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Capa por capa

La deposición capa por capa ( LbL ) es una técnica de fabricación de películas delgadas . Las películas se forman depositando capas alternas de materiales con cargas opuestas con pasos de lavado entre ellas. Esto se puede lograr mediante el uso de diversas técnicas, como inmersión, centrifugado, pulverización, electromagnetismo o fluídica. [1]

Desarrollo

La primera implementación de esta técnica se atribuye a JJ Kirkland y RK Iler de DuPont , quienes la llevaron a cabo utilizando micropartículas en 1966. [2] El método fue posteriormente revitalizado por el descubrimiento de su aplicabilidad a una amplia gama de polielectrolitos por Gero Decher en la Johannes Gutenberg-Universität Mainz . [3]

Implementación

Se puede hacer una representación simple definiendo dos poliiones con carga opuesta como + y -, y definiendo el paso de lavado como W. Para hacer una película LbL con 5 bicapas, se depositaría W+W-W+W-W+W-W+W-W+WW, lo que daría lugar a una película con 5 bicapas, específicamente + - + - + - + - + - .

La representación de la técnica LbL como una construcción multicapa basada únicamente en la atracción electrostática es una simplificación. En este proceso intervienen otras interacciones, incluida la atracción hidrofóbica. [4] La construcción multicapa es posible gracias a múltiples fuerzas de atracción que actúan de forma cooperativa, algo típico de los bloques de construcción de alto peso molecular, mientras que la repulsión electrostática proporciona una autolimitación de la absorción de capas individuales. Esta gama de interacciones permite ampliar la técnica LbL a películas unidas por enlaces de hidrógeno, [5] nanopartículas, [6] polímeros con carga similar, disolventes hidrofóbicos, [7] y otros sistemas inusuales. [8]

Las etapas de bicapa y lavado se pueden realizar de muchas maneras diferentes, incluyendo recubrimiento por inmersión , recubrimiento por centrifugación , recubrimiento por pulverización, técnicas basadas en flujo y técnicas electromagnéticas. [1] El método de preparación impacta claramente las propiedades de las películas resultantes, permitiendo que se realicen varias aplicaciones. [1] Por ejemplo, se ha recubierto un automóvil completo con un conjunto de pulverización, se han preparado películas ópticamente transparentes con un conjunto de centrifugación, etc. [1] La caracterización de la deposición de la película LbL se realiza típicamente mediante técnicas ópticas como la interferometría de polarización dual o la elipsometría o técnicas mecánicas como la microbalanza de cristal de cuarzo . [ cita requerida ]

La LbL ofrece varias ventajas sobre otros métodos de deposición de películas delgadas . La LbL es simple y puede ser económica. Existe una amplia variedad de materiales que pueden depositarse mediante LbL, incluidos poliiones, metales, cerámicas, nanopartículas y moléculas biológicas. Otra cualidad importante de la LbL es el alto grado de control sobre el espesor, que surge debido al perfil de crecimiento variable de las películas, que se correlaciona directamente con los materiales utilizados, el número de bicapas y la técnica de ensamblaje. [1] Debido a que cada bicapa puede ser tan delgada como 1 nm, este método ofrece un fácil control sobre el espesor con una resolución de 1 nm.

Aplicaciones

El LbL ha encontrado aplicaciones [1] en la purificación de proteínas, [9] el control de la corrosión, la (foto)electrocatálisis, [10] aplicaciones biomédicas, [11] materiales ultrarresistentes, [12] y muchas más. [13] Los compuestos LbL de óxido de grafeno presagiaron la aparición de numerosos compuestos de grafeno y óxido de grafeno más adelante. [14] El primer uso de compuestos de óxido de grafeno reducido para baterías de litio también se demostró con multicapas LbL. [15]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcdef JJ Richardson; et al. (2015). "Ensamblaje capa por capa impulsado por la tecnología de nanopelículas". Science . 348 (6233): 6233. doi : 10.1126/science.aaa2491 . hdl : 11343/90861 . PMID  25908826.
  2. ^ JJ Kirkland (1965). "Soportes de perlas de vidrio modificadas de capa fina porosa para cromatografía de gases y líquidos". Química analítica . 37 (12): 1458. doi :10.1021/ac60231a004.RK Iler (1966). "Multicapas de partículas coloidales". Revista de ciencia coloidal e interfase . 21 (6): 569. Bibcode :1966JCIS...21..569I. doi :10.1016/0095-8522(66)90018-3.
  3. ^ Gero Decher; Jong-Dal Hong (1991). "Construcción de películas multicapa ultradelgadas mediante un proceso de autoensamblaje, adsorción consecutiva de anfifilos bipolares aniónicos y catiónicos en superficies cargadas". Macromolecular Symposia . 46 : 321. doi :10.1002/masy.19910460145.
  4. ^ Nicholas A. Kotov (1999). "Autoensamblaje capa por capa: la contribución de las interacciones hidrofóbicas". Materiales nanoestructurados . 12 (5–8): 789. doi :10.1016/S0965-9773(99)00237-8.
  5. ^ André Laschewsky; Erik Wischerhoff; Steffen Denzinger; Helmut Ringsdorf; Arnaud Delcorte; Patricio Bertrand (1997). "Reconocimiento molecular por enlaces de hidrógeno en multicapas de polielectrolito". Química: una revista europea . 3 : 34. doi : 10.1002/chem.19970030107.
  6. ^ Nicholas A. Kotov; Imre Dekany; Janos H. Fendler (1995). "Autoensamblaje capa por capa de películas compuestas de nanopartículas de semiconductores y polielectrolitos". Journal of Physical Chemistry . 99 (35): 13065. doi :10.1021/j100035a005.
  7. ^ Yuzuru Shimazaki; Masaya Mitsuishi; Shinzaburo Ito; Masahide Yamamoto (1997). "Preparación de la película ultrafina depositada capa por capa basada en la interacción de transferencia de carga". Langmuir . 13 (6): 1385. doi :10.1021/la9609579.
  8. ^ Nejla Cini; Tülay Tulun; Gero Decher; Vincent Ball (2010). "Ensamblaje paso a paso de películas de polielectrolitos automodelantes que violan (casi) todas las reglas de deposición capa por capa". Revista de la Sociedad Química Americana . 132 (24): 8264–5. doi :10.1021/ja102611q. PMID  20518535.
  9. ^ Liu, Weijing (2016). "Deposición capa por capa con polímeros que contienen nitrilotriacetato, una ruta conveniente para fabricar películas de unión a metales y proteínas". ACS Applied Materials & Interfaces . 8 (16): 10164–73. doi :10.1021/acsami.6b00896. PMID  27042860.
  10. ^ Jeon, Dasom; Kim, Hyunwoo; Lee, Cheolmin; Han, Yujin; Gu, Minsu; Kim, Byeong-Su; Ryu, Jungki (22 de noviembre de 2017). "Ensamblaje capa por capa de polioxometalatos para la división fotoelectroquímica (PEC) del agua: hacia dispositivos PEC modulares". ACS Applied Materials & Interfaces . 9 (46): 40151–40161. doi :10.1021/acsami.7b09416.
  11. ^ Hua Ai; Steven A. Jones; Yuri M. Lvov (2003). "Aplicaciones biomédicas del nanoensamblaje electrostático capa por capa de polímeros, enzimas y nanopartículas". Bioquímica y biofísica celular . 39 (1): 23–43. doi :10.1385/CBB:39:1:23. PMID  12835527.
  12. ^ Zhiyong Tang; Nicholas A. Kotov; Sergei Magonov; Birol Ozturk (2003). "Nácar artificial nanoestructurado". Nature Materials . 2 (6): 413–8. Bibcode :2003NatMa...2..413T. doi :10.1038/nmat906. PMID  12764359.
  13. ^ Decher, Gero (2012). Películas delgadas multicapa: ensamblaje secuencial de materiales nanocompuestos, vol . 2. Weinheim, Alemania: Wiley-VCH.
  14. ^ Kotov, Nicholas A.; Dékány, Imre; Fendler, Janos H. (1 de agosto de 1996). "Compuestos ultrafinos de óxido de grafito y polielectrolito preparados por autoensamblaje: transición entre estados conductores y no conductores". Materiales avanzados . 8 (8): 637–641. Código Bibliográfico :1996AdM.....8..637K. doi :10.1002/adma.19960080806. ISSN  1521-4095.
  15. ^ Fendler, Janos H. (1 de enero de 1999). "Enfoque químico coloidal para la construcción de baterías de iones de litio recargables de alta densidad energética". Revista de ciencia y tecnología de la dispersión . 20 (1–2): 13–25. doi :10.1080/01932699908943776. ISSN  0193-2691.