ЛЕНТА

Химики вырастили мицеллярные полимерные щетки на кремнии и графене

Jiandong Cai et al., / Science, 2019

Химики вырастили на кремниевой пластинке и листе оксида графена полимерные щетки, расположив на поверхности кристаллы, которые вызывали рост нитей. В результате удалось регулировать плотность, длину и химические свойства мицеллярных щеток, а с помощью внедрения наночастиц ученые показали применимость наноструктур для катализа и создания антибактериальных покрытий. Статья опубликована в журнале Science.

Во многих областях (например, литографии, изучении супергидрофобности и клеточной адгезии) необходимо создавать на поверхности материалов наноструктуры с точно заданными химическими и физическими свойствами. Модифицировать твердые поверхности можно, наращивая на них вытянутые кристаллы из полимера, которые прикрепляются к ним и вместе образуют полимерные щетки. Синтезировать подобные структуры с точными характеристиками в большем масштабе, однако, бывает довольно сложно.

Цзяньдун Цай (Jiandong Cai) с коллегами из Шанхайского технологического университета синтезировали наноструктуру из сополимерных нитей на твердой поверхности кремния. Полимерные нити растили на кремниевой пластинке с силанольными группами, которые образовывали водородные связи с молекулами цилиндрических кристаллитов, способных с обеих сторон отращивать «волоски» из блоксополимера в растворе.

Схема эксперимента (A) и изображения атомно-силового микроскопа поверхности с кристаллитами (С) и готовыми щетками (B, D)

Jiandong Cai et al., / Science, 2019

Поделиться

С помощью атомно-силового микроскопа авторы работы убедились, что кристаллиты распределены по поверхности достаточно равномерно. Затем кремниевую пластинку поместили в раствор полидиметилсилоксана, который стал кристаллизоваться, образуя слой наноскопических щеток. По изображениям атомно-силового микроскопа авторы определили, что длина полимерных столбиков примерно миллиметр, а в диаметре они оказались около 20 нанометров. Контрольные эксперименты подтвердили, что щетки образовывались благодаря наличию кристаллитов на кремниевой пластинке: без них полимер образовывал цилиндрические мицеллы в растворе и почти не прикреплялся к пластинке.

Регулируя плотность щеток в зависимости от концентрации кристаллитов на пластинке, авторам удалось синтезировать поверхности с разной гидрофобностью — с углом смачивания от 81 до 109 градусов. Добавив трифторуксусную кислоту, исследователи добились протонирования и образования положительного заряда на щетке, из-за чего она стала гидрофильной (угол смачивания — 26 градусов). Новый материал также удалось модифицировать наночастицами золота или серебра, из-за чего он стал обладать каталитическими и антибактериальными свойствами соответственно.

Модификация полимерных щеток с помощью сильной кислоты, наночастиц золота и серебра

Jiandong Cai et al., / Science, 2019

Поделиться

Высота нитей пропорционально изменялась в зависимости от концентрации полимера в растворе

Jiandong Cai et al., / Science, 2019

Поделиться

Ученым также удалось вырастить щетки и на поверхности листа оксида графена: они оставались стабильными несколько месяцев, а кристаллиты образовывали водородные связи с карбоксильными и гидроксильными группами на листе.

Авторам, таким образом, удалось продемонстрировать применимость полученной структуры в качестве антибактериальной мембраны и катализатора. По словам ученых, представленный метод модификации поверхностей также позволяет тонко регулировать некоторые ее химические и физические свойства, что может пригодиться во многих областях.

В природе наноструктуры формируют поверхности с уникальными свойствами — их ученые пытаются воссоздать в лаборатории. Позапрошлой осенью исследователи из США и Германии создали светопоглащающий материал, имитирующий микроструктуру крыльев черной бабочки, способный в два раза увеличивать эффективность материала для солнечных батарей.

Алина Кротова

источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»
Do NOT follow this link or you will be banned from the site!
Установите приложение MEGANEWS на Google Play
УСТАНОВИТЬ
Закрыть
Закрыть

Обнаружен Adblock

Поддержите нас, пожалуйста, отключив блокировку рекламы.