Chemiker entwickelt neuartigen, ein Molekül dicken wasserabweisenden Film

2D-Nanofilme können verwendet werden, um hydrophobe oder korrosionsbeständige Schutzschichten für die organische Elektronik herzustellen oder um Molekularfilter zu entwickeln

14.09.2020 - Russische Föderation

Ein Chemiker der RUDN-Universität schuf zusammen mit Kollegen einen neuartigen zweidimensionalen Nanofilm aus einem organischen Material namens Calixaren. Die Erfindung kann als Schutzschicht in der Elektronik und als Teil von Molekularfiltern eingesetzt werden. Sie schlugen auch eine Möglichkeit vor, die Haltbarkeit solcher Filme mit UV-Strahlung zu erhöhen.

Calixarene sind große schalenförmige organische Moleküle, die aus mehreren Ringen bestehen. Der äußere Ring der Schale ist hydrophil, d.h. er hält Wasser aktiv zurück. Der innerste Ring ist hydrophob oder wasserabweisend. Calixarene sind in der chemischen Industrie als Additive bekannt: Sie spielen zum Beispiel bei der Synthese von Ethylen- und Propylenpolymeren eine Rolle. Wissenschaftler aus Belarus und Russland, darunter ein Chemiker der RUDN-Universität, schlugen eine neue Art der Verwendung vor. Sie entwickelten 0,8-1,5 nm dicke Filme auf Calixaren-Basis, die als wasserabweisende Beschichtungen wirken können.

"Diese organischen 2D-Filme können verwendet werden, um schützende hydrophobe oder korrosionsbeständige Beschichtungen für die organische Elektronik herzustellen oder um Molekularfilter zu entwickeln", sagte Alexey Kletskov, ein Kandidat der chemischen Wissenschaften und Forscher am Gemeinsamen Institut für chemische Forschung der RUDN-Universität.

Das Team verwendete die Langmuir-Blodgett-Methode, um einen dünnen Film aus einzelnen Molekülen zu konstruieren. Die Methode war speziell für die Moleküle entwickelt worden, die sowohl hydrophile als auch hydrophobe Anteile aufweisen. Wenn solche Moleküle in Wasser gelegt werden, richten sie sich auf der Oberfläche aus, wobei ihre hydrophoben Teile nach oben zeigen. Danach werden sie mit speziellen Stempeln gepresst, und wenn die erforderliche Dichte erreicht ist, wird der Film auf eine feste Unterlage bewegt.

Um den Film zu verstärken, verwendete das Team UV-Strahlung. Sie verfügt über genügend Energie, um die Kohlenwasserstoffketten aufzuspalten, die die äußeren und inneren Ringe jedes Moleküls miteinander verbinden. Zuerst werden die Ketten aufgebrochen, und dann binden sie sich erneut, diesmal jedoch mit losen Enden von anderen Calixaren-Molekülen. Infolgedessen werden alle Moleküle im Film eng miteinander verbunden.

Das Team untersuchte die Struktur der Filme mit einem Rasterkraftmikroskop und fand heraus, dass die Effizienz der UV-Strahlung mit der Länge der Ketten in den ursprünglichen Makromolekülen korreliert. Moleküle mit kurzen Ketten bildeten stabilere Filme, und bei langkettigen Molekülen bewirkte die UV-Strahlung, dass die Filme eine unregelmäßige Struktur mit Clustern aufwiesen. Daher erwies sich UV-Licht nicht immer als vorteilhaft für die Filmqualität. Abhängig von der Molekülstruktur kann es die wasserabweisenden Eigenschaften eines Films verringern oder gar keinen wesentlichen Einfluss haben. Dies ist ein wichtiger Faktor, der bei der Verwendung der Filme als hydrophobe Beschichtungen auf verschiedenen Oberflächen, von Displays bis hin zu Baubeschichtungen, zu berücksichtigen ist.

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