Kunsten med molekylær tæppevævning:2-D-netværk fra borsyrer

Stabile todimensionale netværk af organiske molekyler er vigtige komponenter i forskellige nanoteknologiske processer. Imidlertid, producerer disse netværk, som kun er et atom tykke, i høj kvalitet og med størst mulig stabilitet i øjeblikket stadig udgør en stor udfordring. Forskere fra Excellence Cluster Nanosystems Initiative München har nu med succes skabt netop sådanne netværk fremstillet af borsyremolekyler. Det aktuelle nummer af det videnskabelige tidsskrift ACS Nano rapporterer om deres resultater.

Selv de dyreste orientalske tæpper har små fejl. Det siges, at fromme tæppevævere bevidst inkluderer små fejl i deres fine tæpper, fordi kun Gud har ret til at være pletfri. Molekylære tæpper, som nanoteknologiindustrien gerne vil have, at de endnu ikke er i fare for at fornærme guderne. Et team af fysikere under ledelse af Dr. Markus Lackinger fra Technische Universität München (TUM) og professor Thomas Bein fra Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) har nu udviklet en proces, hvorved de kan opbygge polymernetværk af høj kvalitet ved hjælp af borsyre komponenter.

De "tæpper", som fysikerne arbejder på i deres laboratorium i Deutsches Museum München, består af bestilte todimensionelle strukturer skabt af selvorganiserede borsyremolekyler på en grafitoverflade. Ved at fjerne vand, molekylerne binder sammen i et et-atom tykt netværk, der udelukkende holdes sammen af ​​kemiske bindinger-en kendsgerning, der gør dette netværk meget stabilt. Molekylernes normale honningkammeagtige arrangement resulterer i en nanostruktureret overflade, hvis porer kan bruges, for eksempel, som stabile former til produktion af metal nano-partikler.

De molekylære tæpper findes også i næsten perfekte modeller; imidlertid, disse er ikke særlig stabile, desværre. I disse modeller er bindingerne mellem molekylerne meget svage - for eksempel hydrogenbrobindinger eller van der Waals -kræfter. Fordelen ved denne variant er, at fejl i den regulære struktur repareres under selvorganiseringsprocessen-dårlige bindinger opløses, så der kan dannes ordentlige bindinger.

Imidlertid, mange applikationer kræver molekylære netværk, der er mekanisk, termisk og/eller kemisk stabil. At forbinde molekylerne ved hjælp af stærke kemiske bindinger kan skabe sådanne holdbare molekyletæpper. Ulempen er, at de uundgåelige vævfejl ikke længere kan rettes på grund af den store bindingsstyrke.

Markus Lackinger og hans kolleger har nu fundet en måde at skabe et molekylært tæppe med stabile kovalente bindinger uden væsentlige vævet fejl. Metoden er baseret på en bindingsreaktion, der skaber et molekylært tæppe ud af individuelle borsyremolekyler. Det er en kondensationsreaktion, hvor vandmolekyler frigives. Hvis limning finder sted ved temperaturer på lidt over 100 ° C med kun en lille mængde vand til stede, fejl kan rettes under vævning. Resultatet er det eftertragtede magiske tæppe:molekyler i en stabil og velordnet et-lags struktur.

Markus Lackingers laboratorium er placeret i Deutsches Museum München. Der forsker han ved formanden for prof. Wolfgang Heckl (TUM School of Education, TU München). Prof. Bein er formand ved Institut for Kemi på LMU. Undersøgelsen blev udført i samarbejde med prof. Paul Knochels arbejdsgruppe (LMU) og Physical Electronics GmbH, med finansiering fra Excellence Cluster Nanosystems Initiative Munich (NIM) og det bayerske forskningsstiftelse (BFS).