De nachtmerriestructuur van de loodgieter presenteert zichzelf als een assemblage waarin alle uitgangen naar binnen lijken te convergeren - een nachtmerrie voor een loodgieter, maar een verwachte uniciteit voor onderzoekers, wat duidt op onderscheidende eigenschappen die afwijken van traditionele materialen. Niettemin werd deze ingewikkelde configuratie onhaalbaar geacht, grenzend aan het rijk van het onmogelijke.

Onlangs heeft een onderzoeksteam van de Pohang University of Science and Technology (POSTECH) aanwijzingen gevonden van verwaarloosde minuscule eindjes, waardoor deze droom werkelijkheid werd. Het tijdschrift Wetenschap heeft dit onderzoek niet alleen gepubliceerd, maar ook als artikel onder de aandacht gebracht, wat aanzienlijke belangstelling in academische kringen heeft gewekt.

Professor Moon Jeong Park en Ph.D. kandidaat Hojun Lee van POSTECH's Departement Scheikunde bracht nanostructuren van blokcopolymeren (BCP's) tot leven, die voorheen alleen voor ogen stonden.

BCP's vertegenwoordigen polymeren die zijn geconstrueerd door blokken van het ene monomeer te koppelen aan blokken van een ander monomeer. BCP's zijn in staat tot zelfassemblage en vervaardigen diverse structuren op nanoschaal, waardoor zij wijdverbreide toepassingen vinden in de halfgeleider- en geneeskundesectoren.

Recente studies hebben krachtig vergelijkingen in optische en mechanische eigenschappen op basis van de BCP-structuur onderzocht. Naarmate structuren echter ingewikkelder worden, neemt hun thermodynamische stabiliteit af, wat aanzienlijke uitdagingen met zich meebrengt bij de productie ervan.

Onder deze structuren is de nachtmerrie van de loodgieter, die de mediale opeenhoping van polymeerketenuiteinden vertoont, een enorm complexe en onderscheidende formatie. Hoewel praktijkvoorbeelden van de manifestatie ervan ontbraken, werd aangenomen dat het unieke optische en mechanische eigenschappen zou bezitten vanwege de kenmerkende kanaalstructuur, waardoor het zich zou onderscheiden van andere nanostructuren.

In dit baanbrekende onderzoek trotseerde het team de verwachtingen door het onmogelijke mogelijk te maken. Terwijl het meeste onderzoek zich heeft geconcentreerd op de belangrijkste polymeerketens die BCP's vormen, verleggen de onderzoekers hun focus naar de onopvallende, minder dan één procent, ketenuiteinden.

Ze vervaardigden di-end-gefunctionaliseerde BCP's door verschillende moleculen aan elk uiteinde van de polymeerketen te koppelen. Als gevolg hiervan vertoonden de uiteinden van de polymeerketen een sterke wederzijdse aantrekkingskracht, waardoor alle polymeerstaarten naar binnen samensmolten, wat de succesvolle realisatie van de nachtmerriestructuur van de loodgieter markeerde, een eerste prestatie ter wereld.

Bovendien produceerde het team met succes een reeks BCP-structuren die tot nu toe raadselachtig waren gebleven, waaronder gyroïde- en diamantstructuren. Deze prestatie bij het materialiseren van BCP-structuren die voorheen beperkt waren tot het domein van de verbeelding en de theorie, is een belangrijke prestatie.

Van bijzonder belang is dat de betekenis van dit onderzoek ligt in de conclusie dat complexe structuren stabiel kunnen worden gerealiseerd als er krachtige krachten aan de uiteinden bestaan, ondanks diverse aanpassingen in de BCP-polymeersamenstelling en de chemische eigenschappen van de hoofdketen. Dit suggereert de universele toepasbaarheid en aanpasbaarheid van dit onderzoek voor toekomstige studies gericht op de ontwikkeling van diverse polymeernanostructuren met composietstructuur.

Professor Alisyn J. Nedoma van de Universiteit van Sheffield, een expert op het gebied van BCP, merkte op in de Science commentaar:"Het legt de basis voor het ontwerpen van nieuwe BCP-nanostructuren", waarbij de potentiële kosteneffectiviteit wordt beoordeeld bij het creëren van nanostructuren met gewenste kenmerken."

De leider van het onderzoek, professor Moon Jeong Park, legde uit:"Dit onderzoek heeft ons in staat gesteld een methode op te zetten voor het ontwikkelen van op maat gemaakte netwerkstructuren in polymeer BCP. Het zal dienen als een platform voor het vervaardigen van polymeer BCP's met diverse eigenschappen in nanotechnologietoepassingen." /P>

Meer informatie: Hojun Lee et al, Thermodynamisch stabiele nachtmerriestructuren voor loodgieters in blokcopolymeren, Wetenschap (2024). DOI:10.1126/science.adh0483

Alisyn J. Nedoma, Het creëren van de "loodgietersnachtmerrie", Wetenschap (2024). DOI:10.1126/science.adn0168

Journaalinformatie: Wetenschap

Aangeboden door Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie