Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ТОНКИЕ ПЛЕНКИ

ТОНКИЕ ПЛЕНКИ, твердые или жидкие (реже-газообразные) слои между макроскопич. фазами, толщина к-рых соизмерима с расстоянием действия поверхностных сил. Имеют особые (в сравнении с объемной фазой, из к-рой образовалась тонкая пленка) состав, структуру и термодинамич. характеристики; в пределе переходят в поли-, би- или монослои (см. Мономолекулярный слои). Различают симметричные тонкие пленки, разделяющие фазы одинакового состава, и несимметричные тонкие пленки, образующиеся, напр., при растекании жидкости по твердой или жидкой пов-сти (смачивающие пленки).

Твердыми тонкими пленками являются оксидные пленки на пов-сти металлов и искусственные пленочные покрытия, формируемые на разл. материалах с целью создания приборов микроэлектроники, предотвращения коррозии, улучшения внеш. вида и т. п. Жидкие тонкие пленки разделяют газообразную дисперсную фазу в пенах и жидкие фазы в эмульсиях; образование устойчивых пен и эмульсий возможно только при наличии ПАВ в составе тонких пленок. Жидкие тонкие пленки могут возникать самопроизвольно между зернами в поликристаллич. твердых телах, если поверхностная энергия границы зерна превышает поверхностное натяжение на границе твердой и жидкой фаз более чем вдвое (условие Гиббса-Смита). Газообразные тонкие пленки с заметным временем жизни могут возникнуть между каплей и объемной жидкостью в условиях испарения.

Изучение тонких пленок разл. типов, в частности определение их толщины, обычно проводят методами, основанными на измерении интенсивности отраженного света (см. Эллипсо-метрия). При наблюдении жидких тонких пленок в отраженном свете обнаруживаются интерференц. полосы в окружающем пленку пространстве-области вдоль стыка пленок, наз. каналом Гиббса-Плато (см. рис.); расположение этих полос позволяет определить другую важную характеристику тонких пленок-контактный угол q, равный половине угла, под к-рым сходятся пов-сти мениска в области контакта пленки с макроскопич. фазой или др. пленками. Используют также электрич. методы - определение емкости и проводимости тонких пленок, гл. обр. обратных эмульсионных пленок, разделяющих два объема водного р-ра. Для изучения твердых тонких пленок применяют электронную микроскопию, рентгеновскую спектроскопию и др. методы, разработанные для исследования пов-сти твердых тел.

4121-24.jpg

Сечение цилиндрич. тонкой пленки, находящейся в контакте с мениском объемной фазы. h-толщина пленки, R-радиус, q-контактный угол, Рв - капиллярное давление 6 канале Гиббса-Плато.


Термодинамика тонких пленок (преим. жидких) основана на идее Гиббса об изменении в них св-в в-ва по мере уменьшения толщины пленки h. Эти изменения м. б. охарактеризованы взаимосвязанными величинами: натяжением пленки sпл, т. е. удельной (на единицу длины контура) стягивающей силой, избыточным натяжением Dsпл, расклинивающим давлением

П, контактным углом q. Для симметричных пленок выполняется соотношение:

4121-25.jpg

где s-поверхностное натяжение на границе раздела объемной фазы (толстой пленки) того же состава, что и тонкой пленки, с внеш. фазой. Разл. составляющие расклинивающего давления (дисперсионная, электростатич., адсорбционная и др.) в сочетании могут определять сложную форму изотермы П(h) и возникновение метастабильно-равновесных состояний, в к-рых тонкая пленка может существовать не утолщаясь и не прорываясь. Условием таких состояний является выполнение соотношений:

П(h) + Ps = 0; dП/dh<0,

где Ps < 0-капиллярное давление, создаваемое вогнутой пов-стью канала Гиббса-Плато.

Кинетика приближения тонкой пленки к метастабильно-равновес-ному состоянию - зависимость толщины тонкой пленки от времени t-в первом приближении м.б. описана ур-нием Рей-нольдса-Шелудко:

4121-26.jpg

где r-радиус цилиндрич. участка пленки вблизи канала Гиббса-Плато, h-вязкость дисперсионной среды. Это ур-ние справедливо, если тонкая пленка при утоньшении остается плоской и при вытекании из нее дисперсионной среды (жидкости или газа) в каналы Гиббса-Плато не происходит движения адсорбционных слоев; рассмотрение утончения тонких пленок в более общем случае является сложной задачей физико-химической гидродинамики. В нек-рых случаях образование тонких пленок сопровождается возникновением хорошо выраженного утолщения (линзочки) в ее центральной части-т. наз. димпла.

В зависимости от состава (хим. природы ПАВ, валентного типа и концентрации электролитов) толщины тонкой пленки, отвечающие ее метастабильно-равновесному состоянию, могут отличаться; соотв. различаются и время жизни тонкой пленки в этом состоянии, и цвет тонкой пленки в отраженном свете. Обычно выделяют сравнительно малоустойчивые серые (иногда цветные) тонкие пленки с толщиной в неск. десятков нм, более тонкие (примерно 7-15 нм) пленки черного цвета (черные пленки) и т. наз. ньютоновские черные пленки (толщина 3-5 нм), к-рые иногда наз. вторичными черными пленками. Так, стабилизированные ПАВ водные тонкие пленки пен и прямых эмульсий бывают цветными или серыми при концентрации NaCl в дисперсионной среде до 10-3 М, обычными черными при концентрации менее 0,3 М и ньютоновскими черными при более высоких концентрациях электролита. Св-ва обычных черных водных пленок хорошо описываются теорией ДЛФО (см. Дисперсные системы); ньютоновские черные пленки представляют собой бислои ПАВ, иногда с малой по толщине прослойкой дисперсионной среды между монослоями.

Изучение тонких пленок дает важную информацию о природе сил взаимодействия между частицами дисперсной фазы. С образованием черных пленок связана обычно высокая устойчивость пен и эмульсий. К ньютоновским черным пленкам в обратных эмульсиях близки по строению биол. мембраны, поэтому изучение бимолекулярных слоев ПАВ и образованных ими липосом и везикул позволяет выяснить механизм функционирования биол. мембран. Получение тонких пленок и тонкопленочных покрытий лежит в основе ряда совр. областей техники, таких, как мембранная технология, создание полупроводниковых приборов и др.

Лит.: Кругляков П.М., Ровин Ю.Г., Физико-химия черных углеводородных пленок, М., 1978; Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Смачивающие пленки, М., 1984. А. В. Перцов.

___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн