septiembre 18, 2021

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El diseño 3D conduce a los primeros nanocables a nanoescala 1D estables, robustos y autoensamblables

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Ilustración esquemática de las estructuras jerárquicas de los haces de nanofibras de carbono hechos de partículas de nanografin retorcidas. Crédito: NINS / IMS

Nanografine es flexible pero más fuerte que el acero. Con propiedades físicas y electrónicas únicas, el material consta de partículas de carbono de un solo átomo de espesor dispuestas en forma de panal. Los métodos de fabricación actuales se encuentran todavía en una etapa temprana de desarrollo tecnológico y requieren la adición de sustitutos para obtener un material uniforme. Los métodos sin aditivos dan como resultado fibras frágiles y quebradizas, todavía.


Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado cables a nanoescala robustos, estables y autoensamblables. Los resultados fueron publicados el 24 de marzo en Revista de la Sociedad Química Estadounidense.

El equipo, dirigido por Yasutomo Sigawa, profesor asociado del Instituto de Ciencias Moleculares, parte de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón, ha comenzado a fabricar materiales nanográficos apilados y curvados sin fin, como papas fritas en una caja de cartón, que pueden se fusionan en nanocables.

“Los alambres de hidrocarburos apilados de manera efectiva tienen el potencial de usarse como una variedad de nanomateriales semiconductores”, dijo Segawa. “Anteriormente, se tenían que introducir alternativas que no se relacionaban o prohibían la función electrónica requerida para controlar el ensamblaje de cables”.

Al eliminar los sustitutos o aditivos del proceso de fabricación, los investigadores pueden desarrollar materiales moleculares que tengan una función electrónica específica y deseable, según Segawa. Con este objetivo en mente, el equipo desarrolló una molécula llamada nanografina desnaturalizada (bWNG), con 68 átomos de carbono y 28 átomos de hidrógeno formando la forma de una “manzana tacaña”. Formado como una solución, cuando se deja evaporar durante 24 horas en presencia de hexano, un componente de la gasolina con seis átomos de carbono, el bWNG se convierte en un gel.

El diseño 3D conduce a los primeros nanocables a nanoescala 1D estables, robustos y autoensamblables

La estructura de la doble hélice, nanofibras supramoleculares ensambladas a partir de nanopartículas deformadas “aguijón” (bWNG). (Arriba a la izquierda) Un grupo de dos bWNG. (Abajo a la izquierda) Vista superior de nanofibras. La doble hélice se forma con un diámetro de 2,8 nm y cada molécula se desplaza 45 grados. (Centro) Vista lateral de una nanofibra. (Derecha) Paquetes de nanofibras. Crédito: NINS / IMS

Los investigadores intentaron recristalizar las partículas de la solución original para examinar la estructura específica del gel de bWNG mediante cristalografía de rayos X. Esta técnica puede revelar átomos y Estructura molecular Cristalización irradiando la estructura con rayos X y observando cómo difracta.

“Intentamos recristalizar varias veces para determinar la estructura, pero solo creció a unos pocos cientos de nanómetros”, dijo Sigawa, señalando que este tamaño es demasiado pequeño para la cristalografía de rayos X. “Fue justo antes Difracción de electrones“Un nuevo método para determinar la estructura de la materia orgánica, pudimos analizar la estructura”.

La difracción de electrones es similar a la cristalografía de rayos X, pero utiliza electrones en lugar de rayos X, lo que da como resultado un patrón de interferencia con el material de muestra que indica la estructura interna.

El diseño 3D conduce a los primeros nanocables a nanoescala 1D estables, robustos y autoensamblables

El panel superior muestra la estructura molecular de la nanografina desnaturalizada “mordida” (bWNG). La parte inferior izquierda muestra una imagen de un organogel bWNG y la parte inferior derecha muestra una micrografía de las nanofibras bWNG. Crédito: NINS / IMS

Descubrieron que el gel bWNG consistía en nanofibras de doble hélice y doble hélice que se ensamblaban a sí mismas a partir de nanopartículas apilables y flexibles.

“La estructura de las nanofibras es una doble hélice de doble hebra, que es muy estable y, por lo tanto, fuerte”, dijo Segawa. “A continuación, queremos darnos cuenta de que un cable semiconductor está hecho completamente de átomos de carbono”.


Una forma nueva y eficiente de crear nanografías para dispositivos de visualización y energía


más información:
Kenta Kato et al, nanofibras moleculares de doble hélice ensambladas a partir de nanopartículas curvadas negativamente, Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2021). DOI: 10.1021 / jacs.1c00863

La frase: El diseño 3D conduce a los primeros nanocables a nanoescala robustos, estables y autoensamblables (2021, 1 de abril) Obtenido el 1 de abril de 2021 de https://phys.org/news/2021-04-3d-stable-strong-self-assembling – 1d.html

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