第1个回答 2012-08-04
LB 膜是人工利用分子间相互作用而设计和建立的特殊的分子体系。是有机高分 子单分子膜的一种堆积技术。用来制备 LB 膜的技术称为 LB 膜技术。与传统的真空中物理、化学气 相制备薄膜方法不同,LB 膜的制备过程经历了由气相到液相至固相的连续相变过程。而这种相变过程 又是在室温和界面上发生的物理过程。 LB 膜的研究起始于本世纪 30 年,首先是由 I.Langmuir 及其学生 K.Blodgett 提出的[1]。但由于当时使 用的制膜材料多为简单的二嗜性分子,因而在很大程度上限制了膜功能的开发。 年代初期,H.Kuhn[2] 60 首先用 LB 膜技术通过单分子膜的组装来构造分子有序体系,并首次把具有光活性的二嗜性染料分子 引入 LB 膜。这对 LB 膜研究的发展产生了重大影响[2,3]。被誉为划时代的贡献。 到了 80 年代,LB 膜技术已经引起物理学、生物学、电子学、光学、化学、材料学、摩擦学等领域国 内外学者的普遍关注,并在许多方面得到了应用,取得较大的进展[3～7]。 近年来,LB 膜作为高技术领域 的一项新技术,越来越受到一些发达国家的重视。 LB 膜的特点可概括为:1）膜厚为分子级水平（纳米级）,具有特殊的物理化学性质;2）可以一层一层 累积起来,形成多层分子层或各种超晶格结构;3）人为的选择各种不同高分子材料,累积不同的分子层 使之具有多种功能;4） 可在常温常压下形成,需要的生成能量小,又不破环高分子结构;5） 几乎所有的分 子都能形成 LB 膜,并且在次序上可以任意安排;6）可有效地利用 LB 膜分子自身的组织能力,形成新的 化合物。 人们正是利用 LB 膜技术可以在分子水平上进行设计,制备出具有特定功能的结构排列分子组合体系。 如其绝缘功能用于 MIS（金属-绝缘体-半导体）和隧道效应元件;导电功能用各向异性导体;半导体性 用于色素 pn 结;光非线性用于光调制和混合开关;压电、热电性用于红外线探测;敏感性用于气体、生 物、离子检测;抗蚀性用于电子束、X 射线光刻;存贮、记录功能用于光盘、用于解决磁记录中的润滑 问题。作为一种传感器功能设计的有利手段,引起了传感器、仿生学研究工作者的极大兴趣。使 LB 膜 的研究进入了一个非常活跃的阶段,并已应用在光、电、磁、生物信息转换及气体敏感器件领域中。 层层组装技术 层层组装是一种基于物质间的非共价键弱相互作用,通过逐层沉积的方式构筑 复合膜的膜制备方法。层层组装的本质是多次界面组装的有机组合,允许对每一次界面组装过程进行 独立的设计与调控。而且,每一次界面组装都是溶液与已沉积在膜上的物质之间交互作用的过程,这将 直接影响层与层之间的复合程度,进而影响层层组装膜的整体结构和功能。因此,层层组装的艺术就在 于如何对每一个界面组装过程进行设计以及如何将多个界面组装过程有序地结合起来。 与其它成膜方 法相比,层层组装有其独特的优势:(1)逐层沉积的成膜方式有利于对膜组成和结构进行精细调控;(2)层 层组装特别适合在非平面基底及大面积基底上进行膜的沉积,且重现性好;(3)膜的制备不需要复杂、精 密的仪器设备,可精简为往复沉积和漂洗过程,适合于规模化生产;(4)层层组装技术容易实现与现有微 加工技术的结合,从而制备具有微纳米图案结构的膜材料。层层组装作为一种灵活、简便的构筑组成 和结构精确可控的功能性复合膜的重要方法,正日益获得人们的广泛认可。 层层组装发展初期被广泛 用来制备厚度小于 100 nm 的超薄膜,而微米或亚微米尺度的厚膜更容易实现高的稳定性、主客体分子 的高负载、微纳复合结构的构筑、多种功能在膜内的集成和协同效应等。 自组装膜技术 自组装技术最初是基于带正、负电荷的高分子在基片上交替吸附原理 的制膜技术， 其成膜驱动力是库仑力或称静电相互作用， 所以一开始选用于成膜的物质仅限 于阴、阳离子聚电解质，或水溶性的天然高分子，并在水溶液中成膜。到现在用于自组装膜 的材料已不限于聚电解质或水溶性的天然高分子， 其成膜驱动力也从静电力扩展到氢键、 电 荷转移、主－客体等相互作用，并已成功地制备了各种类型的聚合物纳米级超薄膜，同时也 初步实现了自组装膜的多种功能化，使其成为一种重要的超薄膜制备技术。 自组装技术简便易行，无须特殊装置，通常以水为溶剂，具有沉积过程和膜结构分子级控制 的优点。可以利用连续沉积不同组分，制备膜层间二维甚至三维比较有序的结构，实现膜的 光、电、磁等功能，还可模拟生物膜，因此，近年来受到广泛的重视。 自组装技术看似简单，其微观过程却是很复杂的。因为在操作过程中，高分子链上的亲水、 疏水基团、不时在变换位置，膜的分子层间普遍存在有相互交叉的结构。自组装的层/层沉 积方式与气相沉积有些相似， 但气相沉积是在高真空下使物质主要是可汽化的， 能耐高温的 无机材料，尤其是金属元素。而高分子不能够汽化，所以是不适用的。反过来，高分子很适 合于自组装， 通常得到的是两种组分的复合膜， 而气相沉积制备的则通常是同一组分的单层 膜。