Solo unas pocas formas geométricas básicas se prestan para cubrir una superficie sin superposiciones o huecos usando mosaicos de forma uniforme: triángulos, rectángulos y hexágonos. Es posible que haya patrones regulares mucho más y significativamente más complejos con dos o más formas de mosaico.llamadas teselaciones o inclinaciones de Arquímedes.
Los materiales también pueden exhibir características de mosaico. Estas estructuras a menudo se asocian con propiedades muy especiales, por ejemplo, conductividad eléctrica inusual, reflectividad especial de la luz o resistencia mecánica extrema. Pero, producir tales materiales es difícil. Requiere grandes bloques de construcción moleculares que no soncompatible con los procesos de fabricación tradicionales.
Teselaciones complejas a través de la autoorganización
Un equipo internacional dirigido por los profesores Florian Klappenberger y Johannes Barth en la Cátedra de Física Experimental de TUM, así como el profesor Mario Ruben en el Instituto de Tecnología de Karlsruhe, ahora han logrado un gran avance en una clase de redes supramoleculares: se volvieron orgánicosmoléculas para combinar en bloques de construcción más grandes con un mosaico complejo formado de manera autoorganizada.
Como compuesto de partida, utilizaron etinil yodofenantreno, una molécula orgánica fácil de manejar que comprende tres anillos de carbono acoplados con un extremo de yodo y alquino. En un sustrato de plata, esta molécula forma una red regular con grandes mallas hexagonales.
El tratamiento térmico luego pone en marcha una serie de procesos químicos, produciendo un nuevo bloque de construcción significativamente más grande que luego forma una capa compleja con pequeños poros hexagonales, rectangulares y triangulares de forma prácticamente automática y autoorganizada. En el lenguaje de la geometría, este patrónse conoce como una teselación semirregular 3.4.6.4.
Economía del átomo a través del reciclaje de subproductos
"Las mediciones de microscopía de túnel de barrido que realizamos en TUM muestran claramente que la reorganización molecular implica muchas reacciones que normalmente darían como resultado numerosos subproductos. En este caso, sin embargo, los subproductos se reciclan, lo que significa que el proceso general se ejecutacon una gran economía de átomos casi un cien por ciento de recuperación para llegar al producto final deseado ", explica el profesor Klappenberger.
Los investigadores descubrieron precisamente cómo sucede esto en otros experimentos. "Utilizando mediciones de espectroscopía de rayos X en el anillo de almacenamiento de electrones BESSY II del Helmholtz-Zentrum Berlin, pudimos descifrar cómo se separa el yodo del producto inicial, los átomos de hidrógeno se muevena nuevas posiciones y los grupos alquino capturan el átomo de plata ", explica el autor principal Yi-Qi Zhang.
Por medio del átomo de plata, dos bloques de construcción iniciales se unen a un nuevo bloque de construcción más grande. Estos nuevos bloques de construcción forman la compleja estructura de poros observada.
"Hemos descubierto un enfoque completamente nuevo para producir materiales complejos a partir de bloques de construcción orgánicos simples", resume Klappenberger. "Esto es importante para la capacidad de sintetizar materiales con características específicas y novedosas específicas. Estos resultados también contribuyen a comprender mejor lo espontáneoaparición aparición de complejidad en sistemas químicos y biológicos "
La investigación fue financiada por la German Research Foundation en el contexto del Excellence Cluster Munich Center for Advanced Photonics, así como el programa prioritario SPP 1459, el Transregio TR 88 3MET C5 y el proyecto DFG KL 2294/3 yConsejo Europeo de Investigación ERC Advanced Grant MolArt. La síntesis y caracterización de las moléculas se realizó en la micro instalación Nano de Karlsruhe.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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