).Мономолекулярный слой (моноатомный слой, монослой) - внеш. слой поверхности конденсированной фазы на её границе с др.
фазой или с вакуумом. Понятие M. с. применяется и в тех случаях, когда имеется
выраженная поверхность, но нет фазы в термоди-намич. понимании (тонкие плёнки,
тела биол. природы, мембраны и пр.).
M. с., как правило, является адсорбционным. Ад-сорбц.
слой можно считать M. с. тем более строго, чем однороднее по составу и структуре
адсорбат и адсорбент. Толщина разл. M. с. колеблется от межатомных расстояний
(адсорбция одноатомных молекул на совершенных плотноупакованных гранях монокристаллов)
до размеров адсорбиров. макромолекул (до ~103-104 ).
Частицы M. с. имеют иное, чем в объёме, атомно-молекулярное
окружение, вследствие чего условия равновесия сил, действующих в M. с. и в объёме,
различны. Свободная энергия, равновесные расстояния между атомами, концентрация
примесей и дефектов, плотность зарядов и т. п. параметры в M. с. отличаются
от тех же параметров в объёмной фазе (см. Поверхностные явления, Поверхность).
В исследованиях M. с. без использования сверхвысокого
вакуума, к-рые проводились до нач. 1960-х гг., установлено, что атомы и молекулы
перемещаются в пространстве M. с. из одного локализов. положения в соседнее,
если потенц. барьер между этими положениями ниже тепловой энергии. Если время
перемещения больше времени нахождения на адсорбц. центрах, то M. с. можно считать
двумерным газом, состояние к-рого описывается ур-ниями идеального (либо одной
из модификаций реального) двумерного газа; на основе ур-ний состояния двумерного
газа получены усреднённые размеры сложных органич. молекул, хорошо согласующиеся
с данными, полученными методами малоуглового рассеяния нейтронов и рентг.
лучей. При исследовании M. с. в них были обнаружены также фазовые переходы 1-го
и 2-го родов, изучена их кинетика и термодинамика.
С 1960-х гг. начались исследования M. с. с применением
сверхвысоковакуумной аппаратуры в условиях вакуумной гигиены, т. е. в хорошо
контролируемых и поддерживаемых условиях. Появилась возможность дозированного
изменения состава, температуры, зарядового состояния и др. параметров M. с. и прецизионного
измерения этих величин, выяснена их связь с геом., в частности структурными,
характеристиками поверхности. Наиб. удобны для исследования M. с. на чистых
поверхностях полупроводников и др. монокристаллов, т. к. в таких M. с. наблюдаются
анизотропные явления. Для изучения состава и структуры M. с. применяют зондирование
поверхности электронными, нейтронными, ионными, молекулярными, рентг., световыми
и по-зитронными пучками, автоионную, автоэлектронную, полевую и тепловую эмиссию
частиц с исследуемых поверхностей, а также метод зондовой микроскопии. Большинство
исследований должно проводиться в условиях сверхвысокого вакуума, что ограничивало
возможности этих методов. Применение зондов-острий позволило снять эти ограничения.
Монослои, образовавшиеся на периодических упорядоченных
подложках, характеризуются наличием дальнего порядка. Упорядочение структуры
M. с. в этом случае навязано структурой подложки. Структурам, с. на жидких или
аморфных подложках имеет лишь ближний порядок. В M. с. зафиксированы множества
поверхностных фаз с концентрационными и температурными фазовыми переходами между
ними.
При исследовании работы выхода чистых поверхностей
монокристалла и тех же поверхностей с адсорбированным M. с. были обнаружены
значит. расхождения этих величин, значительные концентрац. зависимости и анизотропия
работы выхода с разл. граней монокристаллов тугоплавких металлов. Так, работа
выхода с грани (110) W изменяется от 5,35 эВ для чистой поверхности до 1,5 эВ
при её покрытии монослоем Cs. Аналогичные эффекты найдены и для др. комбинаций
M. с. и подложек. Эти исследования имеют важное значение, в частности для эмиссионной
электроники.
M. с. щелочных и щёлочноземельных элементов на
поверхности тугоплавких и переходных металлов обладают большим положит. зарядом
(приблизительно 1 элементарный заряд на атом); в образованных на тех же поверхностях
M. с. молекулами O2, N2, СО, Cl2 и молекулами
др. галогенов имеют заряд примерно в 10 раз меньший. Нек-рые M. с. образуют
сверхструктуры с закономерным чередованием положительно и отрицательно заряженных
фрагментов.
Схема бислоя клеточной мембраны (жидкомозаичная
модель): 1 - гидрофобные концы; 2 -гидрофильные головки липидов;
3 - молекулы холестерина; 4 - глобула белка; 5 - моно-
и олигосахариды.
K M. с. близко примыкают клеточные мембраны,
к-рые представляют собой бислой липидных молекул (рис.). Их гидрофобные остатки
жирных к-т ("хвосты") обращены навстречу и пронизывают друг друга,
а полярные головки остатков фосфорной к-ты, спиртов
и углеводов обращены наружу. Вязкость этого жидкокристаллич. образования в 100-1000
раз больше, чем у воды, но глобулярные молекулы белков могут перемещаться вдоль
и сквозь мембрану (см. Клеточные структуры).
Свойства M. с. определяют явления катализа, роста кристаллов (в частности, эпитаксиальных плёнок), поведение суспензий, эмульсий; M. с. используют в эмиссионной электронике и микроэлектронике.
Ю. H. Любитов
|
|
 |
