Полученных двумерных наноструктур с контролируемыми размер и свойства поверхности

Бритaнскиe и кaнaдскиe xимики впeрвыe с пoмoщью мeтoдa сaмoсбoрки, чтoбы пoлучить двумeрный прямoугoльный нaнoструктур с пoлным кoнтрoлeм нaд плoщaдью и xимичeский сoстaв иx пoвeрxнoсти. Успex был дoстигнут с пoмoщью блoк-сoпoлимeры с пoлукристaлличeским блoк, нa жeлaeмую oтнoшeния длины блoкa, и дoбaвляя в рaствoр свoбoдныx рaзгoвoрoв пoлукристaлличeскoгo пoлимeрa. Этa тexнoлoгия в будущeм мoжeт пригoдиться для испoльзoвaния в днeвнoe тoмoгрaфия, нaнoэлeктрoникe, кaтaлизe, жидкиe кристaллы, мoбильныe нaнo — и микрoмaшинax или тeрaпeвтичeскиe срeдствa.

В кoнцe XX вeкa, стaлo яснo, чтo нaнoрaзмeрныe чaстицы (рaзмeрoм 1-100 нм xoтя бы в oднoм измeрeнии) имeют свoйствa, кoтoрыe нe прoявляются в мaкрoмирe. Этo прoисxoдит пoтoму, чтo умeньшeниe рaзмeрoв частиц до наноуровня сделан существенный вклад свойств поверхности на свойства объекта. Еще одна причина, чтобы изменить свои свойства, что на наноуровне проявляются законы квантовой механики. Поэтому, когда в 2004 году, группа физиков во главе с Андреем Геймом и константином Новоселовым были получены первые образцы графена, оказалось, что оба размерные структуры находятся в состоянии поразительные электронные свойства, качественно отличается от всех, прежде чем не наблюдается. Сегодня сотни экспериментальных группах исследуют электронные свойства графена.

Классифицировать наночастицы легче от степени снижения размер: двух размеров — квантовые самолет, одномерные — квантовые нити, нульмерные — квантовых точек. Весь спектр отрезать размеров удобно объяснить на примере углерода наночастиц (рис. 2).

Рис.2. Углеродные наночастицы. Слева направо: нульмерный фуллерен, одномерная углерода нанотрубка, двумерный графен. Изображение с сайта surrealsciencestuff.wordpress.com

Мир нанотехнологий, конечно, не ограничивается угля: почти каждый наноразмерный материал по-своему необычным и потенциально интересно. Как их получить? Для получения нульмерных наноматериалов (квантовых точек) подходят, как правило, известные химические методы, потому что квантовая точка-это обычно одна большая частица. Для получения одно-и двумерных материалов требует новых подходов. Следует отметить, что в этих измерениях, в которых материал не наноразмерен (где размер более 100 нм), существует теоретическая возможность чередовать состав поверхности и, таким образом, получить еще более интересные материалы для различных приложений. Тем не менее, модифицировать графен и другие подобные материалы очень трудно химических веществ. Создание двумерных наноструктур с контролируемыми размерами и химический состав поверхности — одна из нерешенных задач нанотехнологии. С открытием графена эта область исследований получила большой импульс, но, не говоря уже о некоторые примеры, проблема оставалась нерешенной до сих пор.

Самосборка макромолекул в растворе — самый элегантный, удобный и экономичный метод получения наноматериалов, и таким образом, теоретически, можно создать структуры с контролируемым составом поверхности, если чередовать макромолекулы, которая добавляется в раствор.

Группа ученых из Бристольского университета (Великобритания) и Торонтского университета (Канада), теплый недавний успех в контроль над одномерными наноструктурами (см. Появился способ получения нецентросимметричных наночастиц, «Элементы», 17.08.2012), была достигнута с помощью самосборки блок-сополимеров (БСП), в котором один из блоков был полукристаллический полиферроценилсилан (пфс), я пытался использовать аналогичный подход для получения двумерных наноструктур.

Напомним, что БСП-это полимер, в котором две части (две штуки) или более состоят из различных мономеров. Самосборка блок-сополимеров в растворе из-за различной растворимости двух частей. Полукристалличность является способность полимеров кристаллизоваться, т. е. упорядоченно складываться. Префикс «полу-» здесь необходима, потому что, когда вы размещаете полимера в кристалле всегда остаются некристалличесткие (аморфные) фрагменты.

Рис.3. Полимеры, упомянутые в тексте, в указанном порядке. Числовой индекс n имена полимера означает степень полимеризации — среднее число мономерных звеньев в молекуле полимера. Азота в кольце пиридина в П2ВП сможете связаться с металлами и некоторые другие частицы — свойство который был использован из авторов статьи (см. ниже в тексте)

Успех с одномерными структуры было связано с тем, что полукристаллическая часть смеси сополимера был гораздо менее растворимые части. При самосборке далеко растворимые цепь БСП на поверхности образуемой мицеллы, мешая друг другу, не допускается, чтобы создать плоскую структуру, и может быть достигнуто, если поток. При укорачивании растворимые цепи в БСП мицеллы или не берется вообще или выпадали в осадок.

Тогда решил поэкспериментировать с самосборкой смесь БСП с длинной растворим место и чистый полиферроценилсилана (пфс). Идея была в том, что дополнительные цепи солдата., сокристаллизуясь с блоком солдата. в сополимер, из-за создать дополнительную поверхность, оставляя растворим цепочкам не беспокоить друг друга. Смесь добавляется в раствор из коротких нитевидных мицелл, чтобы служить центром кристаллизации.

После нескольких неудачных попыток, переживаний, ассоциаций ПФС28–ПДМС560/ПФС20 и ПФС38–П2ВП502/ПФС20 попали в точку (рис. 4). Добавление полимера в растворе с рядом мицеллами, привели к появлению прямоугольные структуры, высота ~20 нм, и их размер (площадь) полностью контролировался количество добавленого полимера. В качестве подсказки мицеллы не закрыты, то вы можете добавить еще смеси сополимера, и будет без остатков прирастать в мицелле.

Рис. 4. А — схематическая концепция получения прямоугольной мицелл из смеси БСП/солдата. в соотношении 1:1 по весу. В — изображение прямоугольной мицелл, полученный с помощью просвечивающего электронного микроскопа (TEM). С — снимок, полученный с помощью атомно-микроскопа (ACM). D — высота структуры, ACM. Цвет кривой соответствует цвету линии на рис. 4, — в этот момент высота была измерена. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Чтобы наглядно продемонстрировать контроль над площади и химический состав поверхности, авторы воспитали мицеллы, последовательно добавляя к первичной прямоугольник мицелле от солдата.–П2ВП полимеры с различными цветными (светильники) группы (рис. 5). Подробнее о цветные мицеллах и о том, зачем они нужны, вы можете прочитать здесь.

Рис. 5. Цветные прямоугольники мицеллы, полученные самосборкой с последовательное добавление одного солдата.–ПДМС с привязанными частицы флюоресцентных красителей. Верхний ряд — концептуальное восприятие? это средний ряд изображений с помощью конфокального микроскопа; нижний ряд — фотографии отдельных мицелл, которые сделаны с помощью структурированной иллюминационной микроскопии (см. Structured illumination microscopy). Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Таким образом, авторы продемонстрировали возможность чередовать химический состав поверхности мицеллы. Как этот шанс использовать? Один из полимеров в мицеллы, использованный при самосборке, — П2ВП — быть в состоянии, чтобы связаться координативной связью с металлами. Добавив наночастицы платины диаметром 2 нм в растворе мицелл, чередующих на поверхности ПДМС и П2ВП, авторы выборочно связали цепей П2ВП, не влияют на ПДМС. Другими словами, в области П2ВП поверхности оказалось сделано наночастицами платины.

Добавив, тетрагидрофуран (ТГФ), который в нормальных условиях, растворяет все солдата.-которые содержат блочные сополимеры, авторы растворяли только одного солдата.–ПДМС. После растворения было нанорамки — прямоугольная мицеллы из сшитого П2ВП с отверстием в центре. Отверстия может получить любой размер, в зависимости от размера блока П2ВП и ПДМС (рис. 6). В мицеллах с широким горлом толщина боковых стенок <100 нм-это на самом деле круговая гибрид одномерного и двумерного наноматериала.

Рис. 6. Скачать нанорамок. Первичная структура состоит из одного солдата.–ПДМС. На этом построен слой солдата.–П2ВП, которые позже выборочно сшила наночастицами платины. Растворение несшитой центральную часть в тетрагидрофуране (ТГФ) дает нанорамку. Более — схематическое изображение процесса. В нижней — фотографии нанорамок с различным размером отверстий, выполненные с помощью просвечивающего электронного микроскопа (TEM). Изображение из обсуждаемой статьи в Science

После изучения технологии, авторы по-прежнему делает много опыта для демонстрации силы:

  • Готовы мицеллы из восьми чередующихся единиц солдата.–ПДМС и солдата.–П2ВП (рис. 7, А) и блоки можно чередовать до бесконечности.
  • Также делает мицеллы из трех химически различных единиц солдата.–ПДМС, солдата.–П2ВП и солдата.–ПБМА (рис. 7), и ничто не мешает сделать их из четырех или пяти различных подразделений, и т. д.
  • Рассматриваются мицеллы от солдата.–ПДМС и солдата.–П2ВП наночастицами диоксида кремния (средний диаметр 70 нм).

    На частицах двуокиси кремния есть разделы SiOH, которые образуют водородные связи с пиридинами в П2ВП. На рис. 7, видно, что наночастицы (черные точки) выборочно связаны в блок мицеллы с П2ВП.
  • Готовы хорошо растворимые мицеллы длина более 60 мкм и шириной более 20 мкм без значительных дефектов (рис. 7, D), размер площади не ограничен растворимость.
  • Наконец, авторы показали, что их структуры достаточно прочная, чтобы манипулировать им с помощью оптического пинцета (рис. 7, F), благдаря что их можно поставить на поверхность в определенном порядке. На рис. 7, А показано, как мицеллы с зеленым ободком выложенны в сокращенное название университета, в котором их учили делать: UOB — University of Bristol.
  • Рис. 7. И — фото мицелл из восьми чередующихся единиц солдата.–ПДМС и солдата.–П2ВП. В — изображение мицеллы из трех различных единиц (в ряд от центра: солдата.–ПБМА, солдата.–ПДМС, солдата.–П2ВП). С — фото мицеллы от солдата.–ПДМС и солдата.–П2ВП, обработанные наночастицами диоксида кремния (70 нм), приставшими выборочно в П2ВП благодаря водородным связям. D — фото мицеллы длинной более 60 мкм и шириной более 20 мкм, который делается с помощью атомно-микроскопа (ACM). E — фото мицелл, общие с помощью оптического пинцета в форме сокращения UOB (в верхней части); снимок с той же точки, который производится с помощью конфокального микроскопа (под). F — схематическое изображение манипуляции мицеллами с помощью оптического пинцета. Картинки A, B, C и E (в верхней части), сделанные с помощью просвечивающего электронного микроскопа (TEM). Изображение из обсуждаемой статьи в Science

    Авторы статьи, химики и материаловеды — не стремится в этой работе задачи, найти и продемонстрировать свои уникальные природные свойства полученных новых структур. Уверены, что эта технология будет интересна физика, и мы будем продолжать началась революция. Учитывая, что на сегодняшний день известные солдата.-которые содержат блочные сополимеры с огромным количеством химических изменений в растворимой части, можно получать наноструктуры имеют на поверхности все: от биомолекул до полупроводника, из металлов доброй половины таблицы менделеева в сложных молекулярных архитектур. Авторы отмечают, что технология в будущем может пригодиться для использования в дневное томография, наноэлектронике, катализе, в жидких кристаллах, мобильные нано — и микромашинах или терапевтические средства. Места для фантазии много.

    Источник: Huibin Цю, Ян Гао, Charlotte E. Boott, Оливер Электронной. C. Гулд, Роберт Л. Harniman, Mervyn. J. Miles, Стивен Электронной. D. Уэбб, Mitchell A. Winnik, Ян Нравы. Uniform patchy and rectangular hollow тромбоцитов micelles from crystallizable polymer blends // Science. 2016. V. 352. I. 6286. P. 697-701.

    Григорий Молев

    Комментирование и размещение ссылок запрещено.

    Комментарии закрыты.