Enkele van de meest interessante en fascinerende elektronische apparaten die ooit voor consumenten beschikbaar zullen zijn, van flinterdunne computers tot elektronische stof, zal het resultaat zijn van geavanceerde materialen ontworpen door wetenschappers. Inderdaad, er zijn al enkele opmerkelijke ontdekkingen gedaan. Om verder te innoveren, wetenschappers moeten leren hoe ze de chemische structuren van materialen op nanoschaal nauwkeurig kunnen manipuleren, zodat ze specifieke macroscopische eigenschappen en functies opleveren.

Een onderzoeksgroep, gezamenlijk werkzaam bij de National Synchrotron Light Source, heeft daarvoor een nieuwe manier gevonden. Ze hebben een nieuwe klasse macromoleculen gesynthetiseerd die zichzelf organiseren, of "zelf samenstellen, " in verschillende geordende structuren met afmetingen kleiner dan 10 nanometer. De zogenaamde "gigantische oppervlakteactieve stoffen, " deze grote moleculen bootsen de structurele kenmerken van kleine oppervlakteactieve stoffen na (stoffen die de oppervlaktespanning tussen twee vloeistoffen aanzienlijk verlagen, zoals wasmiddelen), maar zijn omgezet in functionele moleculaire nanodeeltjes door te worden "geklikt" met polymeerketens. De resulterende materialen zijn uniek omdat ze de kloof overbruggen tussen oppervlakteactieve stoffen met kleine moleculen en traditionele blokcopolymeren en dus een interessante "dualiteit" hebben in hun zelfassemblagegedrag.

"Deze klasse van materialen biedt een veelzijdig platform voor het construeren van nanostructuren met eigenschappen kleiner dan 10 nanometer, dat is een schaal die zeer relevant is voor de blauwdrukken van nanotechnologie en micro-elektronica, " zei de corresponderende wetenschapper Stephen Cheng van de studie, een onderzoeker aan de Universiteit van Akron's College of Polymer Science and Polymer Engineering. "Breder, we zijn ook geïnteresseerd in hoe onze resultaten ons begrip kunnen vergroten van de chemische en fysische principes die aan zelfassemblage ten grondslag liggen."

Oppervlakteactieve stoffen spelen een grote rol in ons dagelijks leven, hoewel de meeste mensen zich er niet van bewust zijn. Ze zijn aanwezig in huishoudelijke schoonmaakmiddelen en zeep, lijmen, verf, inkt, kunststoffen, en veel, vele andere producten. Van nature, ze zijn een belangrijk onderdeel van materiaalonderzoek.

Gigantische oppervlakteactieve stoffen hebben het potentieel om nog veelzijdiger te zijn dan hun kleinere tegenhangers, omdat ze de voordelen hebben van zowel een polymeer als een oppervlakteactieve stof. Ze zijn van bijzonder belang voor de elektronica-industrie omdat ze zichzelf spontaan kunnen assembleren tot nanodomeinen van slechts enkele nanometers groot. Deze lengteschaal moet worden bereikt om de voortdurende inkrimping van computerchips mogelijk te maken, maar het is zeer moeilijk gebleken om dit te bereiken voor conventionele technologieën. De productie van dunne films met nanopatronen - die de basis vormen van moderne computerchips - kan rechtstreeks worden beïnvloed door gigantische oppervlakteactieve stoffen. Als films kunnen worden geproduceerd met kleinere nanoschaalkenmerken, ze kunnen leiden tot dichtere, snellere computerchips.

De groep gebruikte verschillende technieken om verschillende gigantische monsters van oppervlakteactieve stoffen in dunnefilmvorm te bestuderen, evenals in bulkvorm en in oplossing. Deze technieken omvatten begrazingsincidentie kleine hoek röntgenverstrooiing (GISAXS) bij NSLS-bundellijn X9. GISAXS is geschikt voor het bestuderen van dunnefilmmonsters die eigenschappen op nanoschaal hebben besteld, typisch tussen 5 en 20 nanometer, en kan onderzoekers vertellen over de vorm, maat, en oriëntatie van deze functies, onder andere informatie. Het wordt veel gebruikt om zelf-geassembleerde dunne films met nanoschaalkenmerken te bestuderen.

Dit onderzoek werd op 18 juni gepubliceerd, 2013 uitgave van de Proceedings van de National Academy of Sciences .