Langmuir-Blodgett-Schicht

Eine Langmuir-Blodgett-Schicht (LB-Schicht, LB-Film) besteht aus einer oder mehreren Monolagen organischer Moleküle, die beim Eintauchen und/oder Herausziehen aus einer Flüssigkeit von der Grenzfläche der Flüssigkeit auf ein festes Substrat übertragen wurden. Eine Anwendung ist beispielsweise die Abscheidung von Phthalocyanin beim Bau von Gassensoren, die auf reduzierbare Gase reagieren. Langmuir-Blodgett-Schichten sind nach Irving Langmuir und Katherine Blodgett benannt. Bereits Ende der 1910er Jahre entwickelte Langmuir verschiedene Techniken zur Herstellung und Untersuchung von Oberflächenfilmen, dabei verbesserte er unter anderem den Pockels-Trog (von Agnes Pockels) zur Langmuir-Pockels-Waage[1] (1917). Basierend auf diesen Arbeiten stellte Langmuirs spätere Mitarbeiterin Katherine Blodgett 1934[2][3] eine Methode vor, mit der polymere Monolagen auf speziell präparierten Glasoberflächen hergestellt werden konnten (Langmuir-Blodgett-Technik).[4] Die Technik wurde Anfang der 1960er Jahre durch Hans Kuhn weiterentwickelt und die Schichten werden seitdem auch Langmuir-Blodgett-Kuhn-Schichten (LBK-Schichten) bzw. Langmuir-Blodgett-Kuhn-Filme (LBK-Filme) genannt.

Langmuir-Film bestehend aus komplexen Phospholipiden in einer flüssigen wässrigen Subphase.

Herstellung

Bei j​edem Eintauchen o​der Herausziehen („Austauchen“) k​ommt eine Monolage dazu; e​s kann a​lso im Idealfall e​ine genau definierte Anzahl v​on Monolagen aufgebracht werden. Wenn d​ie Flüssigkeit Wasser i​st und d​ie Unterlage hydrophil, bleibt b​eim Herausziehen d​as hydrophile Ende d​er Moleküle a​n der Unterlage haften. Dagegen i​st nach d​em Eintauchen d​as hydrophile Ende d​er neu erzeugten Monolage außen (also d​em Wasser zugewandt). Oft werden Moleküle verwendet, d​ie ein hydrophiles u​nd ein hydrophobes Ende haben; n​ach dem Herausziehen i​st dann a​lso die hydrophobe Seite außen, n​ach dem Eintauchen (wenn d​ie Unterlage hydrophob ist) d​ie hydrophobe Seite innen.

Um geschlossene und gut geordnete Schichten der Moleküle auf der Flüssigkeit (und somit auf dem Substrat nach Eintauchen/Herausziehen) zu erhalten, wird die Molekül-Schicht auf der Flüssigkeitsoberfläche durch einen Balken zusammengeschoben. Diese sogenannte Filmwaage hält den (Oberflächen-)Druck in der Schicht (den sogenannten Transferdruck) und somit die Flächendichte der Moleküle konstant. Trotzdem bestehen die größten Schwierigkeiten beim Beschichten mit der Langmuir-Blodgett-Methode im Mangel an mechanischer, thermischer und chemischer Stabilität der Schichten (Bindung nur durch Physisorption).

Einzelnachweise
  1. I. Langmuir: The constitution and fundamental properties of solids and liquids. II. Liquids. 1. In: Journal of the American Chemical Society. Band 39, Nr. 9, 1917, S. 1848–1906, doi:10.1021/ja02254a006.
  2. Katharine B. Blodgett: Monomolecular films of fatty acids on glass. In: Journal of the American Chemical Society. Band 56, Nr. 2, 1934, S. 495, doi:10.1021/ja01317a513.
  3. Katharine B. Blodgett: Films Built by Depositing Successive Monomolecular Layers on a Solid Surface. In: Journal of the American Chemical Society. Band 57, Nr. 6, 1935, S. 1007–1022, doi:10.1021/ja01309a011.
  4. Gerhard Lagaly, Oliver Schulz, Ralf Zimehl: Dispersionen und Emulsionen. Birkhäuser, 1997, ISBN 978-3-7985-1087-6, S. 530.
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