โครงสร้างนาโนที่ประกอบขึ้นเองด้วยโครงสร้างที่แม่นยำและมีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ปรับแต่งได้

Anonim

สิ่งมีชีวิตทางชีวภาพเป็นเครื่องจักรที่ซับซ้อนมากที่สุดที่เรารู้จักและมีความสามารถในการบรรลุหน้าที่ที่เรียกร้องได้อย่างมีประสิทธิภาพ

รูปแบบทั่วไปในเครื่องชีวภาพเหล่านี้คือทุกสิ่งที่สำคัญเกิดขึ้นในระดับของโมเลกุลเดี่ยวนั่นคือที่ระดับนาโน

การทำงานของระบบชีวภาพเหล่านี้อาศัยการประกอบตัวเองนั่นคือโมเลกุลที่มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างแม่นยำและมีการคัดเลือกซึ่งกันและกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่ดี ตัวอย่างที่รู้จักกันดีของปรากฏการณ์นี้คือโครงสร้างของเกลียวสองสายของดีเอ็นเอ

กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ระดับโลกซึ่งรวมถึงนักฟิสิกส์ของ FLEET ได้สร้างนาโนคาร์บอนขึ้นใหม่ที่ประกอบขึ้นด้วยตัวเองซึ่งอาจเป็นกุญแจสำคัญของเทคโนโลยี photovoltaic และ catalysis ใหม่ ๆ

นักวิจัยสามารถใช้ความสามารถในการประกอบตัวเองด้วยความแม่นยำระดับอะตอมที่มีโครงสร้างนาโนเมตร 1 มิติใหม่ประกอบด้วยโมเลกุลและอะตอมของอะตอมที่มีคาร์บอนอินทรีย์

ผลการวิจัยได้อธิบายไว้ในการศึกษาสองฉบับที่ตีพิมพ์ในเดือนนี้ใน Nature Communications และ ACS Nano

ความแม่นยำระดับอะตอมด้วยการประกอบตัวเอง: เส้นทางสู่การทำงาน

นักวิทยาศาสตร์ชั้นนำดร. อากัสตินชริรรินผู้เป็นวิทยากรอาวุโสของ Monash University และ FLEET กล่าวว่า "การผลิตวัสดุนาโนโดยการควบคุมตำแหน่งของอะตอมเดี่ยวและโมเลกุลเดี่ยวทีละหนึ่งครั้งเป็นเรื่องที่น่าเบื่อมากถ้าไม่เป็นไปไม่ได้

"เราสามารถสร้างโครงสร้างอะตอมที่แม่นยำผ่านการประกอบตัวเองโดยการเลือกโมเลกุลอะตอมและเงื่อนไขในการจัดเตรียมที่ถูกต้อง"

"นี่เป็นประโยชน์ที่ไม่จำเป็นต้องมีการแทรกแซงจากภายนอก" Dr. Schiffrin อธิบาย

ความสามารถในการประกอบตัวเองดังกล่าวมาจากการใช้โมเลกุลอินทรีย์ (นั่นคือคาร์บอน) เป็นตัวสร้าง nano-units

รูปร่างขนาดและกลุ่มการทำงานที่มีปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลอินทรีย์เหล่านี้สามารถปรับเปลี่ยนได้โดยใช้สารเคมีสังเคราะห์อินทรีย์เกือบไม่สิ้นสุด

การควบคุมการปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลนำไปสู่การสร้างโครงสร้างนาโนที่ต้องการและมีการกำหนดรูปแบบที่ดีเช่นเดียวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างกรดนิวคลีอิกในดีเอ็นเอก่อให้เกิดเกลียวสองสาย

ผู้ร่วมเขียนหนังสือ Marina Castelli, Ph.D. กล่าวว่า "เราสามารถสร้างวัสดุที่มีโครงสร้างทางวิศวกรรมที่แม่นยำมากซึ่งส่งผลให้วัสดุที่มีคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการ" นักศึกษาสาขาวิชาฟิสิกส์และดาราศาสตร์มหาวิทยาลัย Monash University

คุณสมบัติทางกายภาพและทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุใหม่ ๆ เหล่านี้มาจากโครงสร้างของพวกเขาในระดับโมเลกุลเดี่ยว "Monash Research Fellow Dr. Cornelius Krull อธิบายว่า" เช่นเดียวกับการทำงานของสิ่งมีชีวิตชีวภาพขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ระหว่างนาโน

ล่างขึ้นจากบนลงล่าง

วิธีการทั่วไปสำหรับการผลิตวัสดุนาโนอย่างเช่นการพิมพ์ภาพจะขึ้นอยู่กับแนวทาง "บนลงล่าง" โดยใช้วัสดุที่มีลวดลายด้วยการกำจัดของวัตถุ วิธีการดังกล่าวมีข้อ จำกัด อยู่ที่ความละเอียดของคำสั่งของ 1 นาโนเมตรที่ดีที่สุด

แต่วิธีการ "bottom-up" สามารถให้ความละเอียดของรูปแบบ sub nanomet ได้โดยมีศักยภาพในการควบคุมและเพิ่มประสิทธิภาพของสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ได้ดีขึ้น

นอกจากนี้การใช้วิธีการสังเคราะห์ด้านล่างขึ้นกับพื้นผิวเป็นพื้นผิวช่วยให้โครงสร้างนาโนมีคุณสมบัติที่ไม่สามารถทำได้ด้วยวิธีการสังเคราะห์แบบเดิม

สารประกอบนาโนที่อยู่บนพื้นฐานของโมเลกุลที่เป็นโลหะและอินทรีย์ช่วยให้สามารถใช้งานได้หลากหลายทั้งเทคโนโลยีและชีวภาพจากการเร่งปฏิกิริยาไปจนถึงการถ่ายเทความร้อนและการเก็บรักษาด้วยแก๊สโซลาร์เซลล์

ในระบบเหล่านี้ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของอะตอมและรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์ของตัวประสานการประสานงานโลหะและอินทรีย์มีบทบาทสำคัญโดยกำหนดคุณสมบัติทางเคมีและอิเล็คทรอนิคส์โดยรวม

ทั้งสองการศึกษา

"การออกแบบคุณสมบัติทางออปติคัลโทรลโดยการสังเคราะห์บนพื้นผิว: การก่อตัวและโครงสร้างทางอิเล็คทรอนิกส์ของโครงสร้างเหล็ก - เทอร์พิดิดีน Macromolecular" ที่ตีพิมพ์ใน ACS Nano อธิบายการพึ่งพิงพลังงานและอวกาศของสถานะอิเลคทรอนิคส์ (ว่างและไม่ว่าง) ของเหล็กรูปที่ 1 based nanospructure อินทรีย์โลหะในช่วงพลังงานใกล้ระดับ Fermi ซึ่งสามารถเป็นประโยชน์สำหรับการใช้งาน optoelectronic เช่น photovoltaics, photo-catalysis และอุปกรณ์เปล่งแสง

การศึกษาโครงสร้างและเคมีในระดับอะตอมเดี่ยวบทความ "โครงสร้างอนุภาคนาโนที่มีโครงสร้างเหล็กสามชั้นบนพื้นผิวที่มีการสะสมประจุในตัว" เผยแพร่ในงาน Nature Communications อธิบายถึงโครงสร้างอะตอมของอะตอมที่มีโครงสร้างอนุภาคและการกระจายประจุไฟฟ้าที่ไม่เป็นอันตราย โมเลกุลการประสานงานของโมเลกุลเหล็กและโมเลกุลที่มีประโยชน์สำหรับการประยุกต์ใช้การเร่งปฏิกิริยา

menu
menu