3D-design fører til første stabile og stærke selvsamlende 1D nanografen ledninger

Nanografen er fleksibelt, dog stærkere end stål. Med unikke fysiske og elektroniske egenskaber, materialet består af kulstofmolekyler kun et atom tykt arrangeret i en honeycomb form. Stadig tidligt i den teknologiske udvikling, nuværende fremstillingsmetoder kræver tilsætning af substituenter for at opnå et ensartet materiale. Tilsætningsfrie metoder resulterer i spinkle, brudbare fibre - indtil nu.

Et internationalt team af forskere har udviklet selvmontering, stabile og stærke nanografentråde. Resultaterne blev offentliggjort den 24. marts i Journal of the American Chemical Society .

Holdet, ledet af Yasutomo Segawa, lektor ved Institut for Molekylær Videnskab, del af National Institutes of Natural Science i Japan, satte sig for at syntetisere buede, uendeligt stable nanografener - som kartoffelchips i en papdåse - der kan samles til nanotråde.

"Effektivt stablede kulbrintetråde har potentialet til at blive brugt som en række forskellige nano-halvledermaterialer, " sagde Segawa. "Tidligere, det har været nødvendigt at indføre substituenter, der ikke er relateret til eller hæmmer den ønskede elektroniske funktion for at styre samlingen af ​​ledningerne."

Ved at fjerne substituenter, eller tilsætningsstoffer, fra fremstillingsprocessen, forskere kan udvikle molekylære materialer, der har en specifik, ønsket elektronisk funktion, ifølge Segawa. Med dette mål for øje, holdet udviklede et molekyle kaldet 'bidt' skævt nanografen (bWNG), med 68 kulstofatomer og 28 brintatomer, der danner en "bidt æble"-form. Skabt som en løsning, når det efterlades til at fordampe i løbet af 24 timer i nærværelse af hexan - en ingrediens i benzin med seks kulstofatomer - bliver bWNG en gel.

Forskerne forsøgte at omkrystallisere molekylerne i den oprindelige opløsning for at undersøge den specifikke struktur af bWNG-gelen gennem røntgenkrystallografi. Denne teknik kan afsløre den atomare og molekylære struktur af en krystal ved at bestråle strukturen med røntgenstråler og observere, hvordan de diffrakterer.

"Vi forsøgte at omkrystallisere mange gange for at bestemme strukturen, men det voksede til kun et par hundrede nanometer, " sagde Segawa, bemærker, at denne størrelse er alt for lille til røntgenkrystallografi. "Det var kun ved elektrondiffraktion, en ny metode til at bestemme strukturen af ​​organiske materialer, at vi var i stand til at analysere strukturen."

Elektrondiffraktion ligner røntgenkrystallografi, men den bruger elektroner i stedet for røntgenstråler, hvilket resulterer i et mønster af interferens med prøvematerialet, der indikerer den indre struktur.

De fandt ud af, at bWNG-gelen bestod af dobbeltstrengede, dobbelt-helix nanofibre, der samles af buede, stabelbare nanografener.

"Strukturen af ​​nanofibrene er en dobbeltstrenget dobbelthelix, som er meget stabil og derfor, stærk, " sagde Segawa. "Næste, vi vil gerne realisere en halvledertråd, der udelukkende er lavet af kulstofatomer."