Монослой

Монослоя представляет собой единый, плотно упакованный слой атомов , молекулы , ^[1] или клетку. В некоторых случаях его называют самоорганизующимся монослоем . Монослои слоистых кристаллов, таких как графен и дисульфид молибдена , обычно называют 2D-материалами .

Химия [ править ]

Схема амбифильных молекул, плавающих на поверхности воды.

Ленгмюра монослой или нерастворимым монослоя является одной молекулой толстый слой нерастворимого органического материала на распространение в водной югу фазы в желобе Лэнгмюра-Блоджетт . Традиционные соединения, используемые для получения монослоев Ленгмюра, представляют собой амфифильные материалы, которые обладают гидрофильной головной группой и гидрофобным хвостом. С 1980-х годов для получения монослоев Ленгмюра использовалось большое количество других материалов, некоторые из которых являются полуамфифильными, включая полимерные, керамические или металлические наночастицы и макромолекулы, такие как полимеры.. Монослои Ленгмюра широко изучаются для изготовления пленки Ленгмюра-Блоджетт (пленки LB), которые образованы перенесенными монослоями на твердую подложку. Гиббс монослой или растворимый монослой представляет собой монослой , образованное соединение , который растворит в одной из фаз , разделенных интерфейс , на которой формируются монослой.

Время формирования [ править ]

Время образования монослоя или время монослоя - это время, необходимое в среднем для того, чтобы поверхность была покрыта адсорбатом, например кислородом, прилипшим к свежему алюминию. Если адсорбат имеет единичный коэффициент прилипания , так что каждая молекула, которая достигает поверхности, прилипает к ней без повторного испарения, тогда время монослоя очень приблизительно:

${\ displaystyle t = {\ frac {3 \ times 10 ^ {- 4} \, \ mathrm {Pa} \ times \ mathrm {s}} {P}}}$

где t - время, P - давление. Покрытие поверхности при давлении 300 мкПа (2 × 10 ^-6  торр) занимает около 1 секунды .

Монослойные фазы и уравнения состояния [ править ]

Монослой Ленгмюра можно сжимать или расширять, изменяя его площадь с помощью движущегося барьера на весах из пленки Ленгмюра. Если во время сжатия измеряется поверхностное натяжение границы раздела, получается изотерма сжатия . Эта изотерма показывает изменение поверхностного давления ( , где - поверхностное натяжение границы раздела до образования монослоя) с площадью (обратная величине поверхностной концентрации ). Это аналогично трехмерному процессу, в котором давление зависит от объема .${\ displaystyle \ Pi = \ gamma ^ {o} - \ gamma}$${\ displaystyle \ gamma ^ {o}}$${\ displaystyle \ Gamma ^ {- 1}}$

Можно обнаружить множество двумерных фаз , каждая из которых разделена фазовым переходом . Во время фазового перехода давление на поверхности не изменяется, но изменяется площадь, как и при обычных фазовых переходах, объем изменяется, а давление - нет. 2D-фазы в порядке увеличения давления:

• Двумерный газ: есть несколько молекул на единицу площади, и у них мало взаимодействий, поэтому можно использовать аналог уравнений состояния для трехмерных газов: закон идеального газа , где - площадь на моль. По мере увеличения приземного давления необходимы более сложные уравнения (Ван-дер-Ваальс, вириал ...)${\ Displaystyle \ Pi A = RT}$${\ displaystyle A}$
• Вспученная жидкость
• Сжатая жидкость
• Твердый

Если площадь еще больше уменьшается после достижения твердой фазы, происходит схлопывание, монослой разрушается и образуются растворимые агрегаты и мультислои.

Монослои Гиббса также подчиняются уравнениям состояния, которые могут быть выведены из изотермы Гиббса .

• Для очень разбавленных растворов с помощью изотермы Гиббса достигается другой аналог закона идеального газа.${\ displaystyle \ gamma = \ gamma _ {o} -mC}$${\ Displaystyle \ Pi = \ Gamma RT}$
• Для более концентрированных растворов и применения изотермы Ленгмюра , таким образом,${\ Displaystyle \ Gamma = \ Gamma _ {\ max} {\ frac {C} {a + C}}}$${\displaystyle \Pi =\Gamma _{\max }RT\left(1+{\frac {C}{a}}\right)}$

Приложения [ править ]

Монослои имеют множество применений как на межфазной границе воздух-вода, так и на межфазной границе воздух-твердое тело.

Монослои наночастиц можно использовать для создания функциональных поверхностей, которые обладают, например, антибликовыми или супергидрофобными свойствами. ^{[2] [3]}

Монослои часто встречаются в биологии . Мицелл является монослоем, а фосфолипид липидного бислой структура биологических мембран являются технически двумя монослоями. Монослои Ленгмюра обычно используются для имитации клеточной мембраны для изучения эффектов фармацевтических препаратов или токсинов. ^[4]

В культуре клеток монослой относится к слою клеток, в котором ни одна клетка не растет поверх другой, но все растут бок о бок и часто соприкасаются друг с другом на одной и той же ростовой поверхности.

См. Также [ править ]

• Фильм Ленгмюра-Блоджетт
• Желоб Ленгмюра-Блоджетт
• Самособирающийся монослой
• Монослои, подавляющие испарение

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• «Монослой» . Сборник химической терминологии ИЮПАК . Золотая книга . ИЮПАК . 2009. DOI : 10,1351 / goldbook.M04015 . ISBN 978-0-9678550-9-7.
• Монослой
• Ирвинг Ленгмюр демонстрирует приготовление монослоев на поверхности воды; Фильм 1939 года (Youtube)