Cadeias moleculares com mordidelas: um avanço na investigação de polímeros

O valor de comprimento medido estatisticamente com maior frequência é de cerca de 170 nanómetros - com um valor atípico de quase 1.000 nanómetros. Registo. O novo processo, isento de halogéneos, não necessita de quaisquer subprodutos perturbadores, abrindo assim um acesso particularmente limpo a cadeias de polímeros conjugados ultra-longas. A equipa interdisciplinar da Universidade de Marburg, Giessen, Leipzig e investigadores chineses publicaram os resultados na revista "Nature Chemistry".

Crescimento direcionado das cadeias

Em contraste com as anteriores reacções de acoplamento baseadas na superfície, em que muitos pedaços curtos de moléculas se juntam por acaso, aqui uma cadeia continua a crescer numa extremidade de forma controlada: moléculas em anel pré-tensionadas são abertas e fixadas a uma superfície de cobre num vácuo ultra-alto pela extremidade reactiva da cadeia. "Este mecanismo evita subprodutos que, de outra forma, bloqueariam a superfície para outras reacções", relata o químico Michael Gottfried. Utilizando a microscopia de varrimento de alta resolução (STM) e a microscopia de força atómica sem contacto (nc-AFM) com uma ponta funcionalizada, os investigadores conseguiram tornar diretamente visíveis as ligações individuais. A espetroscopia de fotoelectrões de raios X (XPS) e as medições NEXAFS forneceram provas adicionais das alterações químicas durante a reação. As simulações da teoria do funcional da densidade da Universidade de Leipzig sustentaram a via de reação proposta e explicaram as vantagens energéticas do crescimento da cadeia. As cadeias ultra-longas de PPP podem ser aquecidas através de fases intermédias específicas para produzir novas nanofitas com comprimentos até cerca de 40 nanómetros. "Mais tarde, transformamos duas cadeias numa nova fita de carbono, tal como um fecho de correr", explica Gottfried.

Potenciais aplicações para componentes semicondutores moleculares

O trabalho é investigação fundamental no melhor sentido da palavra: expande o conjunto de ferramentas químicas para produzir estruturas de carbono atomicamente precisas - potenciais blocos de construção para a futura eletrónica molecular, transístores orgânicos ou novas nanofitas semicondutoras. "O PPP é um dos polímeros conjugados cujas propriedades electrónicas dependem fortemente do comprimento da cadeia e da perfeição estrutural", comenta Gottfried. Ao mesmo tempo, as cadeias ultra-longas que estão agora acessíveis servem de ponto de partida para a definição de nanofitas de carbono com propriedades personalizadas.

Colaboração de caminhos curtos

A descoberta foi possível graças à estreita interação entre o design químico, a física das superfícies, a microscopia de alta resolução e a teoria na área de concentração do LOEWE "Princípios da Síntese à Superfície (PriOSS)", um projeto conjunto das Universidades de Marburg e Giessen. Caminhos curtos, competências interdisciplinares e a combinação consistente de ideias, experiências e imagens atómicas - este "espírito Marburg-Gießen" torna possível construir moléculas como se estivessem de acordo com um plano e visualizar a sua formação passo a passo. "O trabalho de Michael Gottfried e da sua equipa demonstra de forma impressionante o potencial que reside na estreita colaboração entre as universidades de Marburgo e de Giessen no Campus de Investigação Central de Hesse", afirma o Vice-Presidente para a Investigação, Prof. Dr. Gert Bange. "Ao reunir competências complementares, estão a surgir aqui descobertas científicas e novas perspectivas para materiais de precisão atómica e futuras tecnologias de semicondutores."