Moleküllerden Nanoyapılar Üretmek İçin Yeni Yöntem

Biraz tamirciler için bir hobi mahzenine benziyor: duvarda alet rafları, garip aparatların, vidaların, penselerin, elektronik ve mekanik aksesuarların olduğu masalar, bir bilgisayar iş istasyonu, farklı dönemlerden elektronik bileşenlerin olduğu bir kule ve tam ortada gerçek deneysel kurulum: çeşitli hatlar ve kontrol pencereleri olan bir vakum odasından ve merkez parçası olarak bir taramalı tünelleme mikroskobundan oluşan bir yapı. Deutsches Museum'daki Nanobilimler Laboratuvarı Başkanı Markus Lackinger ve doktora sonrası araştırmacısı Lukas Grossmann burada çalışıyor.

Araştırma alanlarına "OSS", Yüzeyde Sentez adı verilir: Özel olarak tasarlanmış moleküller bir yüzeye biriktirilir ve daha sonra nanoyapılar oluşturmak üzere birleşmeleri için ultra yüksek vakumda ısıtılarak reaksiyona sokulur (sentez). Markus Lackinger, "Geleneksel yöntemde, bu tür işlemler için moleküller reaksiyonu destekleyen metal yüzeylere uygulanır, ancak ne yazık ki somut dezavantajları da vardır," diyor.

Örneğin, altta yatan metalle etkileşimler, özellikle uygulamalar için önemli olan, ortaya çıkan nanoyapıların özelliklerini etkiler ve değiştirir. Ek olarak, metaller - en yaygın kullanılanlar altın, gümüş veya bakırdır - nanoyapıların daha az kararlı olmasını sağlar çünkü bunlar yalnızca istenen bağlama reaksiyonunu kolaylaştırmakla kalmaz, aynı zamanda ağların ve moleküllerin ayrışmasını da hızlandırır. Metal yüzeyler de kirlenmeye ve oksidasyona karşı çok hassastır. Nanoyapılar gelecekte üretildikleri ultra yüksek vakumun dışında kullanılacaksa bu kritik öneme sahiptir.

Yaklaşık bir yıl önce, Markus Lackinger ve meslektaşı Lukas Grossmann bu nedenle moleküler sentez için bir substrat olarak grafitle deneyler yapmaya başladılar. Grossmann, "Grafitin reaksiyonumuz üzerinde kimyasal bir etkisi yoktur," diye açıklıyor, "bu da moleküler nanoyapıların yalnızca sıcaklığın etkisiyle yaratıldığı anlamına gelir. Bu, grafit yüzeyinin ayrışmaya katkıda bulunmadığı anlamına gelir, bu da grafit üzerindeki nanoyapıları metalik bir yüzeydekinden çok daha sağlam hale getirir." Ve nanoyapılar grafit substratla yalnızca zayıf bir şekilde etkileşime girdiğinden, gelecekte içsel özelliklerini araştırmak ve bunları daha sonra kullanmak daha kolay olacaktır.

Ama bu kadar basit değildi - altını grafitle değiştirmek - sonuçta: "Isındığında, metallerin önemli bir avantajı eksikti - yani yüzeydeki molekülleri güçlü bir şekilde bağlamaları," diyor Lackinger. "Moleküller grafitin üzerinde yatıyor olsaydı, sıcaklık arttıkça ince havaya karışırlardı." Yani tabiri caizse - çünkü "hava" aslında bu durumda yanlış terimdir, çünkü sentez normalde vakumda gerçekleşir.

Ve sorunun çözümü tam da burada yatıyordu: "Bizim hilemiz vakumda değil, soy gaz atmosferinde ısıtmamızdır," diyor Markus Lackinger. "Argon atomları moleküllerimizi grafit yüzeyinde, uçup gitmeden daha yüksek sıcaklıklarda birbirleriyle reaksiyona girmeleri için yeterince uzun süre tutar." Bir diğer hile ise sıcaklığı normalden yaklaşık yüz kat daha yavaş artırmaktı. Bu, moleküllere reaksiyon sıcaklığında bağ kurmaları ve stabilize olmaları için yeterli zamanı vermenin tek yoludur.

Yöntem, mucizevi malzeme grafenin yüzeylerinde bile işe yarıyor. Sadece bir karbon atomu kalınlığında olan bu iki boyutlu malzeme, egzotik özellikleri nedeniyle bilim için daha az reaktif ve özellikle çekici: "Grafen üzerindeki kovalent moleküler nanoyapılar, moleküler nanoyapılardan yapılan yeni tip elektronik bileşenlerin üretimi ve araştırması için başlangıç ​​noktası olabilir," diyor Markus Lackinger.

Markus Lackinger'in asil gazda ısıtma olarak adlandırdığı "moleküler düdüklü tencere" hakkındaki Angewandte Chemie International Edition dergisinde yayımlanan sonuçlar, diğer çalışma grupları tarafından yapılacak daha ileri araştırma çalışmalarının da temeli olabilir. Ancak, Münih'in Müze Adası'ndaki Araştırma Müzesi'nin laboratuvarlarında bilim insanları, yöntemlerini önce diğer moleküllerle test edecekler.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1185606/the-molecular-pressure-cooker.html