Forskere løser langvarig blokcopolymerforskningsgåde gennem modifikationer af polymerkædeenden

Blikkenslagerens mareridtsstruktur præsenterer sig selv som en samling, hvor alle udgange ser ud til at konvergere indad - en blikkenslagers mareridt, men en forventet unikhed for forskere, der tyder på karakteristiske træk, der afviger fra traditionelle materialer. Ikke desto mindre blev denne indviklede konfiguration anset for uopnåelig, grænsende til det umuliges område.

For nylig har et forskerhold ved Pohang Universitet for Videnskab og Teknologi (POSTECH) fundet spor fra forsømte små ender og forvandlet denne drøm til virkelighed. Tidsskriftet Science publicerede ikke kun denne forskning, men fremhævede den også som en artikel, hvilket vakte stor interesse i akademiske kredse.

Professor Moon Jeong Park og ph.d. kandidat Hojun Lee fra POSTECH's Department of Chemistry bragte nanostrukturer af blokcopolymerer (BCP'er), som tidligere kun var forudset, til live.

BCP'er repræsenterer polymerer konstrueret ved at forbinde blokke af en monomer med blokke af en anden. BCP'er, der er i stand til at samle sig selv, laver forskellige strukturer i nanoskala og finder udbredte anvendelser på tværs af områder, der dækker halvleder og medicin.

Nylige undersøgelser har ihærdigt udforsket sammenligninger i optiske og mekaniske egenskaber baseret på BCP-struktur. Men efterhånden som strukturer bliver mere indviklede, formindskes deres termodynamiske stabilitet, hvilket udgør betydelige udfordringer i deres produktion.

Blandt disse strukturer står blikkenslagerens mareridt, der udviser medial pakning af polymerkædeender, som en uhyre kompleks og karakteristisk formation. Mens virkelige forekomster af dens manifestation var fraværende, blev den antaget at have unikke optiske og mekaniske træk på grund af dens karakteristiske kanalstruktur, der adskiller den fra andre nanostrukturer.

I denne banebrydende forskning trodsede holdet forventningerne ved at gøre det umulige til muligt. Mens det meste forskning har fokuseret på de vigtigste polymerkæder, der udgør BCP'er, flytter forskerne deres fokus til de upåfaldende, mindre end én procent, kædeender.

De fremstillede di-ende-funktionaliserede BCP'er ved at forbinde forskellige molekyler til hver ende af polymerkæden. Som følge heraf udviste polymerkædeens ender robust gensidig tiltrækning, hvilket fik alle polymerhalerne til at smelte sammen indad, hvilket markerede holdets succesfulde realisering af blikkenslagerens mareridtsstruktur, en verdens første præstation.

Ydermere producerede holdet med succes en række BCP-strukturer, der hidtil var forblevet gådefulde, inklusive gyroide- og diamantstrukturer. Denne præstation i at materialisere BCP-strukturer, der tidligere var begrænset til fantasiens og teoriens områder, står som en betydelig bedrift.

Særligt bemærkelsesværdigt ligger denne undersøgelses betydning i konklusionen om, at komplekse strukturer kan realiseres stabilt, når der eksisterer kraftige kræfter i enderne, på trods af forskellige justeringer foretaget i BCP-polymersammensætning og hovedkædens kemiske egenskaber. Dette antyder den universelle anvendelighed og tilpasningsevne af denne forskning til fremtidige undersøgelser fokuseret på udvikling af forskellige polymer-nanostrukturer med kompositstruktur.

Professor Alisyn J. Nedoma fra University of Sheffield, en ekspert i BCP-området, bemærkede i Science kommentar, "Det lægger grundlaget for at designe nye BCP nanostrukturer," vurderer den potentielle omkostningseffektivitet ved at skabe nanostrukturer med ønskede egenskaber."

Studiets leder, professor Moon Jeong Park forklarede:"Denne forskning har gjort os i stand til at etablere en metode til at udvikle skræddersyede netværksstrukturer i polymer BCP. Den vil tjene som en platform for fremstilling af polymer BCP'er med forskellige egenskaber i nanoteknologiske applikationer."

Flere oplysninger: Hojun Lee et al., Termodynamisk stabile blikkenslagers mareridtsstrukturer i blokcopolymerer, Science (2024). DOI:10.1126/science.adh0483

Alisyn J. Nedoma, At skabe "blikkenslagerens mareridt", Science (2024). DOI:10.1126/science.adn0168

Journaloplysninger: Videnskab

Leveret af Pohang University of Science and Technology