Forskare vid Tokyo Institute of Technology, RIKEN och Tohoku University har utvecklat en silikonpolymerkedja som kan självmontera till en 3D periodisk struktur. De uppnådde detta genom att använda sina nyligen rapporterade självmonterande triptycenmolekyler för att modifiera ändarna på polymerkedjorna.

Utvecklingen av nya mjuka material för olika optiska, mekanisk, värme/laddningstransport och nanoteknologiska tillämpningar skulle ha stor nytta av tekniker för att skapa polymersammansättningar i periodiskt ordnade strukturer. Sådana ordnade strukturer skapas med hjälp av molekylära byggnadsställningar eller genom att modifiera vissa delar av polymererna som används så att de självmonterar till önskad form.

Dock, forskare anser numera att terminal funktionalisering (modifiering av båda ändarna av en polymerkedja) inte är särskilt effektiv för att skapa periodiskt ordnade strukturer. Det är därför forskare från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), ledd av Fumitaka Ishiwari, var intresserade av att återbesöka en av deras nyligen utvecklade triptycenmolekyler, kallas 1, 8, 13-resa. Teamet hade redan visat att denna molekyl på ett tillförlitligt sätt kan självmontera till en periodisk 3D-struktur gjord av parallella 2D-ark separerade från varandra med ett fast avstånd (se fig. 1). "Vi var intresserade av att undersöka om den kraftfulla självmonterande förmågan hos detta triptycenmotiv också skulle fungera i polymersystem, " förklarar Ishiwari.

Därför, teamet designade polydimetylsiloxan (PDMS) kedjor med ändarna ersatta av en triptycenmolekyl. De hoppades att dessa modifierade silikonkedjor också skulle uppvisa det lovande självmonterande beteende som observerats för 1, 8, 13-resa ensam, och var därför tvungen att köra många olika experiment för att bevisa det, inklusive Synchrotron-Radiation röntgendiffraktion/-spridning med hjälp av BL45XU-strållinjen vid SPring-8 (Hyogo, Japan), differentiell scanning kalorimetri och spektroskopi mätningar. Lyckligtvis, alla resultat tycktes indikera att de modifierade PDMS-kedjorna hade självmonterats till den periodiska 3D-strukturen som visas i Fig. 2. Detta verifierades också genom att analysera skillnaderna i flödesegenskaperna för de modifierade PDMS-kedjorna och vanliga PDMS-kedjor.

Teamets resultat är mycket lovande eftersom triptycenmotivet som används är enkelt och lätt att syntetisera via korta steg, och kan ge ett kraftfullt verktyg för att organisera polymerer och förstärka deras strukturella och fysikaliska egenskaper. "Det aktuella fyndet kommer att uppdatera den allmänna uppfattningen att terminal funktionalisering inte är effektiv för att uppnå den kontrollerade sammansättningen av polymerer till en periodiskt ordnad struktur, " avslutar Ishiwari. Teamet kommer att fortsätta att undersöka polymerernas självorganisering, och man hoppas att resultaten ska leda till utvecklingen av nya material och syntestekniker.

Professor Masaki Takata vid Tohoku University tillskrev studiens framgång till samarbetet mellan Network Joint Research Center for Materials and Devices och den storskaliga Synchrotron Radiation-anläggningen, VÅR-8, förvaltas av RIKEN. Han tillade att "detta skulle förhoppningsvis också utlösa en stor efterfrågan på ytterligare material av hög kvalitet, som kan utvecklas vid nästa generations 3GeV synkrotronanläggning, kommer att börja byggas vid Tohoku University nästa år."