Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Isolierschicht für molekulare Drähte

07.06.2002


Bausteine für die Nanotechnologie nach dem Vorbild der Natur



Wie eine Bohnenpflanze sich beim Wachsen um die Kletterstange windet, legen sich biegsame Ketten aus reaktionsträgen chemischen Verbindungen spiralförmig um eine starre Kohlenstoff-Brücke, die zwei Metallzentren verbindet. Die denkbar feinsten elektrisch leitenden Drähte aus aneinandergereihten Kohlenstoffatomen können so mit einer Isolierung versehen werden. Damit ist der Forschungsgruppe um Prof. John A. Gladysz vom Institut für Organische Chemie der Universität Erlangen-Nürnberg ein neuer bahnbrechender Erfolg in der Nanotechnologie gelungen. Das Ergebnis ihrer Strategie ist zudem in einem zweiten Sinn einzigartig: es entsteht eine Doppelhelix, die in ihrer Struktur der DNS gleicht, aber ohne die "Querstützen", welche die zwei Stränge im Zellkern wie bei einer Leiter zusammenhalten. Derartige Moleküle waren bisher nicht bekannt.

... mehr zu:
»Draht »Metall »Molekül »Nanotechnologie


Drei Mitarbeiter von Prof. Gladysz, die Diplom-Chemiker Jürgen Stahl, Eike Bauer und Wolfgang Mohr, beschreiben in der Juni-Ausgabe der Fachzeitschrift "Angewandte Chemie" zwei unterschiedliche Wege zur Synthese von isolierten "molekularen Drähten". Der eine besteht darin, den Prozess der Selbstorganisation in Gang zu setzen, der zur Bildung der schützenden Doppelspirale führt. Statt der Natur ihren Lauf zu lassen, treibt der andere dagegen den zielgerichteten Zusammenbau neuer Materialien in der Organometallchemie voran. Beide zielen auf die Lösung eines Problems ab, das sich mit den Fortschritten in der Miniaturisierung von Bauteilen für Elektrik und Elektronik stellt.

Während der letzten fünf Jahre machten Chemiker schnelle Fortschritte bei der Synthese molekularer Versionen von stromführenden Bauteilen wie Schaltern, Transistoren oder Gleichrichtern und von komplizierteren Geräten wie Motoren und Maschinen. Mit dem schrittweisen Aufbau solcher "funktionaler Materialien" aus Molekülen wurde die Nanotechnologie geboren. Dazu zählen neuartige, drahtähnliche Moleküle, die in der Arbeitsgruppe von Prof. Glasdysz entwickelt werden. Zwei Übergangsmetalle sind darin durch eine stabähnliche lineare Kohlenstoffkette verbunden. Die Metalle können oxidiert oder reduziert werden; Elektronen und Ladung können dann von einem Metall zum anderen wandern. Der Erlanger Gruppe gelang es, mehr als 20 Kohlenstoffatome aneinanderzureihen, was einen Abstand von drei Nanometern (Milliardstel eines Meters) zwischen den Metallen bedeutet. Andere Forscher haben bimetallische Verbindungen mit anderen Arten von starren, verbrückenden Liganden hergestellt, doch lineare Kohlenstoffketten stellen das äußerste mögliche Limit der Miniaturisierung dar.

Genau wie Haushaltskabel müssen solche molekularen Drähte isoliert werden, um das Molekül zu schützen und einen ungestörten Stromfluss zu ermöglichen. Werden einem Molekül Elektronen entzogen oder zugeführt, wird es häufig reaktiver, und zerstörerische Reaktionen mit anderen stromführenden Bausteinen, dem Lösungsmittel oder der Luft sind zu befürchten. Hüllen um solche Moleküle, die die Rolle der Isolationsschicht beim vertrauten Elektrokabel übernehmen, sind offensichtlich wünschenswert, doch bisher ist zur Verwirklichung wenig geschehen.

Prof. Gladysz und seine Mitarbeiter stellten zunächst Kettenmoleküle mit einer Kohlenstoffbrücke zwischen zwei Platinatomen her, deren Liganden (angehängte Gruppen oder Atome) leicht ausgetauscht werden konnten. Danach synthetisierte das Team Moleküle, in denen zwei Phosphordonoratome durch eine Kette von Methylengruppen verbunden sind. Methylen- oder CH2-Gruppen sind die Grundbausteine von gesättigtem Fett und Paraffinwachs, zweier Isolatoren. Diese flexible Kette muss mindestens 50% länger sein als die feste Kohlenstoffbrücke. So kann sie sich um den "Draht" wickeln, wenn die Enden beider Arten von Ketten sich verbinden, wobei die Phosphoratome die zuvor am Platin angelagerten Liganden ersetzen.

Zwei "Isolator-Moleküle" docken auf diese Weise am molekularen Draht an. Das Ergebnis dieses selbstorganisierenden Prozesses versetzt Prof. Gladysz in Begeisterung: "Das Endresultat ist ein doppelhelicales Molekül von atemberaubender Schönheit." Die treibende Kraft für die Anordnung in einer Doppelspirale ist nicht offensichtlich; es scheint, als ob die Moleküle diese Struktur "nach Belieben" ausbilden.


| Universität Erlangen-Nürnberg

Weitere Berichte zu: Draht Metall Molekül Nanotechnologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Mit grüner Chemie gegen Malaria
21.02.2018 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

nachricht Vom künstlichen Hüftgelenk bis zum Fahrradsattel
21.02.2018 | Frankfurt University of Applied Sciences

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert

21.02.2018 | Messenachrichten

Mit grüner Chemie gegen Malaria

21.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Periimplantitis: BMBF fördert zahnärztliches Verbund-Projekt mit 1,1 Millionen Euro

21.02.2018 | Förderungen Preise

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics