Connect with us

Marknadsnyheter

Nytt ljus över tillverkningen av ultratunna polymerer

Published

on

Ett internationellt forskarlag med forskare från bland annat Linköpings universitet, Deutsches Museum och det tekniska universitetet i München har utvecklat en metod för att tillverka tvådimensionella polymerer endast ett molekyllager tjocka. Polymeren skapas på en fast yta med hjälp av ljus. Upptäckten banar väg för utvecklingen av nya ultratunna och funktionella material. Resultaten är publicerade i Nature Chemistry.

Jakten på nya tvådimensionella material har ökat i snabb takt sen upptäckten av grafen – ett supermaterial med bland annat hög ledningsförmåga och hållfasthet som gör det otroligt mångsidigt. För att skapa ultratunna material finns i huvudsak två tillvägagångssätt. I den ena metoden ”skalas” ett sammanhängande lager av molekyler eller atomer av från en större massa. Just grafen är ett exempel på den metoden. 

I den andra metoden byggs istället materialet molekyl för molekyl genom att på olika sätt skapa bindningar mellan molekylerna. Problemet med den metoden är att materialen ofta blir små, sköra och innehåller många defekter vilket begränsar potentiella tillämpningsområden.

Nu har ett internationellt forskarlag med forskare från bland annat Linköpings universitet, Deutsches Museum och det tekniska universitetet i München utvecklat en ny metod för att skapa tvådimensionella polymerer. Upptäckten möjliggör utvecklingen av nya ultratunna funktionella material.

Tillverkningen, eller polymeriseringen, av materialet sker i två steg. Forskarna använder molekyler som kallas fantrip som består av två olika kolväten – antracen och triptycen – samt fluoratomer. De specifika egenskaperna hos fantrip gör att molekylerna spontant kommer att arrangera sig i ett mönster. Det kallas för självorganisering. För att molekylerna ska arrangera sig på rätt sätt läggs de på en grafityta täckt med kolkedjor.

I nästa steg sker själva fotopolymeriseringen då mönstret ska fixeras med hjälp av ljus. Molekylerna träffas av en lila laser som exciterar elektronerna i det yttre elektronskalet. Då skapas starka, så kallade kovalenta bindningar mellan molekylerna. Resultatet blir en porös tvådimensionell polymer, en halv nanometer i tjocklek, som består av hundratusentals identiskt sammanlänkade molekyler – med andra ord, ett nästintill perfekt ordnat material, ner till minsta atom.

– Att skapa kovalenta bindningar mellan molekyler kräver mycket energi. Det vanligaste sättet att tillföra energi är att höja temperaturen, men det innebär också att molekylerna börjar röra på sig. Det fungerar inte med självorganiserande molekyler då mönstret skulle förstöras. Genom att istället använda ljus för att skapa kovalenta bindningar bevaras och fixeras mönstret precis som vi vill ha det, säger Markus Lackinger, forskningsledare på tekniska universitetet i München och Deutsches Museum.

I och med att fotopolymeriseringen utförs på en fast yta går det att följa processen på molekylär skala med sveptunnelmikroskop. För att bekräfta strukturen har forskargruppen simulerat hur det molekylära lagret ser ut i mikroskopet vid olika stadier av reaktionen. 

Jonas Björk är biträdande universitetslektor på avdelningen Materialdesign på Institutionen för fysik, kemi och biologi vid Linköpings universitet. Han har använt högprestandaberäkningar på Nationellt superdatorcentrum i Linköping för att validera experimenten samt identifiera nyckelfaktorer som gör metoden lyckosam.

– Vi ser att simuleringarna stämmer överens med verkligheten ner i minsta detalj och kan även förstå varför vårt specifika system ger så fördelaktiga resultat. Nästa steg i forskningen är att se om metoden kan användas för att sammanlänka andra molekyler för nya tvådimensionella funktionella material. Genom att utveckla metoden kan vi i framtiden också styra och skräddarsy vilken typ av ultratunna material vi vill tillverka, säger Jonas Björk.

Polymeriseringen sker i vakuum vilket säkerställer att materialet inte blir förorenat. Den färdiga polymerfilmen klarar sig dessutom utanför vakuumet vilket är en fördel för framtida användningsområden. Markus Lackinger tror att det finns många tänkbara tillämpningar.

– Det mest uppenbara användningsområdet för materialet är filter eller membran. Men det kan också vara något helt annat och tillämpningar som vi inte har en aning om idag kan dyka upp, kanske av en slump. Det är tjusningen med grundforskning, säger Markus Lackinger. 

Forskningen finansierades av tyska forskningsstiftelsen, Vetenskapsrådet och regeringens strategiska satsning Avancerade funktionella material vid Linköpings universitet. Beräkningarna utfördes på Nationellt superdatorcentrum vid Linköpings universitet.

Artikeln: On-surface photopolymerization of two-dimensional polymers ordered on the mesoscale Lukas Grossmann, Benjamin T. King, Stefan Reichlmaier, Nicolai Hartmann, Johanna Rosen, Wolfgang M. Heckl, Jonas Björk, Markus Lackinger Nature Chemistry 2021 doi: 10.1038/s41557-021-00709-y

Kontakt

Jonas Björk, biträdande universitetslektor, 013-28 25 61, jonas.bjork@liu.se

Pressmeddelandet skickat av: 
Anders Törneholm, forskningskommunikatör

Linköpings universitet
013-28 68 39
anders.torneholm@liu.se

Vill du ha mer nyheter från Linköpings universitet? Genom nyhetsbrevet ”Forskning och samhälle – nyheter från Linköpings universitet” får du ta del av det senaste inom forskning och samverkan vid Linköpings universitet. Prenumerera här

Taggar:

Continue Reading

Marknadsnyheter

JRS chefsstrateg Torbjörn Söderberg om börsen framåt

Published

on

By

Torbjörn Söderberg

JRS chefsstrateg Torbjörn Söderberg pratar med Jesper Norberg på EFN om börsens väg framåt. Man tar upp värderingar och makro, samt hur han själv väljer att agera.

JRS chefsstrateg Torbjörn Söderberg om börsen framåt
Continue Reading

Marknadsnyheter

Kreditkort skapar problem för USAs konsumenter – CNBC granskar

Published

on

By

CNBC pratar kredikort

CNBC tittar närmare på hur kreditkort skapar problem för konsumenterna i USA som får betala räntor på upp till 36 %, och ovanpå det kommer nya avgifter. När det skapar så här stora problem blir det ett problem för ekonomin som helhet, det är inte bara ett individuellt problem.

CNBC granskar kreditkort och problemen de skapar

Vi skrev nyligen om rekordhög belåning hos investerare i USA. Det är samma sak här, när det är så många individer som är så hårt belånade blir det ett problem för hela aktiemarknaden.

Continue Reading

Marknadsnyheter

Varför går det så dåligt för Las Vegas?

Published

on

By

Vy över Las Vegas

Det pratas mycket om att Las Vegas har blivit tomt. Det kommer färre besökare både från USA och utlandet, i en sådan omfattning att vägar som förut var fyllda med bilar nu är smidiga att ta sig fram på. De enda som fortsatt verkar komma är affärsresenärerna.

Las Vegas får mycket kritik för att ha blivit för giriga. Hotellen har börjat lägga på alla möjliga konstiga avgifter för att tjäna mer, restaurangerna lägger på avgifter och dessutom har det tillkommit flera nya skatter. Besökarna känner sig lurade.

Continue Reading

Trending

Copyright © 2025 Tanalys