Pelculas de Langmuir-Blodgett (LB) son pelculas monocapas y multicapas de molculas anfiflicas transferidos desde la interfaz de gas-lquido (comnmente interfase aire-agua) sobre un sustrato slido y el proceso se conoce generalmente como tcnica de Langmuir-Blodgett (LB tcnica). Langmuir llev a cabo el primer estudio sistemtico sobre monocapas de molculas anfiflicas en la interfase agua-aire y el primer estudio en una deposicin de multicapas de cido carboxlico de cadena larga sobre un sustrato slido se llev a cabo. Antes de analizar con ms detalle sobre las pelculas LB, repasemos brevemente lo que es el anffilo. El compuesto anfiflico es una molcula que es insoluble en agua, con un extremo que es hidrfila, y por lo tanto se sumerge preferentemente en el agua y la otra que es hidrfobo y preferentemente reside en el aire o en el disolvente no polar.Un ejemplo clsico de un anffilo es cido esterico, C17H35C02H. En esta molcula, la cola larga de hidrocarburos, C17H35 - es hidrfobo, y el grupo de cabeza de cido carboxlico,-CO2H es hidroflico. Dado que los anffilos tienen un extremo que es hidrfilo y el otro que es hidrfobo, que desea localizar en interfaces, tales como entre el aire y el agua, o entre el aceite y el agua. Esta es la razn por la que son llamados tambin agentes tensoactivos. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la solubilidad de una molcula anfiflica en agua depende del equilibrio entre la longitud de la cadena alquilo y la fuerza de su cabeza hidrfila. Se requiere cierta fuerza de la cabeza hidrfilo para formar pelculas LB. Si el carcter hidrfilo es demasiado dbil, se puede formar ninguna pelcula LB. Sin embargo, si la fuerza de la cabeza hidrfilo es demasiado fuerte, la molcula anfiflica es demasiado soluble en agua para permitir la formacin de una monocapa. Tabla 5.6 resume las propiedades de los diferentes grupos de cabeza. Las molculas de anffilo solubles pueden formar micelas en agua cuando su concentracin es superior a su concentracin micelar crtica, que ser discutido adems en la sntesis de materiales mesoporosos ordenados en el captulo siguiente. La tcnica LB es nico, ya que las monocapas se pueden transferir a muchos sustratos diferentes. La mayora de las deposiciones de LB que han implicado sustratos hidrfilos donde las monocapas se transfieren en el modo de retraccin. Vidrio, cuarzo y otros sustratos de metal con una superficie oxidada se utilizan como sustrato, pero oblea de silicio con una superficie de dixido de silicio es el sustrato ms comnmente utilizado. El oro es un sustrato libre de xido y tambin se utiliza comnmente para depositar pelculas LB. Sin embargo, el oro tiene una energa superficial alta (-1000 mJ/m2) y se contamina con facilidad, lo que resulta en una calidad irregular de pelculas LB. La limpieza de la superficie del sustrato es crucial para alta calidad pelculas LB. Adems, la pureza de los anffilos orgnicos bajo estudio es de gran importancia, ya que cualquier contaminacin en el anffilo sern incorporados en la monocapa.

Tabla 5.6. El efecto de diferentes grupos funcionales en la formacin de la pelcula LB de C16-compuestos.

La Figura 5.23 muestra esquemticamente la formacin de pelculas de Langmuir, que denotan las pelculas moleculares en la interfaz aire-agua, una gota de una solucin diluida de una molcula de anffilo en un disolvente voltil, tal como CHC13, se extiende sobre la interfaz aire-agua de una cubeta. Como el disolvente se evapora, las molculas anfiflicas se dispersan en la interfaz. La barrera se desplaza y comprime las molculas en la interfase aire-agua; la distancia intermolecular disminuye y la presin superficial aumenta. Se puede producir una transicin de fase, que se asigna a una transicin desde el "gas" al estado "lquido". En el estado lquido, la monocapa es coherente, con excepcin de las molculas ocupan un rea ms grande que en la fase condensada. Cuando la barrera comprime la pelcula adicional, una segunda transicin de fase se puede observar desde el "lquido" al estado "slido". En esta fase condensada, las molculas estn compactadas y orientados de manera uniforme.

La figura. 5.23. Esquema que muestra la formacin de pelculas de Langmuir, que denotan las pelculas moleculares en la interfase agua-aire, una gota de una solucin diluida de una molcula de anffilo en un disolvente voltil, tal como CHC13, se extiende sobre la interfaz aire-agua de una cubeta.Dos mtodos se usan comnmente para transferir monocapas de la interfase aire-agua sobre un sustrato slido. El mtodo ms convencional es la deposicin vertical, como esbozado en la figura. 5.24. Cuando un sustrato se mueve a travs de la monocapa en la interfase agua-aire, la monocapa se puede transferir durante la emersin (retraccin o carrera ascendente) o de inmersin (inmersin o carrera descendente). Una monocapa generalmente ser transferida durante la retraccin cuando la superficie del sustrato es hidrfilo, y los grupos de cabeza hidrfilos interactuar con la superficie. Sin embargo, si la superficie del sustrato es hidrofbica, la monocapa se transferir en la inmersin, y las cadenas de alquilo hidrofbicas interactuar con la superficie. Si el proceso de deposicin empieza con un sustrato hidroflico, se convierte en hidrofbicas despus de la primera transferencia de monocapa, y por lo tanto la segunda monocapa se transferir en la inmersin. Pelculas de capas mltiples se pueden sintetizar simplemente repitiendo el proceso. Figura 5.25 muestra el espesor de la pelcula proporcionalmente aument con el nmero de capas.Otro mtodo para construir la estructura de mltiples capas LB es el levantamiento horizontal, tambin referido como mtodo de Schaefer. Mtodo de Schaefer es til para la deposicin de pelculas muy rgidas. En este mtodo tal como es esbozado en la figura. 5,26, una monocapa comprimido se forma primero en el agua y la interfaz de aire, un sustrato plano se coloca horizontalmente sobre la pelcula monocapa. Cuando el sustrato se levanta y se separa de la superficie del agua, la monocapa se transfiere sobre el sustrato. Estabilidad trmica y la transicin orden-desorden son dos temas importantes para las aplicaciones prcticas de las pelculas LB. Aunque una gran cantidad de investigacin se ha hecho en las ltimas dos dcadas, muchas cuestiones siguen sin resolverse y nuestra comprensin de las estructuras y la estabilidad de las pelculas LB es todava muy limitada.Auto-ensamblaje y la tcnica LB ofrecen la posibilidad del diseo y la construccin de superredes orgnicos estables. Por ejemplo, SA se puede aplicar para montar donante de electrones y grupos aceptores de electrones, separados por distancias bien definidas - que pueden intercambiar electrones despus de la excitacin ptica. Esto puede permitir la construccin, por ejemplo, de una memoria de registro de desplazamiento electrnico basado en las reacciones de transferencia de electrones moleculares

Fig. 5.24. The more conventional vertical deposition method for the formation of LBfilms on substrates.

Fig. 5.25. Film thickness proportionally increased with the number of layers. [N. Tillman,A. Ulman, and T.L. Penner, Langmuir 5, 101 (1989).]

Fig. 5.26. Schaefers method useful for the deposition of very rigid films, in which, a compressedmonolayer is first formed at the water and air interface, a flat substrate is placedhorizontally on the monolayer film.

Physics and Chemistry of InterfacesLa herramienta ms importante para el estudio de monocapas insolubles es un balance pelcula [575, 576], tambin llamado una cubeta de Langmuir (fig. 13.2). La versin moderna de un balance pelcula consiste en una cubeta de temperatura controlada que contiene el lquido. El lquido se llama "subfase". Por lo general, se utiliza agua como la subfase. Los lpidos se disuelven en un disolvente (a menudo cloroformo) que es voltil y no miscible con la subfase. Las gotas de la solucin se colocan en la superficie del lquido y despus de la evaporacin del disolvente una pelcula de lpido se mantiene. Este proceso se llama "esparcimiento". A travs de barreras mviles el balance pelcula permite manipular la densidad de las molculas en la superficie del lquido por la compresin o expansin de la pelcula. Cuando se comprime la pelcula, el rea por molcula decrece, cuando se expande la pelcula, esta aumenta.

Figura 13.2: La cubeta de Langmuir y PLAWM con una monocapa indicado por molculas anfiflicas.Si la barrera podra moverse libremente, sera la deriva en la direccin del lquido con una mayor tensin superficial. De esta manera el sistema puede reducir la totalidad de su energa libre. Podemos imaginar que este movimiento es causado por una presin de la pelcula, tambin llamada "presin lateral".