Atomik olarak hassas yapıya ve uyarlanmış elektronik özelliklere sahip kendinden montajlı nanoyapılar

Kainattaki Düzen "Beni Allah Yarattı" Diyor | İntizam Delili ᴴᴰ (Haziran 2019).

Anonim

Biyolojik organizmalar bildiğimiz en karmaşık makinelerdir ve yüksek verimlilikle zorlu fonksiyonlara ulaşma yeteneğine sahiptir.

Bu biyo-makinelerdeki ortak bir tema, önemli olan her şeyin tek moleküller düzeyinde gerçekleşmesidir - yani, nano boyutta.

Bu biyo-sistemlerin işlevselliği, kendiliğinden toplanmaya dayanır - yani, moleküller iyi tanımlanmış yapıları oluşturmak için birbirleriyle hassas ve seçici bir şekilde etkileşir. Bu fenomenin iyi bilinen bir örneği DNA'nın çift sarmal yapısıdır.

Şimdi, FLEET fizikçileri de dahil olmak üzere uluslararası bir bilim insanı grubu olan kendi kendini bir araya getiren biyo-sistemlerden esinlenerek, yeni fotovoltaik ve kataliz teknolojilerinin anahtarı olabilecek yeni, karbon bazlı, kendinden montajlı bir nanomalzeme yaratıldı.

Öz-meclis kullanarak, araştırmacılar atomik-ölçekli hassasiyetle, organik (karbon-bazlı) moleküller ve demir atomlarından oluşan yeni bir 1-D nanoyapı ile mühendislik edebildiler.

Bulgular bu ay Nature Communications ve ACS Nano'da yayınlanan iki çalışmada açıklanmıştır.

Kendinden montaj yoluyla atomik ölçek hassasiyeti: işlevselliğe giden bir yol

Monash Üniversitesi ve FLEET baş araştırmacısı kıdemli öğretim görevlisi olan lider bilim adamı Dr. Agustin Schiffrin, “Tek atom ve moleküllerin konumunu teker teker kontrol ederek nanomalzemelerin imal edilmesi çok imkansız olsa da, ” diyor.

"Bunun yerine, doğru molekülleri, atomları ve hazırlık koşullarını seçerek, kendinden montaj yoluyla atomik olarak hassas yapılar oluşturabiliriz."

Schiffrin, “Bu, hiçbir dış müdahalenin gerekmediği faydaya sahiptir” diye açıklıyor.

Bu türden kendiliğinden toplanma kabiliyeti organik (yani, karbon bazlı) moleküllerin nano birimler oluşturmasıdır.

Bu organik moleküllerin şekli, boyutu ve etkileşimli fonksiyonel grupları, organik sentetik kimya kullanılarak neredeyse sonsuz sayıda yoldan ayarlanabilir.

Moleküller arasındaki etkileşimlerin kontrolü, DNA'daki nükleik asitler arasındaki etkileşimin, çift sarmalın yükselmesine yol açacak şekilde, istenen, iyi tanımlanmış nanoyapı oluşumuna yol açar.

"Böylece, çok hassas, mühendislik yapısına sahip malzemeler üretebiliriz, bu da istenen elektronik özelliklere sahip malzemeyle sonuçlanır, " diyor yardımcı yazar Marina Castelli, Ph.D. Monash Üniversitesi Fizik ve Astronomi Yüksek Okulu öğrencisi.

Monash Araştırma Görevlisi Dr. Cornelius Krull, “Biyolojik organizmaların işlevleri nano ölçekli etkileşimlere bağlı olduğu gibi, bu yeni malzemelerin fiziksel ve elektronik özellikleri yapılarından tek moleküllü bir seviyede geliyor” diyor.

Alttan yukarı yukarıdan aşağıya doğru atıyor

Litografi gibi malzeme nanofabrikasyon için geleneksel yöntemler, maddenin yukarı kaldırılmasıyla şekillendirilmiş materyaller ile 'yukarıdan aşağıya' yaklaşımlara dayanır. Bu tür yöntemler en iyi 1 nanometre sırasındaki kararlarla sınırlıdır.

Bunun yerine, 'aşağıdan yukarıya' yöntemler, daha yüksek bir kontrol seviyesi ve elektronik özelliklerin etkinliği potansiyeline sahip alt nanometre paterni çözünürlüğüne izin verebilir.

Ayrıca, substrat olarak bir yüzey ile 'aşağıdan yukarıya' sentez yaklaşımlarının uygulanması, geleneksel sentetik yöntemlerle elde edilemeyen özelliklere sahip nanoyapılara izin verir.

Metal-organik moleküler komplekslere dayanan nanomalzemeler, hem teknolojik hem de biyolojik olarak, katalizden fotovoltaiklere, gaz algılama ve depolamaya kadar çok çeşitli kullanışlı işlevsellikler sağlar.

Bu sistemlerde, metal-organik koordinasyon motifinin atomik ölçekli morfolojisi ve elektronik konfigürasyonu, tüm elektronik ve kimyasal özelliklerini dikte eden önemli bir rol oynamaktadır.

İki çalışma

ACS Nano'da yayınlanan "Bir Demir-Terpiridin Makromolekül Kompleksinin Oluşumu ve Elektronik Yapısı Üzerindeki Optoelektronik Özelliklerin Tasarlanması - 1-D demirin elektronik durumlarının (işgal edilen ve kullanılmayan) enerji ve mekânsal bağımlılığı" Fermi seviyesine yakın bir enerji aralığında, fotovoltaik, foto-kataliz ve ışık yayan cihazlar gibi optoelektronik uygulamalar için yararlı olabilecek -sağlanmış metal-organik nanoyapı.

Tek atom seviyesinde yapı ve kimyayı incelemek " Doğa haberleşmesiyle yayınlanan bir yüzeyde" demir yüklü trinükleer metal-nano-nano-nano-nano-nükleer yapılar ", atomik ölçekte moleküler yapıyı ve nontrivialin yük dağılımını tanımlar. kataliz uygulamaları için yararlı olan demir molekülü koordinasyon motifi.

menu
menu