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10-03-2020 | Mikro- + Nanofertigung | Nachricht | Article

Nanostruktur-Muster mit außergewöhnlichen Eigenschaften

Author:
Nadine Winkelmann
1:30 min reading time

Die Nanowissenschaft kann mithilfe von Selbstorganisation kleinste molekulare Einheiten zu nanoskaligen Mustern ordnen. Ein Forschungsteam der Technischen Universität München hat einen einfachen stabförmigen Baustein an beiden Enden mit Hydroxamsäure versehen. Die daraus entstehenden komplexen molekularen Netzwerke zeigen außergewöhnliche Materialeigenschaften.

Unsere genetische Information ist in zwei DNA-Strängen gespeichert, die sich durch einen Selbstorganisationsprozess zur bekannten wendeltreppenartigen Doppelhelix-Struktur zusammenfinden. Wasserstoffbrücken stabilisieren die beiden Stränge dabei und sorgen für die große Stabilität. Inspiriert von solchen natürlichen „Reißverschlüssen“ suchen Forschende unterschiedlicher Disziplinen und Nationalitäten an der Technischen Universität München (TUM) nach neuen Verbindungen, um funktionelle Nanostrukturen zu konstruieren und die Grenzen künstlicher Strukturen zu erweitern.

In den Mittelpunkt der in der Zeitschrift "Angewandte Chemie" veröffentlichten Untersuchungen stellten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen neuen Baustein für zweidimensionale Architekturen: eine chemische Gruppe namens Hydroxamsäure. Mitarbeitende des Lehrstuhls für Proteomik und Bioanalytik in Freising versahen ein stabförmiges Molekül an beiden Enden mit einer Hydroxamsäure-Gruppe. Auf atomar glatten Silber- und Goldoberflächen wurden damit am Lehrstuhl für Oberflächen- und Grenzflächenphysik in Garching molekulare Nanostrukturen erzeugt.

Ein Netzwerk aus Nanoporen

Eine Kombination aus Mikroskopie, Spektroskopie und dichtefunktionstheoretischen Untersuchungen zeigte, dass der molekulare Baustein seine Form in der Umgebung der Trägeroberfläche und seiner benachbarten Moleküle geringfügig verändert. Dies führt zu einer ungewöhnlichen Vielfalt supramolekularer Oberflächenstrukturen, gebildet aus zwei bis sechs Molekülen, die durch intermolekulare Wechselwirkungen zusammengehalten werden. Nur eine Handvoll dieser Motive sind in 2-D-Kristallen organisiert. Darunter entstand ein beispielloses Netzwerk, dessen Muster an geschnittene Zitronen, Schneeflocken oder Rosetten erinnern. Es verfügt über drei verschiedene Poren. Die kleinsten wären in der Lage, ein einzelnes, kleines Gasmolekül wie Kohlenmonoxid aufzunehmen, die größten hätten Platz für ein kleines Protein wie Insulin.

"Art und Anzahl unterschiedlicher Poren, die durch diese kristallinen 2-D-Netzwerke hervorgebracht werden, sind ein Novum unter den durch molekulare Nanostrukturen erzielten Mosaikstrukturen", sagt Anthoula Papageorgiou, Letztautorin der Publikation. "Dieses System bietet einzigartige Möglichkeiten für Bottom-up Nano-Templating, die wir weiter erforschen werden."


 

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2008 | OriginalPaper | Chapter

Nanostrukturen

Source:
Anorganische Strukturchemie

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