Película de Langmuir-Blodgett

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Una película de Langmuir-Blodgett contiene una o más monocapas de un material orgánico, depositados en la superficie de un líquido sobre un sólido por inmersión del sustrato sólido sobre el líquido. Una monocapa se adsorbe homogéneamente con cada inmersión o paso de fuga, por lo tanto se pueden obtener películas con un espesor muy preciso.

Las moléculas orgánicas forman monocapas que se adsorben en la superficie de un líquido. Cuando las moléculas tienen cierta solubilidad, las películas que se forman en la superficie se denominan monocapas de Gibbs y en ellas existe un equilibrio dinámico entre la molécula disuelta y la molécula en la superficie. Las monocapas que se forman a partir de moléculas insolubles se denominan monocapas de Langmuir. La capa de moléculas sobre la superficie del líquido es denominada monocapa de Langmuir, y después de la transferencia, es llamada película de Langmuir-Blodgett.

Historia[editar]

Desde la edad antigua se tenía una idea básica del comportamiento que generaba la interacción entre agua y aceite, sin embargo no fue hasta 1774 que Benjamin Franklin reportó a la Real Sociedad Inglesa su experimento el cual consistía en verter una cucharada de aceite de oliva en un estanque lleno de agua, lo cual formaba una capa de aceite sobre el agua.

Aproximadamente un siglo después Lord Rayleigh introdujo la idea de que la máxima extensión de una película de aceite sobre agua, representa una capa de una molécula de ancho, utilizando los experimentos de Franklin calculó que el ancho de la capa formada en el estanque era menor a 2 nm. Simultáneamente la alemana Agnes Pockels desarrolló una balanza que determinaba la contaminación superficial del agua en función del área superficial para diferentes aceites. Con la ayuda de Lord Rayleigh, Pockels publicó sus resultados en Nature en el año de 1891.

Esto abrió el camino para las investigaciones que realizaría Irving Langmuir entre los años 1910 y 1920. El trabajo de Langmuir consistía en el estudio sistemático de la formación de monocapas flotantes de ácidos grasos, esteres y alcoholes sobre agua. A principios de 1920 Langmuir reportó la transferencia homogénea de monocapas de ácidos grasos hacia sustratos sólidos. No obstante la primera descripción detallada de la transferencia secuencial de monocapas fue dada años después por la asistente y colaboradora de Langmuir, Katherine Blodgett, debido a sus contribuciones estas monocapas ensambladas son conocidas como películas de Lagmuir-Blodgett. Gracias a estas investigaciones en 1932 Langmuir fue galardonado con el Premio Nobel de Química.

El impacto que tuvieron estas investigaciones se observó casi medio siglo después. La primera conferencia internacional sobres las películas de Langmuir-Blodgett fue realizada en 1979, a partir de esto, esta técnica fue ampliamente utilizada por diversos científicos en diferentes campos de investigación. Actualmente la producción de películas ultradelgadas por medio de esta técnica ha comenzado a tener mayores aplicaciones en más áreas. A pesar de esto, estas películas son utilizadas mayoritariamente como modelos de ciertos sistemas, por ejemplo la investigación de biomembrana y revestimientos con multicapas.[1]

Preparación de películas LB[editar]

Las sustancias que normalmente se utilizan para construir monocapas poseen un extremo polar y una larga cadena hidrofóbica Estas moléculas se dispersan sobre un líquido (subfase o sustrato) que normalmente será agua o una disolución acuosa.

• Para la formación de monocapas hay que partir de una disolución muy diluida de la molécula anfifílica en un disolvente orgánico.

• Es importante que la solubilidad en el agua tanto del disolvente orgánico como de la molécula, sean despreciables.

• La volatilidad del disolvente debe ser elevada y la del soluto despreciable.

• El coeficiente de extensión del líquido orgánico sobre el agua debe ser positivo.

• Al evaporarse el disolvente, tras un periodo razonable de tiempo después de la dispersión, lo que queda sobre la superficie es la monocapa de la molécula orgánica sobre el líquido. Esta monocapa se comprime con la ayuda de una barrera móvil.

• La naturaleza de la monocapa que permanece sobre el líquido después de que se haya evaporado el disolvente depende del área de la que puede disponer cada molécula. Si la cantidad de material es tal que la molécula puede extenderse formando una película monomolecular, se habla de monocapa. Si la cantidad de molécula es menor se obtiene una sub-monocapa, y si es mayor se obtiene una multicapa. Cuando la cantidad de molécula es muy grande se puede obtener un sólido 3-D sobre la superficie del agua.

• La monocapa de adsorción disminuirá la tensión superficial (γ) del agua y la presión superficial (π) será la diferencia entre la tensión superficial del agua pura y la del agua recubierta de molécula: π = γo - γ.

Surfactant.jpg
Esquema de las moléculas surfactantes dispuestas en una interfase aire-agua

Bibliografía[editar]

  1. KSV Instruments. "Langmuir and Langmuir-Blodgett Films WHAT and HOW?". LOT-Quantum Design Group
  • An introduction to ultrathin organic films: from Langmuir Blodgett to selfassembly; A. Ulman. Academic Press, INC (1991).
  • «Langmuir–Blodgett Patterning: A Bottom–Up Way to Build Mesostructures over Large Areas». Accounts of Chemical Research 40 (6):  pp. 393–401. 2007. doi:10.1021/ar600019r. PMID 17441679. 
  • Peterson, I.R. (1990). «Langmuir Blodgett Films». Journal of Physics D: Applied Physics 23:  pp. 379–95. doi:doi:10.1088/0022-3727/23/4/001. 
  • I.R. Peterson, "Langmuir Monolayers", in T.H. Richardson, Ed., Functional Organic and Polymeric Materials Wiley: NY (2000).