تولید مواد شبه پلیمری با نانوذرات

محققان آمریکایی طبقه جدیدی از مواد به نام نانوپلیمرها درست
کرده‌اند که اولین هم ارزهای نانومقیاس پلیمرها به شمار می‌روند. این کار توسط
Francesco Stellacci و همکارانش در پژوهشگاه فناوری ماساچوست (MIT) انجام شد. آنها
ابتدا نقایصی در دو ناحیه روبروی هم روی سطح نانوذرات کروی شکل ایجاد کردند. سپس
ذرات دو ظرفیتی حاصل به صورت یک فیلم ساده به هم متصل ‌شدند.
نانوذرات می‌توانند به عنوان واحدهای سازنده برای ساخت گونه‌های مختلف مواد نظیر
ابربلورها یا مایعات یونی به کار روند ولی قادر نیستند مانند اتم‌ها و مولکول‌ها در
جهت‌های ویژه به هم متصل شوند. به این دلیل است که نانوذرات عموماً به منظور
جلوگیری از رشد بیشتر و خوشه‌ای شدن توسط یک لایه پوشانده می‌شوند. سطح خارجی
یکنواخت آنها سبب می‌شود تا آنها نتوانند در جهات ویژه و کنترل شده بهم متصل شوند.

شکل ۱- شمایی از یک زنجیره ذرات طلای پوشیده شده با حلقه‌هایی از مولکول‌های ترکیب متناوبی، که مولکول‌های اتصال‌دهنده در قطب‌ها قرار گرفته‌اند.

Stellacci و همکارانش روشی برای غلبه بر این مشکل ابداع کردند.
این پژوهشگران تقارن نانوذرات کروی را با اتصال دولیگاند متفاوت نظیر تیول، به دو
قطب آنها از بین بردند. لیگاندهای یک نانوذره برای اتصال به لیگاندهای نانوذره دیگر
آزادند و می‌توانند به طور زنجیروار بهم متصل ‌شوند و هم ارزهای نانومقیاس پلیمرها
را تشکیل دهند (شکل‌های ۱ و ۲) این واکنش زنجیری که تنها چند ساعت طول می‌کشد بسیار
شبیه روشی است که طی آن مونومرهای نایلون به صورت یک زنجیر پلیمری درمی‌آیند.

شکل ۲- از ذرات موج‌دار تا زنجیر‌های نانوپلیمری. (A) یک دید از کنار (B) یک دید از بالای ذره موج‌دار که نشان می‌دهد دو نقص قطبی برای تناوب حلقه‌های هم‌مرکز لازم هستند. (C) توصیف شماتیکی از واکنش تشکیل زنجیر.

این دانشمندان نتایج خود را با گرفتن تصاویر TEM از زنجیرهای
نانوذره‌ای اثبات کردند. تعداد نانوذرات در هر زنجیر به طور گسترده‌ای متفاوت است و
بیشترین مقدار شمارش شده ۵۰۰۰۰ نانوذره در طول یک زنجیر است. برخی زنجیرها حتی یک
فیلم پیوسته به مساحت یک سانتیمتر مربع و ضخامت ۶۰ میکرون تولید کردند. کاربرد اصلی
این تحقیق در تولید گروه جدیدی از مواد به نام نانوپلیمر با خواص جدید نظیر تخلخل
کنترل شده در مقیاس نانومتر است. این پلیمرها همچنین امکان بررسی بنیادی خواص مواد
را فراهم می‌کنند.
این محققان نتایج کار خود را در مجله Science منتشر کرده‌اند.