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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 intermedios. 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 se revitalizó posteriormente con el descubrimiento de su aplicabilidad a una amplia gama de polielectrolitos por parte de Gero Decher en Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia . [3]

Implementación

Se puede hacer una representación simple definiendo dos poliiones con cargas opuestas 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, concretamente + - + - + - + - + - .

La representación de la técnica LbL como una acumulación multicapa basada únicamente en la atracción electrostática es una simplificación. En este proceso intervienen otras interacciones, incluida la atracción hidrofóbica. [4] La acumulación de múltiples capas es posible gracias a múltiples fuerzas de atracción que actúan cooperativamente, algo típico de los bloques de construcción de alto peso molecular, mientras que la repulsión electrostática proporciona una autolimitación de la absorción de las capas individuales. Esta gama de interacciones hace posible 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 bicapas y los pasos de lavado se pueden realizar de muchas maneras diferentes, incluido el recubrimiento por inmersión , el recubrimiento por rotación , el recubrimiento por pulverización, técnicas basadas en flujo y técnicas electromagnéticas. [1] El método de preparación influye claramente en las propiedades de las películas resultantes, lo que permite realizar diversas 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 giro, etc. [1] La caracterización de la deposición de películas LbL se realiza típicamente mediante técnicas ópticas como la interferometría o elipsometría de doble polarización o Técnicas mecánicas como la microbalanza de cristal de cuarzo . [ cita necesaria ]

LbL ofrece varias ventajas sobre otros métodos de deposición de películas delgadas . LbL es simple y puede resultar económico. Existe una amplia variedad de materiales que LbL puede depositar, incluidos poliiones, metales, cerámicas, nanopartículas y moléculas biológicas. Otra cualidad importante de 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 al hecho de 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

LbL ha encontrado aplicaciones [1] en purificación de proteínas, [9] control de corrosión, (foto)electrocatálisis, [10] aplicaciones biomédicas, [11] materiales ultrafuertes, [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]

Ver también

Referencias

  1. ^ abcdef JJ Richardson; et al. (2015). "Ensamblaje de nanopelículas capa por capa impulsado por tecnología". Ciencia . 348 (6233): 6233. doi : 10.1126/science.aaa2491 . hdl : 11343/90861 . PMID  25908826.
  2. ^ J. J. Kirkland (1965). "Soportes porosos de perlas de vidrio modificado de capa fina para cromatografía gas-líquido". Química analítica . 37 (12): 1458. doi :10.1021/ac60231a004.RK Iller (1966). "Multicapas de partículas coloidales". Revista de ciencia de interfaces y coloides . 21 (6): 569. Código bibliográfico : 1966JCIS...21..569I. doi :10.1016/0095-8522(66)90018-3.
  3. ^ Gero Decher; Jong-Dal Hong (1991). "Construcción de películas multicapa ultrafinas mediante proceso de autoensamblaje, adsorción consecutiva de anfífilos bipolares aniónicos y catiónicos sobre superficies cargadas". Simposios Macromoleculares . 46 : 321. doi : 10.1002/masy.19910460145.
  4. ^ Nicolás 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. ^ Nicolás A. Kotov; Imre Dekany; Janos H. Fendler (1995). "Autoensamblaje capa por capa de películas compuestas de nanopartículas de polielectrolito-semiconductor". Revista de Química Física . 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 carga-transferencia". Langmuir . 13 (6): 1385. doi : 10.1021/la9609579.
  8. ^ Nejla Cini; Tulay Tulun; Gero Decher; Vicente 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 Estadounidense . 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". Interfaces y materiales aplicados de ACS . 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 de agua fotoelectroquímica (PEC): hacia dispositivos PEC modulares". Interfaces y materiales aplicados de ACS . 9 (46): 40151–40161. doi :10.1021/acsami.7b09416.
  11. ^ Hua Ai; Steven A. Jones; Yuri M. Lviv (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; Nicolás A. Kotov; Serguéi Magónov; Birol Öztürk (2003). "Nácar artificial nanoestructurado". Materiales de la naturaleza . 2 (6): 413–8. Código bibliográfico : 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, Nicolás A.; Dékány, Imre; Fendler, Janos H. (1 de agosto de 1996). "Compuestos ultrafinos de óxido de grafito y polielectrolito preparados mediante autoensamblaje: transición entre estados conductores y no conductores". Materiales avanzados . 8 (8): 637–641. Código Bib : 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 de energía". Revista de ciencia y tecnología de dispersión . 20 (1–2): 13–25. doi :10.1080/01932699908943776. ISSN  0193-2691.