Några av de mest intressanta och fascinerande elektroniska enheterna som en dag kommer att vara tillgängliga för konsumenter, från papperstunna datorer till elektroniskt tyg, kommer att vara resultatet av avancerat material som designats av forskare. Verkligen, några anmärkningsvärda upptäckter har redan gjorts. För att förnya ytterligare, forskare måste lära sig att exakt konstruera de kemiska strukturerna för material på nanoskala på ett sådant sätt att de ger specifika makroskopiska egenskaper och funktioner.

En forskargrupp, arbetar tillsammans på National Synchrotron Light Source, har hittat ett nytt sätt att göra just det. De har syntetiserat en ny klass av makromolekyler som organiserar sig själva, eller "självmontera, "i olika ordnade strukturer med funktionsstorlekar mindre än 10 nanometer. Kallas" jätte ytaktiva ämnen, "dessa stora molekyler efterliknar strukturella egenskaper hos små ytaktiva ämnen (ämnen som avsevärt sänker ytspänningen mellan två vätskor, t.ex. tvättmedel), men har omvandlats till funktionella molekylära nanopartiklar genom att "klickas" med polymerkedjor. De resulterande materialen är unika eftersom de överbryggar klyftan mellan ytaktiva ämnen med små molekyler och traditionella blocksampolymerer och därmed har en intressant "dualitet" i deras självmonteringsbeteenden.

"Denna materialklass ger en mångsidig plattform för konstruktion av nanostrukturer som har funktioner som är mindre än 10 nanometer, som är en skala som är mycket relevant för ritningarna inom nanoteknik och mikroelektronik, "sade studiens motsvarande forskare Stephen Cheng, en forskare vid University of Akrons College of Polymer Science and Polymer Engineering. "Mer allmänt, Vi är också intresserade av hur våra resultat kan bidra till att öka vår förståelse av de kemiska och fysiska principerna som ligger till grund för självmontering. "

Tensider spelar en stor roll i vårt vardagsliv, även om de flesta inte känner till dem. De finns i hushållsrengöringsmedel och tvålar, lim, måla, bläck, plast, och många, många andra produkter. Naturligtvis, de är en viktig del av materialforskning.

Jätte ytaktiva ämnen har potential att bli ännu mer mångsidiga än sina mindre motsvarigheter eftersom de har fördelarna med både en polymer och ett ytaktivt ämne. De är av särskilt intresse för elektronikindustrin eftersom de spontant kan självmontera till nanodomäner bara några nanometer stora. Denna längdskala måste uppnås för att möjliggöra kontinuerlig nedskärning av datorchips men visat sig vara mycket svårt att uppnå för konventionell teknik. Produktionen av nanopatronerade tunna filmer - som är grunden för moderna datorchips - kan direkt påverkas av jätte ytaktiva ämnen. Om filmer kan produceras med mindre nanoskala funktioner, de kan leda till tätare, snabbare datorchips.

Gruppen använde flera tekniker för att studera olika jätte ytaktiva prover i tunnfilmsform, såväl som i bulkform och i lösning. Dessa tekniker inkluderade bete-incidens liten vinkel röntgenspridning (GISAXS) vid NSLS beamline X9. GISAXS är lämpligt för att studera tunnfilmsprover som har beställt nanoskala funktioner, vanligtvis mellan 5 och 20 nanometer, och kan berätta för forskare om formen, storlek, och orientering av dessa funktioner, bland annat information. Det används ofta för att studera självmonterade tunna filmer med nanoskala funktioner.

Denna forskning publicerades i juni 18, 2013 -nummer av Förfaranden från National Academy of Sciences .