Los científicos del Center for Advancing Electronics Dresden (cfaed) en TU Dresden han logrado sintetizar polímeros 2-D en forma de láminas mediante un proceso ascendente por primera vez. Se desarrolló una nueva ruta de reacción sintética para este propósito. Los polímeros 2-D consisten en solo unas pocas capas atómicas individuales y, por sus propiedades muy especiales, son un material prometedor para su uso en componentes y sistemas electrónicos de una nueva generación. El resultado de la investigación es un trabajo colaborativo de varios grupos en TU Dresden y la Universidad de Ulm y se publicó esta semana en dos artículos relacionados en las revistas científicas. Química de la naturaleza y Comunicaciones de la naturaleza .

Desde que Hermann Staudinger descubrió los polímeros lineales en 1920, Ha sido un sueño de los científicos sintéticos extender la polimerización a la segunda dimensión. Un polímero bidimensional (2-D) es una macromolécula monomolecular en forma de hoja que consta de unidades repetidas conectadas lateralmente con grupos terminales a lo largo de todos los bordes. Dada la enorme diversidad química y estructural de los componentes básicos (es decir, monómeros), Los polímeros 2-D son muy prometedores en el diseño de material racional diseñado para aplicaciones de próxima generación, como la separación de membranas, electrónica, dispositivos ópticos, almacenamiento y conversión de energía, etc. Sin embargo, a pesar de los tremendos avances de la química sintética durante el último siglo, la síntesis ascendente de polímeros bidimensionales con estructuras definidas sigue siendo una tarea formidable.

Desde 2014, un grupo de científicos de Technische Universität Dresden y Universität Ulm unieron fuerzas para perseguir este objetivo intrigante pero desafiante. El equipo de investigación dirigido por el Prof.Dr. Xinliang Feng (TU Dresden) desarrolló de forma innovadora una ruta sintética novedosa:utilizando monocapa de tensioactivo como plantilla blanda para guiar la organización supramolecular de los monómeros y la posterior polimerización 2-D en una interfaz aire-agua. Esta metodología sintética se denomina ahora síntesis interfacial de tensioactivo-monocapa-asistente (SMAIS). Al utilizar el método SMAIS, El Dr. Tao Zhang sintetizó películas cristalinas de polianilina cuasi-2-D con un tamaño lateral de ~ 50 cm ² y espesor sintonizable (2,6-30 nm).

Las propiedades superiores de transporte de carga y la resistencia química al amoníaco y los compuestos orgánicos volátiles hacen que las películas de polianilina cuasi-2-D sean materiales electroactivos prometedores para la electrónica orgánica de película delgada. Para explorar más a fondo el potencial de SMAIS, Sr. Kejun Liu, Dr. Tao Zhang, El Dr. Zhikun Zheng y el Dr. Renhao Dong lograron la síntesis controlada de poliamida y poliamida bidimensional de pocas capas altamente cristalinas por primera vez. Los polímeros 2-D tienen un grosor de solo unos pocos nanómetros y se pueden transferir fácilmente a sustratos arbitrarios. abriendo una oportunidad emocionante para la integración de polímeros 2-D en dispositivos y sistemas de próxima generación.

Junto con los desarrollos fundamentales en el frente de síntesis, el grupo de microscopía electrónica de transmisión dirigido por el Prof. Dr. Ute Kaiser (Uni Ulm) proporcionó otro pilar indispensable de la investigación conjunta. Desde el desarrollo de la corrección de aberraciones, La obtención de imágenes TEM de alta resolución ha sido una técnica poderosa en la caracterización estructural hasta la escala atómica. Todavía, Los materiales orgánicos que contienen hidrógeno son extremadamente propensos a la desintegración estructural bajo el haz de electrones. haciendo de la obtención de imágenes HRTEM de polímeros 2-D una misión muy exigente. Utilizando el HRTEM corregido por aberraciones esféricas, El Dr. Haoyuan Qi ha desentrañado con éxito la micromorfología, estructuras moleculares, Estructuras de borde y límite de grano, de los polímeros sintéticos 2-D:un logro que rara vez se informa en la literatura.

Las estructuras moleculares y la cristalinidad general se han aclarado más a través de la dispersión de rayos X de incidencia rasante sincrotrón (cfaed Chair for Organic Devices, Prof. Dr. Stefan Mannsfeld, TU Dresde). El grupo del Prof. Dr. Thomas Heine (TU Dresden) proporcionó cálculos de unión estrecha de función de densidad que ofrece información significativa sobre las estructuras atomísticas de los polímeros sintéticos 2-D.