Sposób powstawania wielu warstw ciekłych kryształów umieszczonych na powierzchni wody odkryli naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie. "Zaobserwowaliśmy dziewięciowarstwy, które dotychczas funkcjonowały wyłącznie w charakterze naukowych sugestii" - poinformował dr Andrzej Żywociński.

Ciekłe kryształy po wylaniu na powierzchnię wody mogą tworzyć monowarstwy - uporządkowane warstwy grubości pojedynczej cząsteczki. Z monowarstw mogą również formować się również powłoki złożone z kolejnych warstw.

 
Jak informują specjaliści z IChF PAN, cząsteczki zachowują się nieco podobnie jak tkanina na stole: podczas ściskania monowarstwy z boków, w pewnym momencie działające siły zaczynają wypychać cząsteczki w górę. Na monowarstwie pojawiają się fałdy, które następnie kładą się na niej. Jeśli ściskanie jest kontynuowane, na wodzie utworzy się uporządkowana struktura z trzech monowarstw.

"Nam udało się zaobserwować i udokumentować mechanizm znacznie ciekawszy - mówi doktorant Jan Paczesny z IChF PAN. - Okazało się, że dalsze ściskanie trójwarstwy jednego ze związków prowadzi do fałdowania, w którym uczestniczy nie jedna, zewnętrzna monowarstwa, a cała trójwarstwa. Wypychana fałda ma wtedy grubość sześciu warstw i gdy kładzie się na trójwarstwie, nasza cząsteczkowa +tkanina+ staje się świetnie uporządkowaną dziewięciowarstwą".

Jak wyjaśnia dr inż. Andrzej Żywociński z IChF PAN w Warszawie istnienie pięciowarstw nie było dobrze udokumentowane. "Nam udało się z dużą precyzją potwierdzić ich obecność. Co więcej, zaobserwowaliśmy dziewięciowarstwy, które dotychczas funkcjonowały wyłącznie w charakterze naukowych sugestii" - powiedział dr Żywociński.

Praktyczne wykorzystanie uporządkowanych wielowarstw jest możliwe po przeniesieniu ich z powierzchni wody na podłoże stałe, np. z krzemu. W tym celu płytkę krzemową wielokrotnie zanurza się w wodzie z wielowarstwą i wynurza.

"Oznacza to nie tylko możliwość produkowania podłoży nowego typu, ale również dziewięciokrotne skrócenie czasu formowania wielowarstw o dużej grubości, wcześniej wytwarzanych przez mozolne nakładanie nawet kilkudziesięciu monowarstw" - napisano w komunikacie IchF PAN przesłanym PAP.

Uczeni mają nadzieję, że w przyszłości pochodne obserwowanych przez nich związków znajdą zastosowanie w elektronice organicznej. "Planujemy również wykorzystać tendencję do samoorganizacji tych cząsteczek w celu organizowania innych cząsteczek" - komentuje dr Żywociński.

W jaki sposób uczeni zbadali monowarstwy? W doświadczeniach przeprowadzanych w IChF PAN na powierzchnię wody wylewa się mikrolitry ciekłych kryształów. Związki i ich ilość są tak dobrane, aby formowały uporządkowaną warstwę grubości jednej cząsteczki. "Ten nowo poznany mechanizm tłumaczy, dlaczego wielowarstwy zwiększają grubość w sekwencji 1-3-5-7 monowarstw" - informują specjaliści z IChF PAN.

Monowarstwy można ściskać za pomocą przyrządu zwanego wagą Langmuira. Jest to wanienka z dwiema hydrofilowymi barierkami, między którymi unosi się na wodzie monowarstwa badanego związku. Zmniejszając odległość między barierkami można znacząco zwiększyć ciśnienie działające w płaszczyźnie monowarstwy.

Grupa z IChF PAN zajmowała się też substancjami, w których oddziaływania między cząsteczkami nie były dostatecznie elastyczne. Podczas ściskania takich związków, nad monowarstwę są wypychane nie jej fałdy, a pojedyncze cząsteczki, które po oderwaniu od powierzchni wody łączą się w pary. Jako nielotne, pozostają przy monowarstwie i ze wzrostem ciśnienia porządkują się, formując od razu dwie warstwy na monowarstwie.

Naukowcy z IChF PAN sądzą, że procesy podobne do obu zaobserwowanych występują też w przypadku innych związków chemicznych o zbliżonej budowie cząsteczkowej. Wyniki ich pracy opublikowano w czasopiśmie "Chemistry - A European Journal".

Źródło: http://www.naukawpolsce.pap.pl