膜及其在气体传感器中的应用(一)杨得全范垂祯(兰州物理研究所,兰州730000)(收稿日期1996-12-20)LBLANGMUIR-BLODGETTFILMANDITSAPPLICATIONINGASYangDequanFanChuizhen(LanzhouInstituteofPhysics,Lanzhou730000)Abstract:MuchprogresseshavebeenacquiredforLangmuir-Blodgett(LB)filmduringpastfewyears.Asoneofthematerialsforgassensoring,LBfilmhasbeenasubjectofbeingwidelyin2terestedbecauseithashighersensitive,fasterresponsetimeandlowerworkingtemperature.Thepapercoversthefundamentalscheme,charactizationandapplicationsingassensorofLBfilm,thenewandfuturetrendsofstudiesonLBfilmsgassensordevicesarealsodiscussed.Keywords:Langmuir-Blodgettfilms,Gassensor.摘要:LB膜技术在近十几年来取得了很大的进展。LB膜作为传感器的敏感材料,由于其灵敏度高、响应时间快、工作温度低(室温)等优点而受到广泛重视。简要讨论了LB膜技术的工作原理、LB膜技术研究的一些进展、LB膜的表征及其在气体传感器制造中的应用。关键词:LB膜、气体传感器。LB膜是人工利用分子间相互作用而设计和建立的特殊的分子体系。是有机高分子单分子膜的一种堆积技术。用来制备LB膜的技术称为LB膜技术。与传统的真空中物理、化学气相制备薄膜方法不同,LB膜的制备过程经历了由气相到液相至固相的连续相变过程。而这种相变过程又是在室温和界面上发生的物理过程。LB膜的研究起始于本世纪30年,首先是由I.Langmuir及其学生K.Blodgett提出的1。但由于当时使用的制膜材料多为简单的二嗜性分子,因而在很大程度上限制了膜功能的开发。60年代初期,H.Kuhn2首先用LB膜技术通过单分子膜的组装来构造分子有序体系,并首次把具有光活性的二嗜性染料分子引入LB膜。这对LB膜研究的发展产生了重大影响2,3。被誉为划时代的贡献。到了80年代,LB膜技术已经引起物理学、生物学、电子学、光学、化学、材料学、摩擦学等领域国内外学者的普遍关注,并在许多方面得到了应用,取得较大的进展3～7。近年来,LB膜作为高技术领域的一项新技术,越来越受到一些发达国家的重视。LB膜的特点可概括为:1)膜厚为分子级水平(纳米级),具有特殊的物理化学性质;2)可94真空与低温第3卷第2期高分子结构;5)几乎所有的分子都能形成LB膜,并且在次序上可以任意安排;6)可有效地利用LB膜分子自身的组织能力,形成新的化合物。人们正是利用LB膜技术可以在分子水平上进行设计,制备出具有特定功能的结构排列分子组合体系。如其绝缘功能用于MIS(金属-绝缘体-半导体)和隧道效应元件;导电功能用各向异性导体;半导体性用于色素pn结;光非线性用于光调制和混合开关;压电、热电性用于红外线探测;敏感性用于气体、生物、离子检测;抗蚀性用于电子束、X射线光刻;存贮、记录功能用于光盘、用于解决磁记录中的润滑问题。作为一种传感器功能设计的有利手段,引起了1LB膜的制备技术1.1成膜的基本过程典型的LB膜成膜材料必须是具有“双亲性”,即亲水基和疏水基的化合物。通常的LB膜成膜过程可分为三个基本阶段:1)液面上单分子膜的形成。首先将成膜材料溶解在诸如苯、氯仿等不溶于水的有机溶剂之中,然后滴加在水面上铺展开来,材料分子被吸附在空气-水的界面上(图1a);2)待溶剂蒸发后,通过一可移动的挡板,减少每一分子所占有的面积(即水面的面积/滴入的分子数)。在某一表面压下,各个分子的亲水基因与水面接触。疏水基因与空气一侧接触,即所有分子在亚相表面都基本上成对地取向排列并密集充填而形成单分子层(图1b);3)通过机械装置以一定的速度降下基片,亚相表面的单分子层便转移到基片上;如果再提升基片,则第二层单分子层又转移到基片上(图1c)。1.2Langmuir槽装置用来制备LB膜的装置通称Langmuir槽。如图2所示。该装置由槽体、档板、电子天平、步进电机、电子计算机等组成。槽体内盛满纯水(特定pH值和子膜。档板通过一步进电机控制移动速度。图1LB膜沉积过程示意图a-分子飘浮在水面上,有机溶剂挥发;b-分子在水面上受到挤压排列整齐;c-飘浮在水面上的水分子转移到合适的基底表面;面上的分子进行多层转移水d-电子天平通过一精密压力传感器测定成膜单分子层的表面压力。由计算机控...