Molekulaarne vaibakudumine: kahemõõtmelised boorhappe „võrgustikud”

Stabiilsed kahemõõtmelised orgaaniliste molekulide võrgustikud on olulised koostisosad paljudes nanotehnoloogilistes protsessides. Vaid ühe aatomi jämeduste võrgustike kõrgekvaliteediline tootmine suurima võimaliku stabiilsusega on aga siiani olnud tõeline väljakutse. Nüüd aga lõid Müncheni teadlased seesuguseid võrgustikke boorhappe molekulidest.

Füüsikute meeskond arendas doktor Markus Lackingeri ja professor Thomas Beini juhendamisel välja protsessi, mille abil saavad nad boorhappe koostisosadest ehitada kõrgekvaliteedilisi polümeerist võrgustikke, kirjutab Physorg.com.

„Vaibad“, mida füüsikud punuvad, koosnevad korrastatud kahemõõtmelistest struktuuridest. Neid struktuure loovad ise-organiseeruvad boorhappe molekulid grafiitpinnal. Vee tõrjumise tõttu seonduvad molekulid kokku ühe aatomi paksusteks võrgustikeks, mida hoiavad koos keemilised sidemed. See on asjaolu, mis muudab antud võrgustiku väga püsivaks. Korrapärase meekärje-sarnase paigutuse tulemuseks on nano-ehituslik pind, mille poore on võimalik kasutada näiteks püsivate vormidena metallist nano-osakeste tootmisel.

Mõned molekulaarsed vaibad on peaaegu veatud, kuid need mudelid pole kahjuks eriti stabiilsed. Neis on molekulide vahelised seosed väga nõrgad – näiteks vesiniksidemed või van der Waalsi jõud. Selle variandi eeliseks on aga see, et normaalstruktuuris esinevaid vigu parandatakse ise-organisatsiooni protsesside käigus. Halvad sidemed lõhustatakse selleks, et korralikud sidemed saaksid moodustuda.

Mitmete rakenduste tarbeks on siiski tarvis mehaaniliselt, soojuslikult ja keemiliselt stabiilseid molekulaarseid võrgustikke. Seesuguseid vastupidavaid molekulaarseid vaipu on võimalik luua molekulide ühendamisega tugevate keemiliste sidemete abil. Nende vaipade miinuseks on aga vältimatute punumisvigade esinemine, mida pole suure seondumise jõu tõttu enam võimalik parandada.

Markus Lackinger leidis nüüd koos kolleegidega viisi, kuidas luua molekulaarseid vaipu püsivate kovalentsete sidemetega ilma märkimisväärsete punumisvigadeta. Meetod põhineb “sidumisreaktsioonil”, mille abil luuakse üksikutest boorhappe molekulidest molekulaarne vaip. See on kondensatsioonireaktsioon, mille käigus vabanevad vee molekulid. Kui seondumine leiab aset veidi üle 100°C-stel temperatuuridel vaid vähese vee olemasoluga, on vigu võimalik punumise käigus parandada. Tulemuseks on kauaoodatud võluvaip: stabiilsed ja hästi korrastatud ühekihilise ehitusega molekulid.

Allikas

Teadusartikkel: „Synthesis of well-ordered COF monolayers: Surface growth of nanocrystalline precursors versus direct on-surface polycondensation”