|
|
Unsere M A T E R I A L R E C H E R C H E N geben ...
Innovations-Impulse - über 200 namhafte Unternehmen haben bereits unsere Dienstleistungen (Recherche & Beratung) in Anspruch genommen! Wann zählt ihr Unternehmen dazu?
Unter dem Rastertunnelmikroskop: Zweidimensionales Gitter aus Fulleren-Nanoketten.
Molekulare Selbstorganisation: Wo Moleküle sich gerne niederlassen
Schon seit geraumer Zeit untersuchen PhysikerInnen, wie Oberflächen beschaffen sein müssen, damit sich Moleküle darauf in bestimmten Mustern anordnen. Ihr Ziel: Die Moleküle sollen auf der präparierten Oberfläche wohldefinierte Strukturen im Nanometerbereich bilden.
Kürzlich haben Empa-Forscher in einer Studie gezeigt, wie eine Goldoberfläche ausgestattet sein muss, damit Fullerenmoleküle darauf in einer bestimmten "Sitzordnung" Platz nehmen können. Von der gezielten Selbstorganisation gewisser Moleküle versprechen sich Forschungskreise neuartige Anwendungen in der Sensorik, der molekularen Elektronik oder der Katalyse.
"Nature Nanotechnology" bezeichnete sie als "Research Highlight"; die Rede ist von einer Studie über sich selbst organisierende Moleküle des Empa-Forschers Roman Fasel und seines Teams. Wie sie in der Oktober-Ausgabe des "Journal of Physical Chemistry" schreiben, verwendeten die Empa-Forscher eine besonders präparierte Goldoberfläche, auf der sich Fullerenmoleküle (C60) - die aus 60 Kohlenstoffatomen bestehenden so genannten "Buckyballs" - regelmässig anordnen. Der Trick besteht darin, den Buckyballs auf einer speziell zugeschnittenen, stufenartigen Oberfläche "Sitzgelegenheiten" anzubieten, wo sie sich stets in der gleichen "Sitzordnung" niederlassen.
Als "tribünenartigen Parkettraum" benutzten die Nanoforscher eine Goldoberfläche mit kleinen Treppenstufen. Auf den einzelnen Treppenstufen wiederum entstand nun eine Struktur mit sich rhythmisch abwechselnden Bereichen von unterschiedlich angeordneten Goldatomen. Treppenstufen und das Stufenmuster bildeten zusammen ein zweidimensionales Gitter. Gaben sie nun Fullerene auf das Substrat, konnten die Wissenschaftler feststellen, dass sich die Moleküle an den immer gleichen Orten des Gitters ansiedeln, nämlich jeweils am unteren Ende der Stufenkanten, in Ketten von meist vier oder fünf Molekülen.
Das Experiment zeige, so Roman Fasel, dass sich die Anordnung von Molekülen durch speziell präparierte Oberflächen steuern lasse. Und dies geschieht erst noch bei Zimmertemperatur. "Vorstellbar sind unendlich viele Kombinationen von sich selbst organisierenden Molekülen auf den entsprechenden Oberflächen", sagt Fasel. "Wir haben nun an einer bestimmten Kombination vorgeführt, dass eine gezielte Verankerung von Molekülen auf einer Oberfläche prinzipiell möglich ist". Mit komplexeren Molekülen sollten sich auf ähnliche Art und Weise dereinst beispielsweise nanometergrosse Schaltkreise herstellen lassen, die in winzigen elektronischen Bauteilen eingesetzt werden könnten, so Fasel, der auch das von der EU im 6. Rahmenprogramm geförderte Projekt RADSAS koordiniert ("Rational Design and Characterisation of Supramolecular Architectures on Surfaces").
Im RADSAS-Projekt untersuchen und entwickeln die Empa-Forscher zusammen mit Partnern vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz und der University of Liverpool neue Strategien für den kontrollierten Aufbau supramolekularer Strukturen auf Oberflächen. Das langfristige Ziel ist, die molekulare Selbstorganisation so zu verstehen und zu steuern, dass sich Anwendungen auf Nanometerskala nicht nur im Labor, sondern auch für die industrielle Herstellung umsetzen lassen.
Empa. Materialforschung und Technologie / Informationsdienst Wissenschaft.
Weitere Informationen
Fachliche Informationen:
Dr. Roman Fasel, Abt. nanotech@surfaces, +41 44 823 43 48, roman.fasel@empa.ch
Redaktion und Bilder:
Sabine Voser Möbus, Abt. Kommunikation, +41 44 823 45 99, sabine.voser@empa.ch
 Mehr zu diesem Thema:
Einem Team von Forschern der Universität Hamburg und des spanischen Forschungszentrums IMDEA Nanoscience ist es gelungen, Materialien auf chemischem Wege herzustellen, die sich durch Selbstorganisation zu zweidimensionalen Nanostrukturen zusammenfinden.
Die neuartigen Strukturen können in flexiblen elektronischen Schaltungen, Solarzellen oder Photosensoren eingesetzt werden. In der Titelgeschichte der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins „Science“ stellt die deutsch-spanische Forschungsgruppe ihre Entdeckung vor.
Die Gruppe um Prof. Dr. Horst Weller, Jun.-Prof. Dr. Christian Klinke (Universität Hamburg) und Dr. Beatriz H. Juarez (Forschungszentrum IMDEA NANOSCIENCE, Madrid) hat einfache Nanoteilchen dazu gebracht, sich zu zweidimensionalen ... mehr 
Erstes zweidimensionales organisches Metall aus Fullerenen
Seit ihrer Entdeckung Mitte der 1980er Jahre haben Fullerene Furore gemacht. Die winzigen Hohlkugeln aus 60 Kohlenstoffatomen, die wie Miniaturfußbälle aus Sechs- und Fünfringen aufgebaut sind, haben außergewöhnliche physikalische Eigenschaften. Inzwischen wurde eine ganze Reihe fullerenhaltiger Materialien entwickelt. Nun kommt eine neue Variante hinzu: Ein russisch-japanisches Team hat das erste Material aus zweidimensionalen Fulleren-Schichten hergestellt, das sich wie ein Metall verhält ... mehr
Manche Moleküle können sich auf Oberflächen in spezifischen Mustern selbst anordnen. Diese Selbstorganisation spielt bei technischen Anwendungen eine Rolle, die auf funktionellen Oberflächenstrukturen beruhen.
Bislang konnten diese Prozesse aber kaum gesteuert oder vorhergesagt werden. Einem Forscherteam unter der Leitung der Physikerin Dr. Bianca Hermann vom "Center for NanoScience" (CeNS) der LMU München gelang hier nun, ein Durchbruch: Eine Kombination aus statistischer Physik und detaillierten Simulationen mit rastertunnelmikroskopischen Aufnahmen lieferte ein vereinfachtes Modell zur Vorhersage der Muster. "Wir können nun in der Theorie eine Vielzahl von Mustern reproduzieren, die ... mehr
|
|
Empfehlungen zum Thema
Tze-jer Chuang et al.
Kluwer
Janos H. Fendler
Wiley-VCH
Heinrich Hofmann et al.
Springer
Richard D. Booker
Wiley-Vch Dummies
Terry L Alford et al
Springer
Kenneth E. Gonsalves
Wiley & Sons
Kenneth J. Klabunde, Ryan M. Richards
John Wiley & Sons
Horst Hahn et al.
Springer
Materialsgate Glossar
Fullerene
Unter Fullerenen wird eine Gruppe von ausschließlich aus Kohlenstoffatomen aufgebauten Molekülen zusammengefasst. Fullerene sind neben Diamant und Graphit die dritte Element-Modifikation des Kohlenstoffs.
Katalyse
Als Katalyse wird die Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch den Einsatz eines Katalysators bezeichnet, dabei wird die Lage des thermodynamischen Gleichgewichts nicht verändert.
Oberfläche
Unter einer Oberfläche versteht man die Fläche zwischen einer festen und einer gasförmigen Phase.
Selbstorganisation
Der Begriff Selbstorganisation beschreibt in den Naturwissenschaften Vorgänge und Prozesse, bei denen Ordnung scheinbar selbsttätig entsteht.
Substrat
In den Materialwissenschaften wird unter einem Substrat das zu behandelnde Material verstanden. In aller Regel wird die Oberfläche des Substrats veredelt, beschichtet oder modifiziert, um maßgeschneiderte Anforderungsprofile einzustellen.
|
|
Druckansicht
