2D organiske materialer:Verdens første syntese af thiophen nanoark med 3,5 nm tykkelse

Et team af forskere fra National Institute of Material Science og Max Plank Institute for Polymer Research har udviklet verdens første supramolekylære thiophen nanoark, som er et 2-dimensionelt organisk materiale med en tykkelse på 3,5nm.

I de seneste år, elektroniske materialer med 2-dimensionelle arkstrukturer, såsom "Graphene", har tiltrukket stor opmærksomhed. Imidlertid, i tilfælde af grafen, størrelseskontrol er vanskelig, og kemisk funktionalisering af grafenoverfladen er umulig. På den anden side, thiophenderivaterne er blevet aktivt undersøgt som elektroniske materialer til felteffekttransistorer (FET), organiske solceller, organiske elektroluminescens (organiske EL) materialer, og andre applikationer. Imidlertid, fremstillingsprocessen af ​​thiophen tynd film har mange problemer. For eksempel, vakuumdampaflejring kræver meget energi og dyrt udstyr. Selvom tyndfilmfremstillingsmetoden via simpel vådproces er blevet udviklet ved hjælp af en polymeropløsning, det er vanskeligt at opnå tynde polymerfilm med høj krystallinitet. I denne forskning, Dr. Ikeda overvandt disse problemer og fandt en let fremstillingsmetode af thiophen nanoplader med høj krystallinitet i opløsningen.

I dette arbejde, Dr. Ikeda opdagede, at en alternerende copolymer, hvori et thiophenderivat og en fleksibel ethylenglycolkæde skiftevis er forbundet, er foldet i nogle organiske opløsningsmidler på en sådan måde, at thiophenenhederne stables hinanden, og de foldede copolymerer samler sig selv til en 2-dimensionel pladestruktur (figur). Selvom længden af ​​polymeren brugt i dette arbejde er ca. 80nm, tykkelsen af ​​arket er kun 3,5 nm på grund af copolymerens foldede konformation. Arrangementet af thiophenenhederne i nanoarket blev bekræftet at være det samme som det, der blev fremstillet ved vakuumdampaflejring af thiophenforbindelser med lav molekylvægt. Derfor, vores thiophen nanosheets er gennemførlige til anvendelse af organiske elektroniske enheder. Den laterale størrelse af nanoarket kunne kontrolleres ved at indstille koncentrationen af ​​polymeropløsningen. Den kemiske modifikation af nanopladens overflade var også mulig ved at indføre den anden funktionelle enhed ved terminalerne af copolymeren.

Da det er muligt at fremstille monolag som dem fremstillet ved vakuumaflejring ved blot at opløse en polymer i et opløsningsmiddel, denne metode vil føre til enkel, lavpris og energieffektiv fremstilling af enheder. Selvsamlingsprocessen via polymerfoldning rapporteret heri er også af stor videnskabelig interesse, da det kunstigt reproducerer foldningen og selvsamlingen af ​​proteiner i naturen.

Denne forskningspræstation blev offentliggjort online den 26. marts (lokal tid) i det internationale videnskabelige tidsskrift Angewandte Chemie International Edition fra det tyske kemiselskab, og blev udvalgt af redaktionen for dette tidsskrift som et "hot paper".