De kracht van opsluiting: hoe kleine nanobuisjes nieuwe materialen kunnen persen

Een internationaal onderzoeksproject, geleid door de Universiteit van Warwick en de Universiteit van Lille, heeft nanobuiscompressie gebruikt om de onderliggende chemie en fysica van een verbinding te transformeren, waardoor een veelbelovend nieuw eendimensionaal materiaal ontstaat.

In deze studie gepubliceerd in de Journal of the American Chemical Societyeen grote op cluster gebaseerde verbinding (CS₂Mo₆BR₁₄) onderging nanoconfinement in een reeks koolstofnanobuisjes, waarvan de kleinste gemeten zo klein als 10 Ångstroms, of een miljardste van een meter.

Met nanobuisjes zo klein, de binnenkant van de buis die kleiner is dan de verbindingen zelf. Onder extreme opsluiting werd de verbinding gecomprimeerd tot het punt van het afbreken (in een proces dat eliminatie wordt genoemd), waardoor een nieuwe, kleinere verbinding ontstond, [Mo₂Br₆]_Xin de buis.

Dr. Jeremy Sloan, lezer in elektronenmicroscopie bij Warwick en senior auteur van dit artikel, zei: “Dit onderzoek is uniek en belangrijk in twee verschillende opzichten. In eerste instantie zien we hoe opsluiting van een anorganisch cluster-gebaseerd materiaal in smalle nanobuisjes dat materiaal veroorzaakt, in een sterische structurele limiet, om een ​​aantal van de chemische samenstelling te elimineren of te werpen.

“Ten tweede, en serendipiteus, heeft het anorganische polymeer een 1D-achtige structuur, die van groot belang is voor statistische fysica en bij het vormen van ferromagnetische arrays met potentieel nut in informatieopslag op atoomniveau.”

Opmerkelijk is dat de fysieke eigenschappen van de nieuwe verbinding ook volledig zijn gewijzigd vanwege dit opsluitingseffect. De nieuwe kleinere verbindingen zijn waarschijnlijk magnetisch en regelden zich in een lineaire polymeer (gekoppelde) structuur, die kan worden beschouwd als een samengestelde “conga -lijn” in de buis.

In de conga -lijn van verbindingen kan elke verbinding alleen interageren met zijn twee dichtstbijzijnde buren, wat betekent dat ze zich gedragen als een rij van staafmagneten, ofwel magnetisch omhoog of omlaag wijzen. Als hun aangrenzende verbinding op één manier draait, wordt de verbinding beïnvloed om ook zo te draaien, vanwege de magnetische aantrekkingskracht.

Deze opstelling kan ook worden omschreven als een 1D ISing -model. Omdat elke verbinding alleen bestaat in een van de twee toestanden (omhoog/omlaag, aan/uit) en kleine veranderingen door het systeem kunnen rimpelen, leent deze binaire Ising-achtige structuur zich voor opwindende kwantum computing en moleculaire elektronische toepassingen.

Dr. Sloan voegde eraan toe: “Ons werk illustreert hoe beperkende nanomaterialen in kleine delen diepgaand hun structurele chemie wijzigen, terwijl ze ook wetenschappelijk interessante en mogelijk functioneel nieuwe nanoschaalobjecten creëren.”

Als nanoconfinement het gedrag van materialen fundamenteel kan veranderen en tot onverwachte transformaties kan leiden, waaronder het verkrijgen van elektrische en magnetische eigenschappen, presenteert dit een veelbelovende synthetische route voor nanomaterialen met opwindende eigenschappen.