Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Химики вырастили мицеллярные полимерные щетки на кремнии и графене

Jiandong Cai et al., / Science, 2019

Химики вырастили на кремниевой пластинке и листе оксида графена полимерные щетки, расположив на поверхности кристаллы, которые вызывали рост нитей. В результате удалось регулировать плотность, длину и химические свойства мицеллярных щеток, а с помощью внедрения наночастиц ученые показали применимость наноструктур для катализа и создания антибактериальных покрытий. Статья опубликована в журнале Science.

Во многих областях (например, литографии, изучении супергидрофобности и клеточной адгезии) необходимо создавать на поверхности материалов наноструктуры с точно заданными химическими и физическими свойствами. Модифицировать твердые поверхности можно, наращивая на них вытянутые кристаллы из полимера, которые прикрепляются к ним и вместе образуют полимерные щетки. Синтезировать подобные структуры с точными характеристиками в большем масштабе, однако, бывает довольно сложно.

Цзяньдун Цай (Jiandong Cai) с коллегами из Шанхайского технологического университета синтезировали наноструктуру из сополимерных нитей на твердой поверхности кремния. Полимерные нити растили на кремниевой пластинке с силанольными группами, которые образовывали водородные связи с молекулами цилиндрических кристаллитов, способных с обеих сторон отращивать «волоски» из блоксополимера в растворе.

С помощью атомно-силового микроскопа авторы работы убедились, что кристаллиты распределены по поверхности достаточно равномерно. Затем кремниевую пластинку поместили в раствор полидиметилсилоксана, который стал кристаллизоваться, образуя слой наноскопических щеток. По изображениям атомно-силового микроскопа авторы определили, что длина полимерных столбиков примерно миллиметр, а в диаметре они оказались около 20 нанометров. Контрольные эксперименты подтвердили, что щетки образовывались благодаря наличию кристаллитов на кремниевой пластинке: без них полимер образовывал цилиндрические мицеллы в растворе и почти не прикреплялся к пластинке.

Регулируя плотность щеток в зависимости от концентрации кристаллитов на пластинке, авторам удалось синтезировать поверхности с разной гидрофобностью — с углом смачивания от 81 до 109 градусов. Добавив трифторуксусную кислоту, исследователи добились протонирования и образования положительного заряда на щетке, из-за чего она стала гидрофильной (угол смачивания — 26 градусов). Новый материал также удалось модифицировать наночастицами золота или серебра, из-за чего он стал обладать каталитическими и антибактериальными свойствами соответственно.

Ученым также удалось вырастить щетки и на поверхности листа оксида графена: они оставались стабильными несколько месяцев, а кристаллиты образовывали водородные связи с карбоксильными и гидроксильными группами на листе.

Авторам, таким образом, удалось продемонстрировать применимость полученной структуры в качестве антибактериальной мембраны и катализатора. По словам ученых, представленный метод модификации поверхностей также позволяет тонко регулировать некоторые ее химические и физические свойства, что может пригодиться во многих областях.

В природе наноструктуры формируют поверхности с уникальными свойствами — их ученые пытаются воссоздать в лаборатории. Позапрошлой осенью исследователи из США и Германии создали светопоглащающий материал, имитирующий микроструктуру крыльев черной бабочки, способный в два раза увеличивать эффективность материала для солнечных батарей.

Алина Кротова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.