Selvsamlende silikonebaserede polymerer

Forskere ved Tokyo Institute of Technology, RIKEN og Tohoku University har udviklet en silikonepolymerkæde, der kan samles selv til en 3-D periodisk struktur. De opnåede dette ved at bruge deres nyligt rapporterede selvsamlende triptycen-molekyler til at modificere enderne af polymerkæderne.

Udviklingen af ​​nye bløde materialer til forskellige optiske, mekanisk, varme/ladningstransport og nanoteknologiske applikationer ville have stor gavn af teknikker til at skabe polymerenheder i periodisk ordnede strukturer. Sådanne ordnede strukturer skabes ved hjælp af molekylære stilladser eller ved at modificere visse dele af de anvendte polymerer, så de selv samles til den ønskede form.

Imidlertid, forskere i dag mener, at terminal funktionalisering (modificering af begge ender af en polymerkæde) ikke er særlig effektiv til at skabe periodisk ordnede strukturer. Det er derfor, forskere fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), ledet af Fumitaka Ishiwari, var interesseret i at gense et af deres nyligt udviklede triptycen-molekyler, kaldet 1, 8, 13-tur. Holdet havde allerede demonstreret, at dette molekyle pålideligt kan samle sig selv til en periodisk 3-D struktur lavet af parallelle 2-D ark adskilt fra hinanden med en fast afstand (se fig. 1). "Vi var interesserede i at undersøge, om den kraftfulde selvsamlende evne af dette triptycen-motiv også ville fungere i polymersystemer, " forklarer Ishiwari.

Derfor, holdet designede polydimethylsiloxan (PDMS) kæder med enderne erstattet af et triptycen molekyle. De håbede, at disse modificerede silikonekæder også ville udvise den lovende selvsamlende adfærd observeret i 1, 8, 13-Tur alene, og var derfor nødt til at køre mange forskellige eksperimenter for at bevise det, inklusive Synchrotron-Radiation X-ray diffraktion/spredning ved hjælp af BL45XU beamline ved SPring-8 (Hyogo, Japan), differentiel scanning kalorimetri og spektroskopi målinger. Heldigvis, alle resultater så ud til at indikere, at de modificerede PDMS-kæder havde samlet sig selv i den 3-D periodiske struktur vist i fig. 2. Dette blev også verificeret ved at analysere forskellene i flowkarakteristikaene for de modificerede PDMS-kæder og almindelige PDMS-kæder.

Holdets resultater er meget lovende, fordi det anvendte triptycen-motiv er enkelt og let at syntetisere via korte trin, og kan give et stærkt værktøj til at organisere polymerer og forstærke deres strukturelle og fysiske egenskaber. "Det nuværende fund vil opdatere den generelle opfattelse af, at terminal funktionalisering ikke er effektiv til at opnå den kontrollerede samling af polymerer til en periodisk ordnet struktur, " konkluderer Ishiwari. Holdet vil fortsætte med at undersøge selvorganiseringen af ​​polymerer, og det er håbet, at resultaterne vil føre til udvikling af nye materialer og synteseteknikker.

Professor Masaki Takata fra Tohoku University tilskrev undersøgelsens succes til samarbejdet mellem Network Joint Research Center for Materials and Devices og det store Synchrotron Radiation-anlæg, SPRING-8, administreret af RIKEN. Han tilføjede, at "dette vil forhåbentlig også udløse en stor efterspørgsel efter yderligere materialer af høj kvalitet, som kan udvikles på næste generations 3GeV synkrotronanlæg, skal påbegynde byggeriet på Tohoku University næste år."