交替型LB膜分析仪

1. 产品简介

KSV NIMA为瑞典百欧林科技有限公司旗下的子品牌之一，主要经营方向为单分子层薄膜的构建与表征工具。LB（Langmuir-Blodgett）膜分析仪为KSV NIMA自主研发的一款单分子层膜的制备和表征设备，是LB膜的沉积领域应用泛的一款设备。

LB膜分析仪配备了镀膜井和镀膜头，在所需的堆积密度下，镀膜头可以用来将Langmuir膜转移到固体基材上，镀膜井可以在Langmuir膜下为固体样品提供空间。将Langmuir膜转移到样品上，密度，厚度及均匀性等性质将会保留，从而实现了制备不同组成的多分子层结构的可能。与其他有机薄膜沉积技术相比，LB沉积方法受功能性分子的分子结构限制影响很小，这意味着LB技术是能够进行自下向上的一种组装方法。

交替型LB膜分析仪为我公司LB膜分析仪系列中的一款特色产品。它可用于两种材料的交替层镀膜，包括两个槽体，两个表面压力传感器和两对滑障。该槽有两种尺寸，标准型和大型。

2. 工作原理

位于气-液或液-液界面处不可溶的功能性分子、纳米颗粒、纳米线或微粒所形成的单分子层可定义为Langmuir膜。这些分子能够在界面处自由移动，具有较强的流动性，易于控制其堆积密度，研究单分子层的行为。将材料沉积在浅池（称顶槽）中的水亚相上，可以得到Langmuir膜。在滑障的作用下，单分子层可以被压缩。表面压力即堆积密度可以通过Langmuir膜分析仪的压力传感器进行控制。

在进行典型的等温压缩测试时，单分子层先从二维的气相(G)转变到液相(L)最后形成有序的固相(S)。在气相中，分子间的相互作用力比较弱；当表面积减小，分子间的堆积更为紧密，并开始发生相互作用；在固相时，分子的堆积是有序的，导致表面压迅速增大。当表面压达到值即塌缩点后，单分子层的堆积不再可控。

图1 单分子层膜状态受表面压力增加的影响

LB膜沉积过程是将样品从单分子层中垂直拉出（图2a），通过反复沉积技术可制备多层LB膜（图2b），亲水性及疏水性样品均可在液相或气相中沉积为单分子层。

图2 (a). LB沉积过程示意图；(b). 多层单分子膜的制备

交替型LB膜分析仪的镀膜过程如图3所示。当使用两个单分子层压缩沉积池和一个空白沉积池时，可实现交替镀膜，浸渍过程可在3个沉积池中选择任意路径多次循环（图3a）；在共同的亚相（浅蓝色）上方，有两种不同的单分子层（紫色和深蓝色）（图3b）；上臂将样品向下通过单分子膜，由下臂接住样品。沉积循环也可从亚相开始，进行层镀膜（图3c）；下臂可根据需要旋转到另一单分子层的沉积池或空白沉积池中，改变沉积池（图3d）；下臂提起样品，传递给上臂（样品从任意一侧通过两个单分子层中任意一个），进行第二层镀膜（图3e）。

图3 (a). 交替沉积池构造示意；(b). 样品在在夹具上；(c). 层镀膜；(d). 改变沉积池；(e). 第二层镀膜

3. 技术参数

3.1 常规交替型LB膜分析仪（KN2006）

1. 槽体材质：固体烧结，无孔PTFE材质，快速限位孔固定，可拆卸清洗或更换为多种其他功能性槽体，含双侧导流槽，内置水浴系统接口

2. 框体特性：33 mm槽体高度调节，天平可XYZ三维定位调节，含安全限位开关，含搅拌、pH测量、样品注射辅助系统等接口

3. 系统设计：模块化设计，可独立进行表面压测量和镀膜实验，可原位进行表面红外、表面电势、布鲁斯特角图像、界面剪切等测试

4. 槽体表面积：587 cm² (*2)

5. 槽体内部尺寸：782 x 75 x 5 mm（长 x 宽 x高, *2）

6. 滑障速度: 0.1-200 mm/min

7. 滑障速度精度: 0.1 mm/min

8. 测量范围：0-300 mN/m（铂金板）；0-1000 mN/m（铂金棒）

9. 天平负荷: 1 g

10. 天平定位调节： 360° x 110mm x 45 mm（XYZ）

11. 传感精度: 0.1μN/m

12. 表面压测试元件： 标准Wilhelmy白金板，W19.62 x H 10mm，符合EN 14370:2004国际标准。其他选项：Wilhelmy白金板（W10 x H10 mm）、液/液Wilhelmy铂金板（W19.62 x H7 mm）、Wilhelmy纸板、白金棒

13. Langmuir-Blodgett测试槽亚相容积：1400 ml

14. 镀膜井尺寸：半圆形,半径75 mm, 深度74 mm

15. 基材尺寸：3 x 30 x 50 mm

16. 镀膜速度：0.1 – 85 mm/min

17. 电源： 100...240 VAC

18. 频率： 50...60 Hz

4. 产品优势及亮点

4.1 产品优势

1. 专为极度精确测试设计的超敏感表面张力传感器。铂金属板，铂金属棒及纸板都可用作探针以满足不同的需求。

2. 开放性的设计便于槽体在框架上的放置及不同槽体的快速更换，同时便于清洗槽体表面。

3. 当需要清洁或更换新槽体时，槽体在框架上的拆卸/放置极其方便。

4. Langmuir-Blodgett槽体是由便于清洁、可靠耐久的整块纯聚四氟乙烯构成，其的设计能够防止槽体和镀膜井发生泄漏，同时避免了使用胶水及其他封装材料造成的潜在污染。

5. 滑障由亲水性的迭尔林聚甲醛树酯制成，可提高单分子层的稳定性。可根据客户需要提供疏水性的聚四氟乙烯压缩滑障。稳健的金属构架能够防止滑障随着时间的推移而变形。

6. 对称滑障压缩为标准的均匀压缩方法，但任意仪器均可实现单一滑障压缩。

7. 居中的镀膜井有利于单分子层LB沉积的均一性。

8. 通过外部循环水浴对铝制底板进行加热/冷却，以控制亚相的温度（水浴为分开销售）。

9. 通过调整框架撑脚，可快速而准确地校准槽体水平。当需要放置显微镜时，框架撑脚也可很容易地从槽体上拆除。

4.2 产品亮点

4.2.1 联用或相关分析技术

本产品可与界面红外反射吸收光谱仪(PM-IRRAS)，布鲁斯特角显微镜(BAM)，界面剪切流变仪（ISR），荧光显微镜，X射线等光学表征技术联用或对样品进行后续分析。具体如：

1. 红外反射吸收光谱(KSV NIMA PM-IRRAS)

2. 石英晶体微天平(Q-Sense QCM-D)

3. 表面等离子共振仪

4. 电导率测量仪

5. 紫外可见吸收光谱仪

6. 原子力显微镜

7. X射线反射器

8. 透射电子显微镜

9. 椭圆偏振仪

10. X射线光电子能谱仪等

4.2.2 本公司可提供联用仪器简介

1. 界面红外反射吸收光谱仪（PM-IRRAS）

带极化模块的界面红外反射吸收光谱仪主要用来决定分子的取向和化学组成。

2. 布鲁斯特角显微镜（BAM）

可进行薄膜的均一性、相行为和形貌的单分子层成像和光学观测。

3. 表面电位测量仪（SPOT）

使用无损振荡板式电容技术来监测薄膜的电位变化，从而对单分子层的电学性质进行表征。提供堆积密度和取向等信息，可对任何Langmuir等温测试进行补充。

4. 界面剪切流变仪（ISR）

这种的剪切流变仪可以测量界面处的粘弹性。适用于气-液或油-水的研究，在控制表面压的同时，可对粘弹性进行分析。

5. 产品应用

5.1 应用范围

l 生物膜及生物分子间的相互作用

? 细胞膜模型（如：蛋白质与离子的相互作用）

? 构象变化及反应

? 药物传输及行为

l 有机及无机涂料

? 具有光学、电学及结构特性的功能性材料

? 新型涂料:纳米管、纳米线、石墨烯等

l 表面反应

? 聚合反应

? 免疫反应、酶-底物反应

? 生物传感器、表面固定催化剂

? 表面吸附和脱附

l 表面活性剂及胶体

? 配方科学

? 胶体稳定性

? 乳化、分散、泡沫稳定性

l 薄膜的流变性

? 扩张流变

? 界面剪切流变（与KSV NIMA ISR 联用）

5.2 客户发表成果（部分）

1. Q. Guo et al., J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 630-631. (IF= 11.444)

2. Kumaki et al., Macromolecules 1988, 21, 749-755. (IF= 5.927)

3. S. Sheiko et al., Nature Materials 2013, 12, 735-740. (IF= 36.4)

4. Q. Zheng et al., ACS Nano 2011, 5(7), 6039–6051. (IF= 12.033)

5. Azin Fahimi et al., CARBON 2013, 64, 435 – 443. (IF=6.16)

6. Xiluan Wang et al., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 6338–6342. (IF= 11.444)

7. Zhiyuan Zeng et al. Adv. Mater. 2012, 24, 4138–4142. (IF= 15.409)