Способ получения мультислоев на твердых поверхностях

 

Использование: изобретение относится к способу получения мультислоев на твердых поверхностях и может быть использовано для нанесения покрытий и получения отдельного мультислойного материала в производстве конструкционных и электронных материалов, медицине, радиофизике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа. Способ позволяет получать чередующиеся монослои, различные по химическому составу, и покрытия с особыми физико-химическими свойствами. Например, чередование слоев мягкого электролитического железа и железа, содержащего углерод, в результате термической обработки дают сталь аналогичную булатной. Сущность изобретения: Образец многократно пропускают через межфазные слои на границе раздела фаз жидкость-жидкость и жидкость-воздух или газ. Отдельные монослои получают выделением веществ из объема фазы.

Изобретение относится к способу получения мультислоев на твердых поверхностях и может быть использовано для нанесения покрытий и получения отдельного мультислойного материала в производстве конструкционных и электронных материалов с особыми свойствами, медицине, радиофизике.

Известным способом получения мультислоев является метод Ленгмюра-Блоджетт (см. Адам Н.К. Физика и химия поверхностей. -: М.-Л. ОГИЗ, 1947, с. 523). Мультимолекулярные пленки получают последовательным многократным переносом монослоев органических молекул с поверхности вода-воздух на твердую подложку. Однако, таким способом можно переносить только поверхностно-активные вещества, что ограничивает возможность изменения состава пленок.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, описанный в патенте N 2010267 рег. 30 марта 1994 г.

Мультимолекулярные пленки получают путем многократного погружения подложки через границу раздела фаз жидкость-воздух (газ) и жидкость-жидкость. При пересечении подложкой границы раздела фаз жидкость-воздух (газ) на ее поверхности осаждаются органические вещества, а при пересечении границы раздела жидкость-жидкость металлические пленки. Однако, способ сопряжен с получением только мультислоев, способных образовываться на границе раздела фаз жидкость-воздух и жидкость-жидкость, что соответственно ограничивает возможность изменения химического состава пленок и получения новых физико-химических свойств.

В предлагаемом способе получения мультислоев на твердых поверхностях путем многократного погружения образца через межфазный слой на границе раздела фаз жидкость-жидкость и жидкость-воздух (газ), мультислои дополнительно получают выделением веществ из объема (массы) фазы известными физико-химическими методами.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Готовятся два раствора, которые одновременно являются и отдельными фазами: 1 водный раствор электролита железнения (FeSO₄ 400 кг/м³, (NH₄)₂SO₄ 100 кг/м³, HCl до pH 1,5 2,5); 2 раствор 1 кг/м³ стеариновой кислоты в толуоле; третьей фазой будем считать воздух.

В электролитическую ячейку наливают последовательно растворы 1 и 2, а затем в растворе 1 устанавливают два железных анода на расстоянии 0,1 м, защищенных чехлами из стеклоткани. В качестве твердой поверхности (подложки) использовалась медная пластинка, которая являлась катодом, и располагалась между двумя анодами. С помощью специального устройства твердая подложка могла опускаться и подниматься, а также выдерживаться заданное время в каждой из фаз (фазы 1, 2 и воздух). При нахождении твердой подложки в фазе 1 электрохимически выделялось железо. Условия электролиза: температура - комнатная; катодная плотность тока 10 А/м²; время 30 с. После выделения железа твердая подложка поднималась в фазу 2, в результате чего на ее поверхность переносился монослой стеариновой кислоты с границы раздела фаз жидкость-жидкость (фазы 1 и 2). Твердая подложка выдерживалась в фазе 2 в течение 30 с для восстановления монослоя стеариновой кислоты на границе раздела фаз 1 и 2. При повторном опускании твердой подложки из фазы 2 в фазу 1 происходит новый перенос монослоя стеариновой кислоты на твердую подложку, но уже с обратной ориентацией молекул кислоты. Таким образом, в результате однократного поднятия и опускания твердой подложки на ее поверхность (только с одной стороны) наносится слой железа и два монослоя стеариновой кислоты. Если извлекать твердую подложку из фазы 1 через фазу 2 в фазу 3 (воздух), а затем опускать обратно в фазу 1, то на ее поверхности после двухкратного пересечения границ раздела фаз жидкость-жидкость и жидкость-воздух образуются уже четыре монослоя стеариновой кислоты (также с одной стороны). Повторяя этот процесс необходимое количество раз, можно получать мультислойное покрытие заданной толщины. После отделения покрытий от твердой подложки возможно его использование и в качестве самостоятельного материала. Полученное таким образом мультислойное покрытие нагревалось в вакуумной печи до 900^oC в течение одного часа, а затем охлаждалось вместе с печью. Это делалось с целью удаления водорода, образующегося при электролизе, а также разложения стеариновой кислоты с выделением атомарного углерода, который науглероживает прилегающие слои железа. Таким образом, получается мультислойный материал, состоящий из слоев железа, не содержащего углерода, толщиной - 1·10^-7 м и слоев, содержащих 0,5 1,1% углерода, толщиной - 1·10^-8 м. После закалки мультислойный материал приобретает ударную вязкость, свойственную булатной стали.

Способ может быть использован для получения мультислоев, состоящих из различных металлов, например, хром-серебро, и применен для изготовления хирургического инструмента.

Формула изобретения

Способ получения мультислоев на твердых поверхностях путем многократного пропускания образца через межфазные слои на границах раздела фаз жидкость - жидкость и жидкость воздух или газ, отличающийся тем, что дополнительно отдельные монослои получают выделением веществ из объема (массы) фазы.