Эксперимент на BESSY II — сложные тесселяции и необычные материалы

Международная команда исследователей, возглавляемая Техническим университетом Мюнхена (TUM), обнаружила  путь, который создает экзотические слои с полурегулярными структурами. Такие материалы интересны, потому что они часто обладают необычайными свойствами. При этом простые органические молекулы превращаются в более крупные единицы, которые образуют сложные полурегулярные структуры. С экспериментами на синхротроне BESSY II в Гельмгольце-Центруме в Берлине это можно было наблюдать подробно.

Лишь несколько основных геометрических форм могут закрыть поверхность без перекрытий или зазоров, используя плитки из однородной формы: это треугольники, прямоугольники и шестиугольники. Значительно более сложные регулярные шаблоны возможны с двумя или более формами плитки. Это так называемые архимедовы тесселяции или тилинги.

Эти структуры часто связаны с очень особыми свойствами материалов, например необычной электропроводностью, специальной светоотражающей способностью или высокой механической прочностью. Но производить такие материалы сложно. Это требует больших молекулярных строительных блоков, которые не совместимы с традиционными производственными процессами.

Комплексные тесселяции посредством самоорганизации

Международная команда под руководством профессоров Флориана Клаппенбергера и Йоханнеса Барта на кафедре экспериментальной физики TUM, а также профессор Марио Рубен из Технологического института Карлсруэ в настоящее время совершили прорыв в классе супрамолекулярных сетей: они получили возможность объединить органические молекулы в более крупные «строительные блоки» со сложной структурой, сформированной через самоорганизацию.

В качестве исходного соединения они использовали этинил-йод-фенантрен, легкую для обработки органическую молекулу, содержащую три связанных углеродных кольца с иодом и алкином. На серебряном субстрате эта молекула образует обычную сеть с большими гексагональными сетками.

  Температура исцеляет литиевые дендриты в батареях

Затем термическая обработка запускает ряд химических процессов, создавая новый значительно более крупный строительный блок, который затем формирует сложный слой с небольшими гексагональными, прямоугольными и треугольными порами почти автоматически. На языке геометрии этот шаблон упоминается как полурегулярная мозаика 3.4.6.4.

«Измерения туннельной микроскопии, проведенные нами в TUM, ясно показывают, что молекулярная реорганизация включает в себя множество реакций, которые обычно приводят к многочисленным побочным продуктам. Однако в этом случае побочные продукты перерабатываются, а это означает, что общий процесс протекает с большой экономией  — почти стопроцентное восстановление — для достижения желаемого конечного продукта », — объясняет профессор Клаппенбергер.

Исследователи выяснили, как это происходит в дальнейших экспериментах. «Используя измерения рентгеновской спектроскопии на электронном накопителе BESSY II, мы смогли расшифровать, как йод расщепляется, как атомы водорода переходят в новые положения, а алкиновые группы захватывают атомы серебра», объясняет ведущий автор Yi-Qi Zhang.

«Мы обнаружили совершенно новый подход к производству сложных материалов из простых органических строительных блоков», — резюмирует Клаппенбергер. «Это важно для способности синтезировать материалы с конкретными новыми и экстремальными характеристиками, что также способствует лучшему пониманию спонтанного возникновения (появления) сложности в химических и биологических системах».

Источник: ab-news.ru

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться для отправки комментария.