Stabila tvådimensionella nätverk av organiska molekyler är viktiga komponenter i olika nanoteknikprocesser. Dock, producerar dessa nätverk, som bara är en atom tjock, i hög kvalitet och med största möjliga stabilitet utgör för närvarande fortfarande en stor utmaning. Forskare från Excellence Cluster Nanosystems Initiative München har nu framgångsrikt skapat just sådana nätverk av borsyramolekyler. Det aktuella numret av den vetenskapliga tidskriften ACS Nano rapporterar om deras resultat.

Även de dyraste orientaliska mattorna har små misstag. Det sägs att fromma mattvävare medvetet inkluderar små misstag i sina fina mattor, eftersom bara Gud har rätten att vara oklanderlig. Molekylära mattor, som nanoteknikindustrin skulle vilja ha dem ännu inte riskerar att kränka gudarna. Ett team av fysiker under ledning av Dr Markus Lackinger från Technische Universität München (TUM) och professor Thomas Bein från Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) har nu utvecklat en process genom vilken de kan bygga upp högkvalitativa polynät med hjälp av borsyrakomponenter.

"Mattorna" som fysikerna arbetar med i sitt laboratorium i Deutsches Museum München består av ordnade tvådimensionella strukturer skapade av självorganiserade borsyramolekyler på en grafityta. Genom att eliminera vatten, molekylerna binder samman i ett en-atom tjockt nätverk som enbart hålls samman av kemiska bindningar-ett faktum som gör detta nätverk mycket stabilt. Det vanliga honungskammliknande arrangemanget av molekylerna resulterar i en nanostrukturerad yta vars porer kan användas, till exempel, som stabila former för produktion av metall-nanopartiklar.

De molekylära mattorna finns också i nästan perfekta modeller; dock, dessa är inte särskilt stabila, tyvärr. I dessa modeller är bindningarna mellan molekylerna mycket svaga - till exempel vätebryggor eller van der Waals -krafter. Fördelen med denna variant är att fel i den reguljära strukturen repareras under självorganisationsprocessen-dåliga bindningar löses upp så att rätt bindningar kan bildas.

Dock, många applikationer kräver molekylära nätverk som är mekaniskt, termiskt och/eller kemiskt stabilt. Att länka molekylerna med hjälp av starka kemiska bindningar kan skapa sådana hållbara molekylmattor. Nackdelen är att de oundvikliga vävfelen inte längre kan korrigeras på grund av den stora bindningsstyrkan.

Markus Lackinger och hans kollegor har nu hittat ett sätt att skapa en molekylär matta med stabila kovalenta bindningar utan väsentliga vävfel. Metoden är baserad på en bindningsreaktion som skapar en molekylär matta av enskilda borsyramolekyler. Det är en kondensationsreaktion där vattenmolekyler frigörs. Om bindning sker vid temperaturer på lite över 100 ° C med endast en liten mängd vatten närvarande, misstag kan korrigeras under vävning. Resultatet är den eftertraktade magiska mattan:molekyler i en stabil och välordnad ettskiktsstruktur.

Markus Lackingers laboratorium ligger i Deutsches Museum München. Där forskar han vid ordföranden för professor Wolfgang Heckl (TUM School of Education, TU München). Professor Bein är ordförande vid Institutionen för kemi vid LMU. Forskningen genomfördes i samarbete med prof. Paul Knochels arbetsgrupp (LMU) och Physical Electronics GmbH, med finansiering från Excellence Cluster Nanosystems Initiative Munich (NIM) och Bayerske forskningsstiftelsen (BFS).