Självorganisationen av molekylära komponenter i hierarkiskt ordnade nanostrukturer är en väsentlig del för utvecklingen av nya material inom framväxande nanoteknologier och hållbar plast. Brigitte Lamers undersökte det komplexa samspelet mellan molekylära drivkrafter för bulkmontering för att hitta struktur-egenskapsförhållanden i området som smälter samman blocksampolymerer och flytande kristaller. Hon försvarade sin doktorsexamen. den 23 juni.

Funktionen och makroskopiska egenskaper hos de flesta material som omger oss är starkt relaterade till dess mikro- eller nanostruktur som bildas av gynnsamma eller ogynnsamma interaktioner mellan molekylerna den är sammansatt av. Exempel är plast, består av polymerer där packningen mellan polymersträngarna bestäms av interaktionen mellan strängarna som totalt sett, bestämmer materialens makroskopiska egenskaper.

Polymerer kan också användas i ny nanoteknik där top-down litografi och bottom-up montering kombineras för att erhålla välorganiserade linje- eller prickmönster som kan användas för utveckling av elektroniska chips. Häri, interaktionerna som styr självmonteringen av blocksampolymererna bestämmer den slutliga nanostrukturerade morfologin.

Därav, förståelse för sambandet mellan molekylstruktur, nanostruktur och makroskopiska egenskaper är avgörande för att skapa nya material för en hållbar framtid där vi kan lagra mängden data som produceras nuförtiden och hålla våra hav rena med ny plast som är lätt att återvinna.

Spridningseffekter

För att förstå relationerna struktur-egenskap, det är nyckeln att använda diskreta molekyler för att utesluta dispersitetseffekterna, känd inom polymerer. Dessa dispersitetseffekter hämmar bildandet av en högordnad nanostruktur av blocksampolymerer och orsakar en osäkerhet för att avgöra var materialets egenskaper kommer ifrån eftersom varje polymersträng har sin egen makroskopiska egenskap. Därför, Brigitte Lamers använde diskreta blockco-oligomerer för att studera deras självmontering i hierarkiskt organiserade nanostrukturer.

Lamers undersökte strukturen till egenskapsförhållandena för diskreta blockco-oligomerer av vilka ett av de två blocken är sammansatt av oligodimetylsiloxan med diskret längd. Siloxanen är mycket inkompatibel med många andra oligomerer eller molekyler som vi fäster på oligomeren. Den ogynnsamma interaktionen gör att fassegregering inträffar som vi utnyttjar för den begränsade självmonteringen av block-co-oligomererna.

Inom det fassegregerade tillståndet, molekylen eller oligomeren som är kovalent bunden till siloxanen kan sättas samman till endimensionella (1D) eller tvådimensionella (2D) nanostrukturer genom icke-kovalenta, supramolekylära interaktioner eller kristallisation, respektive. Den instängda monteringen resulterar i välorganiserade nanostrukturer med extremt skarpa gränser mellan faserna, viktigt för litografiska ändamål. Dessutom, fasövergångar är extremt skarpa vilket möjliggör utveckling av termokänsliga sensorer.

Makroskopiska egenskaper

I kontrast, kristallisationen eller självmonteringen av molekylen fäst vid siloxanen kan också konkurrera med fassegregeringen som induceras av siloxanen. Detta orsakar defekter i den nanostrukturerade morfologin som kan härröra från en obalans i diffusions- och kristallisationskinetik eller destabilisering av 3D-kristallstrukturen.

Vägsvalet i detta komplexa samspel av interaktioner är mycket känsligt och kan ändras genom små variationer i molekylstrukturen. Lamers fann att sådana förändringar kan introducera en makroskopisk förändring av materialegenskaperna. Hon ändrade också blockets kooligomerarkitektur vilket gav slående skillnader i nanostrukturell ordning. Även om båda materialen bestod av samma komponenter, hon fick en spröd, kristallint material och en seg plast.

Dessutom, hon har visat att ändblockens anslutningsmöjligheter i ett flerkomponentmaterial har betydelse för ordningen i sammonteringen. Riktningsinteraktionerna i flerkomponentaggregatet orsakar bildandet av den ordnade nanostrukturen som gjorde materialet användbart för mjuk nanoelektronik. Dessa exempel betonar inverkan av molekylstrukturen och nanostrukturen på materialegenskaperna.

Till sist, hon har använt den kunskap som erhållits om supramolekylära interaktioner i diskreta siloxanbaserade material för att erhålla polydimetylsiloxanbaserade återvinningsbara plaster där vi ändrade interaktionsstyrkan hos det supramolekylära motivet för att erhålla tre distinkta plaster med spröda, viskösa eller termoplastiska elastiska egenskaper.