Construir a nanoescala no es como construir una casa. Los científicos a menudo comienzan con capas moleculares bidimensionales y las combinan para formar arquitecturas tridimensionales complejas. Y en lugar de clavos y tornillos, estas estructuras están unidas por la atractiva van derWaals fuerzas que existen entre objetos a nanoescala.
Las fuerzas de Van der Waals son críticas en la construcción de materiales para el almacenamiento de energía, sensores bioquímicos y electrónica, aunque son débiles en comparación con los enlaces químicos. También juegan un papel crucial en los sistemas de administración de medicamentos, determinando qué medicamentos se unen a los sitios activos enproteínas
En una nueva investigación que podría ayudar a informar el desarrollo de nuevos materiales, los químicos de Cornell descubrieron que el espacio vacío "poros" presente en los bloques de construcción moleculares bidimensionales cambia fundamentalmente la fuerza de estas fuerzas de van der Waals y puede alterar potencialmenteel ensamblaje de nanoestructuras sofisticadas
Los hallazgos representan una vía inexplorada para gobernar el autoensamblaje de nanoestructuras complejas a partir de bloques de construcción bidimensionales porosos. "Esperamos que una comprensión más completa de estas fuerzas ayude en el descubrimiento y desarrollo de nuevos materiales con diversas funcionalidades,propiedades específicas y aplicaciones potencialmente novedosas ", dijo Robert A. DiStasio Jr., profesor asistente de química en la Facultad de Artes y Ciencias.
En un documento titulado "Influencia del tamaño de poro en la interacción de van der Waals en moléculas y materiales bidimensionales", publicado el 14 de enero en Cartas de revisión física DiStasio, el estudiante graduado Yan Yang y el asociado posdoctoral Ka Un Lao describen una serie de modelos matemáticos que abordan la cuestión de cómo el espacio vacío afecta fundamentalmente las fuerzas físicas atractivas que ocurren a distancias de nanoescala.
En tres sistemas de modelos prototípicos, los investigadores encontraron que los tamaños de poro particulares conducen a un comportamiento inesperado en las leyes físicas que rigen las fuerzas de van der Waals. Además, escriben, este comportamiento "se puede ajustar variando el tamaño relativo y la forma de estosespacios vacíos ... [proporcionando] una nueva visión del autoensamblaje y diseño de nanoestructuras complejas "
Mientras que los enlaces covalentes fuertes son responsables de la formación de capas moleculares bidimensionales, las interacciones de van der Waals proporcionan la principal fuerza de atracción entre las capas. Como tal, las fuerzas de van der Waals son en gran parte responsables del autoensamblaje de los tres complejosnanoestructuras dimensionales que componen muchos de los materiales avanzados que se usan en la actualidad.
Los investigadores demostraron sus hallazgos con numerosos sistemas bidimensionales, incluidos los marcos orgánicos covalentes, que están dotados de poros ajustables y potencialmente muy grandes.
"Me sorprende que la complicada relación entre el espacio vacío y las fuerzas de van der Waals pueda racionalizarse a través de modelos tan simples", dijo Yang. "Al mismo tiempo, estoy realmente entusiasmado con nuestros hallazgos, ya que incluso pequeños cambios en elLas fuerzas de van der Waals pueden afectar notablemente las propiedades de las moléculas y los materiales ".
El trabajo recibió fondos del Centro de Investigación de Materiales de Cornell y la Fundación Nacional de Ciencias, y recursos computacionales del Centro de Computación Científica de Investigación de Energía Nacional a través del Departamento de Energía de los EE. UU.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por Linda B. Glaser. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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