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Die Kunst des molekularen Teppichknüpfens

Die Kunst des molekularen Teppichknüpfens

Foto: Rastertunnelmikroskop-Bild des „Boronsäure-Teppichs”

Physiker um Doktor Markus Lackinger von der Technischen Universität München (TUM) und Professor Thomas Bein von der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem sie aus Boronsäure-Bausteinen polymere Netzwerke hoher Qualität aufbauen können.

Die „Teppiche“, an denen die Physiker in ihrem Labor im Deutschen Museum München arbeiten, bestehen aus geordneten zweidimensionalen Strukturen, entstanden durch Selbstorganisation von Boronsäure-Molekülen auf einer Graphit-Oberfläche. Dabei verknüpfen sich die Moleküle durch Abspaltung von Wasser zu einem durchgehend von chemischen Bindungen zusammen gehaltenen und damit sehr stabilen Teppich. Durch die wabenartige, gleichmäßige Anordnung des nur eine Atomlage dicken Netzwerks ergibt sich eine nanostrukturierte Oberfläche, deren Poren beispielsweise als stabile Formen für die Herstellung von Metall-Nanopartikeln verwendet werden könnten.

Auch bei den Molekülteppichen gibt es fast fehlerfreie Modelle, leider sind diese nicht sehr stabil. Bei ihnen basiert die Verknüpfung der Moleküle untereinander auf schwachen Bindungen wie beispielsweise Wasserstoff-Brückenbindungen oder van der Waals-Kräften. Der Vorteil dieser Variante ist, dass Fehler in der regelmäßigen Struktur noch während des Selbstorganisationsprozesses behoben werden können, indem sich fehlerhafte Verknüpfungen wieder lösen und sich die korrekten Verknüpfungen ausbilden können.

Viele Anwendungen erfordern jedoch molekulare Netzwerke, die mechanisch, thermisch oder auch chemisch stabil sind. Solche belastbaren Molekülteppiche können entstehen indem man die Moleküle über starke chemische Bindungen verknüpft. Der Nachteil wiederum ist, dass dann die normalerweise nicht vermeidbaren Knüpffehler wegen der großen Bindungsstärke nicht mehr korrigierbar sind.

Markus Lackinger und seine Kollegen haben nun einen Weg gefunden, einen Molekülteppich mit stabilen kovalenten Bindungen ohne größere Webfehler herzustellen. Die Methode beruht auf einer Verknüpfungsreaktion, die aus einzelnen Boronsäure-Molekülen einen molekularen Teppich entstehen lässt. Bei der eingesetzten Kondensationsreaktion werden Wasser-Moleküle freigesetzt. Lässt man die Verknüpfung bei Temperaturen knapp über 100 Grad Celsius in Gegenwart geringer Mengen von Wasser ablaufen, können Webfehler während des Knüpfens nun doch korrigiert werden. Heraus kommt der gewünschte Zauberteppich: Moleküle in einer stabilen und korrekt angeordneten einschichtigen Struktur.

COMPAMED.de; Quelle: Technische Universität München

 
 

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