Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Kunst des molekularen Teppichknüpfens

30.12.2011
Stabile zweidimensionale Netzwerke aus organischen Molekülen sind wichtige Bausteine für verschiedenste Aufgaben in der Nanotechnologie. Doch diese nur eine Atomlage dicken Netzwerke gleichzeitig mit hoher Qualität und großer Stabilität herzustellen, ist zurzeit noch eine große Herausforderung.
Wissenschaftlern des Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM) ist es nun gelungen, solche Netzwerke aus Boronsäure-Molekülen herzustellen. Die aktuelle Ausgabe des Fachmagazins ACSnano berichtet über ihre Ergebnisse.

Scanning electron microscopy image with a superimposed molecular model (photo: TUM)

Selbst im teuersten Orientteppich sind nie perfekt geknüpft. Es wird erzählt, dass die religiösen Teppichknüpfer aus Demut bewusst kleinste Fehler in ihre feinen Teppiche einbauen, denn nur Gott käme das Recht zu frei von Fehlern zu sein. Davon sind molekulare Teppiche, wie sie die Nanotechnologie gerne hätte, noch weit entfernt. Physiker um Dr. Markus Lackinger von der Technischen Universität München (TUM) und Professor Thomas Bein von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sie aus Boronsäure-Bausteinen polymere Netzwerke hoher Qualität aufbauen können.

Die „Teppiche“, an denen die Physiker in ihrem Labor im Deutschen Museum München arbeiten, bestehen aus geordneten zweidimensionalen Strukturen, entstanden durch Selbstorganisation von Boronsäure-Molekülen auf einer Graphit-Oberfläche. Dabei verknüpfen sich die Moleküle durch Abspaltung von Wasser zu einem durchgehend von chemischen Bindungen zusammen gehaltenen und damit sehr stabilen Teppich. Durch die wabenartige, gleichmäßige Anordnung des nur eine Atomlage dicken Netzwerks ergibt sich eine nanostrukturierte Oberfläche, deren Poren beispielsweise als stabile Formen für die Herstellung von Metall-Nanopartikeln verwendet werden könnten.

Auch bei den Molekülteppichen gibt es fast fehlerfreie Modelle, leider sind diese nicht sehr stabil. Bei ihnen basiert die Verknüpfung der Moleküle untereinander auf schwachen Bindungen wie beispielsweise Wasserstoff-Brückenbindungen oder van der Waals-Kräften. Der Vorteil dieser Variante ist, dass Fehler in der regelmäßigen Struktur noch während des Selbstorganisationsprozesses behoben werden können, indem sich fehlerhafte Verknüpfungen wieder lösen und sich die korrekten Verknüpfungen ausbilden können.

Viele Anwendungen erfordern jedoch molekulare Netzwerke, die mechanisch, thermisch oder auch chemisch stabil sind. Solche belastbaren Molekülteppiche können entstehen indem man die Moleküle über starke chemische Bindungen verknüpft. Der Nachteil wiederum ist, dass dann die normalerweise nicht vermeidbaren Knüpffehler wegen der großen Bindungsstärke nicht mehr korrigierbar sind.

Markus Lackinger und seine Kollegen haben nun einen Weg gefunden, einen Molekülteppich mit stabilen kovalenten Bindungen ohne größere Webfehler herzustellen. Die Methode beruht auf einer Verknüpfungsreaktion, die aus einzelnen Boronsäure-Molekülen einen molekularen Teppich entstehen lässt. Bei der eingesetzten Kondensationsreaktion werden Wasser-Moleküle freigesetzt. Lässt man die Verknüpfung bei Temperaturen knapp über 100°C in Gegenwart geringer Mengen von Wasser ablaufen, können Webfehler während des Knüpfens nun doch korrigiert werden. Heraus kommt der gewünschte Zauberteppich: Moleküle in einer stabilen und korrekt angeordneten einschichtigen Struktur.

Markus Lackinger hat sein Labor im Deutschen Museum München und forscht am Lehrstuhl von Prof. Wolfgang Heckl (TUM School of Education, TU München). Prof. Bein ist Lehrstuhlinhaber im Department Chemie der LMU. Die Arbeiten entstanden in Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Paul Knochel (LMU) und der Firma Physical Electronics GmbH. Gefördert wurden die Arbeiten aus Mitteln des Exzellenzclusters Nanosystems Initiative Munich (NIM)und der Bayerischen Forschungsstiftung (BFS).

Publikation:
Synthesis of well-ordered COF monolayers: Surface growth of nanocrystalline precursors versus direct on-surface polycondensation
Jürgen F. Dienstmaier, Alexander M. Gigler, Andreas J. Goetz, Paul Knochel, Thomas Bein, Andrey Lyapin, Stefan Reichlmaier, Wolfgang M. Heckl, and Markus Lackinger

ACS Nano Vol. 5, 12, 9737-9745 – http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn2032616

Ansprechpartner:
PD Dr. Markus Lackinger
TUM School of Education
Deutsches Museum
Museumsinsel 1, 80538 München, Germany
Tel: +49 89 2179 605
E-Mail: markus.lackinger@tum.de

Dr. Ulrich Marsch | Technische Universität München
Weitere Informationen:
http://www.tum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht ALMA beginnt Beobachtung der Sonne
18.01.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Magnetische Kraft von einzelnen Antiprotonen mit höchster Genauigkeit bestimmt
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

ALMA beginnt Beobachtung der Sonne

18.01.2017 | Physik Astronomie

Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

18.01.2017 | Architektur Bauwesen

Neues Forschungsspecial zu Meeren, Ozeanen und Gewässern

18.01.2017 | Geowissenschaften