Wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology, RIKEN en Tohoku University hebben een siliconenpolymeerketen ontwikkeld die zichzelf kan assembleren tot een 3D-periodieke structuur. Ze bereikten dit door hun recent gerapporteerde zelfassemblerende triptyceenmoleculen te gebruiken om de uiteinden van de polymeerketens te modificeren.

De ontwikkeling van nieuwe zachte materialen voor verschillende optische, mechanisch, warmte/ladingtransport en nanotechnologische toepassingen zouden veel baat hebben bij technieken om polymeerassemblages te creëren in periodiek geordende structuren. Dergelijke geordende structuren worden gecreëerd met behulp van moleculaire steigers of door bepaalde delen van de gebruikte polymeren te modificeren zodat ze zichzelf in de gewenste vorm assembleren.

Echter, onderzoekers zijn tegenwoordig van mening dat terminale functionalisering (het wijzigen van beide uiteinden van een polymeerketen) niet erg effectief is voor het creëren van periodiek geordende structuren. Dat is waarom wetenschappers van het Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), geleid door Fumitaka Ishiwari, geïnteresseerd waren in het opnieuw bezoeken van een van hun recent ontwikkelde triptyceenmoleculen, belde 1, 8, 13-reis. Het team had al aangetoond dat dit molecuul zichzelf op betrouwbare wijze kan assembleren tot een periodieke 3D-structuur gemaakt van parallelle 2D-platen die op een vaste afstand van elkaar zijn gescheiden (zie figuur 1). "We waren geïnteresseerd in het onderzoeken of het krachtige zelfassemblerende vermogen van dit triptyceen-motief ook zou werken in polymeersystemen, " legt Ishiwari uit.

Daarom, het team ontwierp polydimethylsiloxaan (PDMS) -ketens waarvan de uiteinden werden vervangen door een triptyceenmolecuul. Ze hoopten dat deze gemodificeerde siliconenkettingen ook het veelbelovende zelf-assemblerende gedrag zouden vertonen dat werd waargenomen voor 1, 8, 13-Reis alleen, en moest dus veel verschillende experimenten uitvoeren om het te bewijzen, inclusief Synchrotron-Radiation röntgendiffractie/verstrooiing met behulp van de BL45XU-bundellijn op SPring-8 (Hyogo, Japan), differentiële scanningcalorimetrie en spectroscopiemetingen. Gelukkig, alle resultaten leken erop te wijzen dat de gemodificeerde PDMS-ketens zichzelf hadden geassembleerd tot de 3D-periodieke structuur die wordt getoond in Fig. 2. Dit werd ook geverifieerd door de verschillen in de stroomkenmerken van de gemodificeerde PDMS-ketens en reguliere PDMS-ketens te analyseren.

De bevindingen van het team zijn veelbelovend omdat het gebruikte triptyceenmotief eenvoudig en gemakkelijk te synthetiseren is via korte stappen, en kan een krachtig hulpmiddel zijn voor het organiseren van polymeren en het versterken van hun structurele en fysieke eigenschappen. "De huidige bevinding zal het algemene idee actualiseren dat terminale functionalisering niet effectief is voor het bereiken van de gecontroleerde assemblage van polymeren tot een periodiek geordende structuur, " concludeert Ishiwari. Het team zal doorgaan met het onderzoeken van de zelforganisatie van polymeren, en het is te hopen dat de resultaten zullen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe materialen en synthesetechnieken.

Professor Masaki Takata van Tohoku University schreef het succes van de studie toe aan de gezamenlijke inspanningen van het Network Joint Research Centre for Materials and Devices en de grootschalige Synchrotron Radiation-faciliteit, lente-8, beheerd door RIKEN. Hij voegde eraan toe dat "dit hopelijk ook zou leiden tot een grote vraag naar andere hoogwaardige materialen, die kan worden ontwikkeld in de 3GeV-synchrotronfaciliteit van de volgende generatie, zal volgend jaar beginnen met de bouw aan de Tohoku University."