朗缪尔电影
苏珊娜劳伦 20年7月21日 5分钟

什么是朗缪尔电影?

朗缪尔膜可以定义为漂浮在液-气界面(或液-液)的不溶性原子、分子甚至纳米颗粒单层。由于液体表面不溶性分子的自组装力,单层形成是可能的。

许多材料都可以形成朗缪尔薄膜

当分子具有疏水(憎水)和亲水(亲水)部分时,它们可以在整个薄膜的水面上以可预测的方式定向,为进一步控制沉积分子薄膜的结构开辟了惊人的可能性。分子材料的混合物可以结合在单层内产生全新的特性。这些特性可以通过控制填充密度来调节,从而控制相邻分子相互作用的程度。

许多分子材料很适合在空气-水界面上形成不溶层。这些物质包括脂质、纳米颗粒、聚合物、蛋白质和许多其他生物分子。现代化学工程已经可以合成几乎任何类型的具有疏水附属物的功能分子,这种附属物使它们不溶于水,适合制造单分子层。最近的研究表明,新的化合物,如碳纳米管,纳米线,或石墨烯形成朗缪尔薄膜。

许多不溶于水的两亲性物质,在挥发性和水不溶性溶剂的帮助下,很容易在水中扩散,在空气/水界面形成不溶性的单分子层。当考虑到对界面的吸附时,这些单分子层或Langmuir (L)膜代表了最极端的情况,因为所有分子都集中在单分子薄层中。分子的两亲性性质决定了在界面(空气/水或油/水)的方向,以这样的方式,极头基团浸入水中,长碳氢链指向空气、气体或石油。朗缪尔电影的名字来源于这些电影的先驱欧文·朗缪尔的名字。

用于单层研究的物质上的碳氢化合物链必须足够长,以形成不可溶的单层。气-水界面的Langmuir单层根据经验,这个链上应该有超过12个碳氢化合物或基团((CH2)n, n > 12)。如果链较短,尽管仍然不溶于水,水面上的两亲体倾向于形成胶束。这些胶束是水溶性的,可以防止在界面上形成单分子层。另一方面,如果链的长度太长,两亲分子倾向于在水面上结晶,因此不能形成单层。烃链的最佳长度很难确定,因为它的成膜能力也取决于两亲体的极性部分。此外,两亲体必须可溶于不溶于水的高挥发性有机溶剂(通常使用氯仿或己烷)。

控制朗缪尔薄膜堆积密度

分子在朗缪尔薄膜界面处的自由运动为控制薄膜的堆积密度和单层行为的研究提供了极大的灵活性。一旦压缩,单层薄膜可以被认为是一个二维固体薄膜,其表面积与体积比远远高于块状材料。在这些条件下,材料往往会产生令人着迷的新特性。一个朗缪尔槽允许你推断特定的分子是如何在二维空间中聚集在一起的(一组屏障被用来压缩界面上的单层)。表面压力-面积等温线还可以提供每个分子的平均面积和单层的可压缩性的测量。

在典型的等温测量中,单分子层在压缩下被组织起来,从二维气相(G)开始,穿过液相(L)到完全组织的固相(S)。表面压力-面积等温线在气相中,分子之间没有相互作用。当表面积减小时,分子变得更紧密,并开始相互作用。在固相,分子完全有组织,表面压力急剧增加。在最大表面压力时,达到坍塌点,此后单层填料不再受控制。在一定条件下,朗缪尔薄膜可以转移到固体表面进行进一步研究或简单镀膜。

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