Самоорганизующиеся слои

Self-assembled monolayers (SAM) of organic molecules are molecular assemblies formed spontaneously on surfaces by adsorption and are organized into more or less large ordered domains.

Self-assembly is the process in which a system's components—be it molecules, polymers, colloids, or macroscopic particles—organize into ordered and/or functional structures or patterns as a consequence of specific, local interactions among the components themselves, without external direction, Fig. 1.

Fig. 1. R= CH3, -CH2OH, CH=CH2, etc.     Head groups= -SH, -COOH, etc.

The self-assembly process takes time, for example, store the sample for 24–48 hours in alcohol 1 mM solution. Longer assembly times tend to result in better monolayer packing. A Molecular ordered domain structure is formed, Fig. 2.

Fig. 2. STM images (45x45 nm2) of hexagonally packed SAM of mercaptoundecanol. Each bright spot of the inset (4.3x4.3 nm2) corresponds to terminal −OH tail groups. [V Y Kutsenko et al. Nanotechnology 28 (2017) 235603-235611].

 

LB film from self-assembled molecules also can be formed, for example, from ODT and HDT [Samuel H. Gyepi-Garbrah and Roberta Silerova, The first direct comparison of self-assembly and Langmuir–Blodgett deposition techniques: Two routes to highly organized monolayers, Phys. Chem. Chem. Phys., 2002, 4, 3436–3442]. A comparison of the absolute electrical properties of the LB films and the SAMs suggests that the LB deposition process, in which molecular organization precedes chemisorption, produces films that are more highly organized than those produced by the self-assembly process, in which chemisorption precedes molecular organization.  Предложенная нами технология выделениямонослойных пленок применима к самоорганизующимся млнослоям, когда вначале SAM формируется в виде пленки на субфазе, затем переносится на подложку в виде бездефектного монослоя  и самоорганизуется в процессе сушки (рис. 3).

Рис. 3. Схематика процесса быстрого формирования самоорганизующихся монослоев.

Процесс формирования монослоя с последующей самоорганизацией в процесс сушки  не превышает получаса. Использование вакуумной сушки после выделения монослоя сокращает время выделения до 5-10 минут. Примером быстрой самоорганизации является разработанное нами износостойкое покрытие (ссылка на п.2 в технологиях). Износостойкость SAM GT в два раза выше по сравнению с износостойкостью того же монослоя, сформированного вертикальным методом выделения, Рис. 4.