Нанорешето: случайное открытие

Ученые из Калифорнийского университета в г. Риверсайд разработали новый метод производства сложных наноструктурных шаблонов с помощью технологии самосборки.

Новый процесс был случайно открыт студентом Грэгом Пэйвином (Greg Pawin). Он нанес химическое соединение антрахинон (anthraquinone – C₁₄H₈O₂) на медную подложку, на которой при охлаждении до температуры жидкого азота начался процесс образования из молекул двумерной наноструктуры, напоминающей соты для меда. Антраквинон – широко распространенное среди химиков соединение, с его помощью расщепляется целлюлоза в древесном составе в бумагоделательной промышленности.

Ранее для получения такого шаблона необходимо было пользоваться нанолитографией – дорогим и достаточно сложным по сравнению с самосборкой процессом. Теперь же у ученых появился альтернативный метод производства. Самосборка наноматериалов уже сегодня рассматривается как наиболее перспективный метод их промышленного производства, поскольку позволяет получать однотипные материалы со стабильными характеристиками в больших объемах без непосредственного контроля за процессом сборки.

"Наличие регулярных структур в природе нас всегда удивляет, - говорит Пэйвин. – Начиная от пчелиных сот и заканчивая кристаллическими формами снежинок природа богата на формы упорядоченных шаблонов. То же самое произошло в случае с молекулами антраквинона. Правда, до сих пор остается загадкой механизм самосборки – мы не знаем, имеет ли он физическую природу или химическую".

Молекулы антрахинона сначала формируют на медной поверхности цепи, сворачивающиеся в гексагональную структуру, напоминающую пчелиные соты. Каждый шестиугольник (гексагон) состоит приблизительно из 200 атомов. Молекулярные соты отличаются высокой стабильностью размеров отдельных ячеек вследствие баланса сил отталкивания и притяжения между молекулами и медной подложкой. Ранее ученые полагали, что пористые системы столь большого размера создать нельзя, хотя и знали, что молекулы антрахинона могут формировать различные наноструктуры.

В работе ученые использовали новый сканирующий туннельный микроскоп из Bartels laboratory, который позволяет получать высоко детализованные картины молекулярных поверхностей.

Как говорят исследователи, новый наноматериал может использоваться в медицинских имплантантах в качестве универсальной мембраны, так как он пропускает через поры воду и воздух.

Пэйвин считает, продолжение исследований в этой области позволит найтии иные конфигурации структур из молекул антрахинона, отличные от гексагональной сотовой. Уверенность в успехе основывается, в частности, на том, что уже удалось научиться управлять размером ячеек, увеличивая или уменьшая температуру, при которой они формируются.