Подвижный барьер для получения монослоев методом ленгмюра- блоджетта

 

Использование: получение на установках с подвижным барьером мономолекулярных пленок различных веществ методом Ленгмюра-Блоджетта. Сущность изобретения подвижный барьер выполнен в виде замкнутой гибкой ленты, огибающей подвижные и неподвижные направляющие с образованием многоугольника Число его сторон по меньшей мере равно шести В вершинах многоугольника лента образует вытянутую петлю, огибающую неподвижную направляющую У основания петли с двух сторон к ленте поджаты подвижные направляющие. Они установлены на штоке для их радиального перемещения к центру многоугольника 6 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТ ВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4902703/05 (22) 14.11.90 (46) 15.08.92. Бюл. ¹ 30 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) В.В.Кислов, И.Э.Неверов, А.Ю.Потапов, А.Г.Амельченко и С,Д,Алекперов (56) Rev.Sci I@strum,46, N. 10, 1975, р.1380-.

1385.

Авторское свидетельство СССР

N 557823, кл. В 05 С 3/02, 1975.

Патент CLUA

N 4643125, кл. В 05 С 3/12, I 18-402, опублик. 1987. (54) ПОДВИЖНЫЙ БАРЬЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОСЛОЕВ МЕТОДОМ ЛЕНМ1ОРАБЛОДЖЕТТА

Изобретение относится к получению мономолекулярных пленок различных веществ методом Ленгмюра-блоджетта, в частности к основному узлу используемых для этой цели установок — к подвижным барьерам, и позволяет получать мономолекулярные пленки с высокой степенью стабильности и качества.

Одной из основных задач при получении монослаев методом Ленгмюра-Блоджетта является достижение как можно большей двумерной упорядоченности получаемого монослоя. Это свойство последнего определяется конструкцией подвижного барьера, осуществляющего сжатие на поверхности жидкости растекшегося по ней слоя амфифильного вещества, из которого необходимо получить мономолекулярную пленку, . Ж 1754224 А1 (я)з В 05 С 3/02, В 29 С 41/02 (57) Использование: получение на установках с подвижным барьером мономолекулярных пленок различных веществ методом

Ленгмюра-Блоджетта, Сущность изобретения: подвижный барьер выполнен в виде замкнутой гибкой ленты, огибающей подвижные и неподвижные направляющие с образованием многоугольника. Число его сторон по меньшей мере равно шести; В вершинах многоугольника лента образует вытянутую петлю. огибающую неподвижную направляющую; У основания петли с двух сторон к ленте поджаты подвижные направляющие. Они установлены на штоке для их радиального перемещения к центру многоугольника, 6 ил.

Известна установка для получения мо- Б нослоя методом Ленгмюра-Блоджетта, содержащая секционйую ванну с двумя подвижными барьерами.

Однако в данной установке конструкция барьера позволяет осуществлять только бдностороннее сжатие слоя вещества на по- Ф верхности жидкости, При этом вследствие нескомпенсированного градиента давления ) возможно полученйе некачественного- мо- ф йослоя, Это связано с тем, что при достижении необходимого состояния монослоя, в точке, ;де контролиоуется поверхностное давление сжимаемого монослоя, в другой, более близкой к барьеру части, возможно другое состояние монослоя,"вплоть до наслоения друг на друга отдельных фрагментов монослоя, Известна установка для получения методом Ленгмюра-блоджетта моносля, в Ко1754224 торой с целью стабилизации мономолекулярного слоя вещества перед его нанесением на подложку имеется устройство для измерения абсолютной величины и изменения площади переносимого мономолекулярного слоя, которое связано с тягой подвижного барьера, Однако известная установка характеризуется недостаточной равномерностью сжатия получаемого монослоя и, как следствие, недостаточной его однородностью. Это связано с наличием одностороннего подвижного барьера, что не позволяет добиться равномерности сжатия по всей поверхности мономолекулярной пленки.

Наиболее близким к предлагаемому является подвижный барьер для получения монослоев методом Ленгмюра-Блоджетта, который выполнен в виде замкнутой гибкой ленты с постоянным периметром, В данном случае барьер представляет собой многоугольник-четырехугольник, в двух вершинах которого расположены неподвижные направляющие, а в двух других вершинах— подвижные направляющие, которые могут синхронно скользить по направлению к противоположной стороне и обратно. При этом рядом с одной из подвижных направляющих расположена дополнительная неподвижная направляющая, относительно которой две подвижные направляющие и перемещают одну сторону четырехугольника при условии ее строгой параллельности противоположной стороне.

Однако этот подвижный барьер характеризуется недостаточной равномерностью сжатия, так как имеется возможность лишь одностороннего сжатия монослоя, что не позволяет осуществить оптимальную стабилизацию мономолекулярного слоя перед

его нанесением на подложку и, следовательно, увеличивается риск получения дефектных пленок.

Целью изобретения является повышение качества монослоев за счет обеспечения равномерности их сжатия.

Поставленная цель достигается тем, что число сторон моноугольника выбрано по меньшей мере равным шести, причем в вершинах многоугольника лента смонтирована с образованием вытянутой петли, огибающей неподвижную направляющую, у основания каждой петли расположены поджатые к ленте с двух сторон две подвижные направляющие, размещенные на равном расстоянии от неподвижной направляющей, а подвижные направляющие смонтированы с возможностью возвратно-поступательного перемещения в закреплена на корпусе сильфона, Для обеспечения необходимой жесткости барьера 1

50 неподвижные направляющие 27 всех шести сильфонов 2 — 7 растянуты с помощью пружин 28 в направлении от центра многоугольника (фиг.4). который образован лентой 26 барьера 1, Число сторон многоугольника выбрано по меньшей мере равным шести, Сильфоны

8 и 11 соединены с помощью гибкой трубки

29, а сильфон 10 соединен с сильфоном 2 гибкой трубкой 30. Исполнительный сильфон 8 подложки 9 укреплен на стойке 31 над

45 радиальном направлении от неподвижной направляющей к центру многоугольника, На фиг.1 изображена установка, общий вид; на фиг.2 — общая функциональная схема установки; на фиг,3 — подвижный барьерный узел вместе с исполнительными сильфонами; на фиг,4 — сильфон вместе с закрепленными на нем неподвижной и двумя подвижными направляющими; на фиг,5 — узел изменения периметра барьера, вид сверху; на фиг,6 — определение величины шага барьера.

Подвижный барьер для получения монослоев методом Ленгмюра-Блоджетта является основным узлом используемой для этой цели установки, которая состоит из следующих функциональных блоков и узлов подвижного барьера 1 в виде замкнутой гибкой ленты, исполнительных сильфонов 2-7 барьера 1, исполнительного сильфона 8 подложки 9, двух приводных сильфонов 10 и 11 с соответствующими шаговыми электродвигателями 12 и 13, двух блоков 14 и 15 управления для шаговых двигателей 12 и 13 соответственно, блока 16 питания, генератором 17 и 18 соответственно управления барьером 1 и подложкой 9, весов 19 Вильгельми, блока связи с ЭВМ 20 и управляющей Э ВМ 21 (генераторы, блоки управления питания и связи с ЭВМ входят в систему "KAMAK").

Исполнительные сильфона барьера 2-7 расположены по краю ванны 22 и соединены между собой впаянными металлическими трубками 23, через которые на все сильфоны подается одинаковое усилие, что позволяет строго синхронизировать работу всех шести исполнительных сильфонов.

Скользящий шток 24 каждого сильфона 2-7 имеет две подвижные направляющие 25 (фиг.4). Эти направляющие 25 с двух сторон поджаты к ленте 26, огибающей неподвижную направляющую 27 с образованием вы-. тянутой петли, таким образом направляющие 25 размещены у основания каждой петли и на равном расстоянии от неподвижной направляющей 27, которая

1754224 центром ванны 22. На подвижном штоке 32 тельный сильфон 8 подложки 9. Последняя закреплена подложка 9. Подвижные на- погружается в раствор, а затем вынимается правляющие25смонтированы посредством из него, штока 24 в каждом сильфоне 2 — 7 с возмож- Величина шага барьера Л$ является

HQcTblo возвратно-поступательного переме- 5 разностью между исходной Sp и полученной щения в радиальном направлении от $ площадью барьера (в результате этого неподвижной направляющей 27 к центру шага),т,е, h,S-$О-S (фиг,6), Сама величимногоугольника (в данном случае шести- на шага барьера может изменяться в сле ледуугольника, где угол между смежными силь- ющих пределах; фонами 2 — 7 равен 60%, 10 0,1 мм2 1 мм2 получить качественн ю зом, ч ственную пленку невозможно; так как при таком резДо начала рабочего цикла внутрь барь- ком сжатии нарушается термодийамичеера 1 на поверхностьдистиллированной ао- ское равновесие пленки; В и пленки. условие ды наносится строго дозированное 15 сохранения термодинамического равновеколичество необходимого вещества. Через сия в процессе сжатйя является основным некоторое время (5-10 мин) последнее рас- условием получения качественной пленки. текается повсей поверхности воды в преде- .:При h,S < 0,1 мм процесс сжатия будет лах площади, ограниченной барьером 1, очень длительным по времени. При этом в затем по командам ЭВМ 21 (фиг.2) через 20 монослое вещества могут происхо ва м гут происходить нелок 0 связи на генератор 17 поступают обратимые изменения вследствие ее агрегауправляющиесигналы понаправлениюдви-. тирования, и пленка вещества раСпадается жения, включению/выключению и по скоро- на отдельные фрагменты. Сжатие в этом сти движения барьера 1. На генераторе 17 . случае уже не дает возможность получить вырабатываются соответствующие импуль- 25 качественную пленку. соы с необходимой длительностью и часто- Максимальная площа б 1 аксимальная площадь барьера 1 огратой, С учетом последних блок 14 управления ничена следующим фактором, При большой обеспечивает поворот вала шагового элект- величине радиуса барьера г для получения родвигателя 12 на необходимое число обо- изменения Л$ в указанных пределах необрОтОв. Это вызывает сжатие приводного 30 ходимо изменять радиус барье а г сильфона 10 и, сле овательно и в а иус арьера г на очень ф и, следовательно, приводит в небольшую величину. В пределе эта величидействие исполнительные сильфоны 2-7. У на ограничена амплитудой тепловых флуктукаждого из шести исполнительных сильфо- аций материала барьера. нов шток 24 вместе с закрепленными на нем Традиционным материалом для барьеподвижными направляющими 25 начинает 35 ра является тефлон коэффи и д правлению к центру шести- го теплового расширения которого равен угольника (фиг.3 и 4). Поскольку последние а 0,25 10-6 град, При условии нестабильскользят с двух сторон ленты 26, перекину- ности температуры окружающей среды в два градуса и с учетом кольцевой о мы дл к ждой стороны барь- 40 барьера 1 получим, что изменение радиуса ера 1 уменьшается. При этом барьер 1 сжи- барьера 1 вследствие тепловых фл к а ий щ дь его также начинает последнего можетдостигать-величины уменьшаться. Процесс сжатия планки конт- „2 а а ролируется с помощью весов 19 Вильгельми 2 7г Ж

-8 (фиг.1). Кактолько поверхностноедавление 45 Тогда принимая Q$=$ -$ = 10 м2 и решая систему уравнений (фиг.5: ны, сжатие барьера прекращается. После этого с ЭВМ 21 через блок 20 связи начинают поступать управляющие сигналы по на- Р 2 правлению движения, 50 R = y + „

;включению/выключению и по скорости дви- д $2 г > жения подложки 9, Сигналы поступают на генератор 18, который вырабатывает соответствующие импульсы с необходимой иполучим, что максимальная площадь тельностью и частотой, С учетом последних 55 $А 12 „„2 блок 15 управления обеспечивает поворот вала шагового электродвигателя 13 на необ- инимальнаЯ площадь баРьеРа 1огРаниходимое число оборОтОв Это вызывает сжа- самой подложки Л Я1=2мм; минимальное расстояние отдатчика весов Вильгельми (ко-.

1754224

200

20 возможность использовать различные ван30

40

45 тарый также погружен в раствор) до подложки Ая2 3 мм; а также минимальное расстояние от датчика весов Вильгельми до края барьера Лйз=З мм (рассматривается идеальный случай, когда датчик весов Виль- 5 гельми расположен перпедикулярно направлению сжатия барьера). Суммируя, получим минимальную .величину радиуса . бэрьерэйбэрьера= AR>+ ЛЯг+ b, Яу=8мм.

Площадь в этом случае будет равна $мин барьера ж,ф. 192 мм . Данная величина г представляет собой площадь барьера в жидкокристаллической базе (т.е. после сжатия). С учетом того, что площадь одной молекулы в жидкокристаллической фазе 1

S .®.y, 400 А, получим общее чило молекул, приходящихся нэ данную площадь

15барьера М=$мин. б.ж.ф./$м.ж.ф. 10

Затем, умножив зту величину на площадь одной молекулы в газовой фазе

S .r.ô. 700 А, получим окончательную величину минимальной площади барьера в газовой фазе (т.е. до сжатия):

-$мин. б.г.ф. =$м.г,ф. М 7 10 (MM ), з г

Равномерность сжатия монослоя прямо 2 зависит от числа сторон многоугольника барьера. При п<6 обеспечить нескомпенси- . рованное сжатие практически невозможно, так как барьер 1 в этом случае будет иметь недостаточное число сторон, и как следствие, большую длину каждой стороны. С другой стороны, увеличение. числа сторон барьера 1 улучшает равномерность сжатия монослоя.

В этом случае максимально достижимое число сторон будет определяться предель- ными техническими параметрами(в том числе и геометрическими) исполнительных устройств.

В конкретйом примере практической реализации размеры исполнительных сильфонов барьера 40х40х75 Мм, исполнительного сильфойа подложки 64х64х170 мм, внутренний диаметр ванны 180 мм, глубина ванны 30 мм. Ширина гибкой ленты 15 мм, толщина 0,4 мм. Максимальный диапазон смещения штока 24 с закрепленными нэ нем подвижными направляющими 25 у исполнительных сильфонов барьеров 40 мм; у штока исполнительного сильфона подложки

150 мм. Начальное расстояние между неподвижными и подвижными направляющими 40 мм.

В системе "KAMAK" используются стандартные блоки: в качестве блоков управления шаговыми двигателями — модули управления типа МУЩД; в качестве генераторов — таймеры типа 732 А; в качестве блока связи с ЭВМ вЂ” крейт-контроллер типа 180

А, шаговые электродвигатели — типа ДШИТаким образом, использование изобретения позволяет резко уменьшить неоднородность поверхностного давления монослоя и, как следствие, получить качественную мономолекулярную пленку, дает ны (многократно или однократно), вследствие того, что барьер механически с ванной не связан.

Формула изобретения

Подвижный барьер для получения монослоев методом Ленгмюра-Блоджетта, содержащий замкнутую гибкую ленту, огибающую подвижные и неподвижные направляющие с образованием барьера в виде многоугольника, отличающийся тем, что, с целью повышения качества монослоев путем обеспечения равномерности их сжатия, число сторон многоугольника выбрано по меньшей мере равным шести, причем в вершинах многоугольника лента смонтирована с образованием вытянутой петли, огибающей неподвижную направляющую, у основания каждой петли расположены поджатые к ленте с двух сторон две подвижные направляющие, размещенные нв равном расстоянии от неподвижной направляющей, а подвижные направляющие смонтированы с возможностью возвратно-. поступательного перемещения в радиальном направлении от неподвижной направляющей к центру многоугольника.

1754224

1754224

1754224

Составитель Л. Кольцова

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор А. Долинич

Редактор Е. Копча

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2 Я 9 2 Тираж Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5