Ett team av forskare från National Institute of Material Science och Max Plank Institute for Polymer Research har utvecklat världens första supramolekylära tiofennannoskivor, som är ett 2-dimensionellt organiskt material med en tjocklek på 3,5nm.

På senare år har elektroniska material med 2-dimensionella arkstrukturer som "Graphene" har väckt stor uppmärksamhet. Dock, i fallet med grafen, storlekskontroll är svårt, och kemisk funktionalisering av grafenytan är omöjlig. Å andra sidan, tiofenderivaten har aktivt undersökts som elektroniska material för fälteffekttransistorer (FET), organiska solceller, organiska elektroluminescens (organiska EL) material, och andra applikationer. Dock, tillverkningsprocessen av tiofen tunn film har många problem. Till exempel, vakuumångavsättning kräver mycket energi och dyr utrustning. Även om tunnfilmstillverkningsmetod via enkel våtprocess har utvecklats med en polymerlösning, det är svårt att erhålla tunna polymerfilmer med hög kristallinitet. I denna forskning, Dr. Ikeda övervann dessa problem och hittade en enkel tillverkningsmetod för tiofennannoark med hög kristallinitet i lösningen.

I det här arbetet, Dr Ikeda upptäckte att en alternerande sampolymer, där ett tiofenderivat och en flexibel etylenglykolkedja är växelvis sammankopplade, viks i vissa organiska lösningsmedel på ett sådant sätt att tiofenenheterna staplas på varandra, och de vikta sampolymererna självmonteras till en 2-dimensionell arkstruktur (Figur). Även om längden på polymeren som används i detta arbete är ungefär 80nm, tjockleken på arket är endast 3,5 nm på grund av den vikta konformationen av sampolymeren. Arrangemanget av tiofenenheterna i nanoarket bekräftades vara detsamma som det som tillverkats genom vakuumångavsättning av tiofenföreningar med låg molekylvikt. Därför, våra tiofennanoark är genomförbara för applicering av organiska elektronikenheter. Den laterala storleken på nanoarket var kontrollerbar genom att justera koncentrationen av polymerlösningen. Den kemiska modifieringen av nanoskivans yta var också möjlig genom att introducera den andra funktionella enheten vid ändarna på sampolymeren.

Eftersom det är möjligt att tillverka monolager som de som tillverkas genom vakuumavsättning genom att bara lösa upp en polymer i ett lösningsmedel, denna metod kommer att leda till enkla, låg kostnad och energieffektiv tillverkning av enheter. Självmonteringsprocessen via polymervikning som rapporteras här är också av stort vetenskapligt intresse, eftersom det artificiellt reproducerar veckningen och självmonteringen av proteiner i naturen.

Denna forskningsprestation publicerades online den 26 mars (lokal tid) i den internationella vetenskapliga tidskriften Angewandte Chemie International Edition av tyska kemiföreningen, och valdes av redaktionen för den tidskriften som en "hot paper".