Введение 3
1 Литературный обзор 5
1.1 Фуллерены: история открытия, строение свойства и применение 5
1.2 Исследования плёнок чистого фуллерена и смешанных плёнок 7
1.3 Исследования плёнок химически модифицированных фуллеренов. 15
2 Методы измерения, используемые в работе. 23
2.1 Сведения о веществах и инструментах, используемых в работе. 23
2.2 Определение поверхностного натяжения методом пластинки Вильгельми. 23
2.3 Определение динамической поверхностной упругости методом осциллирующего барьера. 24
2.4 Определение коэффициента затухания и длины капиллярных волн. 26
2.5 Исследование пленок с помощью микроскопии под углом Брюстера. 29
3 Результаты и их обсуждение. 31
3.1 Адсорбционные плёнки производных фуллерена С60-лизин и С60-аргинин. 31
3.1.1 Обсуждение результатов измерений методом осциллирующего барьера. 31
3.1.2 Обсуждение результатов измерений методом капиллярных волн. 38
3.1.3 Обсуждение результатов применения микроскопии под углом Брюстера. 40
3.2 Смешанные плёнки фуллерена С60 и ДПФХ. 43
Выводы 45
Список литературы 47
Фуллерены и их производные интенсивно исследуются в настоящее время, что связано с их уникальными свойствами и широким использованием при создании новых перспективных материалов. Поскольку для решения многих прикладных задач, например, в оптоэлектронике требуется формирование тонких организованных плёнок фуллеренов, в настоящее время наблюдается значительный интерес к поверхностным плёнкам на основе фуллеренов и их производных на различных межфазных границах. В процессе изучения нанесенных пленок чистого фуллерена на границе воздух/вода была установлена неоднородность этих пленок и их недостаточная устойчивость, что делает их малопригодными с точки зрения материаловедения. Молекулы С60в пленке склонны к неконтролируемой трёхмерной агрегации, приводя к флуктуациям толщины пленки при перемещении вдоль поверхности [1]. В результате сложно получить однородный монослой, устойчивый к внешним механическим воздействиям. Для формирования однородных и стабильных пленок фуллеренов существует два эффективных подхода. Первый из них заключается в предотвращении трехмерной агрегации в пленке с помощью создания смешанных пленок, в которых фуллерен помещен в матрицу из амфифильных соединений [1]. Другой метод преодоления образования трехмерных агрегатов связан с химической модификацией молекулы фуллерена [1].Для этой цели были синтезированы различные производные фуллерена, содержащие фрагменты краун-эфиров, полигидроксилатов, олигопептидов, полиэтиленгликолей, гидрофильных порфиринов и некоторых других веществ[2]. Присоединение к ядру фуллерена гидрофильной группы приводит к увеличению растворимости фуллерена, а также даёт возможность получать однородные упорядоченные плёнки Ленгмюра, характеризующиеся достаточно высокой устойчивостью. Пленки производных фуллерена на твердой поверхности представляют особый интерес. Для их получения может быть использован метод Ленгмюра-Блоджетт, основанный на переносе пленки с поверхности жидкости на твердую поверхность [3].
В данной работе исследуются динамические свойства адсорбционных пленок недавно синтезированных коньюгатов фуллерена С60 и двух аминокислот – лизина и аргинина[4,5].Полученные коньюгаты в отличие от многих других производных фуллеренов достаточно хорошо растворимы в воде благодаря амфифильным аминокислотным остаткам. Это позволяет отказаться от нанесения пленок на водную поверхность, используя для формирования поверхностных пленок самоорганизацию производных фуллерена на границе раствор – газ при их адсорбции из водной фазы. Свойства адсорбционных пленок производных фуллерена cаминокислотами сравниваются со свойствами нанесенных пленок чистого фуллерена С60 и смеси фуллерена сдипальмитоилфосфатидилхолином (ДПФХ).
1) Впервые определены дилатационные поверхностные реологические свойства водных растворов производных фуллерена C60.
2) Адсорбция коньюгатов C60-лизин и C60-аргинин приводит к образованию в поверхностном слое на первой стадии адсорбции динамической сетки с высокой динамической поверхностной упругостью, но с близким к нулю поверхностным давлением. Основное время релаксации адсорбционных слоев превышает 10 с.
3) Кинетика адсорбции не контролируется диффузией из объемной фазы к поверхности, но, вероятно, определяется электростатическим адсорбционным барьером. Хотя кинетические зависимости поверхностного натяжения растворов C60-лизин и C60-аргининблизки, соответствующие зависимостей динамической поверхностной упругости заметно различаются. Во втором случае динамическая поверхностная упругость достигает более высоких значений при приближении равновесия.
4) Микроскопия при угле Брюстера позволяет обнаружить различный отклик адсорбционных слоев коньюгатовC60-лизин и C60-аргинин на внешние механические возмущения. В первом случае адсорбционный слой оказывается жидкоподобным и сразу восстанавливается после возмущения. Во втором случае слой оказывается хрупким и разрушается, образуя острова многослойных структур, как и в случае поверхностных пленок немодифицированного фуллерена C60. Наблюдаемые различия, вероятно, связаны с разным количеством аминокислотных остатков в исследованных производных фуллерена.
5) Значения динамической поверхностной упругости для смесей С60 + ДПФХ и чистого ДПФХ оказываются больше значений статической упругости примерно на 30%.
6) В случае адсорбционных пленок химически модифицированного фуллерена динамическая поверхностная упругость достигает более высоких значений, чем в случае нанесенных пленок смеси ДПФХ и фуллерена, что указывает на более жесткую структуру в первом случае.
