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KSV NIMA 大型交替型LB膜分析儀

1. 產品簡介

KSV NIMA為瑞典百歐林科技有限公司旗下的子品牌之一，主要經營方向為單分子層薄膜的構建與表征工具。LB（Langmuir-Blodgett）膜分析儀為KSV NIMA自主研發的一款單分子層膜的制備和表征設備，是LB膜的沉積領域應用廣泛的一款設備。

LB膜分析儀配備了鍍膜井和鍍膜頭，在所需的堆積密度下，鍍膜頭可以用來將Langmuir膜轉移到固體基材上，鍍膜井可以在Langmuir膜下為固體樣品提供空間。將Langmuir膜轉移到樣品上，密度，厚度及均勻性等性質將會保留，從而實現了制備不同組成的多分子層結構的可能。與其他有機薄膜沉積技術相比，LB沉積方法受功能性分子的分子結構限制影響很小，這意味著LB技術是能夠進行自下向上的一種組裝方法。

交替型LB膜分析儀為我公司LB膜分析儀系列中的一款特色產品。它可用于兩種材料的交替層鍍膜，包括兩個槽體，兩個表面壓力傳感器和兩對滑障。該槽有兩種尺寸，標準型和大型。

2. KSV NIMA 大型交替型LB膜分析儀工作原理

位于氣-液或液-液界面處不可溶的功能性分子、納米顆粒、納米線或微粒所形成的單分子層可定義為Langmuir膜。這些分子能夠在界面處自由移動，具有較強的流動性，易于控制其堆積密度，研究單分子層的行為。將材料沉積在淺池（稱頂槽）中的水亞相上，可以得到Langmuir膜。在滑障的作用下，單分子層可以被壓縮。表面壓力即堆積密度可以通過Langmuir膜分析儀的壓力傳感器進行控制。

在進行典型的等溫壓縮測試時，單分子層先從二維的氣相(G)轉變到液相(L)最后形成有序的固相(S)。在氣相中，分子間的相互作用力比較弱；當表面積減小，分子間的堆積更為緊密，并開始發生相互作用；在固相時，分子的堆積是有序的，導致表面壓迅速增大。當表面壓達到最大值即塌縮點后，單分子層的堆積不再可控。

圖1 單分子層膜狀態受表面壓力增加的影響

LB膜沉積過程是將樣品從單分子層中垂直拉出（圖2a），通過反復沉積技術可制備多層LB膜（圖2b），親水性及疏水性樣品均可在液相或氣相中沉積為單分子層。

圖2 (a). LB沉積過程示意圖；(b). 多層單分子膜的制備

交替型LB膜分析儀的鍍膜過程如圖3所示。當使用兩個單分子層壓縮沉積池和一個空白沉積池時，可實現交替鍍膜，浸漬過程可在3個沉積池中選擇任意路徑多次循環（圖3a）；在共同的亞相（淺藍色）上方，有兩種不同的單分子層（紫色和深藍色）（圖3b）；上臂將樣品向下通過單分子膜，由下臂接住樣品。沉積循環也可從亞相開始，進行第一層鍍膜（圖3c）；下臂可根據需要旋轉到另一單分子層的沉積池或空白沉積池中，改變沉積池（圖3d）；下臂提起樣品，傳遞給上臂（樣品從任意一側通過兩個單分子層中任意一個），進行第二層鍍膜（圖3e）。

圖3 (a). 交替沉積池構造示意；(b). 樣品在在夾具上；(c). 第一層鍍膜；(d). 改變沉積池；(e). 第二層鍍膜

3. 技術參數

3.1 大型交替LB膜分析儀（KN2004）

1.      槽體材質：固體燒結，無孔PTFE材質，快速限位孔固定，可拆卸清洗或更換為多種其他功能性槽體，含雙側導流槽，內置水浴系統接口

2.      框體特性：33 mm槽體高度調節，天平可XYZ三維定位調節，含安全限位開關，含攪拌、pH測量、樣品注射輔助系統等接口

3.      系統設計：模塊化設計，可獨立進行表面壓測量和鍍膜實驗，可原位進行表面紅外、表面電勢、布魯斯特角圖像、界面剪切等測試

4.      槽體表面積： 930 cm² (*2)

5.      槽體內部尺寸：775 x 120 x 10 mm（長 x 寬 x高, *2）

6.      溫度范圍：-10 oC – 60oC

7.      滑障速度: 0.1-200 mm/min

8.      滑障速度精度: 0.1  mm/min

9.      測量范圍：0-300 mN/m（鉑金板）；0-1000 mN/m（鉑金棒）

10.  天平最大負荷: 1 g

11.  天平定位調節： 360° x 110mm x 45 mm（XYZ）

12.  傳感精度: 0.1μN/m

13.  表面壓測試元件： 標準Wilhelmy白金板，W19.62 x H 10mm，符合EN 14370:2004國際標準。其他選項：Wilhelmy白金板（W10 x H10 mm）、液/液Wilhelmy鉑金板（W19.62 x H7 mm）、Wilhelmy紙板、白金棒

14.  Langmuir-Blodgett測試槽亞相容積：6000 ml

15.  鍍膜井尺寸：半圓形,半徑133mm, 深度128mm

16.  最大基材尺寸：3 x 129 x114 mm或4英寸

17.  鍍膜速度：0.1 – 85 mm/min

18.  電源： 100...240 VAC

19.  頻率： 50...60 Hz

4. 產品優勢及亮點

4.1 產品優勢

1.      專為極度精確測試設計的超敏感表面張力傳感器。鉑金屬板，鉑金屬棒及紙板都可用作探針以滿足不同的需求。

2.      開放性的設計便于槽體在框架上的放置及不同槽體的快速更換，同時便于清洗槽體表面。

3.      當需要清潔或更換新槽體時，槽體在框架上的拆卸/放置極其方便。

4.      Langmuir-Blodgett槽體是由便于清潔、可靠耐久的整塊純聚四氟乙烯構成，其設計能夠防止槽體和鍍膜井發生泄漏，同時避免了使用膠水及其他封裝材料造成的潛在污染。

5.      滑障由親水性的迭爾林聚甲醛樹酯制成，可提高單分子層的穩定性。可根據客戶需要提供疏水性的聚四氟乙烯壓縮滑障。穩健的金屬構架能夠防止滑障隨著時間的推移而變形。

6.      對稱滑障壓縮為標準的均勻壓縮方法，但任意儀器均可實現單一滑障壓縮。

7.      居中的鍍膜井有利于單分子層LB沉積的均一性。

8.      通過外部循環水浴對鋁制底板進行加熱/冷卻，以控制亞相的溫度（水浴為分開銷售）。

9.      通過調整框架撐腳，可快速而準確地校準槽體水平。當需要放置顯微鏡時，框架撐腳也可很容易地從槽體上拆除。

4.2 產品亮點

4.2.1 聯用或相關分析技術

本產品可與界面紅外反射吸收光譜儀(PM-IRRAS)，布魯斯特角顯微鏡(BAM)，界面剪切流變儀（ISR），熒光顯微鏡，X射線等光學表征技術聯用或對樣品進行后續分析。具體如：

1.      紅外反射吸收光譜(KSV NIMA PM-IRRAS)

2.      石英晶體微天平(Q-Sense QCM-D)

3.      表面等離子共振儀

4.      電導率測量儀

5.      紫外可見吸收光譜儀

6.      原子力顯微鏡

7.      X射線反射器

8.      透射電子顯微鏡

9.      橢圓偏振儀

10.  X射線光電子能譜儀等

4.2.2 本公司可提供聯用儀器簡介

1.      界面紅外反射吸收光譜儀（PM-IRRAS）

帶極化模塊的界面紅外反射吸收光譜儀主要用來決定分子的取向和化學組成。

2.      布魯斯特角顯微鏡（BAM）

可進行薄膜的均一性、相行為和形貌的單分子層成像和光學觀測。

3.      表面電位測量儀（SPOT）

使用無損振蕩板式電容技術來監測薄膜的電位變化，從而對單分子層的電學性質進行表征。提供堆積密度和取向等信息，可對任何Langmuir等溫測試進行補充。

4.      界面剪切流變儀（ISR）

這種剪切流變儀可以測量界面處的粘彈性。適用于氣-液或油-水的研究，在控制表面壓的同時，可對粘彈性進行分析。

5. 產品應用

5.1 應用范圍

l  生物膜及生物分子間的相互作用

?   細胞膜模型（如：蛋白質與離子的相互作用）

?   構象變化及反應

?   藥物傳輸及行為

l  有機及無機涂料

?   具有光學、電學及結構特性的功能性材料

?   新型涂料:納米管、納米線、石墨烯等

l  表面反應

?   聚合反應

?   免疫反應、酶-底物反應

?   生物傳感器、表面固定催化劑

?   表面吸附和脫附

l  表面活性劑及膠體

?   配方科學

?   膠體穩定性

?   乳化、分散、泡沫穩定性

l  薄膜的流變性

?   擴張流變

?   界面剪切流變（與KSV NIMA ISR 聯用）

5.2 客戶發表成果（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)

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