科学家培养了生产自组织纳米材料的新方法

一个可以采用各种功能的纳米箔：Max Planck胶体和界面研究员和洛桑联邦理工学院（EPFL）的一支研究人员团队从水面上自组织基础上并行积聚的分子中产生碳纳米体，形成稠密的地毯进行中。通过将相应的化学阑尾与起始分子的末端附着，箔可以配备两侧不同应用的功能。在扫描电子显微镜图像中的穿孔滑块上可以看出纳米层。

国际科学家队开发了一种新的合成方法，可以为各种应用生产晶片薄碳层。

科学家们已经开发出一种有希望的纳米材料，这可能适用于各种应用。由科学家们来自瑞士联邦理工学院洛桑（EPFL）和Max Planck胶体研究所和Potsdam-Golm的界面领导的国际团队已经开发出一种优雅的制造自组织碳纳米层，并用一系列化学将它们配备职能。认为这种官能化的碳纳米层适用于各种应用。例如，它们可以充当涂层，使表面耐刮擦和防污，或者作为检测极小少量物质的传感器。碳层的电导率也使它们适用于各种应用中的电子元件。

在明天的技术中，不可思议的东西可能会变得巨大。科学家正在研究许多纳米材料的变种，即尺寸在100纳米范围内的物质。前缀纳米源于矮人的希腊词，是指十亿分之一。因此，纳米是米的十亿分之一。科学家们非常采用这些尺寸的一个特定材料：碳纳米黑子。这些是蜂窝状的碳原子层，厚度甚至更少纳米。这种可想象的碳纳米层的图形是图形的，其由单层碳组成。

对于许多应用，能够用某些化学分子残基配备这些超薄碳板，称为官能团是很重要的。“这只有有限的程度才能实现现在，因为碳纳米片通常只能在极高的温度下准备 - 因此，在立即破坏这些功能群体的条件下，”杰拉德布雷泽斯斯基从最大普朗克研究所解释胶体和界面在波茨坦附近的GOLM。Brezesinski与他研究所的同事们一起为来自瑞士联邦理工学院洛桑（EPFL）的研究人员提供了支持，在这种情况下开发一种可能感兴趣的综合方法。使用该方法，可以在比通常在这些材料的生产中应用的温度相当较低的温度下可以进入碳纳米黑子，包括官能团。

深入浸入化学伎俩的袋子里

为了形成来自碳原子的平面结构，瑞士研究人员部署了一系列技巧。其中一个主要涉及所选原始化合物，其中间部分具有六个交替碳 - 碳三联和单键的分子。这些部分仅由碳原子组成并且具有高反应性，因为它们也可以在较低温度下进行化学反应。与其他过程相比，这意味着可以在室温下从这些分子产生薄的碳层。

自组织碳纳米层：连锁分子用一个水溶性和一个不溶性的终端自我组织在刷子中的刷毛上的水表面上。紫外光触发化学反应，其中起始化合物的中间部分中的反应性碳三键组合以形成一致的层 - 它们碳化。纳米层的水溶性和不溶性侧面可以用各种应用的功能化学配备。

使用特殊的测试设置，科学家布置了许多这些分子，以在单个自组织层中彼此完全对齐 - 在刷子上的刷毛上。然而，刷毛刷毛有一个少量差异：分子的平行链各有一个轻微的弯曲。作为这种布置的结果，所有分子的富含碳的部分位于同一水平。当研究人员将UV光应用于该设置时，在相邻分子的碳原子之间形成一些三键断裂和键。因为几乎所有的刷毛都最终与邻近的刷毛结合，所以一致的一致的碳原子产生 - 碳纳米黑子。

为了使所有这一切发生，基于洛桑的科学家显然不得不深入挖掘分子前体设计的化学技巧。为了确保其分子的并联布置，它们设计了表面活性剂样的分子，类似于餐具洗涤液中的那些。虽然这种分子的一端在水中溶解良好，但另一个分子溶于良好，而另一个分子根本不溶解。在这两端之间，科学家们将反应性三键放置。

当它们在此时将它们的化合物与水接触时，分子的一端溶解。整个剩余的残留物使其不溶于它从表面突出到空气中。研究人员成功地成功地设定了近分子刷毛之间的均匀距离。在三键的水平上，这必须小于0.4纳米，因为在这种情况下，相邻的碳原子仅彼此足够接近，以在UV光下彼此形成新的键。

合成过程的成功通过高度专业分析证实

对于科学家来说，重要的是要理解沿着水 - 空气边界的分子层如何看待，以及如何在反应过程中改变。特殊方法在这里发挥作用，这是Gerald Brezesinski的一部分，并在Max Planck底座胶体研究院和波茨坦的界面的研究组。例如，为了检测边界层中的相关原子的位置 - 因此也是起始分子的精确布置 - 研究人员使用来自汉堡的贫民同步升温的高能X射线束。这些光束散射或反映在晶圆薄样品层上的方式最终提供Gerald Brezesinski和他的同事克里斯蒂娜·斯特凡鲁，他们现在在波茨坦大学工作，有关起始分子的确切布置的信息。

在红外反射吸收光谱的帮助下，科学家后来成功地追踪了UV照射期间的实际反应。为此，他们测量了在反应过程中三键的特征信号如何在反应过程中连续下降。Potsdam的研究人员使用的一种非常特殊的技术在这里有所帮助。存在于存在的水分分子的干扰影响只能在该技术的帮助下掩盖。“世界上只有一些研究群体可以在这种层中使这种红外光谱可见，”Gerald Brezesinski强调。

基于波茨坦的MAX Planck研究人员使用的特殊技巧也有助于表征所产生的产品。这些包括例如Brewster角度显微镜，该角度显微镜在20年前在Göttingen的Max Planck生物物理化学研究所开发。在这种显微镜的帮助下，研究人员能够表明该产品是非常均匀的光滑层，其总共厚两纳米，因此实际上是碳纳米利亚纳米。

来自Max Planck胶体研究所的Gerald Brezesinski和波茨坦的界面也对此成功感到高兴：“这意味着实际上可以以一种能够在水面上合成碳层的方式设计表面活性剂样的分子。我们能够在我们的方法的帮助下证明这一点。“

“功能碳纳米黑子”的起点

在合成过程结束时，起始分子的末端仍然从纳米层突出 - 水溶液在一侧上的水溶性端部和另一侧的不溶性端部。这种特殊因素对研究人员来说非常重要，因为它会在合成之前将化学基团连接到合成之前的可能性，这将使随后的碳纳米层是特殊功能。化学阑尾将承受温和的生产过程，未损害，也将在所得碳纳米层中保守。

以这种方式，例如，可以在一侧锚定化学基团，该化学基团将稍后支撑与由玻璃或金属制成的某些表面的连接。组也可以连接到另一侧，这将使层污垢丢失。碳层本身也将使表面非常耐刮擦。化学纳米传感器也可以由这种晶片薄层构成。为此，可以将化学基团集成到起始分子中，以后确保与待测物质或物质组相互作用。然后，碳纳米层的高电导率可以用于测量信号的传输。因此，来自Lausanne和Potsdam的研究人员希望他们为自组织和功能性碳纳米层制作的创新过程将为大量有趣的新应用程序铺平道路。

出版物：Stephen Schrettl等，“使用Hexayne Amphiphile Monolayers在室温下制备的功能性碳纳米片，”自然化学6,468-476，2014; DOI：10.1038 / nchem.1939

图像：EPFL; EPFL / MPI的胶体和接口