Влияние электрического поля на формирование ленгмюровских монослоев жирной кислоты

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЛЕНГМЮРОВСКИХ МОНОСЛОЕВ ЖИРНОЙ КИСЛОТЫ

1, 1, 2, 1,
1

1 Саратовский государственный университет им.

2 Московский государственный университет им. 

E-mail: *****@***ru

В настоящее время метод Ленгмюра-Блоджетт позволяет формировать мономолекулярные слои (так называемые ленгмюровские монослои, далее МС) на границе раздела газ-жидкость и получать уникальные слоистые структуры, в которых каждый мономолекулярный слой может иметь свой собственный химический состав, кристаллическую структуру и ориентацию молекул.

Формирование монослоя и его структура зависит от многих факторов, таких как температура субфазы, ее состав, концентрация ПАВ, внешние электрические и магнитные поля и др. Одним из менее изученных факторов остается воздействие электрического поля. Обычно, оно используется лишь при проведении исследований МС, например, исследований особенностей структурных перестроек в МС методом скачка потенциала. Использование электрического поля в качестве технологического фактора практически не исследовано. Влияние электрического поля на процессы, протекающие в ленгмюровской ванне, описывается только в случае направления вдоль поверхности монослоя [1]. Исследования, посвященные влиянию на МС электрического поля, направленного нормально к поверхности монослоя, найдены не были.

Для таких исследований была специально разработана [2] система электродов для существующей ванны ЛБ (MDT-LB5, разработанная НТ-МДТ и Гос. НИИ Физических проблем г. Москва), и изменена конструкция барьеров. Данная установка позволяет получать зависимости поверхностного давления от удельной площади при исследованиях МС методом изотерм сжатия под воздействием электрического поля.

В результате экспериментов было обнаружено следующее:

Электрическое поле оказывает наиболее существенное влияние на формирование жидкоконденсированной фазы, если в качестве субфазы используется деионизованная вода. Участок изотермы ЖК участка растягивается (примерно, на 25% и для «+/–» cверху – вниз) (рисунок 1) при приложении напряжения на электроды. Величина растяжения не столько зависит от направления вектора поля (вверх или вниз), сколько от самого факта наложения поля (есть или нет).

А при формировании МС на поверхности раствора NiCl2 наблюдаются, по сути, обратные эффекты – ЖК состояние в МС Arh формируется при достаточно сильном разряжении молекул на поверхности – при значении удельной площади A = 0,55 нм2, в то время, как при приложении электрического поля значение удельной площади для ЖК состояния становится заметно меньше (рисунок 2).

Рисунок 1 - Изотермы сжатия монослоя арахиновой кислоты на поверхности деионизованной воды под воздействием нормально приложенного электрического поля. 1 - вектор напряженности электрического поля направлен вниз; 2 - вектор напряженности электрического поля направлен вверх; 3 - электрическое поле отсутствует.	Рисунок 2 - Изотермы сжатия монослоя арахиновой кислоты на поверхности раствора NiCl2 под воздействием нормально приложенного электрического поля. 1 - электрическое поле отсутствует; 2 - вектор напряженности электрического поля направлен вниз; 3 - вектор напряженности электрического поля направлен вверх.

Возможно часть ионов ОН– вступает во взаимодействие с ионами Ni+2 (при приложении положительного потенциала к верхнему электроду) и препятствует протеканию реакции образования соли (арахината никеля), которая разрыхляет монослой без поля. При другой полярности подтягиваются ионы Cl–, которые не взаимодействуют с монослоем, т. к. его нижняя часть итак заряжена отрицательно, а ионы Ni+2 уходят вниз, также блокируя образование соли [3].

Для подтверждения этого предположения была создана установка, которая позволяет произвести предварительное разделение ионов в воде перед началом эксперимента, и добиться разницы в pH порядка четырёх единиц, что доказывается прямыми измерениями, без добавления каких либо буферов. Такой эффект достигался тем, что сосуд, в который помещалась вода был разделен пополам полупроницаемой мембраной (диализной пленкой), которая устраняет возможность механического перемешивания воды, но при этом не может помещать свободному движению ионов. Таким образом, если создать между различными частями этого сосуда разность потенциалов, то удастся разделить ионы и получить, фактически, чистую с химической точки зрения воду, но при этом её pH будет отличаться от нейтрального значения. Единственным минусом такого метода является лишь то, что необходимо использовать максимально инертные электроды и произвести необходимые измерения в течение небольшого промежутка времени. Изотермы на предварительно подготовленной воде более ярко (рисунок 3) показали обнаруженный ранее эффект,

Рисунок 3 – изотермы на поверхности деионизованной (1) и предварительно подготовленной воды со смещенным pH (2).

который заключается в увеличении условной площади молекулы ПАВ на участке жидкоконденсированной фазы. Это позволяет судить о том, что именно разделение ионов является ключевым фактором, который изменяет структуру монослоя при воздействии на него электрического поля.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 14-07-00255.

Библиографический список

1.  Khomutov G. B. Formation of nanoparticles and one-dimensional nanostructures in floating and deposited Langmuir monolayers under applied electric and magnetic fields / G. B. Khomutov, S. P. Gubin, V. V. Khanin // Colloids and Surfaces: Physicochemical and Engineering Aspects 198–200. 2002. P 593–604.

2.  , , . / Пат. 111297 Российская федерация. Установка для получения монослоев методом Ленгмюра_блоджетт в электрическом поле. Патентообладатель ФГБОУ ВПО "Саратовский государственный университет им. ".

3.  , Горбачев И. А., Ермаков В. П., Ленгмюровские монослои в электрическом поле // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика. – 2013. – Т.13. – С.80-83.

Сведения об авторах

– аспирант, г.

– аспирант, г.

– аспирант, г.

– аспирант, г.

– к. ф.-м. н., доцент, г.

Вид доклада: устный