(PhysOrg.com) -- Organiska nanostrukturer är nyckelelement i nanoteknik eftersom dessa byggstenar kan tillverkas med skräddarsydda kemiska egenskaper. Deras nackdel har varit att deras mekaniska egenskaper hittills har varit betydligt sämre än de hos metalliska nanostrukturer.
Ehud Gazit, Itay Rousso, och ett team från Tel Aviv University, Weizmann Institute of Science och Ben-Gurion University of the Negev (Israel) har nu introducerat organiska nanosfärer som är styva som metall. Som forskarna rapporterar i tidskriften Angewandte Chemie , de är intressanta komponenter för ultrastyva biokompositmaterial.
Biologiska strukturer i nanoskala uppvisar ofta unika mekaniska egenskaper; till exempel är spindelsilke 25 gånger så starkt som stål i vikt. De mest styva syntetiska organiska materialen som är kända hittills är aramider, som Kevlar. Deras hemlighet är ett speciellt rumsligt arrangemang av deras aromatiska ringsystem och nätverket av interaktioner mellan deras plana amidbindningar. De nya nanosfärerna bygger på en liknande konstruktionsprincip. Dock, till skillnad från de stora polymerkedjorna, de bildas i en självorganiseringsprocess av mycket enkla molekyler baserade på aromatiska dipeptider av aminosyran fenylalanin.
Med hjälp av ett atomkraftmikroskop, forskarna undersökte de mekaniska egenskaperna hos deras nanosfärer. Denna enhet använder en nanotip (cantilever), en liten flexibel hävarm med en mycket fin spets i slutet. När denna spets pressas mot ett prov, spakens avböjning indikerar om nålspetsen kan trycka in i provobjektet och hur långt in den kan gå. En metallnål kunde inte göra något intryck på nanosfärerna; bara en nål gjord av diamant kunde göra det. Forskarna använde dessa mätningar för att beräkna elasticitetsmodulen (Youngs modul) för nanosfärerna. Detta värde är ett mått på styvheten hos ett material. Ju högre värde, desto mer motstånd har ett material mot sin deformation. Genom att använda ett högupplöst svepelektronmikroskop utrustat med en nanomanipulator, det var möjligt att direkt observera sfärernas deformation.
För nanosfärerna, laget mätte en anmärkningsvärt hög elasticitetsmodul (275 GPa), vilket är högre än många metaller och liknar de värden som finns för stål. Detta gör dessa nanostrukturer till de styvare organiska molekylerna hittills; de kan till och med förmörka aramider. Förutom att ha enastående mekaniska egenskaper, nanosfärerna är också genomskinliga. Detta gör dem till idealiska element för förstärkning av ultrastyva biokompositmaterial, såsom armerad plast för implantat eller material för tandersättning, flyg, och andra applikationer som kräver billiga, lätta material med hög styvhet och ovanlig stabilitet.
