلم های LB، از جمله شکل گیری و حالت های فاز تک لایه ها در سطح مشترک مایع-گاز، تکنیک های انتقال، انواع ساختاری فیلم ها، تک لایه ها و ابرشبکه های هترومولکولی و قطبی اختصاص دارد. فیلم های. دومی از منظر کاربرد عملی با تمرکز بر خواص پیروالکتریک یا فروالکتریک احتمالی آنها مهم هستند و می توانند با روش Schaefer از یک تک لایه قطبی بسیار فشرده یا از تک لایه های متناوب مولکول های مختلف تشکیل شوند. لازم به ذکر است که در هر دو حالت فیلم تشکیل شده نیازی به داشتن ساختار تعادلی ترمودینامیکی ندارد.

در مقایسه با مونومر، فیلم های پلیمری LB باید ساختار قابل توجهی پایدارتری داشته باشند. برای موارد پلیمریزاسیون تک لایه ها در سطح مشترک آب-هوا، تأثیر ساختار شیمیایی مولکول های مونومر و شرایط پلیمریزاسیون بر روی پایداری تک لایه در نظر گرفته می شود. در طی پلیمریزاسیون فیلم‌های LB یا تک‌لایه‌هایی که به‌طور متوالی بر روی یک بستر رسوب می‌کنند، تغییرات ساختاری نیز به پارامترهای زیادی بستگی دارد: شرایط رسوب، اندازه ناحیه چند واکنش، نوع ساختار اولیه و ساختار شیمیایی مونومر. خواص تک لایه های تشکیل شده از مولکول های پلیمر به نوع پلیمر، وزن مولکولی، ساختار اجزای کوپلیمر، وجود جداشدگی های انعطاف پذیر و وضعیت ساختاری قطعات پلیمر بستگی دارد. بنابراین، پایداری و همگنی یک تک لایه با پخش شدن مولکول های پلیمر در سطح زیر فاز مرتبط است که به نوبه خود به انعطاف پذیری زنجیره پلیمری و پیوستگی قطعات پلیمری هر دو زنجیره اصلی و جانبی بستگی دارد. افزایش طول قطعات آلیفاتیک زنجیره های جانبی (با شروع از C16) منجر به تبلور آنها می شود.

ثانیه بخش 1.4 به ایده های کلی در مورد ساختار اترهای تاج به عنوان ترکیبات کمپلکس و خواص آنها در سیستم های سازمان یافته در رابط اختصاص داده شده است. کمپلکس‌های فلزی تشکیل‌شده در طول اتصال یون‌ها هر چه پایدارتر باشند، تفاوت بین ابعاد هندسی کاتیون‌ها و حفره‌های ماکروسیکل‌ها کمتر است. لازم به ذکر است که ماکروسیکل های اکسیژن همچنین می توانند پیوندهای هیدروژنی درون مولکولی را با بخشی از قطعه دهنده پروتون محیطی تشکیل دهند. اترهای تاج "سخت" (dibenzo-18-crown-6) با تغییر جزئی در اندازه حفره ماکروسیکل و تقارن مولکول در مجتمع های فلزی و برای اترهای تاج "انعطاف پذیر" (dibenzo-24-crown) مشخص می شوند. -8) - تنوع ساختاری. با این حال، هنگام تجزیه و تحلیل فرآیندهای کمپلکس، مصلحت است که عوامل دیگر را در نظر بگیریم: ماهیت حلال، آنیون و جایگزین‌های موجود در اترهای تاج.

ترکیبات ماکروسیکلیک جایگزین نشده، به عنوان یک قاعده، به دلیل عدم تعادل بین بخش های آبدوست و آبگریز مولکول، تک لایه های پایدار تشکیل نمی دهند. در مورد ماکروسیکل های جایگزین، هیچ توافقی در مورد مکانیسم انتقال فاز در چنین سیستم هایی وجود ندارد. انتقال فاز از حالت منبسط شده با مایع به حالت متراکم مربوط به ظاهر یک اکسترموم در ایزوترم است که باید با نرخ تراکم کمتر به یک فلات تبدیل شود. ترتیب انتخاب در تک لایه‌های ترکیبات ماکروسیکلیک با توجه به مجموعه یون‌های کمپلکس همیشه با محلول‌ها مطابقت ندارد. چشم انداز مطالعه تک لایه ها و فیلم های LB اترهای تاج با گزینش پذیری تعامل "مهمان-میزبان" و امکان سفارش مستقیم سیستم حاصل همراه است که می تواند برای ایجاد عناصر فیلم از نظر عملکردی فعال استفاده شود.

مجتمع های فلزی کریستال مایع اولین متالومزوژن های لانتانید میله ای شکل سنتز و توسط Yu.G. گالیامتدینوف. مطالعات پراش اشعه ایکس کمپلکس‌های این نوع نشان داد که ساختار آنها حداقل برای قسمت میانی عناصر گروه لانتانید یکسان است. نزدیکترین محیط اتم فلز شامل سه اتم اکسیژن، لیگاندهای خنثی بر روی پایه های شیف و شش اتم اکسیژن از گروه های نیترات است.

چند وجهی هماهنگی یک پادمنشور مربع تحریف شده است. خواص مزومورفیک مزوژن های لانتانید در درجه اول به پارامترهایی مانند: نوع فلز کمپلکس، طول زنجیره های آلکیل لیگاندها، نوع لیگاند و آنیون بستگی دارد که با تغییر آنها می توان دمای انتقال فاز را به میزان قابل توجهی کاهش داد. ویسکوزیته فازهای اسمکتیک مجتمع ها.

قابلیت کنترل جهتی مزوفاز توسط یک میدان مغناطیسی به بزرگی ناهمسانگردی مغناطیسی محیط بستگی دارد. گشتاور جهت گیری که بر روی LCD در میدان ГМ~Н2 عمل می کند. از آنجایی که مقادیر برخی از مزوفازهای لانتانید چندین صد برابر بیشتر از ناهمسانگردی LCهای دیامغناطیسی و پارامغناطیس معمولی است، اثرات جهت‌گیری را می‌توان در میدان‌های مغناطیسی بسیار پایین‌تر مشاهده کرد.

پیش از این، مطالعات مجتمع‌های لانتانید حاوی یون‌های محیطی با طبیعت مختلف (Cl، NO3، SO4CnH2n+1) تنها در حالت حجیم انجام شد، اما محاسبات مدل انجام نشد و رفتار دما با قرار گرفتن در معرض میدان متفاوت مورد مطالعه قرار نگرفت.

امکان تشکیل ساختارهای فیلم منظم از این کمپلکس ها و امکانات جهت گیری آنها برای کنترل ناهمسانگردی لایه های لانگمویر نیز مورد مطالعه قرار نگرفته است.

فصل 2 شامل توصیفی از تنظیمات و روش‌ها (از جمله روش‌های محاسباتی) است که برای جهت‌یابی و مطالعه ساختار نمونه‌های حجیم ترکیبات LC و فیلم‌های تشکیل‌شده بر اساس آنها طراحی شده‌اند.

برقراری ارتباط بین پارامترهای ساختاری یک شی و مکانیسم تأثیر جهت‌گیری، اطلاعات بیشتری در مورد رفتار ساختار آن تحت تأثیرات خارجی و امکان اصلاح هدفمند آن فراهم می‌کند. بر اساس این ملاحظات، یک مجموعه دستگاه برای مطالعات ساختاری ایجاد شد که امکان جهت دهی ترکیبات کریستال مایع را به روش های مختلف و انجام تصویربرداری اشعه ایکس آنها در محل را ممکن می سازد (بخش 2.1).

این مجموعه بر اساس واحد اشعه ایکس URS-2.0 ساخته شده است و شامل: یک محفظه مغناطیسی با سلول دما و مکانیزمی برای کشش نمونه های پلیمری تعبیه شده در آن، یک دوربین اشعه ایکس جهانی URK-3 با اتصالات توسعه یافته برای آن است که اجازه گرم کردن و جهت دهی نمونه های LC توسط میدان های الکتریکی، جریان و تغییر شکل برشی پیوسته را می دهد. ثبت شدت پراکندگی را می توان بر روی یک فیلم عکاسی مسطح (یا استوانه ای) یا با کمک یک آشکارساز مختصات خطی RKD-1، زمانی که به جای کاست فیلم نصب می شود، انجام داد.

استفاده از کولیماتورهای جامد با دیافراگم های گرد و فواصل پایه بزرگ، واگرایی پرتو به اندازه کافی کوچک (بیش از 1 10-3)، توانایی ثبت دوره های بزرگ (تا 100) را فراهم می کند و نیازی به معرفی اصلاحات کولیماسیون ندارد.

پراکندگی توسط فیلم های لانگمویر-بلاجت با استفاده از دوربین اشعه ایکس KRM-1 با آشکارساز مختصات RKDrazd داخلی ثبت شد. 2.2). عکاسی اشعه ایکس از فیلم‌های LB در موقعیت‌های ثابت زیرلایه در زوایای نگاه انجام شد که ثبت الگوی پراش را با افزایش متوالی شدت در هر بازتاب فردی ممکن می‌سازد. برای عکاسی اشعه ایکس از تابش CuK فیلتر شده (فیلتر نیکل) استفاده شد. اثرات مرتبط با مولفه تشعشع با طیف پیوسته با عکاسی اشعه ایکس در ولتاژهای مختلف مختلف آشکار شد. در برخی موارد از ترکیبی از فیلترهای Ni و Co برای فیلتر کردن این جزء استفاده شد.

ساختار فیلم های LB نیز با استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی عبوری EMV-100L در حالت پراش الکترونی و یک میکروسکوپ پروب روبشی P4 NT-MDT در حالت نیروی اتمی مورد مطالعه قرار گرفت.

پردازش رادیوگرافی ها و الگوهای پراش الکترون بر روی یک مجتمع چگالی سنجی خودکار انجام شد که امکان پردازش کامپیوتری چگالی ها را فراهم می کند. این مجموعه بر اساس یک میکروفتومتر MF-2 مجهز به درایو جدول، مقیاس‌کننده جابجایی و سیستم ضبط از یک چگالی‌سنج DP 1M مونتاژ می‌شود.

واگرایی پرتو ابزاری از عرض انعکاس یک نمونه پلی کریستالی دانه درشت تعیین شد. هنگام در نظر گرفتن تابع تقریبی آن، از تابع گاوسی استفاده شد.

هنگام در نظر گرفتن ساختار ترکیبات کریستال مایع، نقض پاراکریستالی g1 (نقض نظم دوربرد) و اندازه مناطق پراکندگی منسجم از عرض پراش شعاعی بازتاب ها محاسبه شد. درجه جهت S و مقادیر میانگین زوایای پراکندگی متناظر ساختار لایه‌ای (موزاییک) و مولکول‌ها در نمونه به ترتیب از لکه‌کشی آزیموتال بازتاب‌های زاویه کوچک و بازتاب I() تخمین زده شد.

اطلاعات اولیه در مورد ساختار مولکول های مورد مطالعه (بخش 2.4) در مطالعات ساختاری ترکیبات شیمیایی پیچیده بسیار مهم است. جستجو برای یک ترکیب انرژی مطلوب از مولکول ها با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری انجام شد: روش MM +، بهینه سازی هندسی.

تفسیر داده‌های پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک توسط لایه‌های اسمکتیک یا لایه‌های LB یک فیلم که بر اساس مولکول‌های مزوژنیک تشکیل شده‌اند با استفاده از مدل‌سازی ساختاری انجام شد (بخش 2.5). مدل‌سازی ساختار لایه‌ای با هم‌ترازی قطعه تشکیل‌دهنده لایه از مولکول‌های ساخته شده در برنامه مدل‌سازی مولکولی و تشکیل آرایه‌ای از مختصات اتمی که چگالی الکترون را در مقطع لایه تعیین می‌کند، آغاز شد. پیش بینی مختصات اتمی بر روی صفحه نرمال به لایه برای محاسبه دامنه ساختاری لایه و پراکندگی توسط سیستم چند لایه در چارچوب مدل یک بعدی استفاده می شود.

دامنه ساختاری لایه F(Z) با فرمولی محاسبه می شود که در آن fj و zj به ترتیب دامنه و مختصات اتم های قطعه ساختار ساز لایه هستند و Z مختصات در فضای پراکندگی است. شدت I(Z) پراکندگی توسط یک سیستم چندلایه به این صورت محاسبه می شود که dz ضخامت لایه و M تعداد لایه ها است.

ضخامت لایه برابر با دوره پراش بین لایه ای به دست آمده از آزمایش اشعه ایکس تنظیم شد. پارامترهای برازش اصلی در مدل‌سازی شیب مولکول‌ها در یک لایه و همپوشانی قطعات انتهایی آنها در لایه‌های مجاور است. در واقعیت، پارامترهای بیشتری وجود دارد، زیرا در حالت کلی لازم است جهت گیری ازیموتال مولکول ها در هنگام کج شدن تنظیم شود و در محدوده مجاز، ترکیب آنها تغییر کند. معیارهای برازش تکرارپذیری نسبت‌های شدت بازتاب‌های چندگانه به‌دست‌آمده در آزمایش و حداقل ضریب R است.

هنگامی که با آزمایش مقایسه می شود، شدت محاسبه شده با در نظر گرفتن هندسه عکاسی اشعه ایکس، قطبش، جذب و موزاییک بودن نمونه اصلاح می شود. در مورد ساختارهای اسمکتیک حجیم، توزیع شدت آزیموتال، که به درجه جهت گیری نمونه بستگی دارد، در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، لازم است شدت پمپ شده به پس زمینه (تأثیر عامل دما) را در نظر بگیرید. برای انجام این کار (پس از تفریق اولیه شدت پراکنده شده توسط هوا)، نسبت شدت‌ها در قله‌های گسسته و پس‌زمینه زیر آنها تخمین زده می‌شود و سپس سهم‌های متناظر از شدت پس‌زمینه از شدت انتگرال محاسبه‌شده کم می‌شود. حداکثر چگالی الکترون (نمایش آن بر روی صفحه نرمال به لایه) فقط برای ردیابی دینامیک تغییرات در الگوی پراش هنگام تغییر پارامترهای برازش مورد نیاز است. این محاسبه از تعداد الکترون‌های موجود در هر اتم قطعه سازنده ساختار و شعاع‌های اتمی مربوطه استفاده می‌کند.

برای مطالعه رفتار لایه‌های مولکولی روی سطح مشترک آب و هوا و طراحی فیلم‌های چندلایه بر اساس آنها، یک راه‌اندازی خودکار LB طراحی شد (بخش 2.6)، که امکان تشکیل لایه‌های مولکولی روی سطح آب را در دماهای مختلف و در دمای مختلف فراهم می‌کند. وجود میدان مغناطیسی برای کنترل حالت آنها و انتقال لایه های تشکیل شده بر روی بسترهای جامد (سیلیکون یا کلودیون) به روش های مختلف. این واحد می تواند در حالت های یک و دو سینی با فشرده سازی دو و یک مانع از لایه شناور کار کند و فشار آن را در طول رسوب فیلم بر روی بستر حفظ کند. وابستگی فشار به ناحیه هر مولکول (ایزوترم -A) با ذخیره فایل ایجاد شده به صورت بلادرنگ بر روی صفحه نمایش نمایش داده می شود.

در تشکیل تک لایه ها در همه موارد ضریب پوشش اولیه کمتر از وحدت بوده است. از کلروفرم، بنزن و هپتان به عنوان حلال استفاده شد. غلظت کاری محلول ها 0.2-0.5 میلی گرم در میلی لیتر است.

فشرده سازی پس از تبخیر حلال (پس از 30 دقیقه) آغاز شد.

حرکت مانع در سرعت های 3-5 میلی متر در دقیقه در اکثر موارد امکان اجرای حالت شبه استاتیک فشرده سازی لایه های شناور را فراهم می کند.

فصل 3 نتایج مطالعات پراش اشعه ایکس کایرال CH2=CH-COO-CH2-C*(CH3)H-(CH2)2-COO-(C6H4)2-O-R و غیر کایرال CH2=CH-COO-( CH2)6 -О-С6Н6-СОО-С6Н6-О-R` مونومرهای LC (M)، مخلوط آنها (MIX)، و همچنین همو (P) و کوپلیمرها (CPL) بر اساس آنها در حالت های فازی مختلف با یک پیش بینی خواص قطبی بسته به ساختار و ترکیب مولکولی، جدول. 1.

نمایه سازی الگوهای پراش پرتو ایکس و به دنبال آنالیز خاموشی بازتاب و دسترسی به گروه فضایی به ما این امکان را می دهد که نتیجه بگیریم که مونومرهای کایرال M1 و M2 ساختارهای کریستالی اسمکتوژنیک را تشکیل می دهند که می تواند بر حسب سیستم مونوکلینیک با تقارن فضا توصیف شود. گروه P21. در همه موارد، بسته بندی سر-دم مولکول ها هم در لایه و هم از لایه ای به لایه دیگر تحقق می یابد، اما تنها در ساختار مونومر کایرال M2 (a=9.89، b=8.84، c=34.4، =125، 7o، n=4، =1.315 g/cm3)، جهت موازی گشتاورهای دوقطبی عرضی (m2.5 D) تحقق می یابد. مونومر کایرال M دارای بسته بندی با تناوب دو لایه (a=5.40، b=8.36، c=56.6، =112.4o، n=4، =1.311 g/cm3)، که در آن گشتاورهای دوقطبی مولکول ها (m4.7 د) به دلیل تشکیل دایمرها جبران می شوند.

طرح‌های تبدیل فاز مونومرها و همو و کوپلیمرها بر اساس آنها 5 و شیب مولکول‌ها در لایه‌ها 26 درجه است. کاهش در شیب مولکول ها عدم تطابق آزیموتال را تسهیل می کند، که به تبدیل ساختار دولایه به یک لایه منفرد کمک می کند. دایمرها در فاز SmF* از بین نمی روند و بنابراین جبران گشتاورهای دوقطبی نیز حفظ می شود. در M2، عدم تطابق آزیموتال و وقوع اغتشاشات شعاعی به دلیل فعل و انفعالات دوقطبی-دوقطبی اضافی مهار می شود، بنابراین، در حین ذوب، فاز Cr-H* تشکیل می شود (a=4.53، b=9.18، c=34.5، =117.1). o، n=2، =1، g/cm3) با همان تقارن P21. هیچ جبرانی برای گشتاورهای دوقطبی عرضی مولکول ها در لایه فاز Cr-H* وجود ندارد.

مونومرهای غیر کایرال M3 و M4 در فاز کریستالی ساختارهای مونوکلینیک از نوع اسمکتوژنیک با تقارن قطبی: cm3 و P2 برای M (a=16.0, b=4.96, c=37.2, =113o, n=4, =1.246 g/ تشکیل می دهند. سانتی متر 3). گروه فضایی P21 به جهت گیری عرضی موازی و طولی موازی محورهای مولکول های M3 و گروه P2 به جهت گیری ضد موازی زوجی و محورهای طولی و عرضی مولکول های M4 نیاز دارند. به دلیل جهت‌گیری نادرست گشتاورهای دوقطبی گروه‌های C=O، مولکول‌های M3 و M دارای گشتاور دوقطبی عرضی m 1 D هستند. هنگامی که گرم می‌شوند، M3 SmC و N را تشکیل می‌دهد و M4 مزوفازهای SmA و N را تشکیل می‌دهد. برای M3 در نماتیک، نسبت پارامترهای اختلال در انباشته شدن طولی و جانبی نشان می دهد که ساختار لایه ای به طور کامل تخریب نشده است. در فاز نماتیکی M4، وضعیت برعکس است، که نمونه ای از فاز نماتیک کلاسیک است.

در ترکیبات ترکیبی مولکول‌های کایرال و غیر کایرال در محدوده غلظت‌های مورد مطالعه (جدول 1)، جداسازی فاز در حالت کریستالی همیشه مشاهده می‌شود، در حالی که در حالت مزومورف به ساختار و نسبت اجزای در حال مخلوط شدن بستگی دارد. بنابراین، با کاهش تفاوت در طول مولکول های مخلوط، تمایل به جداسازی فاز افزایش می یابد. با این حال، با توجه به تاثیر غلظت اجزای کایرال M1 و M2 در مخلوط‌ها با جزء غیر کایرال M3 بر جداسازی فاز، وضعیت متقابل برعکس است. تقویت تمایل به جداسازی فاز با افزایش غلظت M1 با تشکیل دایمرهای نسبتاً پایدار همراه است که باعث کاهش توانایی آنها در اختلاط می شود. در مخلوط های مورد مطالعه، نباید انتظار خواص قطبی قوی تری نسبت به اجزای اولیه داشت.

هموپلیمرهای کایرال P1 و P2 که با پلیمریزاسیون رادیکال آزاد از مونومرهای M1 و M2 به دست می آیند، فازهای SmF* و SmC* را با ساختار دولایه تشکیل می دهند. از نقطه نظر بهترین تطابق با آزمایش اشعه ایکس، نتیجه می‌شود که گروه‌های جانبی به زنجیره اصلی متمایل و جهت‌گیری می‌کنند که قطعات C-CH3 موجود در آنها در صفحه شیب گروه‌های جانبی قرار می‌گیرند. در این حالت، گشتاورهای دوقطبی گروه‌های C=O در لایه‌های دولایه به طور یکسان عمود بر صفحه شیب دار هستند. چنین مدلی با ارزیابی انرژی در شبیه‌سازی کامپیوتری ساختار مولکول‌های P1 و P2 نیز تأیید می‌شود.

الگوهای پراش اشعه ایکس پلیمرهایی که توسط میدان های مغناطیسی (1.2 T) و الکتریکی ثابت (700 کیلوولت بر متر) جهت گیری شده اند، نمونه ای از اسمکتیک های کایرال هستند، اما پارامترهای ساختاری تخمین زده شده از آنها به دلیل تفاوت در مکانیسم جهت گیری، تفاوت هایی دارند.

لایه های اسمکتیک عمود بر میدان مغناطیسی و در امتداد میدان الکتریکی جهت گیری می کنند. تأثیر میدان الکتریکی بر ترتیب انتقالی ساختار لایه‌ای و درون لایه‌ای، در کل، ضعیف‌تر از میدان مغناطیسی است. اسپین آپ هلیکوئیدی مشاهده نمی شود.

همپلیمرهای غیرخیلی P3 و P4. مطالعات پراش اشعه ایکس نشان می دهد که پلیمر P3 سه ساختار SmA با دوره های دولایه 59.5 و نامتناسب با 54 و 47.5 تشکیل می دهد. به نظر می رسد تحولات ساختاری SmA-SmAd1 و SmAd1-SmAd2 بر اساس اثرات مرتبط با تغییرات در انعطاف پذیری تبادلات اتصال گروه های مزوژنیک با زنجیره اصلی و با تغییرات در انعطاف پذیری زنجیره اصلی باشد. P3 فقط با چرخش و کشش توانست جهت یابی کند. در این مورد، تأثیر اثر جهت‌گیری بر ساختار پلیمری پیدا شد که خود را در تغییر دوره لایه (پیچش) و اختلالات درون لایه (پیچش، کشش) در مقایسه با یک نمونه غیر جهت‌گیر نشان می‌دهد. پلیمر P4 با یک قطعه C=O اضافی در دم گروه های جانبی دو فاز اسمکتیک SmF و SmC را تشکیل می دهد. از آنجایی که گشتاورهای دوقطبی عرضی گروه های جانبی در P4 کمتر از D است، پیش آگهی برای تشخیص خواص قطبی قوی در این پلیمر منفی است.

کوپلیمرهای مبتنی بر مونومرهای M1 و M3. الگوهای پراش اشعه ایکس مربوط به فازهای Sm * F و Sm * C از کوپلیمرهای جهت‌گیری شده توسط یک میدان مغناطیسی به‌دست آمدند، اما در توزیع شدت آزی‌موتال در بازتاب‌ها بسته به نسبت اجزای کایرال و کایرال متفاوت بودند. در CPL1-375، الگوهای اشعه ایکس در هر دو فاز با ساختار به اصطلاح قفسه کتاب مطابقت دارد، در CPL1-350 آنها نمونه ای از فازهای اسمکتیک کایرال ذکر شده هستند، و الگوهای اشعه ایکس CPL1-325 مشخصه یک ساختار از نوع شورون هنگامی که توسط یک میدان الکتریکی ثابت جهت گیری می شود، چنین تفاوت هایی مشاهده نمی شود. با توجه به مکانیسم جهت گیری متفاوت، کوپلیمرهای با جهت گیری الکتریکی و مغناطیسی (و همچنین هموپلیمر P1) پارامترهای ساختاری متفاوتی دارند.

مدل‌سازی ساختار دولایه کوپلیمرها و محاسبات پراش، توضیح این تفاوت‌ها را ممکن می‌سازد. بنابراین، در CPL1-375 و CPL1-325، لایه‌های تشکیل‌دهنده دولایه از نظر نسبت اجزای کایرال و کایرال ترکیب متفاوتی دارند، یعنی یک لایه به ترتیب شامل جزء P1 یا P3 است و در از سوی دیگر، نسبت اجزاء تقریباً یکسان است. در مورد اول، ظاهراً این امر منجر به افزایش مشخصی در زیر و بمی مارپیچ و در مورد دوم به تخریب ساختار هلیکوئیدی شد. در CPL1-350، ترکیب هر دو لایه دولایه یکسان است و فقط در آن درجه جهت گیری گروه های جانبی هنگام قرار گرفتن در معرض میدان الکتریکی بیشتر از میدان مغناطیسی است. و این نشانه تغییر شکل ساختار هلیکوئیدی است که منجر به قطبش ماکروسکوپی کوپلیمر می شود.

از برآورد انرژی قطعات CPL1-350 با جهت‌گیری‌های مختلف گروه‌های جانبی، نتیجه می‌شود که قطعه با کمترین انرژی دارای ویژگی‌های زیر است: نسبت یکسان گروه‌های جانبی کایرال و بی‌چرب در لایه‌های دولایه، آزیموتال مخالف. جهت گیری هر دوی آنها در لایه های مجاور و شیب گروه های جانبی به زنجیره اصلی. چنین ساختاری از قطعه با مدل تایید شده با پراش تضاد ندارد. در این حالت پلاریزاسیون در لایه های دولایه باید یک جهت داشته باشد. لازم به ذکر است که تفاوت انرژی بین حالت های قطبی با جهت گیری های آزیموتالی متفاوت گروه های کایرال نسبت به زنجیره اصلی برای قطعه CPL1-350 کوچکتر از CPL1-375 یا P1 است که امکان تغییر ساختار را با یک کوچکتر فراهم می کند. میدان الکتریکی.

کوپلیمرهای مبتنی بر مونومرهای M1 و M4 فازهای دولایه SmF* و SmC* را تشکیل می دهند. برای کوپلیمرهای با نسبت‌های مختلف اجزای کایرال و غیر کایرال، تغییرات دمایی مشخصه در پارامترهای ساختاری در داخل فاز SmC* مشاهده می‌شود که ظاهراً به دلیل محتوای متفاوت گروه‌های جانبی کایرال و بی‌کیرال در لایه‌های دولایه است (وضعیت مشابه با مورد کوپلیمرهای مبتنی بر M1 و M3). یعنی می توان دولایه CPL1-475 و CPL1-425 را نوعی سیستم دو فاز در نظر گرفت. در مورد CPL1-، چشم انداز برای تشخیص خواص قطبی مانند CPL1-350 است، اما به دلیل برهمکنش گروه های استر در دم قطعات جانبی غیر کایرال، ساختار کوپلیمر کمتر حساس است.

یکی از ویژگی‌های متمایز کوپلیمرهای مبتنی بر مونومرهای M2 و M دمای انتقال نسبتاً بالای SmF*-SmC* و زاویه شیب قابل توجهی کمتر گروه‌های مزوژنیک در فاز SmC* نسبت به فاز SmF* است که عدم تطابق آزیموتال را تسهیل می‌کند. ساختار دولایه CPL2-375 از لایه‌هایی با ترکیب یکسان با جبران جزئی گشتاورهای دوقطبی جزء کایرال تشکیل شده است. CPL2-350 این جبران را ندارد (ساختاری مشابه با CPL1-350 دارد) و پلاریزاسیون باید قوی تر باشد. با توجه به گشتاور دوقطبی عرضی کوچکتر (در مقایسه با CPL1-350)، ساختار CPL2-350 از نظر امکان سوئیچینگ الکتریکی محافظه کارتر است. محتمل ترین مدل CPL2-325: در فاز SmF*، لایه های دولایه با ترکیب متفاوت اما با جهت قطبش یکسان. در فاز SmC*، خواص قطبی به دلیل جداسازی ازیموتال ضعیف‌تر می‌شوند، در حالی که در فاز SmA، ساختار به دلیل جهت‌گیری نادرست ازیموتالی گروه‌های جانبی، غیرقطبی می‌شود. پلاریزاسیون ماکروسکوپی در SmF* و SmC* فقط می تواند پس از تغییر شکل ظاهر شود، اما به دلیل مقدار نسبتاً کم جزء کایرال، اثر نمی تواند قوی باشد.

فصل 4 به تولید فیلم های قطبی لانگمویر-بلاجت و تثبیت ساختار آنها توسط فوتوپلیمریزاسیون اختصاص دارد. ناپایداری سازه های فیلم ساخته شده مصنوعی منجر به نقض نظم و حتی یکپارچگی آنها به یک شکل یا آن و در نتیجه از دست دادن جزئی یا کامل خواصی می شود که عملکرد اصلی را تضمین می کند. بی‌فنیل‌های کایرال جانشین‌شده M1، M2، فنیل‌بنزوات‌های غیرکیرال M3، M4، و مخلوط‌های آن‌ها، که در حالت حجیم مورد مطالعه قرار گرفتند (فصل 3)، به عنوان ماده اولیه عمل کردند. این ترکیبات حاوی یک گروه آکریلات است که پلیمریزاسیون آنها را به صورت تک لایه روی سطح آب و در یک فیلم چند لایه روی یک بستر جامد با استفاده از اشعه ماوراء بنفش از یک لامپ جیوه امکان پذیر می کند.

ایزوترم های مشخصه -A که در طی تشکیل تک لایه های مونومر به دست می آید در شکل ها نشان داده شده است. 1. همه مولکول ها دارای دم آبگریز و سر آب دوست هستند، اما وجود گروه های آب دوست و آبگریز دیگر در مولکول ها اجازه نمی دهد که آنها را به عنوان ترکیبات آمفی دوست کلاسیک طبقه بندی کنند. از نسبت مساحت‌های هر مولکول در فاز متراکم و مقاطع عرضی مولکول‌ها، می‌توان نتیجه گرفت که همه مونومرها تک‌لایه‌هایی را تشکیل می‌دهند که مولکول‌ها در آن‌ها نسبت به سطح آب به‌صورت مورب قرار گرفته‌اند. چگالی و پایداری (که با فشار تخریب - فروپاشی تعیین می شود) تک لایه ها برای بی فنیل ها نسبت به فنیل بنزوات ها بیشتر است و با افزایش طول دم آبگریز مولکول ها افزایش می یابد.

پایداری تک لایه های تشکیل شده توسط مخلوط های بی فنیل و فنیل بنزوات (M1-M3، M2-M3) به نسبت آنها بستگی دارد. بیشترین اثر مثبت در غلظت های بالای بی فنیل (75%) M1 یا M2 حاصل می شود. در غلظت های بالا، M3 بدترین شاخص است.

و ایزوترم برای تک لایه های مونومر امکان انتخاب شرایط فتوپلیمریزاسیون منطقی را فراهم می کند. تحت تابش اشعه ماوراء بنفش تک لایه های مونومر، در همه موارد، به استثنای تک لایه مونومر M3، انقباض آنها مشاهده می شود (کاهش سطح هر مولکول، منجر به افت شدید فشار می شود) (شکل 1). پلیمریزاسیون UV تک لایه های هم مولکولی همیشه منجر به افزایش پایداری آنها نمی شود، به عنوان مثال، در مورد تک لایه های M2 (کاهش پایداری) و M3 (افزایش بسیار آهسته فشار نشان دهنده تخریب تک لایه در هنگام فشرده سازی است).

برنج. 1. -ایزوترم لایه های شناور بر اساس: a - M1 و P1. b - M3 و P3:

(1) مونومر، (2) مونومر پس از تابش اشعه ماوراء بنفش، و (3) پلیمری. ٪ بیش از ثبات تک لایه های مونومر اولیه است.

تک لایه‌هایی که بر اساس مولکول‌های پلیمر شانه‌ای P1 (بر اساس مونومر M1) تشکیل شده‌اند، پایدارتر از تک‌لایه‌های تک‌لایه‌ای هستند، اما تمام تلاش‌ها برای شناسایی ساختار چندلایه منظم بر اساس آنها بر روی یک بستر جامد با روش اشعه ایکس است. ناموفق بودند برای تعیین موقعیت گروه های جانبی پلیمر در تک لایه پلیمر، یک شبکه پیچیده (سوپرشبکه) ایجاد شد که یک فیلم LB از تک لایه های متناوب پلیمر P و استئارات سرب است که نقش فضاسازهای ساختاری را ایفا می کند (شکل 1). 2).

مقایسه الگوهای پراش اشعه ایکس با زاویه کوچک به دست آمده از چنین ابرشبکه ای و از یک فیلم LB چند لایه از استئارات سرب این امکان را فراهم می کند که مشخص شود که گروه های جانبی پلیمر اساساً تقریباً در صفحه فیلم قرار دارند و در نتیجه، روی سطح آب عدم منظم بودن لایه در فیلم پلیمری ناشی از صاف نبودن سطح لایه شناور به دلیل عدم امکان قرار دادن زنجیره اصلی به صورت یک سیم پیچ دوبعدی بر روی سطح آب می باشد.

برنج. شکل 2. الگوهای پراش زاویه کوچک فیلم LB استئارات سرب (a) و ابرشبکه مونتاژ شده از تک لایه های پلیمر P1 و استئارات سرب (b)، مدل ابرشبکه و پراش محاسبه شده از آن (راست).

بنابراین، دو راه برای حل مشکل به دست آوردن فیلم های LB پلیمری معمولی وجود دارد: 1 - از طریق پلیمریزاسیون UV فیلم های چند لایه مونومر بر روی یک بستر جامد و 2 - از طریق ساخت یک ساختار چند لایه از تک لایه های شناور پلیمریزه شده UV.

فیلم چند لایه مونومر M1 ساخته شده بر اساس Schaefer دارای ساختار دولایه قطبی با جهت گیری مولکول ها در لایه هایی از همان نوع گروه های جانبی پلیمر P1 است. دلیل پیدایش ساختاری با تناوب دولایه، رسوب واکنشی یک تک لایه دوم یا بیرون راندن برخی مولکول ها از یک لایه روی یک بستر با چرخش سر به سر است. تابش اشعه ماوراء بنفش فیلم M1 منجر به افزایش تناوب آن تقریباً 1.5 برابر می شود که دلیل آن بروز نقص هایی به شکل پیچ خوردگی در طول تشکیل زنجیره پلیمری است که باید خواص قطبی آن را کاهش دهد.

فیلم LB بر اساس Schaefer از تک‌لایه‌های M1 UV پلیمریزه شده روی آب، یک الگوی پراش مربوط به ساختار دولایه‌ای بسیار نزدیک به پلیمر P1 در فاز اسمکتیک F می‌دهد.

در اینجا، مدل‌سازی این امکان را فراهم می‌کند که ساختار دولایه حاصل از رسوب واکنشی تک لایه دوم پلیمر ایزوتاکتیک (شانه یک طرفه) روی بستر را از ساختار دولایه پلیمر سندیوتاکتیک (شانه دو طرفه) تشخیص دهیم. 3. از آنجایی که برای نوع دوم، ضریب عدم تطابق (ضریب R) به طور قابل توجهی کمتر است، می توان نتیجه گرفت که ایزوتاکتیک ها و دیوتاکتیک ها پس از جدا شدن از آب، تحت یک تبدیل ساختاری در تک لایه قرار می گیرند.

برنج. شکل 3. مدل های ساختاری فیلم های LB از تک لایه های پلیمریزه UV بر اساس مونومر M1 و منحنی های پراش بین لایه ای مربوطه: a) برای مولکول های ایزوتاکتیک (R = 0.335) و b) برای مولکول های syndiotactic (R = 0.091٪).

فیلم‌های LB مونومرهای M2، M3 و M4 ساختاری با تناوب تک لایه دارند، اما برخلاف فاز کریستالی با آرایش موازی مولکول‌ها در لایه‌ها. از تک لایه های مونومر M3 در فشارهای مختلف، ساختارهایی به دست آمد که از نظر دوره های بین لایه ای، نزدیک به فازهای C کریستالی و اسمکتیک بودند. این نشان می دهد که فاز متراکم تک لایه نیز شامل یک آنالوگ دو بعدی از فاز کریستال مایع است. ویژگی بارز فیلم های مونومر M2، M3 و M4 همپوشانی گروه های انتهایی در لایه های مجاور است که می تواند پیوندهای C=C را نمایش دهد و از پلیمریزاسیون جلوگیری کند. بنابراین، تابش اشعه ماوراء بنفش فیلم های LB مونومرهای M3 و M4 به دلیل اثر غربالگری منجر به تغییر ساختاری در فیلم نمی شود.

ساختار فیلم های ساخته شده از تک لایه های M2 و M4 پلیمریزه شده با اشعه ماوراء بنفش نیز دارای تناوب تک لایه است و نه دولایه، مانند پلیمرهای شانه مانند در فاز اسمکتیک. برهمکنش گروه های اتر در دم مولکول های M2 و M4 ظاهراً از تبدیل ساختاری با تشکیل یک ساختار دولایه جلوگیری می کند. امکان ساخت یک فیلم چند لایه منظم از تک لایه های M3 تحت تابش اشعه ماوراء بنفش (مانند مخلوطی با محتوای 75٪ M3) به دلیل ناهمگن بودن آنها ممکن نبود.

هیچ جداسازی فازی در فیلم های LB مخلوط های M1-M3 و M2-M3 (به استثنای MIX1-375) وجود ندارد. همه فیلم ها دارای ساختاری با تناوب تک لایه و با آرایش موازی مولکول ها در لایه ها هستند. در ساختار فیلم های مخلوط LB (به استثنای مخلوط MIX2-375)، عنصری از همپوشانی گروه های انتهایی مولکول ها در لایه های همسایه وجود دارد که از پلیمریزاسیون UV فیلم جلوگیری می کند. این نتیجه گیری را می توان با تغییرات در فیلم LB تابش شده با UV مخلوط MIX1-375 که پس از 1.5 سال رخ داد تأیید کرد. یکی از ساختارهای هتروفاز با تناوب تک لایه به یک ساختار دولایه با دوره ای منطبق با دوره فاز کریستالی مونومر M1 تبدیل شد.

مطالعه پراش الکترونی یک فیلم LB بر اساس تک‌لایه‌های پلیمریزه شده با اشعه ماوراء بنفش MIX1-350 نشان می‌دهد که فیلم عمدتاً حاوی یک جزء مونومر است. شبیه سازی ساختار فیلم و محاسبه پراش اشعه ایکس این را تایید می کند. بر اساس نتایج به دست آمده می توان نتیجه گرفت که پس از تابش اشعه ماوراء بنفش مقاومت تک لایه ها به دلیل ماهیت هتروفازی آنها کاهش می یابد. تک لایه ها همراه با جزء پلیمری ممکن است حاوی مقدار قابل توجهی مونومر باشند. و از آنجایی که گروه‌های جانبی پلیمر به دلیل موانع فضایی ایجاد شده تقریباً روی سطح آب قرار می‌گیرند، وقتی بستر در طول انتقال شیفر با فیلم تماس پیدا می‌کند، مولکول‌های مونومر عمدتاً می‌توانند روی آن بنشینند. در فیلم مبتنی بر تک لایه های پلیمریزه شده با اشعه ماوراء بنفش MIX1-375، جزء مونومر نیز وجود دارد، اما به مقدار ناچیز. مدل‌سازی و محاسبات پراش ساختار قطبی مولکول‌های پلیمری ایزوتاکتیک با تناوب تک لایه را به دست می‌دهد. بنابراین، افزایش غلظت جزء فنیل بنزوات در مخلوط منجر به تشکیل یک تک لایه شلتر و در نتیجه هتروفازیتی بارزتر پس از پلیمریزاسیون UV می شود.

فصل 5 نتایج مطالعات تشکیل ساختارهایی با کانال‌های انتقال از حفره‌های مولکول‌های ماکروسیکلیک (اترهای تاج) را در ترکیب با امکان کنترل جهت ماکروسکوپی آنها در تک‌لایه‌های لانگمویر و فیلم‌های LB و امکان تثبیت ساختار مولکول‌ها ارائه می‌کند. دومی. نمونه های انبوه دی بنزو-18-تاج-6 و دی بنزو-24-تاج-8 با جایگزین های مختلف حاوی قطعات آزومتین و انامینوکتون (شکل 4) و فیلم های LB بر اساس آنها، از جمله فیلم های رسانای تشکیل شده بر اساس کمپلکس های اترهای تاج با آندسیلنات پتاسیم (K-O-CO-(CH2)9=CH2)، سدیم لورات (Na-O-CO-C11H23) و C60 فولرن.

نمونه‌های انبوه اترهای تاج جایگزین شده در فاز کریستالی ساختارهای متعلق به سیستم مونوکلینیک را با همان تقارن P2/m تشکیل می‌دهند. ساختارها از نظر چگالی بسته بندی نزدیک هستند، جایی که یک عنصر مشترک وجود دارد - بسته بندی همپوشانی، که در آن جانشین های مولکول های همسایه با هم همپوشانی دارند، که نمونه ای برای ساختارهای نماتوژن است (شکل 5).

پارامترهای سلول به اندازه تاج و طول جانشین های جانبی بستگی دارد که بر میزان گسترش قطعه مرکزی نیز تأثیر می گذارد. وجود گروه های انامینوکتون در جانشین ها منجر به افزایش قابل توجه ابعاد عرضی سلول به دلیل تعداد مولکول های تشکیل دهنده آن می شود. دلیل ظاهراً در تشکیل پیوندهای هیدروژنی N-H···O نه تنها درون مولکولی، بلکه بین مولکولی نیز در حین اجرای جفت تماس قطعات انامینوکتون مولکول های همسایه است که ساختار را از نظر انرژی مطلوب تر می کند. وجود چنین پیوندهایی به طور غیرمستقیم توسط داده های طیف IR این ترکیبات تأیید می شود، جایی که یک نوار جذبی گسترده و شدید از ارتعاشات کششی گروه های N-H در ناحیه 3416 سانتی متر-1 وجود دارد (معمولاً این باند دارای شدت کم است. ).

هنگامی که چنین شبکه ای ذوب می شود، قطعات دو بعدی مولکول هایی که توسط پیوندهای هیدروژنی به هم متصل شده اند، باقی می مانند. از آنجایی که اغتشاشات طولی در بسته بندی این قطعات کوچکتر از عرضی است، سازه ای با علائم لمینیت ظاهر می شود. در واقع، الگوی پراش اشعه ایکس که با ذوب نمونه در میدان مغناطیسی به دست می‌آید، مربوط به یک نماتیک است، اما با نشانه‌هایی از ساختار شورون. این به اصطلاح فاز نماتیک سیبوتاکتیک مایل است. هنگامی که مولکول های اتر تاج با قطعات آزومتین برهم کنش می کنند، هیچ پیوند هیدروژنی در جانشین ها وجود ندارد و در نتیجه، یک فاز نماتیک کلاسیک با ذوب شبکه کریستالی تشکیل می شود. به دلیل پیوندهای هیدروژنی، ساختار محافظه کارتر می شود و از این عامل می توان برای تثبیت ساختارهای لایه ای تشکیل شده توسط فناوری LB استفاده کرد.

تشکیل تک لایه ها و ساختار فیلم های LB. ایزوترم های به دست آمده در طول تشکیل تک لایه های لانگمویر بر اساس مولکول های اترهای تاج -A غیر جایگزین ممکن است در شکل و شروع رشد فشار متفاوت باشند. تفاوت در سیر آنها، همانطور که مشخص شد، نه تنها به میزان پوشش یا غلظت مولکول های محلول بستگی دارد، بلکه تا حد زیادی به دمای زیر فاز نیز بستگی دارد.

مشخص شده است که در دماهای کمتر از 17 درجه سانتیگراد، ایزوترم ها دارای یک قوز یا فلات مشخص هستند که موقعیت آن هم از نظر مساحت و هم از نظر فشار سطح کاملاً ثابت نیست.

وجود قوز (یا فلات) در ایزوترمهای -A اترهای تاج معمولاً با انتقال فاز از حالت انبساط مایع به حالت متراکم همراه است، اگرچه نظر صریح در مورد مکانیسم انتقال فاز وجود ندارد. نوع انتقال فاز با محدودیت های جنبشی تعیین می شود: با کاهش نرخ تراکم یا کاهش طول جایگزین ها، قوز به یک فلات تبدیل می شود. با افزایش دما، انحطاط قوز (یا فلات) مشاهده می شود و با شروع از 23 درجه سانتیگراد، دیگر مشاهده نمی شود، شکل. 6.

با در نظر گرفتن تمام ویژگی های آشکار شده رفتار ایزوترم های -A، مکانیسم تحولات ساختاری در لایه شناور را می توان به صورت زیر توضیح داد. مولکول های اتر تاج مستعد تجمع هستند، اما می توان از این امر توسط مولکول های حلالی که توسط مولکول های اتر تاج نگهداری می شوند جلوگیری کرد. نسبت مولکول های انباشته و غیر انباشته در لایه تشکیل شده، موقعیت قوز یا فلات (انتقال فاز) را در ایزوترم تعیین می کند. هنگامی که فشار معینی (بسته به دما) به دست می‌آید، مولکول‌های حلال از تک لایه خارج می‌شوند و مکانیسم تجمع مولکول‌های اتر تاج تخت فعال می‌شود. این تفسیر همچنین با این واقعیت پشتیبانی می شود که تنها یک ایزوترم صاف در طول فشرده سازی ثانویه تک لایه منبسط شده به دست می آید، زیرا سنگدانه های تشکیل شده دیگر تجزیه نمی شوند. در دمای بالا (23-24 درجه سانتیگراد)، حلال در مرحله اولیه تشکیل تک لایه شروع به ترک سطح آب می کند و در نتیجه یک ایزوترم صاف به دست می آید.

بسته به استحکام ساختاری اترهای تاج، در طول انتقال فاز، مولکول‌ها یا جهت فضایی خود را تغییر می‌دهند، با یکدیگر برخورد می‌کنند و سپس روی یک لبه می‌چرخند (تاج سخت-6)، یا در ناحیه تاج می‌پیچند. تماس محکم مولکول های همسایه در طول تشکیل یک سنگدانه با تغییر طولی آنها نسبت به یکدیگر (تاج انعطاف پذیر-8) اجرا می شود. این باعث تفاوت در ساختار تک لایه های تشکیل شده و در نتیجه در ساختار فیلم های LB به دست آمده بر اساس آنها می شود. با توجه به داده های اشعه ایکس، آنها به ترتیب دارای یک ساختار شبه دو بعدی با تناوب تک لایه یا ساختار دولایه نامتناسب با همپوشانی داخلی مولکول ها هستند.

برنج. 6. -A crown-6-a10 ایزوترم: شکل. شکل 7. بسته بندی مولکول های crown-8-e12 در فیلم LB، a – 0.5 mg/ml. 1.7 میلی لیتر در متر مربع; 17оС، چگالی الکترون (z)، تجربی (1) b – 0.5 mg/ml. 1.7 میلی لیتر در متر مربع; 24oС، و محاسبه شده (2) شدت پراکندگی - 0.25 mg/ml. 2.14 میلی لیتر در متر مربع; 17 درجه С. ساختار چندلایه برای فیلم‌های LB: هنگام تشکیل فیلم‌های LB از لایه‌های شناور اترهای روکشی، ساختار جانشین‌ها می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر پایداری ساختار آنها داشته باشد. بنابراین، در ساختار فیلم های LB اترهای تاج با گروه های آزومتین در جایگزین ها، همپوشانی قابل توجهی از قطعات انتهایی مولکول ها در لایه های همسایه رخ می دهد، که به ما اجازه نمی دهد چنین ساختاری را به عنوان یک ساختار شبه دو بعدی در نظر بگیریم. چنین عنصر ساختاری مشخصه فاز کریستالی است. در موردی که جانشین‌ها حاوی گروه‌های انامینو کتون هستند، ساختار لایه‌های LB یا شبه دوبعدی باقی می‌ماند، شبیه به ساختار اسمکتیک با ساختار تک لایه (crown-6e-n) یا ساختار دولایه نامتناسب (تاج- تاج) 8e-n، شکل.

7) تناوب. ظاهراً برهمکنش گروه‌های انامینو کتون فعال مولکول‌های همسایه در لایه‌ها چه به‌طور مستقیم یا از طریق یک مولکول کلروفرم با تشکیل پیوندهای هیدروژنی، ساختار شبه دو بعدی را نسبت به تبلور پایدارتر می‌کند.

مطالعه رفتار مولکول‌های اتر تاج در لایه‌های شناور همراه با نمک‌های اسیدهای چرب و فولرن C60 به منظور ایجاد ساختارهای فیلم با عناصر رسانای نانو اندازه محلی انجام شد.

ایزوترم لایه های شناور بر اساس مخلوط تاج-8-e12 یا با آندسیلنات پتاسیم (بریتانیا) یا لورات سدیم (LN) در نسبت 1: با ایزوترم crown-8-e12 خالص با تغییر فاز (در شکل یک قوز) از مایع منبسط شده به حالت متراکم مایع به ناحیه مناطق بزرگ در هر مولکول، که نشان دهنده تشکیل کمپلکس ها است. رفتار آنها در یک تک لایه بسیار شبیه رفتار مولکول های اتر تاج سخت است، زیرا تشکیل یک کمپلکس باعث می شود تاج اتر تاج تحرک ساختاری خود را از دست بدهد. انتقال فاز دوم (به شکل یک فلات یا خمش)، مرتبط با جهت گیری مجدد قطعات مجتمع تشکیل شده در لایه شناور، مانند اولین (به شکل یک قوز)، به دما بستگی دارد، اما به به میزان کمتر در دمای 24 درجه سانتیگراد، وسعت فلات فقط کاهش می یابد و به ناحیه مناطق کوچکتر در هر مولکول تغییر می کند، در حالی که قوز به طور کامل ناپدید می شود.

با توجه به داده های آزمایش اشعه ایکس LB، فیلم کمپلکس CE-UK رسوب شده از فاز متراکم، ساختاری شبه دو بعدی با تناوب تک لایه دارد (قسمت های مرکزی مولکول های CE لبه هستند. نوک شده، و هیچ همپوشانی قطعات انتهایی وجود ندارد). دو یون (K+) در حفره اتر تاج (دهنده) وجود دارد و باقیمانده‌های اسیدی در لایه‌ها ساخته می‌شوند و به موازات جانشین‌ها جهت‌گیری می‌کنند. 7. در نظر گرفتن ادغام منظم مولکول های حلال در ساختار مدل منجر به کاهش ضریب R از 0.038 به 0.024 می شود. ساختار فیلم LB بر اساس کمپلکس تشکیل شده توسط crown-8-e12 با LN در آرایش باقی مانده های اسید (نه در امتداد، بلکه در سراسر جانشین ها) متفاوت است.

فیلم های LB مجتمع های CE-UK و CE-LN شبه دو بعدی هستند و کریستالیزه نمی شوند. یک لایه فیلم جداگانه را می توان به عنوان یک ساختار ساندویچی متشکل از یک لایه رسانا حاوی کانال های رسانا تشکیل شده توسط تاج های CE و لایه های دی الکتریک تشکیل شده توسط جایگزین های CE در نظر گرفت. به طور کلی، این فیلم بسته‌ای از چنین ساندویچ‌هایی است که می‌تواند به عنوان نمونه اولیه یک کابل چند هسته‌ای با اندازه نانو با سیم‌های عایق‌شده عمل کند. 8.

اترهای تاج نیز برای سرکوب تجمع فولرن C60، که مستعد تشکیل سنگدانه‌های سه‌بعدی است، استفاده شد، که تشکیل تک‌لایه‌های لانگمویر و ساختارهای لایه‌ای منظم را فقط بر اساس آن بسیار مشکل‌ساز می‌کند. استفاده از اتر تاج جایگزین نشده به عنوان یک عامل کمپلکس کننده که قادر به تشکیل یک تک لایه پایدار علیرغم عدم وجود تعادل آبدوست آبگریز است برای افزایش سطح سطح زیرفاز که به حفره های ماکروسیکل می رسد و در نتیجه احتمال مولکول های فولرن را افزایش می دهد. وارد شدن به آنها

یکی از ویژگی های مهم ایزوترم های -A به دست آمده در مطالعه تحولات ساختاری در لایه های شناور DB18C6 و C60 (با نسبت 2: 1) این واقعیت است که شروع افزایش فشار مربوط به ناحیه ای است که به طور قابل توجهی از حداکثر فراتر می رود. مساحت هر مولکول معمولی، که نشان دهنده عدم تجمع مولکول های C60 در مرحله اولیه تشکیل تک لایه است.

دگرگونی های ساختاری در تک لایه، که منجر به تشکیل کمپلکس هایی از نوع ساندویچی می شود، در شکل 9 نشان داده شده است. یک پسماند کوچک در مسیر ایزوترم های رو به جلو و معکوس نیز نشان می دهد که تجمع C60 تا حد زیادی سرکوب می شود، زیرا کمپلکس تاج-اتر-فولرن به دلیل مانع فضایی تشکیل می شود و در طول رفع فشار از حالت فشرده خارج می شود.

برنج. شکل 9. ایزوترم ها و نمودار ساختاری. 10. مدل ساختاری و طرح تحولات تور در چگالی الکترونی شناور لایه، لایه آزمایشی بر اساس DB18C6 و C60. پراش بعدی (1) و محاسبه شده (2). 11. ساختار مدل و تصویر AFM یک فیلم LB بر اساس کمپلکس های تشکیل شده توسط مولکول های DB18C6 و C60.

داده های پراش اشعه ایکس با زاویه کوچک (شکل 10) و مطالعه AFM (شکل 11) فیلم LB مونتاژ شده از تک لایه های هترومولکولی DB18C6 و C60 نشان داد که کمپلکس ساندویچ عنصر اساسی در ساختار لایه است. در این حالت ساختار به گونه ای است که C ها با یکدیگر در تماس هستند و زنجیره هایی را تشکیل می دهند که از مرزهای یک لایه جداگانه فراتر نمی روند. لازم به ذکر است که فیلم های LB به دست آمده (و همچنین فیلم های مبتنی بر کمپلکس های CE-UK و CE-LN) تک محوری بوده و جهت ماکروسکوپی در صفحه لایه ها ندارند.

فصل 6در اینجا نتایج مطالعات ساختاری نمونه های حجیم و فیلم های LB مجتمع های لانتانید مزوژنیک وجود دارد که هم به دلیل خواص مغناطیسی (پارامغناطیس های آلی قوی) و هم به طور قابل توجهی پایین تر (در مقایسه با کمپلکس های حاوی آنیون های ماهیت متفاوت) دماهای انتقال فاز را به خود جلب می کنند. 1. 2. توجه اصلی به رفتار دمایی پارامترهای ساختاری فازهای توده ای مجتمع ها در جهت گیری توسط یک میدان مغناطیسی (یا الکتریکی)، ایجاد ارتباط بین ساختار این فازها و ساختار فیلم های LB معطوف شد. بر اساس کمپلکس ها شکل گرفته و امکان استفاده از این کمپلکس ها برای ایجاد بافت فیلم دو محوره وجود دارد.

فرمول های ساختاری کمپلکس های لانتانید و ناهمسانگردی مغناطیسی آنها С6Н3(ОН)-С=N-С18Н37 - Tb [X]3 SO4-C12H25 С14Н29-О-С6Н3(ОН)-С=N-С18Н37 - نمونه های انبوه در یک X جهت گیری شدند. محفظه مغناطیسی پرتو با میدان 1.2 T مانند در حالت سریع (1 درجه در دقیقه)، و با خنک شدن آهسته (0، درجه در دقیقه) از فاز همسانگرد. تصویربرداری اشعه ایکس از نمونه‌های جهت‌یافته در محل در یک چرخه گرمایش در محدوده دمای اتاق تا نقطه پاکسازی انجام شد.

مجتمع های مورد مطالعه دو فاز اسمکتیک (SmF و SmС) یا سه (SmB، SmF و SmС) را تشکیل می دهند. در مجتمع‌های با لیگاندهای کوتاه‌تر (کمپلکس‌های Dy و ErI)، فاز SmB مشاهده نمی‌شود، ظاهراً به دلیل این واقعیت است که دمای انتقال فاز SmF-SmB برای آنها کمتر از دمای انتقال شیشه‌ای است. یکی از ویژگی‌های نمونه‌های جهت‌یافته، جهت‌گیری ضعیف به طور کلی در درجه بالایی از جهت‌گیری ساختار لایه است (S = 0.8). در این مورد، همانطور که توسط محاسبات پراش مدل ها نشان داده شده است، مولکول های کمپلکس ها ترکیبی دراز دارند، اما در فاز SmС تمایل به همپوشانی جزئی قطعات انتهایی لیگاندها در لایه های همسایه وجود دارد.

رفتار پارامترهای پراش کمپلکس ها در طول انتقال فاز به شدت هم به ساختار مولکولی و هم به ماقبل تاریخ آنها بستگی دارد، یعنی به سرعت سرد شدن نمونه ها در طول جهت گیری میدان و به ماهیت میدان (الکتریکی یا مغناطیسی). سرعت سرد شدن در یک میدان مغناطیسی بر دمای انتقال فاز SmF-SmC تأثیر می گذارد.

با این حال، اگر تغییر فاز انتقال فاز به سمت دمای پایین‌تر با سرعت خنک‌سازی بالاتر مشاهده‌شده در کمپلکس Ho را بتوان با اثر ابرسرد کردن توضیح داد، در کمپلکس Dy این تغییر به سمت دمای بالاتر رخ می‌دهد.

یکی دیگر از واقعیت های غیرعادی برای این مجموعه، که جهت گیری آن بر خنک شدن آهسته در میدان مغناطیسی است، تغییر دمای قابل توجه در تغییرات مشخصه در عرض بازتاب های زاویه کوچک و زاویه باز است (شکل 12). یعنی کمپلکس دیسپروزیم مانند یک سیستم دو فازی رفتار می کند: قسمت های مرکزی مجموعه که لایه ها را تشکیل می دهند یک فاز هستند و دم لیگاندها که نوعی لایه بین لایه ها را تشکیل می دهند فاز دیگری هستند. علاوه بر این، ماهیت دو فازی خود را به عنوان اثر یک میدان مغناطیسی نشان می دهد، که در آن قسمت مرکزی مجتمع (پارامغناطیس با ناهمسانگردی مغناطیسی منفی) و دم لیگاند (با ناهمسانگردی دیامغناطیسی مثبت) باید متفاوت جهت گیری شوند. با سرد شدن سریع در میدان، هیچ اثری مشاهده نمی شود، زیرا در این مورد مولکول مجتمع به عنوان یک کل واحد رفتار می کند.

در مورد کمپلکس های اربیوم با ناهمسانگردی مغناطیسی مثبت (جدول 2)، تغییرات مشخصه در عرض بازتاب ها در طول انتقال فاز به طور همزمان رخ می دهد، مانند یک سیستم تک فاز، زیرا هیچ تضادی مرتبط با جهت گیری مرکزی وجود ندارد. بخشی از مجموعه و گروه های محیطی لیگاندها در یک میدان مغناطیسی (شکل 12).

برنج. 12 وابستگی دمایی نیم پهنای ماکزیمم های زاویه باز () و زاویه کوچک () مجتمع های Dy (چپ) و ErII (راست). جهت گیری در هنگام خنک شدن آهسته (،) و سریع (،) در میدان مغناطیسی 1.2 T.

هنگامی که کمپلکس Dy توسط یک میدان الکتریکی ثابت در فاز SmС جهت گیری می شود، تمایل به کاهش محسوس در دوره لایه وجود دارد و در فاز دمای پایین دوره لایه با طول مولکول مطابقت دارد، همانطور که در فاز SmB در این حالت، هیچ تغییر محسوسی در عرض بازتاب های زاویه کوچک در طول انتقال فاز مشاهده نمی شود و عرض بازتاب های زاویه باز پس از انتقال فاز به طور قابل توجهی افزایش می یابد. دلیل آن مکانیسم جهت گیری است. در یک میدان الکتریکی ثابت، مولکول‌های یک کمپلکس با ناهمسانگردی دی‌الکتریک مثبت، تمایل دارند خود را موازی با میدان قرار دهند. در فاز SmC، به دلیل افزایش قابل توجه رسانایی، که حداکثر در امتداد لایه‌ها است، تمایل به چرخش در امتداد میدان وجود دارد. این تضاد جهت گیری است که منجر به افزایش شیب مولکول ها در لایه می شود.

تصویربرداری اشعه ایکس از کمپلکس ها پس از سرد شدن تا -15 درجه سانتی گراد نشان داد که آنها متبلور نمی شوند، اما ساختار اسمکتیک را با لایه های ساختار یافته (SmF یا SmB) در حالت انجماد حفظ می کنند.

بر اساس این واقعیت، می توان انتظار داشت که ساختار چند لایه فیلم های LB به همان میزان محافظه کارانه باشد.

و ایزوترم های بدست آمده در هنگام تشکیل لایه های لانگمویر بر اساس کمپلکس های لانتانید از همین نوع هستند، شکل. 13. آنها با فشار اولیه صفر مشخص می شوند و دارای تعدادی انحراف هستند که نشان دهنده ماهیت پیچیده دگرگونی های فازی ساختاری در لایه شناور است، به دلیل تغییر در ترکیب کمپلکس ها، که از کشیده (در مایع) متفاوت است. -فاز منبسط شده) تا خمیدگی بسیار قوی (در فاز متراکم). فلات اول در ایزوترم مربوط به تبدیل یک تک لایه متراکم به یک دولایه است و دومی مربوط به دگرگونی های ساختاری مرتبط با تغییر در ترکیب کمپلکس ها در لایه بالایی ساختار دولایه از خم شدن دوباره به کشیده شده است. در این حالت، مولکول ها روی دم خود می ایستند). افزایش دمای زیرفاز یا سرعت فشردگی تک لایه منجر به انحطاط فلات و تغییر انتقال فاز به سمت مناطق بزرگتر در هر مولکول می شود. در این موارد، لایه شناور به دلیل ناهمگنی بیشتر، پایداری کمتری پیدا می کند.

مطالعات بعدی فیلم های LB بر اساس کمپلکس ها نشان داد که ساختار آنها به فشار رسوب بستگی دارد، جدول 1. 3. در فشارهای انتقال پایین (تا یک فلات)، ساختارهای smect مانند با دوره کوتاهتر (شیب مولکولی بزرگ) نسبت به فشارهای بالاتر (بالاتر از فلات اول)، زمانی که ساختار فیلم LB بسیار نزدیک به ساختار اسمکتیک با دمای پایین در یک نمونه فله

در فشارهای بالای فلات دوم، ساختارهایی از انواع مختلف می توانند در لایه شناور به دلیل ناهمگنی آن وجود داشته باشند، جدول 1. 3.

توانایی ساختار کریستال مایع برای پاسخ دادن به میدان مغناطیسی برای ایجاد لایه‌های نازک‌تر از کمپلکس‌های لانتانید از نظر ماکروسکوپی نسبت به فناوری استاندارد LB استفاده شده است. هنگامی که یک میدان مغناطیسی در تشکیل یک لایه شناور گنجانده شود (شکل 11)، امکان به دست آوردن ساختارهای فیلم با بافت دو محوره می شود. پیوست مغناطیسی طراحی شده به شما امکان می دهد میدانی با القای B=0.05 T (H=4·104 A/m) ایجاد کنید. همانطور که محاسبه میدان بحرانی فردریکس (Hc=2·102 A/m) نشان می‌دهد، این برای جهت‌یابی کمپلکس‌های مزوژنیک روی سطح زیرفاز کافی است.

انتقال فشار و داده های ساختاری برای فیلم های LB مجتمع Dy.

Reflex d, I, rel. واحدها Reflex d, I, rel. واحدها Reflex d, I, rel. واحدها

در طول تشکیل لایه های لانگمویر بر اساس کمپلکس ها در حضور میدان مغناطیسی، تعدادی تفاوت مشخصه بر روی ایزوترم ها ظاهر می شود، شکل. 15. این یک شروع بعدی افزایش فشار در شکل اولیه است. 14. پیکربندی میدان مغناطیسی در شکل. 15. ایزوترمهای کمپلکس Tb، برآمدگی بر روی صفحه LB حمام. 1 - به دست آمده در هنگام تشکیل تک لایه های لبه حمام، 2 - مانع، 3 - صفحه بدون میدان (الف) و در حضور مرحله مغناطیسی تشکیل تک لایه، کاهش طول بخش 1-2، مربوطه به فاز گازی تک لایه، افزایش سریعتر فشار پس از انتقال به فاز منبسط شده با مایع (بخش 2-3)، تغییر به سمت مناطق کوچکتر از انحرافات مشخصه یا فلات در ایزوترم ها در ناحیه حالت متراکم ( بخش 3-4 در ایزوترم مربوط به فاز 1 متراکم و 4-5 مربوط به مرحله تشکیل دولایه است.

در اینجا تأثیر ترتیب مولکول ها در میدان تأثیر می گذارد - بسته بندی متراکم تر می شود.

اثر میدان مغناطیسی نیز خود را در ساختار فیلم های LB نشان می دهد. به عنوان مثال، در فیلم‌های کمپلکس‌های Dy و Tb که در فشار کم (6 mN/m) به دست می‌آیند، دوره‌های بین لایه‌ای به‌طور محسوسی افزایش می‌یابد و برابر با دوره فیلم‌های به‌دست‌آمده در فشار بالا (19 mN/m) می‌شود. در عین حال، آزمایش پراش الکترون ظاهر یک بافت را در صفحه فیلم نشان می‌دهد، شکل. 16-ب. با این حال، یک فیلم دو محوره را می توان تنها با قرار دادن تک لایه ها در یک فشار نسبتا کم (mN/m) به دست آورد. دلیل آن در آرامش ساختاری مولکول ها نهفته است. در فشار بالا، مولکول‌های کمپلکس در تک لایه به شدت خم می‌شوند و پس از جدا شدن از سطح آب، با از بین بردن جهت‌گیری ازیموتال مشخص شده توسط میدان، صاف می‌شوند. در فشار کم، مولکول ها کمی خم می شوند و آرامش ساختاری برای جهت گیری ازیموتال فاجعه بار نیست.

یک بافت دو محوره در یک فیلم نیز می تواند با استفاده از افکت مهمان-میزبان به دست آید. وضعیتی که مولکول های مهمان در مرحله تشکیل یک تک لایه شناور در حضور میدان مغناطیسی توسط مولکول های مجتمع جهت گیری می شوند تا فیلم های فوق نازک با ناهمسانگردی مسطح در سیستم های مختلف به دست آید. بنابراین، بر اساس لایه‌های شناور هترومولکولی مخلوطی از کمپلکس ErII - پورفیرین تترا جایگزین با غلظت مولی 1:2.4، به ترتیب، فیلم‌های LB ناهمسانگرد نوری با ناهمسانگردی به اندازه کافی بالا (درجه جهت گیری S = 0.84) به دست آمد. در این سیستم، مولکول‌های کمپلکس نه تک تک مولکول‌های پورفیرین، بلکه توده‌های آن‌ها را جهت‌گیری می‌کنند، همانطور که با ظاهر یک فلات در ناحیه اولیه ایزوترم -A مشخص می‌شود، که در غیر این صورت بسیار شبیه به ایزوترم کمپلکس ErII است. .

برای ایجاد فیلم های LB با ناهمسانگردی داده شده از رسانایی مسطح، از یک سیستم سه تایی اتر - لورات سدیم - کمپلکس تربیوم استفاده شد (نسبت مولی به ترتیب از 1:2:1 تا 100:200:1 متغیر بود). سازگاری همه مولکول‌ها در ساختار کلی بر این واقعیت استوار است که هم مخلوط اتر-سدیم لورات تاج و هم کمپلکس تربیوم (که قبلاً مطالعه شده است) ساختارهای لایه‌ای دوبعدی شبه www.sp-department.ru را با دوره‌های نه چندان متفاوت تشکیل می‌دهند. در فیلم LB

ناهمسانگردی مغناطیسی منفی مولکول‌های کمپلکس تربیوم به این واقعیت منجر می‌شود که مولکول‌های لایه شناور عمود بر میدان مغناطیسی قرار گرفته‌اند و مولکول‌های اتر تاج ناهمسان‌سنج را مجبور می‌کنند به همان روش جهت‌گیری کنند.

جهت گیری کانال های رسانا در این مورد باید حداکثر هدایت الکتریکی را در جهت موازی با خطوط میدان مغناطیسی تضمین کند. برای اینکه کانال های رسانای یونی در فیلم LB در امتداد لایه جهت گیری شوند، مولکول های اتر تاج (مواد تشکیل دهنده آنها) باید به سمت لبه کج شوند، که مطابق با مدل های ساختاری ایجاد شده در مطالعه فیلم های مبتنی بر اترهای تاج و یک مخلوطی از اتر اتر و سدیم لورات. در طول انتقال یک لایه تک لایه بر روی یک بستر جامد، جهت گیری ازیموتال کانال های رسانا حفظ می شود، که نه تنها با پراش الکترونی، بلکه با اندازه گیری مستقیم رسانایی مسطح لایه های LB در جهات مختلف تأیید می شود (شکل 17). . نتایج مشابهی نیز برای فیلم‌های LB بر اساس کمپلکس فولرن - تربیوم C60 DB24crown8 با سیستم سه‌گانه به دست آمد.

برنج. شکل 17. پیکربندی الکترود و هدایت الکتریکی (G) یک فیلم LB از مخلوطی از اتر اتر - سدیم لورات - کمپلکس تربیوم با نسبت‌های مولی متفاوت اجزا در امتداد (جهت A) و در عرض (جهت B) میدان مغناطیسی. Go رسانایی بستر تمیز است.

ناهمسانگردی رسانایی مسطح فیلم با کاهش غلظت مولکول های کمپلکس تربیوم در مخلوط افزایش می یابد، شکل. 17. این به دلیل کاهش اثر مزاحم این مولکول ها بر ساختار کانال های رسانا اتفاق می افتد. در عین حال، گشتاورهای مغناطیسی غول‌پیکر مو مولکول‌های کمپلکس تربیوم، حتی در صورت غلظت نسبتاً کم آن‌ها، جهت‌دهی ساختار دامنه‌ای را که توسط مولکول‌های اتر تاج – سدیم لورات یا اتر تاج تشکیل می‌شود، ممکن می‌سازد. کمپلکس های C60

نتایج اصلیو نتیجه‌گیری 1. نشان داده شده است که در ساختارهایی با تقارن قطبی که توسط آکریلات‌های مزوژنیک تشکیل شده‌اند، جبران گشتاورهای دوقطبی نه تنها در سطح مولکول‌های منفرد، بلکه در طول تشکیل دیمرها از مولکول‌های قطبی نیز می‌تواند رخ دهد. وجود یک قطعه کایرال به طور فضایی از جبران گشتاورهای دوقطبی پیوند هم در مولکول و هم در بسته بندی مولکولی جلوگیری می کند. افزودن یک گروه C = O به قسمت دم مولکول، ماهیت بسته بندی مولکولی را تغییر می دهد؛ به دلیل برهم کنش دوقطبی-دوقطبی، ساختار با توجه به عدم تطابق آزیموتال محافظه کارتر می شود (که شکل گیری قطب را توضیح می دهد. فاز Cr-H*) و جداسازی فاز (در مخلوط‌های LC از آکریلات‌های کایرال و بی‌کیفیت). افزایش طول مولفه بی رنگ در مخلوط ها منجر به تشکیل یک اسمکتیک معمولی با مولکول های همپوشانی در لایه های همسایه می شود. عدم تطابق آزیموتالی بزرگ عامل مهمی است که از تشکیل لایه های قطبی در این فازها جلوگیری می کند.

2. مشخص شده است که هموپلیمرها و کوپلیمرهای مبتنی بر آکریلات های کایرال و غیر کایرال و مخلوط آنها ساختارهای اسمکتیکی با دو لایه قطبی تشکیل می دهند. توزیع اجزای کایرال و غیر کایرال در لایه های دولایه به نسبت غلظت آنها در کوپلیمر بستگی دارد. در مورد طول‌های مختلف اجزای کایرال و بی‌کیرال در کوپلیمر و نسبت نابرابر آنها در لایه‌های دولایه، تغییرات ساختاری مشخصه در داخل همان نوع فاز اسمکتیک مشاهده می‌شود (مورد نوعی جداسازی میکروفاز).

گام ساختار هلیکوئیدی با رفتن از نسبت یکسان به نسبت نابرابر اجزای کایرال و بی‌حساب در لایه‌های دولایه افزایش می‌یابد. در غلظت کم جزء کایرال، یک ساختار شورون مشاهده می شود (برای CPL1-325). نحوه جهت دهی کوپلیمرها تأثیر محسوسی بر ساختار آنها دارد. هنگامی که توسط یک میدان الکتریکی ثابت تا 1106 ولت بر متر جهت گیری می شود، ساختار هلیکوئیدی بدون چرخش باقی می ماند، درجه جهت گیری ساختار لایه ای در مقایسه با جهت گیری در یک میدان مغناطیسی بالاتر است. با جهت گیری مغناطیسی، درجه جهت گیری گروه های جانبی کوپلیمر و ترتیب ترجمه آنها بالاتر است.

3. نشان داده شده است که در نسبت یکسانی از اجزای کایرال و کایرال در کوپلیمر، اختلاف انرژی بین حالت های قطبی و غیرقطبی حداقل است، که می تواند قطبش نمونه را در یک میدان الکتریکی تسهیل کند (که باید بسیار بیشتر از 1106 V/m).

4. نشان داده شده است که دلیل ساختار آمورف اشعه ایکس فیلم LB که از مولکول های پلیمری شانه ای شکل تشکیل شده است، انعطاف پذیری محدود زنجیره اصلی است که منجر به تشکیل یک لایه شناور شل و ناهموار بر روی سطح آب. با استفاده از تک‌لایه‌های اسپیسر، برای مثال، بر اساس استئارات سرب، می‌توان بین لایه‌های منفرد در فیلم LB تمایز قائل شد و از نظر رادیوگرافی یک ساختار چند لایه منظم را مشاهده کرد.

5. ثابت شده است که دو فنیل های پاراجانشین شده تک لایه هایی را تشکیل می دهند که نسبت به فنیل بنزوات ها متراکم تر و در برابر فروپاشی مقاوم تر هستند. افزایش غلظت جزء بی فنیل در تک لایه های شناور مخلوط ها نیز باعث افزایش پایداری آنها می شود. ساختار قطعه دم مولکول ها به شدت بر تراکم و پایداری تک لایه ها تأثیر می گذارد: وجود یک گروه کربونیل در دم و افزایش طول آن منجر به افزایش تراکم و پایداری تک لایه ها و بی فنیل ها و فنیل بنزوات ها می شود.

6. نشان داده شده است که فیلم های قطبی منظم را می توان از بی فنیل های پارا جایگزین مزوژنیک و مخلوط آنها با فنیل بنزوات ها با استفاده از فناوری LB تشکیل داد. در این مورد، وجود یک همبستگی خاص در ساختار فیلم‌های LB و ساختار فازهای توده‌ای ترکیبات مورد مطالعه آشکار می‌شود. تثبیت ساختار شبه دو بعدی فیلم های LB توسط پلیمریزاسیون UV تنها در صورت عدم نمایش پیوندهای C=C توسط قطعات انتهایی مولکول ها امکان پذیر است.

7. مشخص شده است که پلیمریزاسیون UV تک لایه های شناور همو و هترومولکولی، به عنوان یک قاعده، با انقباض آنها همراه است و منجر به افزایش پایداری می شود. با این حال، در مورد تمایل زیاد مولکول ها در تک لایه، گروه های جانبی پلیمر که پس از تابش اشعه ماوراء بنفش تشکیل شده اند، روی سطح آب قرار می گیرند و تک لایه تقریباً همزمان با شروع حرکت مانع فشاری شروع به فروپاشی می کند. .

فیزیک نظری چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای علوم فیزیک و ریاضی نووسیبیرسک - 2011

«Atkarskaya Agata Sergeevna ایزومورفیسم های گروه های خطی بر روی حلقه های انجمنی تخصص 01.01.06 منطق ریاضی، جبر و نظریه اعداد چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای علوم فیزیکی و ریاضی مسکو 2014 به نام M.V. Lomon».

پونومارف ایوان ویکتورویچ ساختارهای آشکارسازهای تشعشعات یونیزه بر اساس تخصص آرسنید گالیوم اپی تاکسیال 01.04.10 – فیزیک نیمه هادی چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای رشته فیزیک و رشته ریاضی 11 رشته علوم ریاضی 20 ics GOU VPO تحقیقات ملی دانشگاه دولتی تومسک و آزمایشگاه فیزیک نیمه هادی OSP موسسه فیزیک و فناوری سیبری...»

«میرونوف گنادی ایوانوویچ تئوری سیستم‌های دوبعدی و نانوبعدی با همبستگی‌های قوی در مدل هابارد 01.04.02 – فیزیک نظری چکیده پایان‌نامه پایان‌نامه علمی –20 درجه دکتری و دکتری انجام شد. در گروه فیزیک نظری GOU VPO دانشگاه دولتی کازان آنها. در و. اولیانوف-لنینا مشاور علمی: دکترای علوم فیزیکی و ریاضی، پروفسور کوچلایف بوریس ایوانوویچ مخالفان رسمی:...»

"آربوزوف ANDREY ALEKSANDROVICH نظریه و روش های تجزیه و تحلیل طیف های دی الکتریک توصیف شده توسط عبارات توان کسری با نماهای مزدوج واقعی و مختلط تخصص: 01.04.02 - فیزیک نظری چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای علوم فیزیک -200 کار در گروه فیزیک نظری موسسه آموزشی دولتی آموزش عالی حرفه ای کازانسکی انجام شد ... "

MUTINA Albina Rishatovna شیب میدان مغناطیسی داخلی صبحگاهی در رسانه های متخلخل: تخصص تحقیقات تجربی 01.04.07 - فیزیک ماده متراکم چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای دانشکده علوم فیزیک و کار ریاضی 20

« پایان نامه برای درجه کاندیدای علوم فیزیک و ریاضی تومسک 2007. کار در گروه تئوری میدان کوانتومی دانشگاه دولتی تومسک انجام شد. مشاوران علمی: دکترای علوم فیزیک و ریاضی، پروفسور سمن لئونیدوویچ...»

"سلیوانوف نیکیتا ایوانوویچ تاثیر برهمکنش های بین مولکولی بر فرآیندهای نوری جایگزین آکریدین، کومارین و قرمز نیل در محلول ها و لایه های نازک در آزمایشگاه فوتوفیزیک و فوتوشیمی مولکول ها، استاد دانشگاه دولتی تومسک: کاندید..."

«پلشچینسکی ایلیا نیکولاویچ مسائل مرزی و مزدوج بیش از حد تعیین شده برای معادله هلمهولتز و سیستم معادلات ماکسول 01.01.02 – معادلات دیفرانسیل چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای علوم فیزیکی و ریاضیات کار آموزشی در سال 2007 انجام شد. موسسه آموزش عالی حرفه ای دانشگاه دولتی کازان به نام . در و. اولیانوف-لنین دکترای علوم فیزیک و ریاضی،...»

"Gadirov Ruslan Magomedtakhirovich مطالعه تجربی و کوانتومی-شیمیایی فرآیندهای نوری در کومارین های جایگزین 02.00.04 - شیمی فیزیک چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای علوم شیمی تامسک - 2007 موسسه آموزشی دولتی آموزش عالی حرفه ای دانشگاه دولتی تومسک...»

“KRUTIKOVA Alla Aleksandrovna تجزیه و تحلیل طیفی مواد کامپوزیتی بر اساس سیلیکون نانوکریستالی تخصص: 02.00.02 – شیمی تحلیلی چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای علوم شیمی مسکو–2007 M.V. مشاور علمی لومونوسوف: دکترای شیمی، پروفسور ایشچنکو آناتولی الکساندرویچ رسمی...»

«Lopukhova Svetlana Vladimirovna روش‌های مجانبی و عددی برای مطالعه جریان‌های خاص رویدادهای همگن 05.13.18 مدل‌سازی ریاضی، روش‌های عددی و بسته‌های نرم‌افزاری انجام شد. در بخش تئوری احتمالات و آمار ریاضی دانشکده ریاضیات کاربردی و سایبرنتیک GOU VPO دانشگاه دولتی تومسک علمی...»

«Wang Qingsheng توسعه مواد کاتدی نانوساختار بر اساس Li2FeSiO4 برای باتری های لیتیوم یونی تخصص 05.16.01 – علم فلزات و عملیات حرارتی فلزات و آلیاژها چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای علوم فنی در سن پتربورگ 1 بود. در موسسه آموزشی بودجه ای فدرال آموزش عالی حرفه ای سنت پترزبورگ ایالت پلی تکنیک ... "

«LUNEV IVAN VLADIMIROVICH STUDY OF Structure and DIPOLE MOBILITY OF HYDROGEN-Bound SOLUTIONS BY THE METOD OF TIME Spectroscopy DIELECTRIC Speciality 01.04.03 – مدرک دکتری فیزیک کاپیتال برای پایان نامه پایان نامه علوم رادیوفیزیکی zan – 2007 کار انجام شد در گروه رادیو الکترونیک دانشگاه دولتی کازان. داوطلب رشته علوم فیزیک و ریاضی استاد راهنما: دانشیار یو.آ. گوسف؛ نامزد..."

«خزیریشی انور عثمانوویچ فرمول درجه دوم برای انتگرالهای مفرد و روشهای مستقیم برای حل معادلات انتگرال مفرد تخصص 01.01.01 – تجزیه و تحلیل ریاضی چکیده پایان نامه و پایان نامه دکتری در گروه ریاضی انجام شد تجزیه و تحلیل استاد راهنما دانشگاه دولتی آدیگه: دکترای علوم فیزیک و ریاضی، پروفسور گابدولخائف بیلسور گابدولخاویچ ... "

شومپولووا اولگا ایگورونا کنترل بهینه سیستم های خطی با محدودیت های نامنظم مخلوط و تعیین هندسه مسیر بهینه تخصص 05.13.01 - تجزیه و تحلیل سیستم، کنترل و پردازش اطلاعات (صنعت) چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای رشته های فیزیکی و ریاضی علوم مسکو - 2012 کار انجام شده در موسسه بودجه ای فدرال مرکز محاسبات علوم IM. A.A. DORODNITSYNA روسی ... "

«UDK 517.917 BYKOVA TATYANA SERGEEVNA LYAPUNOVSKAYA Reduciability OF A LINEAR SYSTEM WITH EFECT 01.01.02 معادلات دیفرانسیل چکیده پایان نامه برای درجه کاندیدای علوم فیزیک و ریاضی انجام شد. دانشگاه فنی دولتی. استاد راهنما: دکترای علوم فیزیک و ریاضی، پروفسور تونکوف اوگنی لئونیدوویچ مخالفان رسمی: دکترای علوم فیزیکی و ریاضی، پروفسور...»

«اثرات انتقال نوری گارناوا گوزل ایلداروونا در کریستال‌های ناخالصی در حضور میدان‌های الکترومغناطیسی ناهمگن خارجی، تخصص 01.04.05 - اپتیک چکیده پایان نامه کارشناسی ارشد - 20 درجه دکتری -20 کار در بخش انجام شد فیزیک عمومی و تجربی دانشکده فیزیک موسسات آموزشی دولتی آموزش عالی حرفه ای ایالت تاتار...»

«کوتوزوف الکساندر سرگیویچ خواص مغناطیسی و سینتیک اسپین شبکه‌های کوندو و کاسه‌های ابررسانا با یون‌های ایتربیوم 01.04.02 – فیزیک نظری چکیده پایان‌نامه انجام شده برای مدرک دکتری کاندویی گروه نظری فیزیک دانشگاه دولتی کازان. در و. اولیانف-لنین. استاد راهنما: دکترای علوم فیزیک و ریاضی، پروفسور کوچلایف بوریس ایوانوویچ رسمی...»

کاترین بور بلاجت در 10 ژانویه 1898 در Schenectady، نیویورک (Schenectady، نیویورک) به دنیا آمد و دومین فرزند خانواده بود. پدر او یک وکیل ثبت اختراع در جنرال الکتریک ("GE") بود، جایی که در واقع ریاست بخش ثبت اختراع را بر عهده داشت. او قبل از تولد کاترین در خانه اش توسط یک سارق مورد اصابت گلوله قرار گرفت. جنرال الکتریک برای دستگیری قاتل 5000 دلار پیشنهاد داد. مظنون پیدا شده خود را در یک سلول زندان در سالم (سالم، نیویورک) حلق آویز کرد. کاترین، برادرش جورج (جرج جونیور) و مادرشان در سال 1901 به فرانسه (فرانسه) نقل مکان کردند.

در سال 1912، بلوجت به نیویورک بازگشت، جایی که در یک مدرسه خصوصی تحصیل کرد، بنابراین او توانست تحصیلات عالی را دریافت کند، که بسیاری از دختران در آن زمان از آن محروم بودند. کاترین از سنین پایین استعدادهای ریاضی خود را نشان داد و متعاقباً بورسیه ای به کالج Bryn Mawr دریافت کرد و در آنجا در ریاضیات و فیزیک به برتری رسید. در سال 1917، او مدرک لیسانس خود را از کالج دریافت کرد.

بلوجت که تصمیم به ادامه تحقیقات علمی خود گرفت، در تعطیلات کریسمس از یکی از کارخانه های جنرال الکتریک بازدید کرد، جایی که همکاران سابق پدرش او را به شیمیدان ایروینگ لانگمویر معرفی کردند. پس از گشت و گذار در آزمایشگاه خود، لانگمویر به بلوجت 18 ساله گفت که او باید به افزایش دانش خود ادامه دهد تا بتواند با او شغلی پیدا کند.

با توجه به توصیه ها، کاترین در سال 1918 وارد دانشگاه شیکاگو (دانشگاه شیکاگو) شد و در آنجا موضوع "ماسک گاز" را برای پایان نامه خود انتخاب کرد. در آن زمان جنگ جهانی اول به طور کامل در جریان بود و نیروها به ویژه به محافظت در برابر مواد سمی نیاز داشتند. بلاجت توانست ثابت کند که تقریباً تمام گازهای سمی می توانند توسط مولکول های کربن جذب شوند. او تنها 21 سال داشت که مقالات علمی در مورد ماسک های ضد گاز در مجله Physical Review منتشر کرد.

در سال 1924، بلاجت در برنامه دکتری فیزیک قرار گرفت. او پایان نامه خود را در مورد رفتار الکترون ها در بخار جیوه یونیزه شده نوشت. کاترین دکترای مورد انتظار خود را در سال 1926 دریافت کرد. به محض اینکه استاد شد، بلافاصله در شرکت "GE" به عنوان محقق پذیرفته شد. بلوجت که به لانگمویر پیوست، با او روی ایجاد فیلم‌های تک مولکولی طراحی شده برای پوشش سطح آب، فلز یا شیشه کار کرد. این لایه‌های ویژه روغنی بودند و می‌توانستند در لایه‌هایی به نازکی چند نانومتر نگهداری شوند.

در سال 1935، کاترین روشی را برای پخش فیلم های تک مولکولی در یک زمان ایجاد کرد. او از استئارات باریم اصلاح شده برای پوشش شیشه در 44 لایه تک مولکولی استفاده کرد که انتقال آن را بیش از 99 درصد افزایش داد. بنابراین "شیشه نامرئی" ساخته شد که اکنون فیلم لانگمویر-بلاجت نامیده می شود.

بلوجت در طول دوران حرفه ای خود هشت حق ثبت اختراع ایالات متحده را دریافت کرد و بیش از 30 مقاله علمی در مجلات مختلف منتشر کرد. او روشی برای تصفیه جذب گازهای سمی، یک سیستم ضد یخ برای بال‌های هواپیما اختراع کرد و چنین نوع استتار نظامی را به عنوان پرده دود بهبود بخشید.

کاترین هرگز ازدواج نکرده است. او سالها در یک "ازدواج بوستون" (رابطه لزبین) با گرترود براون، یکی از اعضای خانواده قدیمی شنکتادی، به خوشی زندگی کرد. بعد از براون، بلاجت با السی ارینگتون، مدیر یک مدرسه دخترانه زندگی کرد. کاترین به تئاتر علاقه داشت ، خودش در اجراها بازی می کرد ، عاشق باغبانی و نجوم بود. او عتیقه‌جات جمع‌آوری می‌کرد، با دوستانش بریج بازی می‌کرد و شعرهای خنده‌دار می‌نوشت. بلاجت در 12 اکتبر 1979 در خانه اش درگذشت.

در غیر این صورتفیلم های لانگمویر–بلاجت; روش لانگمویر-بلاجت(انگلیسی) خلاصه،پوند) - فن آوری برای به دست آوردن فیلم های تک و چند مولکولی با انتقال بر روی فیلم های جامد لانگمویر (تک لایه های ترکیبات تشکیل شده بر روی سطح مایع).

شرح

روش تشکیل فیلم های تک و چند مولکولی توسط ایروینگ لانگمویر و شاگردش کاترینا بلاجت در دهه 1930 توسعه یافت. در حال حاضر، این فناوری که روش لانگمویر-بلاجت نامیده می شود، به طور فعال در تولید دستگاه های الکترونیکی مدرن استفاده می شود.

ایده اصلی روش تشکیل یک لایه تک مولکولی از یک ماده آمفی‌فیل در سطح آب و انتقال بعدی آن به یک بستر جامد است. در فاز آبی، مولکول های ماده آمفی دوست در سطح مشترک هوا و آب قرار دارند. برای تشکیل یک لایه تک مولکولی سطحی، لایه سطحی با استفاده از پیستون های مخصوص فشرده می شود (شکل 1 را ببینید). با فشرده سازی متوالی همدما، ساختار یک فیلم تک مولکولی تغییر می کند، که از یک سری حالت های دو بعدی عبور می کند، که معمولاً به عنوان حالت های گاز، کریستال مایع و کریستال جامد شناخته می شود (شکل 2 را ببینید). بنابراین، با دانستن نمودار فاز یک فیلم، می توان ساختار آن و خواص فیزیکوشیمیایی مرتبط با آن را کنترل کرد. انتقال فیلم به یک حامل جامد با غوطه وری در یک محلول و حذف بعدی یک بستر صاف از آن انجام می شود که روی آن یک لایه سطحی رخ می دهد. فرآیند انتقال یک فیلم تک مولکولی را می توان چندین بار تکرار کرد، بنابراین لایه های چند مولکولی مختلف به دست می آید.

تصاویر

نویسندگان

• ارمین وادیم ولادیمیرویچ
• شلیاختین اولگ الکساندرویچ
• استرلتسکی الکسی ولادیمیرویچ

منبع

1. فیلم لانگمویر–بلاجت //ویکی پدیا، دایره المعارف آزاد. - http://en.wikipedia.org/wiki/Langmuir%E2%80%93Blodgett_film (دسترسی در 08/01/2010).

© M.V. کوالچوک، وی. کلچکوفسکایا، L.A. فیگین

سازنده مولکولی
لانگمویر-بلاجت

M.V. کوالچوک، وی. کلچکوفسکایا، L.A. فیگین

میخائیل والنتینوویچ کوالچوک،عضو مسئول آکادمی علوم روسیه، مدیر مؤسسه کریستالوگرافی، مدیر مؤسسه تحقیقات سنکروترون، مرکز علمی روسیه "موسسه کورچاتوف".

ورا وسوولودونا کلچکوفسایا،دکترای فیزیک و ریاضی، رئیس آزمایشگاه الکترونوگرافی.

لو آبراموویچ فیگین،دکترای فیزیک و ریاضی، استاد، محقق ارشد آزمایشگاه پراکندگی زاویه کوچک.

علم مواد فیزیکی به عنوان یک رشته دانش در دهه 30 قرن بیستم ظهور کرد. تکنیک به سرعت توسعه یافت (به ویژه برای توسعه انواع جدید سلاح)، و اساساً مواد جدیدی مورد نیاز بود، در درجه اول فولادها و آلیاژهای ویژه فلزات غیر آهنی و آهنی، سرامیک با ترکیبات مختلف. مطالعه خواص و ساختار فلزات و آلیاژها مستلزم استفاده از روش های تحقیقات فیزیکی و دستگاه های ریاضی نوین بود. در نتیجه سنتز آنها، متالورژی فیزیکی متولد شد.

مرحله بعدی آن با معرفی گسترده نیمه هادی ها، عمدتاً تک بلورهای سیلیکون و آرسنید گالیم، به فناوری مرتبط است. آنها اساس الکترونیک مدرن - میکروالکترونیک هستند که چهره تمدن مدرن را تعیین کرده است. و سپس یک چیز اساساً متفاوت به وجود می آید - علم مواد بیولوژیکی یا بیو ارگانیک که منشأ آن را می توان از دهه 60-70 قرن گذشته مشاهده کرد، زمانی که مارپیچ دوگانه DNA کشف شد، ساختار تعدادی از مولکول های پروتئین و پلیمرهای زیستی دیگر ایجاد شد. فیزیک از طریق تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس به زیست شناسی مولکولی نفوذ کرد و به لطف آن این جهان از نظر حجم برای محقق قابل مشاهده شد. و بر اساس دید سه بعدی، بسیاری از مهندسی زیستی جالب، ایده های بیوتکنولوژیکی شروع به ظهور کردند. امروزه شاهد این هستیم که چگونه توسعه روان علم مواد بیورگانیک به مرحله رشد انفجاری رفته است.

بنابراین، علم مواد مدرن یک حوزه دانش چند وجهی است، که در آن، همراه با حفظ حوزه‌های اصلی موجود و محبوب علم مواد، ایده‌های کیفی جدیدی در حال توسعه است که در درجه اول مربوط به ایجاد نانومواد با طبیعت و نانوسیستم‌های مختلف است. آنها را

تهاجم به دنیای نانو

در سال 1959، آر. فاینمن، برنده آینده جایزه نوبل فیزیک، سخنرانی ای با عنوان تمثیلی ارائه کرد. "فضای زیادی در زیر: دعوتی برای ورود به دنیای جدید فیزیک، دنیای کوچک سازی". در آن، فاینمن در مورد چشم اندازهای خارق العاده ای صحبت کرد که نوید ساخت مواد و دستگاه ها را در سطح اتمی یا مولکولی می دهد. و در سال 1974، در کنفرانس انجمن مهندسی دقیق ژاپن، برای اولین بار از اصطلاح "نانو فناوری" استفاده شد (نویسنده، دانشمند ژاپنی N. Taniguchi، می خواست توجه متخصصان را به انتقال آتی به مواد پردازشی جلب کند. با دقت فوق العاده بالا، پیش بینی می کند که تا سال 2000 این دقت به محدوده نانومتری برسد).

در دهه گذشته، پیشوند "نانو" در کاربردهای علمی و فنی مدرن به طور جدی تثبیت شده است. اصطلاحات نانوفناوری، نانومواد و غیره دیگر عجیب به نظر نمی رسند و نانوتکنولوژی انتقال از میکرون به مقیاس نانو هنگام ایجاد دستگاه ها و سیستم هایی است که ساختار آنها در مقیاس مناسب تنظیم می شود. در محدوده اندازه اتم ها، مولکول ها و تشکیلات فوق مولکولی - این دیگر مربوط به آینده نیست، بلکه مربوط به حال است.

نانوساختارهایی که با استفاده از عناصر اتمی و مولکولی ساخته شده‌اند، کوچک‌ترین اجسامی هستند که می‌توان به صورت مصنوعی یا جدا از مواد طبیعی ایجاد کرد. علاوه بر این، مشکل تنها در کاهش اندازه دستگاه‌های طراحی‌شده نیست، بلکه در خواص ویژه‌ای است که ذاتی نانولایه‌ها، نانوکریستال‌ها و نانوذرات است و به اصطلاح با اثر اندازه (اندازه بحرانی نانو اجسام در حداقل یک بعد نباید از ده ها نانومتر تجاوز کند). از این منظر، نانوساختارها را باید به عنوان یک حالت فازی خاص یک ماده در نظر گرفت، زیرا خواص مواد تشکیل‌شده توسط عناصر ساختاری با اندازه‌های مشابه با خواص فاز توده‌ای یکسان نیست. علاوه بر این، تغییرات در ویژگی ها نه تنها به دلیل کوچکی ابعاد، بلکه به دلیل تجلی اثرات مکانیکی کوانتومی با نقش غالب رابط ها است.

تحقیقات 10-15 سال اخیر نقش مهم نانوساختارها را در زمینه های مختلف علم و فناوری (فیزیک، شیمی، علم مواد، زیست شناسی، پزشکی و غیره) آشکار کرده است. با کنترل اندازه و شکل نانوساختارها، می‌توان ویژگی‌های عملکردی کاملاً جدیدی را به این مواد داد که به شدت با مواد معمولی متفاوت است. شناخته‌شده‌ترین اشیاء چنین دستکاری‌هایی شامل نانوپودرها، نانولوله‌های کربنی، ترانزیستورهای تک‌الکترونی، پروتئین‌ها و DNA است.

به طور کلی، تمام مواد و سیستم های طبیعی از نانو اشیاء ساخته شده اند، زیرا در سطح مولکول ها است که طبیعت ویژگی های اصلی مواد، پدیده ها و فرآیندها را برنامه ریزی می کند. رویکرد نانوتکنولوژی از قبل به معنای تنظیم هدفمند خواص اجسام در سطح مولکولی است. در حالت ایده‌آل، هنگام استفاده از اصول خودسازماندهی ماده، مواد باید «از پایین به بالا» ایجاد شوند، برخلاف رویکرد «بالا به پایین» برای فوق کوچک‌سازی که تا همین اواخر اجرا می‌شد (زمانی که اجسام کوچک از اجسام بزرگ ایجاد می‌شوند، به عنوان مثال، با آسیاب).

یکی از ویژگی های نیمه دوم قرن گذشته، نفوذ "جبهه گسترده" مواد آلی، به ویژه پلیمرها، به فناوری است. شیمیدانان با داشتن دانش و تجربه گسترده در زمینه ایجاد پلیمرهای جدید (از جمله پلیمرهای زیستی)، نحوه سنتز مواد پلیمری "هوشمند" را که به تأثیرات خارجی مختلف به روشی مطلوب واکنش نشان می دهند، آموخته اند. این امر با اتصال "آویزهای" جانبی مختلف به زنجیره پلیمری اصلی به دست می آید که به ماده جدید علاوه بر ویژگی های اصلی (مثلاً مقاوم در برابر حرارت)، سایر خواص مهم - نوری غیرخطی، رسانای نوری و غیره به دست می آید.

مهمترین وظیفه نانوتکنولوژی یادگیری نحوه ادغام مولکولهای آلی و/یا بیو ارگانیک در ساختارهای مرتب مختلف به عنوان عناصر عملکردی جدید، به ویژه برای درک تصاویر، بوها، صداها و سیگنال های شیمیایی است. برای ایجاد حسگرهای زیستی مختلف، به عنوان مبدل سیگنال در سیستم های اطلاعاتی (زیست رایانه ها) و برای بسیاری از اهداف دیگر.

اکنون واضح است که امیدوارکننده ترین آنها ایجاد نانوکامپوزیت های آلی- معدنی است. برای نانوالکترونیک، تا حدی شبیه به تشکیل مدارهای مجتمع میکروالکترونیکی پیچیده است. به این ترتیب می‌توان دنباله‌ای از لایه‌های دی‌الکتریک و رسانای تک مولکولی با گنجاندن احتمالی نانوذرات نیمه‌رسانا، فلز، مغناطیسی و غیره بین آن‌ها ساخت.

توسعه روش‌های کم‌هزینه برای تولید نانوساختارها در مقادیر زیاد یکی از مهم‌ترین حوزه‌های تحقیقاتی است، زیرا علم نانو تنها زمانی می‌تواند به موفقیت واقعی دست یابد که فناوری‌های مقرون‌به‌صرفه را ارائه دهد.

چگونه یک لایه ساختار پیش بینی ایجاد کنیم

یکی از جذاب‌ترین فناوری‌ها برای حل چنین مسائلی، روشی است که در دهه 30 قرن گذشته توسط I. Langmuir و شاگردش C. Blodgett توسعه یافت. این روش برای یک دوره نسبتا طولانی فراموش شد، اما پس از جنگ جهانی دوم، آنها "در یک پیچ جدید از مارپیچ" بازگشتند تا از قابلیت های آن برای ساخت مجموعه های لایه ای پیچیده از مولکول های آمفیفیلیک استفاده کنند. در سال‌های بعد، علاقه به فیلم‌های لانگمویر-بلاجت (فیلم‌های LB) مانند بهمن افزایش یافت: جریان کار به قدری زیاد بود که از انتشارات در مجلات علمی مختلف فراتر رفت - یک مجله ویژه Langmuir ظاهر شد. هر سال، کنفرانس‌های بین‌المللی ویژه «LB» به طور کامل به فیلم‌های نازک سازمان‌یافته برگزار می‌شود؛ بسیاری از سمپوزیوم‌های فیزیکی و شیمیایی با طیف وسیعی از موضوعات، همیشه بخش‌هایی به تک‌لایه‌های لانگمویر و فیلم‌های LB دارند. لازم به ذکر است که در 10 سال گذشته، امکانات بسیار وسیع تری از تکنیک LB برای به دست آوردن نانوکامپوزیت های آلی معدنی نسبت به آنچه سازندگان آن تصور می کردند، باز شده است.

روش LB چه امکاناتی را برای طراحی نانوسیستم های پیچیده فراهم می کند؟ ما با در نظر گرفتن مراحل مختلف تشکیل یک فیلم یا کامپوزیت لایه ای به این سوال پاسخ خواهیم داد.

از آنجایی که روش لانگمویر-بلاجت قبلاً در مجله Nature در طول دوره تجدید علاقه به آن نوشته شده بود، ما فقط نکات اصلی را یادآوری می کنیم.

حمام لانگمویر با آب سه بار تقطیر شده پر می شود. یک قطره سورفکتانت در یک حلال آلی روی سطح قرار می گیرد که به سرعت تبخیر می شود. منطقه کاری حمام با موانع متحرک محدود شده است - با کمک آنها می توان منطقه را تغییر داد. مولکول های آمفیفیل یک ماده دارای یک "دم" آبگریز (اغلب یک زنجیره هیدروکربنی زیگزاگ) و یک "سر" آبدوست (به عنوان مثال، یک گروه هیدروکسیل) هستند. با توجه به این ساختار، آنها در آب غرق نمی شوند و به طور یکنواخت نسبت به سطح - "دم" به سمت بالا جهت می گیرند (شکل 1، داخل).

برنج. 1.ساختار مولکول اسید چرب و p-Aایزوترم
سه بخش از ایزوترم با درجات مختلف تراکم لایه مطابقت دارد.
به طور معمول در شکل با قیاس با فازهای حجیم نشان داده شده است.

غلظت محلول به گونه ای محاسبه می شود که مولکول های ماده مورد آزمایش (پس از تبخیر حلال) آزادانه شناور شوند. مرحله بعدی - تشکیل یک تک لایه متراکم با استفاده از یک مانع متحرک - با کاهش سطح کار حمام انجام می شود. برای مشخص کردن ساختار تک لایه، یک ایزوترم فشرده سازی ساخته شده است (شکل 1) - وابستگی اندازه منطقه به ازای هر مولکول به فشار سطح (محدوده تغییر سطح کار حمام ثبت می شود و سطح مربوطه ثبت می شود. فشار با استفاده از تعادل ویلهلمی اندازه گیری می شود). همچنین می توان ویسکوزیته، پتانسیل الکترواستاتیک تک لایه را کنترل کرد (در این حالت، یک الکترود زیر تک لایه و دومی بالای تک لایه قرار می گیرد تا تغییر پتانسیل احساس شود، به عنوان مثال، جهت گیری مجدد. از مولکول ها)، تبدیل ریزساختار تک لایه (با استفاده از مطالعه در میکروسکوپ زمانی که نور از زاویه بروستر تک لایه منعکس می شود).

نمودار فاز تک لایه تشکیل شده، حتی برای ساده ترین سورفکتانت - اسید چرب - کاملاً پیچیده است (شکل 2). تقارن و پارامترهای سلول های ابتدایی، شیب های متقابل زنجیره ها در حوزه های مرتب تغییر می کند. اما با مطالعه وضعیت فاز یک تک لایه یک ماده داده شده، می توان فهمید که در چه محدوده ای از پارامترهای تجربی می توان تک لایه هایی با ساختار از پیش تعیین شده به دست آورد.

برنج. 2.نمودار فاز تک لایه اسید آراکی (دون؟) نووایا.

با این حال، تک لایه ما هنوز در حمام شناور است و مرحله مهم بعدی انتقال آن به یک بستر جامد است. برای انجام این کار، بستر به صورت عمودی از طریق تک لایه در آب غوطه ور می شود و سپس بالا می رود (روش لانگمویر-بلاجت، "آسانسور" عمودی، شکل 3 ،آ) یا به صورت افقی سطح را لمس می کند (روش لانگمویر-شفر، "آسانسور" افقی، شکل 3، ب). با انتقال متوالی تک لایه ها می توان از لایه های تک مولکولی (ضخامت) یک فیلم چند لایه نانو سایز تهیه کرد و بسته به روش انتقال و نوع بستر (آب دوست یا آبگریز)، ساختارهایی با آرایش مولکولی متفاوت در لایه های مجاور تشکیل می شود. به اصطلاح ساختارهای X-، Y-، Z (شکل 3، V).

برنج. 3.انتقال تک لایه روی یک بستر جامد به صورت عمودی ( آ) و افقی ( ب) بلند کردن
و انواع (X, Y, Z) ساختارهای لایه ای تشکیل شده ( V).

این فناوری این امکان را فراهم می کند که طراحی یک نانوفیلم چند لایه را با رسوب متوالی تک لایه های مواد مختلف پیچیده کند، اما این هنوز به طراحی و ساخت فیلم های LB پایان نمی دهد. کجا، در چه مراحلی و چگونه می‌توانیم در فرآیند مداخله کنیم؟

کوکتل های مولکول ها در یک لایه

واقعیت این است که روی سطح آب در یک حمام LB می توان یک تک لایه نه تنها از مولکول های یک نوع سورفکتانت تشکیل داد - هیچ چیز مانع از به دست آوردن یک تک لایه مخلوط از مولکول های مواد مختلف نمی شود. بنابراین، مدل‌هایی از غشاهای چربی بیولوژیکی مختلف، از جمله آنهایی که حاوی مولکول‌های پروتئینی بودند، ایجاد شد.

ساختار یک تک لایه چند جزئی به عوامل مختلفی بستگی دارد: نسبت متقابل تعداد مواد در تک لایه، نسبت طول محورهای اصلی مولکول ها و ساختار آنها. بنابراین، با طول یکسان محورهای اصلی مولکول ها و ساختار مشابه قطعات با زنجیره بلند در یک نسبت معین از غلظت، می توان یک لایه مخلوط تقریباً یکنواخت به دست آورد. با نسبت یکسان اما طول زنجیره به طور قابل توجهی متفاوت، مولکول های هر نوع در حوزه های مستقل جمع می شوند. شکل 4 قطعاتی از پروفایل های شدت پراکندگی الکترون را بر روی فیلم های LB 10 لایه دولایه مولکولی نشان می دهد که به طور قابل توجهی در ساختار و غلظت متفاوت هستند و مدل های ساختارهای مربوطه در یک تک لایه. یک انتقال تدریجی مشاهده می شود: از ساختاری با آرایش فشرده مولکول های یک نوع و گنجاندن نادر از مولکول های نوع دیگر در امتداد مرزهای اولین حوزه ها - ابتدا به تک لایه های مخلوط، که در آن یک ساختار دو فازی منظم می تواند در برخی موارد ظاهر شود. نسبت اجزاء و سپس به ساختار حوزه کریستالی جزء دوم تک لایه.

برنج. 4.نمایه های پراش الکترون از فیلم های تک لایه LB دو جزئی
با نسبت های مختلف دی متیل فسفاتیدیل کولین (DPPC) و کلسترول (CHOL)
و مدل های عناصر ساختاری تک لایه های مربوطه.ل طول موج الکترون ها است،
q - زاویه پراکندگی

در مورد روش مطالعه ساختار لایه های نازک ("انتقال") و لایه های نازک روی سطح ("بازتاب") (شکل 5)، با استفاده از پراش الکترونی (روش تجزیه و تحلیل ساختاری پراش الکترون)، که اکنون مشخص شد آموزنده ترین برای به دست آوردن اطلاعات سه بعدی در مورد ساختار لایه های نازک LB، می توانید در مجله "Nature" برای سال 1997 بخوانید.

برنج. 5.طرح تشکیل الگوهای پراش زمانی که نمونه با یک پرتو الکترونی "در حال انتقال" (a) و "در بازتاب" (b) (k) تابش می شود 0 و k1 بردار امواج فرود و پراکنده هستند، به ترتیب، g 1، g 2 - بردار پراکندگی).

در اینجا به این نکته توجه می کنیم که ویژگی های مولکول های مورد استفاده در فناوری LB که به طور یکنواخت روی سطح آب با "دم" خود به سمت بالا جهت گیری می کنند و خود روش تشکیل یک تک لایه (با فشرده سازی یکنواخت) منجر به تشکیل یک بافت (یک پلی کریستال جهت دار، که در آن یکی از محورها عمود بر بستر است). اگر چنین ساختاری به زیرلایه منتقل شود و الگوی پراش از آن به دست آید، آنگاه هنگامی که یک پرتو الکترونی با زاویه قائم به لایه برخورد می کند، یک الگوی حلقوی خواهیم دید که مربوط به یک شبکه دو بعدی در لایه است. صفحه لایه اما ارزش بیشتری برای درک کامل ساختار، الگوهای پراشی است که با کج کردن نمونه نسبت به پرتو الکترونی به دست می‌آید، زمانی که بافت‌ها نیز در جهت سوم نظم نشان می‌دهند (شکل 6). از چنین تصاویری می توان یک تعیین ساختاری کامل انجام داد: تقارن را ایجاد کنید، پارامترهای سلول واحد کریستال و محل هر اتم را در آن پیدا کنید. با این حال، اگر در بسته بندی مولکول ها در یک تک لایه متراکم اختلالاتی وجود داشته باشد (انحراف از بسته بندی کریستالی)، در الگوهای پراش الکترون از بافت ها، "قوس های" واضح تار می شوند و ماهیت و مکان این " blurs” می تواند برای تخمین میزان و نوع تخلف در بسته بندی مولکول ها استفاده شود.

برنج. 6.الگوی پراش الکترون از فیلم LB کلسترول، به دست آمده با کج کردن نمونه نسبت به پرتو الکترونی در زاویه 60 درجه ( آساختار کلسترول ( ب). پارامترهای سلول واحد: a = 14.17 A، b = 34.21 A، c = 10.48 A. a = 94.64 درجه، b = 90.67 درجه، g = 96.32 درجه.

خب حالا تمام امکانات طراحی نانوسیستم ها به روش لانگمویر و برنامه ریزی طراحی ناهم ساختارهای لایه ای از تک لایه های مختلف از جمله چند جزئی و انتقال آنها به روش های مختلف را به پایان رسانده ایم؟ همانطور که معلوم شد، نه. علاقه محققان در درجه اول به فاز آبی معطوف شد. اگر اصلاح شود چه اتفاقی می افتد؟

آب را به محل کار وصل کنید

برای اینکه آب به عنوان یک عنصر فعال فعال عمل کند، pH (اسیدیته) آن را تغییر می دهیم، مواد مختلفی را در آن حل می کنیم، به عنوان مثال. ما از زیر فاز آبی برای انجام واکنش های برهمکنش تک لایه با یون ها و مولکول های جدید استفاده می کنیم.

مقدار pH محلول نقش بسیار مهمی ایفا می کند: فعال شدن "سر" های آبدوست مولکول های غوطه ور در زیر فاز به آن بستگی دارد. بیایید تأثیر ترکیب زیرفاز را در ساده‌ترین مثال نشان دهیم: بیایید در آب زیر یک نمک تک لایه اسید چرب حل کنیم - Рb(NO 3 ) 2 . در نتیجه تفکیک، یون‌های سرب در فاز فرعی ظاهر می‌شوند که می‌توانند به گروه‌های کربوکسیل مولکول‌های سورفکتانت بچسبند (شکل 7) و هنگامی که به زیرلایه منتقل می‌شوند، نه یک لایه اسید چرب، بلکه فیلمی از اسید چرب دریافت می‌کنیم. نمک آن بنابراین، با استفاده از فاز فرعی، می توان تک لایه را از نظر شیمیایی اصلاح کرد. علاوه بر این، عملیات با یک فاز فرعی حاوی یون‌های فلزی، در نهایت بسته به ظرفیت یون‌ها، لایه‌های فلزی (ضخامت یک یا چند اتم) را که در یک ماتریس آلی (که معمولاً دی الکتریک است) تعبیه شده‌اند، ممکن می‌سازد. اگر نمک عناصر کمیاب خاکی (مثلاً گادولینیوم) را حل کنیم، لایه های میانی با مواد مغناطیسی و غیره به دست می آید. درصد سورفکتانت درگیر در برهمکنش با یون های فلزی به pH محلول بستگی دارد.

برنج. 7.نمایش شماتیک از تشکیل یک تک لایه فلزی در زیر یک لایه اسید چرب.

از همین روش می توان برای اصلاح تک لایه ها با افزودن به آنها از زیر فاز نه تنها یون های فلزی، بلکه مولکول های پروتئین، اسیدهای نوکلئیک و غیره استفاده کرد. علاوه بر این، برای ساختار تشکیل شده، نه تنها خود ماده، که تک لایه از آن در سطح مشترک آب-هوا ساخته شده است، و "شرکت کننده" از زیر فاز، بلکه تعامل آنها نیز بسیار مهم است. ما DNA را در فاز فرعی قرار می دهیم و روی سطح یک تک لایه از اکتادسیل آمین یا دی متیل آلی آمین تشکیل می دهیم. در نتیجه، ما یک فیلم LB با گنجاندن بین لایه‌های لیپیدی DNA بدون پیچش (در مورد اول) یا مارپیچ (در مورد دوم) به دست می‌آوریم.

بنابراین، ما مولکول های ماده را انتخاب کردیم، محیطی را که تک لایه روی آن ایجاد می شود، تغییر دادیم. یک عامل استفاده نشده دیگر وجود داشت - جو بالای سطح حمام. اگر او استخدام شود چه اتفاقی می افتد؟

حمله هوایی

بیایید چنین مثالی را در نظر بگیریم. در سطح ما یک تک لایه اسید استئاریک داریم و در زیر فاز - یون های فلزی. بیایید حجم هوای بالای حمام را محدود کنیم و غلظت مشخصی از بخارات H 2 S را در آن ایجاد کنیم (شکل 8). بخشی از مولکول های گاز در آب حل می شود، بنابراین فاز فرعی با آنیون های گوگرد غنی می شود. سپس یک واکنش شیمیایی بین کاتیون های فلزی و آنیون های گوگرد انجام می شود که در نتیجه بلورهای سولفید می توانند تشکیل شوند.

برنج. 8.طرح نصب برای رشد نانوبلورهای سولفیدهای معدنی در موقعیتدر حمام لانگمویر

یک تک لایه لانگمویر سفارشی (که سازماندهی ساختاری آن، همانطور که به یاد داریم، می‌توانیم در محدوده‌های خاصی کنترل کنیم) با یون‌های فلزی متصل، بستر مناسبی برای هسته‌زایی کریستالیت‌های معدنی است. اگر شرایط آزمایشی طوری انتخاب شود که گروه‌های فعال مولکول‌های تک لایه نزدیک سطح مشترک، شبکه‌ای نزدیک به شبکه سولفید مربوطه ایجاد کنند و اگر سرعت ورود یون‌های S-2 به منطقه واکنش کم باشد. برای جلوگیری از تشکیل خودبه‌خودی خوشه‌ها)، نانوکریستال‌های سولفیدی رشد خواهند کرد. اگر استفاده بیشتر از چنین ساختارهایی را در نانوالکترونیک فرض کنیم، رشد جهت‌یافته کریستال‌های معدنی روی یک ماتریس آلی و مورفولوژی آنها مهم است. توجه داشته باشید که در این مورد، جهت گیری نانوبلورهای سولفیدی هم به ساختار تک لایه و هم به ساختار خود سولفید بستگی دارد. به عنوان مثال، در شکل 9، آمی توان یک تصویر میکروسکوپ الکترونی از نانوذرات PbS را مشاهده کرد که در زیر یک لایه اسید استئاریک به شکل مثلث رشد کرده اند (کریستال های مکعبی با ساختار NaCl در صفحه (111) موازی با تک لایه رشد می کنند). و در شکل 9، ب- تصویر میکروسکوپ الکترونی از بلورهای CdS که در شرایط مشابه رشد کرده اند (شبکه آنها نیز مکعبی است، با پارامترهای سلول واحد مشابه، اما متعلق به یک نوع ساختاری متفاوت است). در این حالت رشد دندریتی مشاهده می شود.

برنج. 9.تصویر میکروسکوپی الکترونی از نانوبلورهای PbS ( بالا) و سی دی اس ( میانگین) تحت تک لایه اسید استئاریک در حمام لانگمویر به مدت 3 ساعت با فشار سطحی 28 mN/m، دمای 15 درجه سانتیگراد رشد می کند. تصویر میکروسکوپ الکترونی با وضوح بالا از یک نانوذره سولفید کادمیوم ( در پایین). ورودی ها الگوهای پراش الکترونی را از اجسام مشابه نشان می دهند.

فرآیند استفاده از یک ماتریس آلی ساختاریافته برای سنتز و رشد بلورهای معدنی "بیومیمتیک" نامیده می شود که به معنای تقلید از طبیعت زنده است. مواد - نانوکامپوزیت های آلی معدنی که از این طریق به دست می آیند، در ادبیات خارجی سرامیک یا بیوسرامیک نامیده می شوند.

در طبیعت بیومرینالیزاسیون فرآیند تشکیل و رشد کریستال های معدنی بر روی بافت های آلی است که در نتیجه آن استخوان ها، دندان ها، پوسته های محافظ و غیره در موجودات زنده تشکیل می شود. هسته‌زایی کریستال‌ها روی یک ماتریس زیست پلیمری اتفاق می‌افتد، که خود سازماندهی می‌شود و به سیستمی از سلول‌ها، الیاف یا صفحات جهت‌یافته تبدیل می‌شود و کنترل بیولوژیکی روی رشد کریستال‌ها را اعمال می‌کند. نتایج اصلی استفاده از اصول بیومرینالیزاسیون برای رشد کریستال ها و لایه های نازک که یکی از نمونه های آن را هم اکنون در نظر گرفتیم در کتاب J. Fendler و در تعدادی از نقدها خلاصه شده است.

مطالعات فرآیندهای زیست کانی سازی برای توسعه فناوری های اساسی جدید برای به دست آوردن مواد بسیار پراکنده و لایه نازک مهم هستند. سنتز بیومینرالوژیکی موفقیت آمیز مستلزم درک واضحی از ماهیت برهمکنش مولکولی در فصل مشترک بین فازهای آلی و معدنی، و همچنین عوامل موثر بر هسته‌زایی کریستال‌ها و رشد متعاقب آن یک فیلم معدنی است. مهم است که امکان اصلاح ساختار یک لایه روی سطح یک حمام LB، فرصت های گسترده تری را برای انتخاب شرایط برای رشد همپایی نسبت به بسترهای جامد باز می کند.

فیلم‌های لانگمویر و نانوکامپوزیت‌های مبتنی بر آن‌ها قبلاً به‌عنوان شبکه‌های پراش پرتو ایکس با طول موج بلند، مقاومت‌ها، حسگرهای گاز، عناصر کار غشاهای نفوذپذیر کاربرد پیدا کرده‌اند (در مورد دوم، بسیار مهم است که پوشش‌ها دارای ساختار و ضخامت کنترل‌شده باشند). ، پوشش های پلیمری دی الکتریک در مقیاس نانو و لایه های میانی در دستگاه های مختلف و غیره.

آخرین پرواز در پماد

در عمل، ما تمام «ابزارهای» ممکن فناوری لانگمویر را در نظر گرفته‌ایم که با کمک آن می‌توان یک ساختار ناهمسان طراحی کرد - نانوکامپوزیت یک معماری لایه‌ای پیچیده. همه چیز بسیار جذاب و واقعا امیدوار کننده به نظر می رسد، اما در واقع این یک طرح درست، اما نسبتا ساده است. چرا هنوز روش LB در همه جا پیاده سازی نشده است؟ زیرا در مسیر به ظاهر آشکار، دام هایی وجود دارد. تکنیک LB از نظر ظاهری ساده و ارزان است (نیاز به خلاء فوق العاده بالا، دماهای بالا و غیره نیست)، اما در ابتدا برای ایجاد اتاق های تمیز به ویژه هزینه های قابل توجهی را می طلبد، زیرا هر دانه گرد و غباری که حتی بر روی یکی از تک لایه های ساختار ناهموار نشسته است. عیب غیر قابل درمان است با استفاده از میکروسکوپ الکترونی و پراش الکترونی، دریافتیم که دی اکسید کربن موجود در هوا برای رشد بلورهای بی کربنات سرب برنامه ریزی نشده روی تک لایه لانگمویر در طول فرآیند بیومیمتیکی که در بالا در شرایط خاص مورد بحث قرار گرفت، کافی است. همانطور که مشخص شد ساختار تک لایه مواد پلیمری به طور قابل توجهی به نوع حلالی که محلول در آن برای استفاده در حمام و غیره و غیره آماده می شود بستگی دارد.

در خاتمه باید گفت که درکی از اصولی حاصل شده است که بر اساس آن می توان طراحی و تولید نانوساختارها با استفاده از فناوری لانگمویر را برنامه ریزی و انجام داد. با این حال، روش‌های جدیدی برای مطالعه ویژگی‌های نانودستگاه‌های از قبل ساخته شده مورد نیاز است، زیرا تجربه فعلی ما محدود به مدل‌هایی است که در محدوده اندازه بیش از 100 نانومتر کار می‌کنند. بنابراین، تنها پس از درک بهتر الگوهایی که خواص فیزیکوشیمیایی چنین موادی و شرایط ساختاری آنها را تعیین می کنند، می توانیم پیشرفت بیشتری در طراحی، ساخت و مونتاژ نانوساختارها داشته باشیم.

فاینمن در سخنرانی خود در مورد چشم اندازهای خارق العاده ای که نوید ساخت مواد و دستگاه ها را در سطح اتمی یا مولکولی می دهد، خاطرنشان کرد که در این صورت نیاز به ایجاد یک کلاس کاملاً جدید از تجهیزات کاری و اندازه گیری مورد نیاز برای رسیدگی به چنین تجهیزات کوچکی وجود خواهد داشت. اشیاء در مقیاس نانو تجهیزات پیش‌بینی‌شده توسط فاینمن تنها در دهه 1980 ظاهر شدند (میکروسکوپ‌های تونل‌زنی روبشی و نیروی اتمی، نسل جدید میکروسکوپ‌های الکترونی با وضوح بالا و سایر دستگاه‌ها). اکنون محققان «چشم‌ها و دست‌های» جدیدی یافته‌اند که برای ایجاد و مطالعه ساختار و ویژگی‌های چنین اشیایی لازم است. در عین حال، پیشرفت چشمگیر در فناوری کامپیوتر، شبیه سازی ویژگی های مواد در مقیاس نانو را ممکن ساخته است.

برای مطالعه فیلم های LB، موضوع مورد بررسی امروز ما، به طور سنتی از بازتاب سنجی پرتو ایکس و نوترون و پراش الکترون (که در مورد آن چند کلمه در بالا گفته شد) استفاده می شود. با این حال، داده‌های پراش همیشه در ناحیه‌ای که پرتو تابش روی آن متمرکز است، میانگین می‌شود. بنابراین، آنها در حال حاضر با نیروی اتمی و میکروسکوپ الکترونی تکمیل می‌شوند (با کمک میکروسکوپ الکترونی با وضوح بالا، ما یاد گرفتیم که ساختار یک نانوذره با وضوح اتمی را در نظر بگیریم، شکل 9c). در نهایت، آخرین پیشرفت ها در تحقیقات ساختاری مربوط به راه اندازی منابع سنکروترون است. ایستگاه هایی شروع به ایجاد کردند که در آن یک حمام LB و یک پراش سنج اشعه ایکس با هم ترکیب می شوند، به همین دلیل می توان ساختار تک لایه ها را مستقیماً در فرآیند تشکیل روی سطح آب مطالعه کرد. در حال حاضر، تکنیک‌هایی در حال توسعه هستند که اطلاعات ساختاری انتخابی طیفی را فراهم می‌کنند، مانند، برای مثال، روش امواج اشعه ایکس ایستاده، سازگار با سیستم‌های لایه‌ای کریستالی. این روش مبتنی بر ترکیبی از آزمایش اشعه ایکس در شرایط پراش یا بازتاب کامل خارجی پرتوهای ایکس با ثبت تشعشع مشخصه ثانویه (به عنوان مثال، فلورسانس) است که توسط جذب فوتوالکتریک پرتو ایکس فرودی برانگیخته می شود. با موفقیت امکانات تکنیک های ساختاری با وضوح بالا را با حساسیت طیفی داده های به دست آمده ترکیب می کند.

از مطالب فوق نتیجه می‌گیرد که علم نانو و توسعه فناوری‌های نانو هنوز در مرحله اولیه توسعه هستند، اما چشم‌انداز بالقوه آنها گسترده است، روش‌های تحقیق دائماً در حال بهبود هستند. فضای خالی زیر که فاینمن از آن صحبت کرد، کم کم پر می شود و کار پیش رو پایانی ندارد.

ادبیات

1. کوالچوک M.V.نانومواد آلی، نانوساختارها و نانوتشخیص // Vestn. RAN. 2003. T.73. ?5. ج.405-411.

2. فاینمن آر.// مهندس علمی 1960.V.23. ص 22.

3. تانیگوچی ن.//Proc. بین المللی Conf. Prog. مهندس قسمت دوم. توکیو، 1974.

4. Levchenko E.B., Lvov Yu.M.معماری مولکولی // طبیعت. 1990. ?3. S.3-11.

5. Klechkovskaya V.V.پراش الکترون به عنوان روشی برای مطالعه ساختار // Priroda. 1997.؟7. S.32-40.

6. واینستین بی.کی.، کلچکوفسکایا وی.// کریستالوگرافی. 1994. V.39. ?2. صص 301-309.

7. Fendler J.H.رویکرد تقلیدی غشایی به مواد پیشرفته برلین، 1994.

8. Bunker B.C.، Rieke P.C.، Tarasevich B.J.و همکاران // علوم پایه. 1994. V.264. ص 48-55.

9. Klechkovskaya V.V., Feigin L.A.// کریستالوگرافی. 1998. V.41. 6. S.975-982.

10. نوویکووا ن.، ژلودوا اس.، کونوالوف او.، کوالچوک م.و همکاران // J.Appl. کریست. 2003. V.36. ص 727-731.

مواد آمفیفیلیک

آمفیفیل ها مواد شیمیایی هستند که هم قسمت آبدوست و هم قسمت آبگریز دارند. آنها به طور کلی در آب نامحلول هستند. گروه آبگریز یک قطعه هیدروکربنی بزرگ با زنجیره ای به شکل CH 3 (CH 2) n (n>4) است. گروه آبدوست ممکن است از کربوکسیلات های آنیونی (RCO 2 -)، سولفات ها (RSO 4 -)، سولفونات ها (RSO 3 -) و آمین های کاتیونی (RNH 3 +) تشکیل شود. همچنین گروه های آبدوست زوتریونی مانند گلیسرول، فسفولیپیدهای DPPC و غیره وجود دارند. علاوه بر این، مولکول هایی وجود دارند که دارای چندین گروه آبدوست و آبگریز هستند، مانند پروتئین ها و آنزیم ها. در زیر نمونه ای از آمفیفیل های معمولی در رابط هوا و آب آورده شده است.

تک لایه لانگمویر

تک لایه لانگمویر یک لایه ضخیم متشکل از یک مولکول از مواد آلی نامحلول است که در یک زیر فاز آبی توزیع شده است. لایه‌های تک مولکولی به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته‌اند و برای تشکیل فیلم‌های لانگمویر بلاجت (فیلم‌های LB) استفاده می‌شوند، که زمانی که یک تک لایه روی یک فاز مایع قرار می‌گیرد، تشکیل می‌شوند.

تک لایه گیبس

تک لایه گیبس یک آمفیفیل نیمه محلول است. تنها در حلالیت با تک لایه لانگمویر تفاوت دارد. موادی که برای تشکیل تک لایه لانگمویر استفاده می‌شوند نامحلول هستند و باعث می‌شوند مولکول‌ها در سطح مشترک هوا و آب قرار بگیرند. در تک لایه گیبس، مولکول روی سطح آب «پرش» می کند. با این حال، هیچ خط تقسیم سفت و سختی بین این تک لایه ها وجود ندارد، زیرا مواد کاملا نامحلول در طبیعت بسیار نادر هستند. جداسازی این دو تک لایه تنها در عمق آب با استفاده از مقیاس تجربی امکان پذیر است.

فیلم های لانگمویر-بلاجت

فیلم مولکولی لانگمویر حاوی یک یا چند لایه تک‌لایه آمفی‌فیل است که با فرو بردن یک بستر جامد در مایع روی سطح مایع رسوب می‌کند. هر تک لایه جدید با هر فرورفتن و کشیدن جدید رسوب می‌کند که امکان تشکیل لایه‌های مولکولی با مقدار ضخامت بسیار دقیق را فراهم می‌کند. تک لایه ها معمولاً از مولکول های قطبی تشکیل شده اند - یک سر آب دوست و یک دم آبگریز (مثال: اسیدهای چرب).

این پدیده در سال 1918 توسط لانگمویر و کاترین بلاجت کشف شد، پس از آن، 16 سال بعد، مشخص شد که تکرار آزمایش منجر به لایه بندی می شود.

در زیر 3 نوع فیلم لانگمویر که به روش بالابر عمودی تولید می شوند را معرفی می کنیم.

علاوه بر این، روش بلند کردن افقی شفر نیز وجود دارد. در اینجا، ناودان به صورت افقی به داخل مایع فرود می آید، تک لایه را لمس می کند و به صورت افقی حرکت می کند تا فیلم بلند شود. در این مورد، غار باید ماهیت آبگریز داشته باشد.

در بالا نموداری از روش بلند کردن شفر نشان داده شده است.

فشار سطح p به صورت تعریف می شود p = S 0 - S f، که در آن S 0 و S f کشش سطحی یک رابط هوا و آب تمیز و یک فاز فرعی با مواد توزیع شده روی آن است. این در واقع تغییر در کشش سطحی آب به دلیل افزودن یک مولکول دیگر در فصل مشترک هوا و آب است.

فشار ایزوترم (TT) - ناحیه (A)

ایزوترم از منحنی فشار سطحی و مساحت یک مولکول در دمای ثابت تشکیل شده است. خمیدگی و پیچ خوردگی نشان دهنده انتقال فاز است.

در شکل ایزوترم می توانید نواحی مختلفی را مشاهده کنید که از نظر تراکم پذیری متفاوت هستند. اول، در فشارهای پایین، مولکول ها در فاز گاز (G) هستند. سپس با افزایش فشار، یک ناحیه ظاهر مایع (LE) ظاهر می شود. با افزایش حتی بیشتر فشار، بخشی از میعانات مایع ظاهر می شود. علاوه بر این، با افزایش فشار، یک فاز جامد (S) مشاهده می شود. در نهایت افزایش فشار باعث می شود که تک لایه ناپایدار شده و با کاهش شدید فشار فرو بریزد. برای یک مولکول خاص، هر مرحله به دمای مشخصه و نرخ تراکم آن بستگی دارد.

ضریب انتقال به صورت تعریف شده است tr = Am/As، جایی که صبح- کاهش تک لایه در طول رسوب، مانندمساحت سطح زیرلایه است. در حالت ایده آل tr = 1.

نمودار پایداری

منحنی پایداری تغییر نسبی سطح تک لایه در طول زمان در فشار ثابت است. منحنی پایداری را می توان با اندازه گیری مساحت (A) در مقابل زمان (T) در فشار ثابت به دست آورد. منحنی نشان می دهد که تک لایه چقدر پایدار است، و همچنین به شما امکان می دهد قضاوت کنید که چه فرآیندهایی در یک لایه در یک نقطه خاص از زمان رخ می دهد. ویژگی های اصلی پایداری نیز در اینجا نشان داده شده است.

نمودار فشار در مقابل زمان (P - V - T)

این نمودار فشار در مقابل زمان است، با این فرض که ناحیه تک لایه ثابت و پایدار است. عملکرد اصلی نمودار اندازه گیری سینتیک جذب مولکول های آب موجود در فاز فرعی بر روی سطوح از پیش آماده شده تک لایه است. شکل زیر سینتیک جذب یک پروتئین (اووالبومین) را بر روی تک لایه های مختلف لیپیدی (اکتادسیل آمین، اسید استئاریک، DPPC) نشان می دهد.

برای اندازه گیری فشار سطحی از دو صفحه ویلهلمی استفاده می شود. یکی به شکل صافی کاغذی و دیگری به صورت صفحه ای با سطح ناهموار ساخته شده است. در مورد ما از صفحه کاغذ صافی استفاده می شود که کاملا با آب پوشانده شده و در واقع ادامه زیر فاز شده است. لازم به ذکر است که زاویه تماس برابر با صفر خواهد بود. سطح پلاتین درج باید سندبلاست شود. یک صفحه پلاتین زبر به طور کامل توسط آب خیس می شود، به طوری که زاویه تماس صفر است. در یک سطح صاف، زاویه تماس صفر نخواهید داشت. بشقاب باید خیلی نازک باشد. عرض صفحه معمولاً 1 سانتی متر در نظر گرفته می شود.

بگذارید بشقاب به طول l، عرض w و ضخامت t به مدت 1 ساعت در آب غوطه ور شود. در مرحله بعد، نیروی حاصله F وارد بازی می شود که روی صفحه عمل می کند.

جایی که rho- تراکم صفحه، rho 0- چگالی آب، g- شتاب گرانش

اکنون فشار سطح مشخص می شود p = S 0 - S f، جایی که S0و اس اف- کشش سطحی زیر فاز خالص و زیر فاز با مواد.

اندازه گیری نیروی وارد بر یک زیر فاز به صورت زیر بیان می شود:

DF = 2 (w + t). DS = 2(w+t)p(با توجه به اینکه h = const، qc ~ 0، به همین دلیل است Cos qc = 1)

اگر بشقاب خیلی نازک باشد، یعنی تیناچیز در مقایسه با wو اگر عرض دال w=1cm، آن DF = 2pیا p = DF/2.

بنابراین، در این شرایط، فشار سطحی نصف وزن اندازه‌گیری شده روی میکروبالانس پس از صفر کردن آن در آب خالص است.

کشش سطحی

کشش سطحی خاصیت مایعات است که بر اساس نیروی چسبندگی مولکول های نامتقارن روی سطح یا نزدیک آن است که در نتیجه سطح تمایل به فشرده شدن دارد و خاصیت یک غشای کشسان را به دست می آورد.

در زیر مقادیر کشش سطحی در سیستم های مختلف در 293K آمده است (Weast, R. C. (Ed.). Handbook of Chemistry and Physics, 61st ed. Boca Raton, FL: CRC Press, p. F-45, 1981.).

تغییر در کشش سطحی در رابط هوا-آب در دمای معین (West, R. C. (Ed.). Handbook of Chemistry and Physics, 61st ed. Boca Raton, FL: CRC Press, p. F-45, 1981.).

دما ˚C	کشش سطحی (Erg cm -2)
0	75.6
5	74.9
10	74.22
15	73.49
18	73.05
20	72.75
25	71.97
30	71.18
40	69.56
50	67.91
60	66.18
70	64.4
80	62.6
100	58.9

زاویه تماس

زاویه تماس تعادل مایع روی سطح جامد در خط تماس سه فاز (مایع، جامد و گاز) اندازه گیری می شود.

به عنوان مثال، یک لایه آب روی شیشه دارای زاویه تماس صفر است، اما اگر یک لایه آب روی یک سطح روغنی یا پلاستیکی باشد، زاویه تماس می تواند بیشتر از 90 درجه سانتیگراد باشد.

سطوح آبگریز (شکل A) سطوحی هستند که زاویه تماس با آب بیش از 90 درجه سانتیگراد باشد. اگر زاویه تماس با آب کمتر از 90 درجه سانتیگراد باشد، سطح آبدوست در نظر گرفته می شود (شکل B).