控制界面面积的装置
朗缪尔槽通常由容纳液体亚相的槽体、位于界面上的活动挡板及表面压力传感器组成。它主要控制和测量浮在液面上的薄膜,不是盛放溶液的普通容器,也不是一种膜材料的名称。挡板改变薄膜可占据的面积,使实验者能够比较不同压缩状态。
许多具有亲水端和疏水端的分子可在水面形成不溶性单层:亲水部分朝向水,疏水部分朝向空气。这里的“单层”说明分子的组织状态,而非保证任何铺展物都自动形成均匀、稳定的一分子厚薄膜;具体表现取决于材料和界面条件。
压力与面积怎样联系
实验把薄膜面积作为可控变量,同时记录表面压力。表面压力反映有膜界面相对于清洁液面的表面张力降低;它不同于把气体压入槽内所测的体积压力。知道铺展分子的数量后,还可把总面积换算为平均每个分子占据的面积。
在固定温度下压缩薄膜,可获得表面压力—面积等温线。曲线帮助研究分子排列、可压缩性以及相态变化,但不能只凭某个拐点就断定出现了相变。亚相成分、温度和分子性质均会改变曲线;过度压缩还可能使单层塌陷,转成三维聚集结构。
名称背后的多条贡献
阿格尼丝·波克尔斯在19世纪末已用水槽和可移动隔板研究水面面积变化与表面性质的联系。她发表于1891年的通信描述了这种装置以及利用小圆片测量拉脱力的办法。它表明可控水面实验并非从朗缪尔的名字出现时才开始。
朗缪尔后来系统研究不溶性单分子膜,并发展相应的表面实验技术;布洛杰特则参与把界面上的单层转移到固体基底的研究。这些工作在仪器、分子膜理论和制膜方法上各有侧重。把“朗缪尔槽”当成一个仪器类别,不等于把全部前史及后续技术都归给一位发明者。
单层研究与固体成膜
液面上的朗缪尔膜可以原位研究,也可以在受控条件下转移到固体表面。朗缪尔—布洛杰特方法让基底垂直穿过单层,相关设备需要浸提机构及足够空间;水平接触转移则通常称为朗缪尔—谢弗方法。基本槽体能够测膜,不表示所有配置都自动具备这些沉积功能。
反复转移可制备多层结构,用于研究表面涂层或膜模型。实际成膜质量受基底、速度、亚相和表面压力影响,还需通过转移比或光谱、显微等方法检查。因而压力曲线与沉积结果互有关联,却不能互相替代:测得一条等温线,并不等于已经制得合格的固体薄膜。