Sammenlåsende ringe låser op for nye materialeegenskaber

Forskere, der arbejder med Jonathan Barnes, adjunkt ved Institut for Kemi, har for nylig vist, hvordan molekyler med sammenlåsende ringarkitekturer kan funktionaliseres og inkorporeres i tredimensionelle polymernetværk og materialer. Førsteforfatter Mark Nosiglia, en kandidatstuderende i Barnes' laboratorium, ledede det nye arbejde, som bygger på holdets tidligere bestræbelser på at strømline syntesen af ​​mekanisk sammenkoblede molekyler. Resultaterne blev offentliggjort den 26. maj i Journal of the American Chemical Society .

Efter at have strømlinet og forbedret effektiviteten af ​​deres syntesemetoder, søgte Barnes og Nosiglia at justere materialers stivhed, elasticitet og kraftafledningsegenskaber ved at integrere catenan-baserede tværbindere i netværket, der udgør materialet. Catenaner er mekanisk sammenkoblede molekyler, der består af to eller flere ringe, hvilket giver dem - og det materiale, de er inkorporeret i - tilstrækkelig bevægelsesfrihed til at gøre ting som at rotere, strække og komprimere, når de udsættes for eksterne kræfter.

Barnes og Nosiglia fandt ud af, at ved at tilføje et metal til eller "metalisere" katenanerne, kunne de fiksere ringene til en bestemt form, hvilket får hele gelmaterialet til at blive mere stift og mindre elastisk.

"Ved at inkorporere molekylære kæder, der kan 'låses' ind i netværket, burde det være muligt at tune materialernes egenskaber," forklarede Barnes. "Potentielle anvendelser kan omfatte brug af molekylære ringarkitekturer i gummilignende materialer og plast for at forbedre strækbarhed og deres evne til at sprede kræfter, herunder stød, strækning og bøjning."

Dernæst fokuserer Barnes, Nosiglia og deres samarbejdspartnere på at producere deres 3D-netværksmaterialer i stor nok skala til fuldt ud at udforske og teste deres mekaniske egenskaber. En sådan opskalering vil være en væsentlig del af teamets fremtidige forskningsbestræbelser. + Udforsk yderligere

En 'svamp' til adsorbering og desorbering af gasmolekyler