Британские и канадские химикам впервые удалось методом самосборки получить двумерные прямоугольные наноструктуры полный контроль поверхности и химического состава их поверхности. Успех был достигнут за счет использования блок-сополимеров с полукристаллическим в блоке, расположение желаемого отношения длины блоков и добавить в раствор свободных цепей полукристаллического полимера. Эта технология может в дальнейшем быть полезным для использования в » флуоресцентной томографии, наноэлектронике, катализе, жидких кристаллах, портативный будет нано — и микромашинах или лечебном носителе.
Последние XX века стало ясно, что наноразмерные частицы (размером 1-100 нм, по крайней мере в одном измерении) имеют свойства, которые проявляются в макромире. Это происходит потому, что размер вычета в случае частиц до наноуровня становится существенный вклад свойств поверхности, свойств объекта. Других свойств изменения причина в том, что на наноуровне проявляются законы квантовой механики. Так что, когда в 2004 году группа физиков во главе с Андреем Геймом и Константином Новоселовым в первые образцы графен показал, что такие двумерные структуры могут проявлять удивительные электронные свойства, качественно отличается от всех ранее наблюдаемых. Сегодня сотни экспериментальных групп для изучения электронных свойств графен.
Классифицировать наночастицы легче всего степенью снижения размерности: двумерные — квантовой плоскости, одномерные — квантовые нити, нульмерные — квантовых точек: Весь спектр ‘ снижения размерностей удобно объяснить на примере углерода нанесении (фиг. 2).
Рис.2. Углеродные наночастицы. Слева направо: нульмерный фуллерен, одномерная нанотрубка углерода, двумерный графен. Рисунок на сайте surrealsciencestuff.wordpress.com
Мир нанотехнологий, конечно, не ограничивается углеродом: почти любой наноразмерный материал для своих необычных и потенциально интересным. Как получить? Для получения нульмерных наноматериалов (квантовых точек) соответствуют, как правило, известные химические методы, потому что квантовые точки — это, как правило, просто большая молекула. для Получения одно-и двумерных материалов, требовались новые подходы. Стоит отметить, что в тех измерениях, в которых материал не наноразмерен (где его размер более 100 нм), существует теоретическая возможность чередовать состав поверхности и, таким образом, чтобы получить более интересные материалы разные проекты. Но изменить графена и других подобных материалов, очень трудно химически. Создание двумерных наноструктур с контролируемых размерах и химическом составе поверхности, одна из нерешенных проблем, нанотехнологии. Открытия графен эта область исследований получила серьезный стимул, тем не менее, не считая несколько примеров, проблема остается нерешенной до сих пор.
Самосборка микроклин решения проблемы наиболее элегантный, удобный и экономичный метод получения наноматериалов, и именно этот метод теоретически может создать структуры контролируемых составе поверхности, если чередовать макромолекулы, которые добавлены в решение.
Группа ученых в бристольский университет (Великобритания) и Торонтского университета (Канада), в восторге от их последнего успешного управления одномерными наноструктурами (см. Появился способ получения нецентросимметричных нанесение, «Элементы», 17.08.2012), чтобы с помощью самосборки блок-сополимеров (БСП), где один из блоков был полукристаллический полиферроценилсилан (ПФС), но использовать такой подход для получения двумерных наноструктур.
Напомним, что БСП — это полимер, в котором две части (два блока) или более состоят из различных мономеров. Самосборка блок-сополимеров в растворе происходит за счет различной растворимости двух частей. Полукристалличность это способность полимера кристаллизоваться, то есть упорядоченно стек. Панель «полу-» здесь необходимо, потому что складывании полимерный кристалл всегда остаются некристалличесткие (аморфные) участки.
Рисунок 3. Полимеры, которые упоминаются в тексте в порядке их появления. Цифровой индекс n у наименования полимерных означает степень полимеризации — усредненное число мономерных звеньев в молекуле полимера. Азота в кольце пиридина в П2ВП может заниматься металлов и ряд других молекул — свойство, который использован авторами статьи являются (см. ниже в тексте)
Удачи одномерными структур было обусловлено тем, что полукристаллическая часть блочного сополимера был очень короткий растворимой части. При самосборке долго растворимый цепи БСП поверхности, образуемой мисье, мешая друг другу, не позволяют создать гладкую структуру, и получается тема. При укорачивании растворимой цепочек БСП мисли или не получает или вообще выпадали осадок.
Потом решили проверить самосборкой смесь БСП долго растворимой частью и чистой полиферроценилсилана (ПФС). Идея заключалась в том, что дополнительные цепи ПФС, сокристаллизуясь с блоком ПФС в сополимере, необходимо создать дополнительную площадь, позволяя растворимым цепочкам не мешать друг другу. Смесь добавляют к раствору коротких нитевидных мицелл, чтобы они служили центра кристаллизации.
После нескольких неудачных попыток опыт » его «дод гаго» ПФС28–ПДМС560/ПФС20 и ПФС38–П2ВП502/ПФС20 оказался в точке в (фиг. 4). Добавление полимеров раствор короткий мицеллами привело к прямоугольной сооружений высотой ~20 нм, при этом их размеры (площадь) полностью контролировался количество добавленого полимера. Потому что края мисье не закрылся, можно добавить еще блочного сополимера, и он должен без остатка выросли в мицелле.
Рис. 4. А — схематическая репрезентация получения прямоугольной мицелл смеси БСП/ПФС в соотношении 1:1 вес. Сша — изображение прямоугольной мицелл, полученные с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). С — изображения, полученные с помощью атма-силовой микроскоп (АСМ). D — высота структуры, измеренные АСМ. Цвет кривой соответствует цвету линии, на фиг. 4, — в этом месте высота была измерена. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Чтобы показать контроль над площадью и химическом составе поверхности, авторы растил мисье, последовательно увеличивая первичный прямоугольный мицелле в ПФС–П2ВП полимеры различные цвета (флуоресцентными) групп (рис. 5). Более того, цвет мицеллах и о том, почему они должны, можете прочитать здесь.
Рис. 5. Цвета для прямоугольной мисье, полученных самосборкой путем непрерывного добавления ПФС–ПДМС с проведен молекул флюоресцентных красителей. Верхний ряд — схематическая репрезентация; средний ряд дед, с использованием конфокального микроскопа; внутренний ряд дед отдельных мицелл, которые, используя структурные иллюминационной микроскопии (см. Structured illumination микроскопия). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Таким образом, авторы показали возможность чередовать химический состав поверхности мисли. Как эту функцию использовать? Один из полимеров составляет мисье, используемых при самосборке, — П2ВП — может заниматься координативной связи между металлами: Добавив наночастицы платины диаметром 2 нм раствору мицелл, чередующих его поверхности ПДМС и П2ВП, авторы селективно связывать цепи П2ВП, обращаясь к ПДМС. Другими словами, в области П2ВП площадь показал переплете наночастицами платины.
Добавив тетрагидрофуран (ТГФ), который в обычных условиях удаляет все ПФС-содержащие блочные сополимеры, авторы растворили только ПФС–ПДМС. После ликвидации из нанорамки — прямоугольная мисье для производства П2ВП с отверстием в центре Отверстия можно получить любого размера, в зависимости от величины блоков П2ВП и ПДМС (рис. 6). «Мицеллах наиболее широкое отверстие толщина боковой стены <100 нм — это, фактически, циклический гибрид одномерного и двумерного наноматериала.
Рис. 6. Получение нанорамок. Первичная структура состоит из ПФС–ПДМС. Его наращивается слой ПФС–П2ВП, который впоследствии селективно сшивается наночастицами платины. Ликвидации несшитой центральной части тетрагидрофуране (ТГФ) дает нанорамку. В верхней части — схематическое представление имиджа процесс. В нижней — фотографии нанорамок различных величие отверстия, выполненные с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Овладев технологией, авторы делают еще много экспериментов для отображения его силы.
«Частицах диоксида кремния есть стихи SiOH, которые составляют драник связи с пиридинами в П2ВП. Рисунок. 7, видно, что наночастицы (черные пятна) селективно прикрепляются к блоку мисли с П2ВП.
Рис. 7. А — изображение мицелл друг друга восемь блоков ПФС–ПДМС и ПФС–П2ВП. Сша — образ мисли трех различных блоков (в порядке из центра: ПФС–ПБМА, ПФС–ПДМС, ПФС–П2ВП). С — образ мисли в ПФС–ПДМС и ПФС–П2ВП, обработанные наночастицами диоксида кремния (70 нм), приставшими селективно в П2ВП благодаря водородным связям: D — образ мисли долго более 60 мкм в ширину и более 20 мм, сделанные с помощью атма-силовой микроскоп (АСМ). E — изображение мицелл, выложенных с помощью оптического пинцета в виде сокращений UOB (в верхней части); изображение в том же месте, сделанные с помощью конфокального микроскопа (внизу). F — схематическое представление имидж манипуляций с мицеллами помощью оптического пинцета. Фото A, B, C и E (в верхней части), выполненные с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Авторы статьи — комиксы и материаловеды не ставит в задачи работы найти и показать исключительные физические свойства полученных новых структурах: Они убеждены, что эти технологии заинтересоваться физики и продолжать начавшуюся революцию. Потому что на сегодняшний день известно ПФС-содержащие блочные сополимеры огромное количество химических изменений в растворимой части, можно получить наноструктуры, имеющие на поверхности что-то биомолекул до полупроводников, металлов добрая половина таблицы сложных молекулярных архитектур. Авторы отмечают, что технология может в дальнейшем быть полезным для использования в » флуоресцентной томографии, наноэлектронике, катализе, жидких кристаллах, портативный будет нано — и микромашинах или лечебном носителе. Места для фантазии много.
Источник: Huibin Цю, Ян Гао, Шарлотта E. Boott, Оливер E. C. Гулд, Роберт Л. Harniman, Mervyn J. Miles, Стивен D. E. Webb, Mitchell A. Winnik, Ян Манеры. Единый patchy and rectangular hollow тромбоцитов micelles от crystallizable полимерные смеси // Наука. 2016. V. 352. I. 6286. P. 697-701.
Григорий Молев
