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31.10.2018 | Oberflächentechnik | Nachricht | Onlineartikel

Molekulare Multiwerkzeuge

Autor:
Nadine Winkelmann

Ein internationales Team von Wissenschaftler hat Oberflächen entwickelt, die durch sichtbares Licht einfach strukturiert und mit verschiedenen Funktionen ausgestattet werden können.

Die Funktionalisierung von Oberflächen mit verschiedenen physikalischen oder chemischen Eigenschaften wird in vielen Anwendungsgebieten gefordert. So erlaubt zum Beispiel die Strukturierung von Oberflächen mit wasserliebenden und wasserabweisenden Flächen eine Trennung von Emulsionen, wie beispielsweise Wasser und Öl. Die Schaffung von definierten Oberflächeneigenschaften ist jedoch eine Herausforderung.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Mainz, der beiden chinesischen Universitäten für Wissenschaft und Technik (Hefei) sowie für elektronische Wissenschaft und Technologie (Chengdu) haben nun Oberflächen entwickelt, die mit einem speziellen Molekül bedeckt sind, das ein Ruthenium-Atom in seinem Zentrum hat. Dieser Molekül-Komplex ist fest mit der Oberfläche verbunden und wirkt quasi als molekularer Schraubenzieher. „Man kann sich dieses Molekül als Schraubenzieher vorstellen, an den verschiedene Bits angedockt werden können. Dies bedeutet, dass wir die Oberfläche durch Wechsel der Bits mit verschiedenen Funktionen ausstatten können, wie zum Beispiel wasserabweisenden Eigenschaften“, erklärt Prof. Dr. Si Wu, Gruppenleiter am MPI-P.

Strukturierung der Oberfläche durch Licht

Das Andocken von solchen Bits – hier, sogenannten „Thioether-Gruppen“ – wurde bisher durch chemische Verbindungen bewerkstelligt, die nur schwer wieder entfernt werden konnten. Eine Entfernung war in der Vergangenheit nur über komplizierte chemische Methoden möglich, die gleichzeitig die funktionalen Thioether-Gruppen sowie die an der Oberfläche angebrachten Ruthenium-Komplexe zerstörte. Jetzt zeigten die Forscher, dass die Entfernung der Thioether-Gruppen einfach durch sichtbares Licht möglich ist.

Mit der neu entwickelten Methode können Oberflächen sehr einfach strukturiert werden. Im Dunkeln wird die komplette Oberfläche mit einem Molekül mit gewünschten Eigenschaften funktionalisiert. Die Oberfläche wird daraufhin durch eine Schattenmaske beleuchtet. Dies löst die Verbindungen zwischen dem Ruthenium-Komplex und der angedockten funktionalen Thioether-Gruppe. Nach Waschen der Oberfläche wird die Funktionalität somit an den belichteten Stellen entfernt. Da der Ruthenium-Komplex fest mit der Oberfläche verbunden ist, kann er immer wieder genutzt werden, um andere Bits auf die Oberfläche aufzubringen. Dadurch kann die Oberfläche mehrfach rekonfiguriert werden. Ihre Resultate haben die Forscher in dem Journal "Nature Communications" veröffentlicht.

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