Tkany nanomateriał

Nanomateriały uzyskuje się na wiele różnych sposobów. Teraz do metod ich produkcji dołączyło... tkanie. Międzynarodowy zespół naukowcy pracujący pod kierunkiem specjalistów z Lawrence Berkeley National Laboratory i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley utkał właśnie pierwsze tkane trójwymiarowe COF (covalent organic framework, kowalencyjny szkielet organiczny). Nowe COF odznaczają się znacznie lepszą strukturalną elastyczność, prężność i odwracalność od poprzednio produkowanych COF. Materiały te mogą być potencjalnie wykorzystane do wychwytywania dwutlenku węgla i zamienianie go na cenna produkty chemiczne.

Wprowadziliśmy sztukę tkacką na poziom molekularny i atomowy, dzięki czemu możemy manipulować materią w sposób dotychczas niedostępny i nadać jej unikatowe cenne właściwości mechaniczne - mówi fizyk Omar Yaghi. Od dawna chemicy szukali sposobu na opanowanie tkactwa, jest to technika nieznana też w biologii. Opracowaliśmy sposób na tkanie organicznych nici, co pozwala na tworzenie złożonych dwu- i trójwymiarowych struktur - dodaje uczony.

Yaghi i jego koledzy wykorzystali miedź w roli ramy dla nici organicznego związku o nazwie fenantrolina. Stworzyli zeń strukturę, którą nazwali COF-505. Specjalistyczne badania wykazały, że jony miedzi mogą być usuwane i dodawane z COF-505 bez zmiany samej struktury. Usunięcie metalu z COF-505 skutkowało dziesięciokrotnym zwiększeniem jej elastyczności, a po ponownym wprowadzeniu jonów miedzi struktura wracała do swej oryginalnej sztywności. Prosta operacja pozwala nam przełączać pomiędzy dwoma stanami elastyczności. To pierwsze takie osiągnięcie w tego typu strukturze chemicznej. Oznacza to, że zmiana stanu przebiega bez degeneracji czy zmiany samej struktury - cieszy się Yaghi. Opracowana przez nas technika tkacka pozwala na splątywanie ze sobą długich nici kowalencyjnie połączonych molekuł w struktury krzyżujące się w regularnych odstępach. Te skrzyżowania służą jako punkty odniesienia, więc nici posiadają wiele stopni swobody i mogą przesuwać się w różne strony tych punktów bez załamywania całej struktury. To umożliwi tworzenie materiałów o wyjątkowych właściwościach mechanicznych i dynamicznych - dodaje uczony.

tkanie COF kowalencyjny szkielet organiczny