胶体与界面化学 气液和固液界面膜 胶体与界面化学课件-6.2气液和固液界面膜.ppt

2.多层自组装膜的制备 组装多层膜总是从单层膜开始，而单层膜的缺陷是不可避免的，且随层数的增加缺陷会加剧。这种影响对小分子多层膜组装的影响尤其明显。大分子多层膜因其分子大和分子的柔性可能会使某些缺陷得以修复。故大分子化合物多层膜有时可达数百层。 依靠静电作用也可组装多层膜。如在带电表面先吸附反号电荷的聚离子，然后在此聚离子表面层上吸附反号聚离子。 LB膜的基本应用 非线性光学 电子器件 作为半导体器件 传感器的应用（场发射器件、光传感器、 生物传感器） 膜不均匀。“成膜分子聚集的小岛存在于自由运动的单个分子的海洋之中” * * * * 单击此处编辑母版标题样式 第六章 界面膜 第二节 气液和固液界面膜 一、液体表面的不溶物单层膜 （一）表面压及其测量 有机两亲物质随着疏水基的增大，其在水中的溶解度降低，而表面活性增强。即其在溶液表面和内部的分布更偏向于在表面上。当两亲分子的疏水基达到一定程度，在水中的浓度便小的可以忽略。此时两亲分子的表面定向层可以通过在水面上铺展的方法形成表面膜，称之为铺展膜，也称为不溶膜或不溶物单分子层膜。 将不溶于水的有机两亲物质溶于适宜的有机溶剂，将此溶液滴加到水和空气的界面上，溶剂挥发后就可形成两亲物单层膜。 水面由于有两亲物单层膜存在，表面张力会发生变化，铺膜前后表面张力的变化即为表面压。 两亲分子在气液界面上的定向排列 羧基向水，碳氢链向空气。 表面压 浮片A的左边是含有不溶性两亲分子的水,其表面张力为γ， 浮片受到不平衡力的作用，因此产生表面压力。 表面压是两维空间运动质点即表面分子对浮片碰撞结果。 表面压的定义：表面压是表面膜对单位长度的浮片所施加的力。单位mN/ m。 Definition A W M → B 固定档板 测量表面压的装置： 1. Langmuir 膜天平 直接测量对浮片所施加的力 一般，π= 30～50 mN/m 若膜厚约为2.5 nm, π = 1.5×107 kPa ≈150 atm 2. 吊片法 测量铺膜前后的表面张力 (二)单层膜的状态和结构 在恒定温度条件下，测出的不溶物单层膜的表面压与成膜分子占据面积A的关系曲线称为π-A等温线。 典型的二维单层膜的π-A图 （1）气态膜(G): 每个分子平均占有面积很大(100 nm2), 表面压很低(0.5mN·m-1), 膜具有良好的压缩性。两亲分子类似于处于理想气体状态，服从类似于理想气体状态方程的二维理想气体方程： πA＝kT（k：Boltzman常数） 若考虑到成膜分子本身所具有的面积A0, 则有： π(A-A0)＝kT 应用： 估算大分子的摩尔质量，例1 25℃时测得1mg某种蛋白质在0.01mol/L盐酸水溶液上成膜时的表面压数据。求蛋白质的质量。 比表面积/m2·mg-1 4.0 5.0 6.0 7.5 10.0 π/mN·m-1 0.44 0.24 0.105 0.06 0.035 （2）气液平衡膜（L1-G）: 气态膜向液态膜的转变过程，从微观角度看在气液平衡膜中很可能是富集的两亲不溶物相与纯溶剂相间的转变。 πV: 相当于在三维状态时成膜物的饱和蒸气压 （三）液态扩张膜（L1） 膜本质是液态的，但其压缩性比三度空间的液体大得多。液体密度比固体小不了多少，可l1面积是固态膜2-3倍。开始时膜的压缩率变小，随面积减小，膜压显著上升。指示成膜分子已相当靠近。有明显的侧向相互作用。 （四）转变膜（I） 是液态扩张膜与液态凝聚膜间的过渡区域，转变膜具有不均匀性及显著高于液态扩张膜可压缩性。 （五）液态凝聚膜（L2） 膜压缩系数比L1、I小得多，但比固态膜大得多；分子平均面积比固态膜大20％，Adams、Langmuir 认为这种膜是在极性基之间多少带着一些水的半固态膜。π=b?aA 分子的碳氢基排列与油中相似 （六）固态膜（S） 密度较大，压缩率非常低。分子的疏水基团排列紧密，类似于晶体。 π=c?qA 若将S膜的曲线延长至a轴，就可得到分子的截面积。对于直链同系物，无论尾巴长短，极限面积一样。 7. 单层膜的崩溃：对固态膜继续压缩最终导致膜破裂。此时可观察到压缩膜面积，膜压不变以至降低的现象。此恒定或最大值叫做膜的破裂压。若条件控制好，可有较好的重现性。破裂压高低反映膜的强度。 注意： 1.液态凝聚膜的π-A曲线外延求出的分子面积大于固态膜曲线外延求出的数值； 2. 同系列两亲长链有机物形成固态膜外推分子面积接近，与碳氢链长短关系不大； 3. 利用固态膜外推求出的分子面积未考虑成膜分子侧向间的作用及外力挤压作用； 4. 膜的压缩系数 （三）