LB膜技术
LB膜技术
在适当的条件下，不溶物单分子层可以通过特定的方法转移到固体基底上，并且基本保持其定向排列的分子层结构。这种技术是20世纪二三十年代由美国科学家LLangmuir及其学生K．Blodgett建立的一种单分子膜制备技术，它是将兼具亲水头和疏水尾的两亲性分子分散在水面上，经逐渐压缩其水面上的占有面积，使其排列成单分子层，再将其转移沉积到固体基底上所得到的一种膜。根据此技术首创者的姓名，将此技术称为LB膜技术。习惯上将漂浮在水面上的单分子层膜叫做Langmuir膜，而将转移沉积到基底上的膜叫做Langmuir-Blodgett膜，简称为LB膜。
单分子膜的研究开始于1S世纪，著名的美国政治家B．Franklin访问英国时，在伦敦Clapham做了一个试验，他把一匙油(约2mL)滴在半英亩的池塘水面上，油在风的吹动下迅速地铺展开，而池塘水的波浪却平静下来丁。这可以说是有关LB膜研究最早的科学实验记录。对这一现象科学性的解释直到1890年LRayleigh第一次提出单分子膜概念才得以完成，他利用在水表面上扩展的油膜来研究水的表面张力的规律，成功地估算出这层膜的厚度在1～2nm之间，现在知道，这就是脂肪酸单分子膜的厚度。
1891年九pockels设计了一个水槽，用一个金属障片来压缩控制膜面积，并指出在膜面积达到一定值时，油膜表面张力变化很小。1917年LLangmuir在Pockels槽的基础上改进了实验装置，发展了一种新的膜天平，利用这套装置可以精确测定分子的尺寸和取向，了解分子之间的相互排列和作用。他的研究奠定了单分子层膜的理论基础。1932年Langmuir由于他出色的工作而被授予诺贝尔奖。
1919年在Faraday学会的一次会议上，Langmuir报告了他的实验结果：第一次实现了脂肪酸单分子层从水面向固体基底上的转移，而且这样的单分子层对固体基底的表面性质产生很大的影响。在发言的最后，Langmuir提到大多数的实验工作是由K．Blodgett完成的。1933年，Langmuir和Blodgett重新开始了他们放置了十余年的水面上单分子层的研究工作，1934年Blodgett第一次详细叙述了如何通过单分子层的连续转移来建造多层的组合膜。在随后的实验中，Langmuir和Blodgett验证了很多物质都可以形成多层膜，并使用光学技术来研究膜的性质。Langmuir和Blodgett所建立的单分子膜转移技术和他们有关组合多层膜的研究，在当时吸引了许多科学家投入到这个领域，形成了LB膜研究的第一个高潮。
第二次世界大战爆发后，这项研究中断了。20世纪60年代，德国科学家H．Kuhn首先意识到运用LB膜技术实现分子功能的组装并构造分子的有序体系，他率先在LB膜中引入染料分子进行光谱研究，并开展了单分子膜组装功能LB膜和能量转移体系的研究。他首次发表的在LB膜中引入具有光活性的染料分子的研究论文，对LB膜研究的发展产生了重大影响，被誉为是划时代的贡献。
在摩擦学领域，Langmuir首次报道脂肪酸单分子层向固体基底的转移，并对固体基体的表面性质产生很大影响的研究结果时，就曾指出这种单分子膜可以减小滑块间的摩擦和磨损。十多年后，Hardy和Beek等又相继发现，长链极性分子的单分子膜可以减小两金属表面相对滑动时的摩擦系数。但这些仅属于有关边界润滑的基础研究。
到了20世纪80年代，LB膜又引起物理学、生物学、电子学、光学、化学、材料科学和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，其在摩擦学领域中的应用研究也有一定的发展。近年来，功能材料的发展带动器件的构造向着小型化、集成化、多功能化和高可靠性的方向发展。LB膜作为高技术领域中的一项新技术，是实现分子组装和纳米尺度润滑的有效方法之一，越来越受到重视。
5.1 LB膜的制备
LB膜技术是构造有序分子组装最早的技术，现首先介绍在水—空气界面