Тонкие Пленки

твердые или жидкие (реже-газообразные) слои между макроскопич. Фазами, толщина к-рых соизмерима с расстоянием действия поверхностных сил. Имеют особые (в сравнении с объемной фазой, из к-рой образовалась Т. П.) состав, структуру и термодинамич. Характеристики. В пределе переходят в поли-, би- или монослои (см. Мономолекулярный слои). Различают симметричные Т. П., разделяющие фазы одинакового состава, и несимметричные Т. П., образующиеся, напр., при растекании жидкости по твердой или жидкой пов-сти (смачивающие пленки). Твердыми Т. П. Являются оксидные пленки на пов-сти металлов и искусственные пленочные покрытия, формируемые на разл. Материалах с целью создания приборов микроэлектроники, предотвращения коррозии, улучшения внеш.

Вида и т. П. Жидкие Т. П. Разделяют газообразную дисперсную фазу в пенах и жидкие фазы в эмульсиях. Образование устойчивых пен и эмульсий возможно только при наличии ПАВ в составе Т. П. Жидкие Т. П. Могут возникать самопроизвольно между зернами в поликристаллич. Твердых телах, если поверхностная энергия границы зерна превышает поверхностное натяжение на границе твердой и жидкой фаз более чем вдвое (условие Гиббса-Смита). Газообразные Т. П. С заметным временем жизни могут возникнуть между каплей и объемной жидкостью в условиях испарения. Изучение Т. П. Разл. Типов, в частности определение их толщины, обычно проводят методами, основанными на измерении интенсивности отраженного света (см. Эллипсо-метрия). При наблюдении жидких Т.

П. В отраженном свете обнаруживаются интерференц. Полосы в окружающем пленку пространстве-области вдоль стыка пленок, наз. Каналом Гиббса-Плато (см. Рис.). Расположение этих полос позволяет определить другую важную характеристику Т. П.-контактный угол q, равный половине угла, под к-рым сходятся пов-сти мениска в области контакта пленки с макроскопич. Фазой или др. Пленками. Используют также электрич. Методы - определение емкости и проводимости Т. П., гл. Обр. Обратных эмульсионных пленок, разделяющих два объема водного р-ра. Для изучения твердых Т. П. Применяют электронную микроскопию, рентгеновскую спектроскопию и др. Методы, разработанные для исследования пов-сти твердых тел. Сечение цилиндрич. Тонкой пленки, находящейся в контакте с мениском объемной фазы.

H-толщина пленки, R- радиус, q-контактный угол, Р в -> капиллярное давление 6 канале Гиббса-Плато. Термодинамика Т. П. (преим. Жидких) основана на идее Гиббса об изменении в них св-в в-ва по мере уменьшения толщины пленки h. Эти изменения м. Б. Охарактеризованы взаимосвязанными величинами. Натяжением пленки s пл, т. Е. Удельной (на единицу длины контура) стягивающей силой, избыточным натяжением Ds пл, расклинивающим давлением П, контактным углом q. Для симметричных пленок выполняется соотношение. где s-поверхностное натяжение на границе раздела объемной фазы (толстой пленки) того же состава, что и Т. П., с внеш. Фазой. Разл. Составляющие расклинивающего давления (дисперсионная, электростатич., адсорбционная и др.) в сочетании могут определять сложную форму изотермы П(h) и возникновение метастабильно-равновесных состояний, в к-рых Т.

П. Может существовать не утолщаясь и не прорываясь. Условием таких состояний является выполнение соотношений. П(h) + Ps = 0. DП/dh<0, где Ps <0-капиллярное давление, создаваемое вогнутой пов-стью канала Гиббса-Плато. Кинетика приближения Т. П. К метастабильно-равновес-ному состоянию - зависимость толщины Т. П. От времени t-в первом приближении м. Б. Описана ур-нием Рей-нольдса-Шелудко. где r-радиус цилиндрич. Участка пленки вблизи канала Гиббса-Плато, h-вязкость дисперсионной среды. Это ур-ние справедливо, если Т. П. При утоньшении остается плоской и при вытекании из нее дисперсионной среды (жидкости или газа) в каналы Гиббса-Плато не происходит движения адсорбционных слоев. Рассмотрение утоныпения Т. П. В более общем случае является сложной задачей физико-химической гидродинамики.

В нек-рых случаях образование Т. П. Сопровождается возникновением хорошо выраженного утолщения (линзочки) в ее центральной части-т. Наз. Димпла. В зависимости от состава (хим. Природы ПАВ, валентного типа и концентрации электролитов) толщины Т. П., отвечающие ее метастабильно-равновесному состоянию, могут отличаться. Соотв. Различаются и время жизни Т. П. В этом состоянии, и цвет Т. П. В отраженном свете. Обычно выделяют сравнительно малоустойчивые серые (иногда цветные) Т. П. С толщиной в неск. Десятков нм, более тонкие (примерно 7-15 нм) пленки черного цвета (черные пленки) и т. Наз. Ньютоновские черные пленки (толщина 3-5 нм), к-рые иногда наз. Вторичными черными пленками. Так, стабилизированные ПАВ водные Т. П. Пен и прямых эмульсий бывают цветными или серыми при концентрации NaCl в дисперсионной среде до 10-3 М, обычными черными при концентрации менее 0,3 М и ньютоновскими черными при более высоких концентрациях электролита.

Св-ва обычных черных водных пленок хорошо описываются теорией ДЛФО (см. Дисперсные системы). ньютоновские черные пленки представляют собой бислои ПАВ, иногда с малой по толщине прослойкой дисперсионной среды между монослоями. Изучение Т. П. Дает важную информацию о природе сил взаимодействия между частицами дисперсной фазы. С образованием черных пленок связана обычно высокая устойчивость пен и эмульсий. К ньютоновским черным пленкам в обратных эмульсиях близки по строению биол. Мембраны, поэтому изучение бимолекулярных слоев ПАВ и образованных ими липосом и везикул позволяет выяснить механизм функционирования биол. Мембран. Получение Т. П. И тонкопленочных покрытий лежит в основе ряда совр. Областей техники, таких, как мембранная технология, создание полупроводниковых приборов и др.

Лит. Кругляков П. М., Ровин Ю. Г., Физико-химия черных углеводородных пленок, М., 1978. Дерягин Б. В., Чураев Н. В., Смачивающие пленки, М., 1984. А. В. Перцов.