La producción de nanomateriales implica procesos de autoensamblaje de moléculas funcionalizadas orgánicas en superficies inorgánicas. Esta combinación de componentes orgánicos e inorgánicos es esencial para aplicaciones en electrónica orgánica y otras áreas de la nanotecnología.
Hasta ahora, ciertas propiedades superficiales deseadas a menudo se lograban mediante prueba y error. Las moléculas se modificaban químicamente hasta que se encontraba el mejor resultado para la propiedad superficial deseada. Sin embargo, los procesos que controlan el autoensamblaje de moléculas en las interfacesson tan complejos que pequeños cambios moleculares pueden dar lugar a motivos completamente diferentes. Los físicos de TU Graz explican esta formación de estructura inesperada en un estudio publicado en la revista ACS Nano . Para este propósito, los investigadores estudiaron compuestos de quinoides en una superficie de plata. El primer autor Andreas Jeindl del Instituto de Física del Estado Sólido explica: "Ingenuamente, uno podría esperar que moléculas con tamaños ligeramente diferentes pero la misma funcionalización formen motivos similares.En notable contraste, nuestro estudio conjunto teórico y experimental muestra que las quinonas pueden formar diversas estructuras. A pesar de las constantes condiciones iniciales, la formación de estas estructuras no se puede predecir ni planificar sin un conocimiento detallado de las interacciones relevantes ".
Tres fuerzas impulsoras opuestas
Los investigadores de Graz, junto con un equipo de la FSU Jena, han comenzado a analizar esta imprevisibilidad. Descubrieron que la formación de la estructura es el resultado de un compromiso entre tres fuerzas impulsoras opuestas: la interacción entre moléculas yel metal intenta forzar a todas las moléculas en la misma orientación, mientras que la interacción entre moléculas a veces favorece diferentes orientaciones. Las formas geométricas de las moléculas actúan entonces como un tercer factor, impidiendo o permitiendo solo parcialmente ciertas interacciones.
En base a esto, pudieron establecer un principio de diseño con el cual se pueden predecir las estructuras que se forman en las interfaces y, posteriormente, sus propiedades, al menos para una primera clase de moléculas. Un papel esencial lo desempeña unalgoritmo de búsqueda SAMPLE basado en el aprendizaje automático. Jeindl explica: "Pudimos mostrar en esta publicación que las estructuras predichas por nuestro algoritmo están en excelente acuerdo con las caracterizaciones experimentales de las interfaces orgánico-inorgánicas, tanto en cómo se orientan las moléculasen la superficie y en cómo los motivos se repiten en la superficie. Además, nuestro análisis, por primera vez, permitió un desglose detallado y cuantitativo de las fuerzas impulsoras, no solo de las estructuras formadas experimentalmente, sino de facto de todas las estructuras concebibles. Esta es una mirada importante entre bastidores de la formación de estructuras ".
Propiedades interfaciales con bloques de construcción modulares
La interacción no intuitiva de mecanismos de interacción igualmente importantes sigue siendo un desafío para el diseño de interfaces funcionales. Sin embargo, con una investigación detallada de todas las fuerzas impulsoras, los físicos de TU Graz pueden idear un principio de diseño para el yo-montaje de moléculas funcionalizadas para una clase determinada de moléculas. Una vez que hay suficientes análisis para diferentes clases de moléculas, las moléculas correctas para las propiedades interfaciales deseadas se pueden ensamblar fácilmente en la computadora a partir de bloques de construcción modulares.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Graz . Original escrito por Susanne Eigner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :