stringtranslate.com

Слой за слоем

Послойное ( LbL ) осаждение — это метод изготовления тонких пленок . Пленки формируются путем осаждения чередующихся слоев противоположно заряженных материалов с этапами промывки между ними. Это может быть достигнуто с помощью различных методов, таких как погружение, вращение, распыление, электромагнетизм или флюидика. [1]

Разработка

Первая реализация этого метода приписывается Дж. Дж. Киркланду и Р. К. Айлеру из компании DuPont , которые осуществили его с использованием микрочастиц в 1966 году. [2] Позднее метод был возрожден открытием его применимости к широкому спектру полиэлектролитов Геро Дехером из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга . [3]

Выполнение

Простое представление можно сделать, определив два противоположно заряженных полииона как + и -, а шаг промывки как W. Чтобы сделать пленку LbL с 5 бислоями, нужно нанести W+W-W+W-W+W-W+W-W+WW, что приведет к получению пленки с 5 бислоями, а именно + - + - + - + - + - .

Представление техники LbL как многослойного наращивания, основанного исключительно на электростатическом притяжении, является упрощением. В этом процессе участвуют и другие взаимодействия, включая гидрофобное притяжение. [4] Многослойное наращивание обеспечивается множественными силами притяжения, действующими совместно, что типично для высокомолекулярных строительных блоков, в то время как электростатическое отталкивание обеспечивает самоограничение поглощения отдельных слоев. Этот диапазон взаимодействий позволяет распространить технику LbL на водородно-связанные пленки, [5] наночастицы, [6] полимеры с одинаковым зарядом, гидрофобные растворители, [7] и другие необычные системы. [8]

Этапы нанесения бислоев и промывки могут быть выполнены различными способами, включая нанесение покрытия погружением , центрифугирование , напыление, методы на основе потока и электромагнитные методы. [1] Метод подготовки отчетливо влияет на свойства полученных пленок, позволяя реализовать различные приложения. [1] Например, весь автомобиль был покрыт методом напыления, оптически прозрачные пленки были подготовлены методом центрифугирования и т. д. [1] Характеристика осаждения пленки LbL обычно выполняется оптическими методами, такими как двойная поляризационная интерферометрия или эллипсометрия , или механическими методами, такими как кварцевый микробаланс . [ требуется ссылка ]

LbL предлагает несколько преимуществ по сравнению с другими методами осаждения тонких пленок . LbL прост и может быть недорогим. Существует широкий спектр материалов, которые можно осаждать с помощью LbL, включая полиионы, металлы, керамику, наночастицы и биологические молекулы. Другим важным качеством LbL является высокая степень контроля толщины, которая возникает из-за переменного профиля роста пленок, который напрямую коррелирует с используемыми материалами, количеством бислоев и техникой сборки. [1] Благодаря тому, что каждый бислои может быть толщиной всего 1 нм, этот метод обеспечивает легкий контроль толщины с разрешением 1 нм.

Приложения

LbL нашел применение [1] в очистке белков, [9] контроле коррозии, (фото)электрокатализе, [10] биомедицинских приложениях, [11] сверхпрочных материалах, [12] и многом другом. [13] Композиты LbL из оксида графена предвещали появление многочисленных композитов графена и оксида графена позже. [14] Первое использование композитов из восстановленного оксида графена для литиевых батарей также было продемонстрировано с помощью многослойных материалов LbL. [15]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdef JJ Richardson; et al. (2015). «Технологическая послойная сборка нанопленок». Science . 348 (6233): 6233. doi : 10.1126/science.aaa2491 . hdl : 11343/90861 . PMID  25908826.
  2. ^ JJ Kirkland (1965). "Пористые тонкослойные модифицированные стеклянные шариковые носители для газожидкостной хроматографии". Аналитическая химия . 37 (12): 1458. doi :10.1021/ac60231a004.RK Iler (1966). «Многослойные коллоидные частицы». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 21 (6): 569. Bibcode : 1966JCIS...21..569I. doi : 10.1016/0095-8522(66)90018-3.
  3. ^ Геро Дечер; Чон-Дал Хонг (1991). «Создание ультратонких многослойных пленок с помощью процесса самосборки, последовательная адсорбция анионных и катионных биполярных амфифилов на заряженных поверхностях». Macromolecular Symposia . 46 : 321. doi :10.1002/masy.19910460145.
  4. ^ Николас А. Котов (1999). «Послойная самосборка: вклад гидрофобных взаимодействий». Наноструктурированные материалы . 12 (5–8): 789. doi :10.1016/S0965-9773(99)00237-8.
  5. ^ Андре Лашевски; Эрик Вишерхофф; Штеффен Дензингер; Хельмут Рингсдорф; Арно Делькорт; Патрик Бертран (1997). «Молекулярное распознавание по водородным связям в многослойных полиэлектролитах». Химия: Европейский журнал . 3:34 . doi :10.1002/chem.19970030107.
  6. ^ Николас А. Котов; Имре Декани; Янош Х. Фендлер (1995). «Послойная самосборка композитных пленок полиэлектролит-полупроводник наночастицы». Журнал физической химии . 99 (35): 13065. doi :10.1021/j100035a005.
  7. ^ Юдзуру Шимазаки; Масая Мицуиси; Шинзабуро Ито; Масахиде Ямамото (1997). «Подготовка послойно осажденной сверхтонкой пленки на основе взаимодействия с переносом заряда». Ленгмюр . 13 (6): 1385. doi :10.1021/la9609579.
  8. ^ Нейла Чини; Тулай Тулун; Геро Дечер; Винсент Болл (2010). «Пошаговая сборка самоструктурирующихся полиэлектролитных пленок, нарушающая (почти) все правила послойного осаждения». Журнал Американского химического общества . 132 (24): 8264–5. doi :10.1021/ja102611q. PMID  20518535.
  9. ^ Лю, Вэйцзин (2016). «Послойное осаждение полимеров, содержащих нитрилотриацетат, удобный способ изготовления пленок, связывающих металлы и белки». ACS Applied Materials & Interfaces . 8 (16): 10164–73. doi :10.1021/acsami.6b00896. PMID  27042860.
  10. ^ Jeon, Dasom; Kim, Hyunwoo; Lee, Cheolmin; Han, Yujin; Gu, Minsu; Kim, Byeong-Su; Ryu, Jungki (22 ноября 2017 г.). «Послойная сборка полиоксометаллатов для фотоэлектрохимического (PEC) расщепления воды: на пути к модульным PEC-устройствам». ACS Applied Materials & Interfaces . 9 (46): 40151–40161. doi :10.1021/acsami.7b09416.
  11. ^ Хуа Ай; Стивен А. Джонс; Юрий М. Львов (2003). «Биомедицинские применения электростатической послойной наносборки полимеров, ферментов и наночастиц». Биохимия и биофизика клеток . 39 (1): 23–43. doi :10.1385/CBB:39:1:23. PMID  12835527.
  12. ^ Чжиюн Тан; Николас А. Котов; Сергей Магонов; Бирол Озтюрк (2003). «Наноструктурированный искусственный перламутр». Nature Materials . 2 (6): 413–8. Bibcode : 2003NatMa...2..413T. doi : 10.1038/nmat906. PMID  12764359.
  13. ^ Дехер, Геро (2012). Многослойные тонкие пленки - последовательная сборка нанокомпозитных материалов, т . 2. Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH.
  14. ^ Котов, Николас А.; Декани, Имре; Фендлер, Янош Х. (1996-08-01). «Ультратонкие композиты оксид графита-полиэлектролит, приготовленные методом самосборки: переход между проводящим и непроводящим состояниями». Advanced Materials . 8 (8): 637–641. Bibcode :1996AdM.....8..637K. doi :10.1002/adma.19960080806. ISSN  1521-4095.
  15. ^ Фендлер, Янош Х. (1999-01-01). «Коллоидно-химический подход к созданию перезаряжаемых литий-ионных батарей высокой плотности энергии». Журнал дисперсионной науки и технологии . 20 (1–2): 13–25. doi :10.1080/01932699908943776. ISSN  0193-2691.