Los polímeros sintéticos son omnipresentes: nylon, poliéster, teflón y epoxi, por nombrar solo algunos, y estos polímeros son estructuras largas y lineales que se enredan en estructuras imprecisas. Los químicos han soñado desde hace mucho tiempo con polímeros bidimensionales,estructuras cuadriculadas, pero este objetivo ha resultado ser un desafío.
Los primeros ejemplos de tales estructuras, ahora conocidos como marcos orgánicos covalentes COF, se descubrieron en 2005, pero su calidad ha sido deficiente y los métodos de preparación no están controlados. Ahora, un equipo de investigación de la Universidad Northwestern es el primero en producir productos de alta calidadversiones de estos materiales, demuestran sus propiedades superiores y controlan su crecimiento.
Los investigadores desarrollaron un proceso de crecimiento de dos pasos que produce polímeros orgánicos con estructuras cristalinas bidimensionales. La precisión de la estructura del material y el espacio vacío que proporcionan sus poros hexagonales permitirán a los científicos diseñar nuevos materiales con propiedades deseables.
Incluso los COF de baja calidad han demostrado ser prometedores para la purificación del agua, el almacenamiento de electricidad, el blindaje corporal y otros materiales compuestos resistentes. Una vez desarrollados, las muestras de estos materiales de mayor calidad permitirán explorar estas aplicaciones más a fondo.
"Estos marcos orgánicos covalentes llenan un vacío de un siglo en la ciencia de los polímeros", dijo William Dichtel, un experto en química orgánica y de polímeros que dirigió el estudio. "La mayoría de los plásticos son estructuras largas y lineales que se enredan como espaguetis. Nosotroshemos fabricado polímeros bidimensionales ordenados donde los bloques de construcción están dispuestos en una cuadrícula perfecta de hexágonos repetidos. Esto nos da un control preciso de la estructura y sus propiedades ".
Dichtel es el Profesor Robert L. Letsinger de Química en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern.
El estudio, "Crecimiento sembrado de marcos orgánicos covalentes bidimensionales de un solo cristal", será publicado el 21 de junio por la revista ciencia a través de First Release. El papel aparecerá impreso en una fecha posterior
Los COF 2D tienen poros permanentes y un área de superficie extremadamente alta. Imagine el área de la superficie de un campo de fútbol contenido en aproximadamente dos gramos de material, o dos clips de papel, dijo Dichtel. Cada pequeño agujero tiene el mismo tamaño y forma y tiene exactamentela misma composición
En el proceso de dos pasos, los científicos primero cultivan "semillas" de partículas pequeñas a las que agregan lentamente más bloques de construcción, bajo condiciones cuidadosamente controladas. La adición lenta hace que los bloques de construcción se agreguen a las semillas en lugar de crear nuevassemillas. El resultado son partículas más grandes y de alta calidad formadas por láminas hexagonales grandes en lugar de un montón de cristales agregados.
"Esto es principalmente un documento de síntesis, pero también medimos propiedades que surgen solo en estas muestras de alta calidad", dijo Dichtel. "Por ejemplo, mostramos que la energía puede moverse a través de la estructura después de que absorbe la luz, que puede serútil en la conversión de energía solar "
Una vez que se cultivaron los COF 2D, los colegas químicos Nathan C. Gianneschi y Lucas R. Parent estudiaron cuidadosamente las partículas con un microscopio electrónico. Confirmaron que las partículas son individuales y no agregadas y son perfectamente uniformes en toda la estructura.
Gianneschi es profesor de Jacob y Rosaline Cohn en el departamento de química en Weinberg College. También es profesor en los departamentos de ciencia e ingeniería de materiales y de ingeniería biomédica en la McCormick School of Engineering. Parent es becario postdoctoral en Gianneschi'sgrupo. Ambos son coautores del artículo.
A continuación, Lin X. Chen y Richard D. Schaller midieron cómo interactúa uno de los materiales con la luz. Sus estudios muestran que la energía puede moverse a través de estos materiales por distancias mucho más largas que los tamaños disponibles a través de métodos antiguos.
Chen es profesor de química y Schaller es profesor asistente de química, ambos en Weinberg. Ambos son coautores del artículo.
"Este estudio ha sido muy gratificante: hacer crecer con éxito estos materiales y comenzar a ver su promesa", dijo Dichtel, que ha estado estudiando COF durante una década. "Creemos que este desarrollo permitirá el campo de la ciencia de los polímeros."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Megan Fellman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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