Текст уведомления здесь

В Омске создали алгоритм самосборки наноструктур

С его помощью можно создать массовое промышленное нанотехнологическое производство.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из Омского государственного технического университета разработали алгоритм, позволяющий предсказать, какие наноструктуры могут самостоятельно собираться из заранее определенных молекул конкретных веществ. Это позволит «программировать» самосборку необходимых наноструктур в промышленных масштабах. Соответствующая статья опубликована в Physical Review B. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ) .

Наноструктуры имеют массу интересных особенностей, отсутствующих у более крупных микроструктур. Из них можно делать новую особо компактную и производительную электронику, эффективные катализаторы, средства для адресной доставки лекарств и многое другое. Однако создание наноструктур посредством управляемых манипуляций неизбежно делает их достаточно дорогими. Наиболее рентабельным способом их производства могла бы стать самосборка необходимых наноструктур за счет межмолекулярного и межатомного притяжения между их «кирпичиками».

Для этого необходимо рассчитать, какие атомы и молекулы вероятнее всего образуют «нанокомки». Вычислив необходимые составные элементы, их можно «скормить» производственной установке и получить на выходе массовые и дешевые наночастицы и наноструктуры. Типичным примером такого рода самособирающихся структур — своего рода идеалом для нанотехнологий — является ДНК. Это очень сложная конструкция, но она собирается весьма точно за счет самоорганизующихся процессов. Новый алгоритм ученых из ОмГТУ моделирует подобные процессы самосборки (впрочем, пока гораздо проще, чем в ДНК), что позволяет отказаться от крайне сложных, продолжительных и дорогих натурных экспериментов.

В основе разработки — моделирование поведения димерных молекул на подложке, имеющей сотовую структуру. Типичным примером такой подложки является графен. Димеры — это молекулы, состоящие из двух одинаковых элементов, которыми могут быть как атомы, так и радикалы или группы. Все димеры имеют «ось» — связь, соединяющую два элемента, из-за чего в упрощенных моделях их уподобляют гантеле.

Молекулы-димеры, находясь на подложке из графена, имеют необычные фазовые переходы. Вся покрытая ими поверхность оказывается разбитой на треугольники, каждый из которых характеризуется своим фазовым состоянием. Треугольники из димеров строятся самопроизвольно, поскольку именно такая форма на сотовой поверхности оказывается наиболее энергетически выгодной. Она требует меньше всего энергии для поддержания и не нарушается сама по себе.

Сторона каждого треугольника может состоять из двух, трех, пяти и иного количества молекул. Поэтому рассчитать такую самосборку кажется почти невозможным, так как существует бесконечное число способов «закрыть» ими поверхность. Однако омские ученые установили, что размеры треугольников при создании наноструктур на самом деле легко варьировать. Для это лишь требуется немного изменять внешние условия самосборки, такие как давление газа в камере, где она происходит. Поэтому в параметры модели закладывают геометрию выбранных молекул-димеров и энергию их взаимодействия между собой, а на выходе получают набор всех возможных фаз вещества, полученных в ходе самосборки.

Авторы алгоритма отмечают, что по сути ими найден способ контроля над самосборкой треугольных «нанокирпичиков» любых нужных размеров. Из них, в теории, можно будет создавать любые конструкции. Что, наконец, позволит перевести нанотехнологии из лабораторий в массовое производство, получая наноразмерные объекты в любых необходимых количествах.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы