Los materiales como el arseniuro de galio son extremadamente importantes para la producción de dispositivos electrónicos. Como los suministros son limitados, o pueden presentar peligros para la salud y el medio ambiente, los especialistas buscan materiales alternativos. Son candidatos los denominados polímeros conjugados. Estas macromoléculas orgánicas tienen propiedades semiconductoras, es decir, pueden conducir electricidad en determinadas condiciones. Una forma posible de producirlos en las dos dimensiones deseadas, es decir. extremadamente plana:la forma se presenta mediante la química de la superficie, un campo de investigación establecido en 2007.

Desde entonces, Se han desarrollado muchas reacciones y se han producido materiales interesantes para posibles aplicaciones. La mayoría de las reacciones se basan en la formación de enlaces carbono-carbono. Un equipo formado por varios grupos de trabajo de los departamentos de Química y Física de la Universidad de Münster (Alemania) ha utilizado la formación de enlaces silicio-silicio para construir un polímero, un avance en la química de superficies.

Previamente, un obstáculo había sido la unión de átomos de silicio. Construir polímeros de esta manera utilizando la química sintética tradicional, es decir, en una solución, es complicado. El hecho de que ahora sean los primeros en producir un polímero de silicio es algo que los investigadores de Münster deben a las posibilidades que ofrece la química de superficies. El truco era el siguiente:el enlace de los átomos se realiza sobre una superficie metálica extremadamente lisa, sobre el que se depositan las moléculas en forma de vapor. Esto produce capas de material muy delgadas. Si el carbono habitual es reemplazado por silicio, se pueden obtener polímeros largos, incluso con condiciones de reacción suaves. De polímeros de silicio, Los investigadores esperan propiedades materiales innovadoras y nuevas, candidatos prometedores para posibles aplicaciones. Los resultados del estudio se han publicado en la revista Química de la naturaleza .

Metodología

Un equipo de químicos encabezado por el profesor Armido Studer produjo moléculas formadas por grupos sililo conectados mediante un llamado enlazador orgánico. Los físicos del equipo dirigido por el profesor Harald Fuchs investigaron su reactividad en superficies metálicas (oro o cobre). Demostraron que la reacción de los enlaces silicio-hidrógeno dentro de los grupos sililo ocurrió a temperatura ambiente, mientras que un acoplamiento similar de enlaces carbono-carbono normalmente requiere temperaturas superiores a 300 grados Celsius. En el siguiente paso, los investigadores aclararon la estructura exacta de los enlaces formados:se eliminan dos átomos de hidrógeno de cada átomo de silicio para crear las estructuras de orden superior. Los análisis más detallados mostraron además un enlace de los átomos de silicio a la superficie del metal.

Como la estructura del polímero final no se pudo aclarar por completo utilizando la microscopía de túnel de barrido (STM) habitual, un equipo dirigido por el químico Prof. Johannes Neugebauer utilizó métodos químicos computacionales para este propósito y simuló las imágenes STM de varios productos potenciales. Para proporcionar más apoyo en la caracterización del producto, un equipo dirigido por el físico Dr. Harry Mönig empleó un método diseñado específicamente para estos problemas basado en la microscopía de fuerza atómica. Este método hizo posible no solo representar el producto completo, sino también para localizar los átomos de hidrógeno con una resolución drásticamente aumentada. El equipo de Johannes Neugebauer también logró desarrollar un modelo mecanicista y simular los pasos de reacción necesarios para formar el producto encontrado.

Contribuciones desde diferentes ángulos

"Las propiedades de los polímeros podrían examinarse en estudios futuros con respecto a su conductividad eléctrica, "dice el químico Dr. Henning Klaasen". Además, el diseño molecular podría variarse para adaptar las propiedades para una aplicación de los materiales como semiconductores orgánicos ". Y Lacheng Liu, un doctorado estudiante de Física, agrega, "Además, este método podría usarse para desarrollar una estrategia completamente nueva para cambios moleculares en la funcionalización de superficies y nanopartículas ".

En el futuro, el equipo planea investigar con mayor detalle la química de la superficie de nuevos grupos funcionales que contienen silicio y también tiene como objetivo introducir más grupos funcionales. "Hemos demostrado que no solo el carbono se puede utilizar para crear estructuras fascinantes. Las diversas contribuciones realizadas desde diferentes ángulos, por químicos y físicos, por personas con un enfoque teórico, por otros con un enfoque práctico, todos requerían un alto grado de creatividad. Esto nos permitió explorar un nuevo camino en las reacciones de formación de enlaces en la química de superficies, "dijo Melanie Wittler, un doctorado estudiante de química.