Химик РУДН создал двумерную нанопленку из органического вещества каликсарена. Материал может применяться в электронике для защитных покрытий от влаги и ржавчины, биомембран и молекулярных фильтров. Химик также описал, как усилить прочность таких пленок с помощью ультрафиолета.
Химик РУДН создал водоотталкивающую биопленку толщиной в 1 молекулу
Фото: Российский университет дружбы народов
Химик РУДН создал водоотталкивающую биопленку толщиной в 1 молекулу
Фото: Российский университет дружбы народов
Каликсарены — крупные органические молекулы, они состоят из нескольких «ободов» и строением напоминают чашу. Верхний обод чаши гидрофильный, то есть хорошо смачивается водой. Нижний обод — гидрофобный, то есть отталкивает воду. Сами по себе каликсарены используются в качестве вспомогательных веществ в химической промышленности, например для синтеза полимеров этилена или пропилена. Химик РУДН предложил использовать каликсарены по-новому — он создал из них тонкие пленки толщиной в одну молекулу, которые можно применять, например, как водоотталкивающие покрытия.
«Такие двумерные органические пленки могут применяться для создания защитных гидрофобных или антикоррозионных покрытий, в органической электронике и разработке молекулярных фильтров»,— говорит кандидат химических наук Алексей Клецков, научный сотрудник Объединенного института химических исследований РУДН.
Для сборки тонкой пленки из одиночных молекул использовали метод Ленгмюра—Блоджетт. Он предназначен для работы с молекулами, у которых есть одновременно и гидрофильная, и гидрофобная части. Если поместить молекулы с такой структурой в воду, они выстраиваются по одной на поверхности жидкости гидрофобной частью вверх. Затем с помощью специальных поршней молекулы «сжимают» на поверхности до нужной плотности и переносят получившуюся пленку на твердую подложку.
Чтобы сделать пленку прочнее, химики РУДН использовали ультрафиолетовое излучение. Его энергии хватает, чтобы разорвать углеводородные цепочки, которые как «усы» тянутся от верхнего и нижнего обода. После того как в цепочках происходит разрыв, они связываются вновь, но уже с остатками углеводородных цепочек от соседних молекул-каликсаренов. В результате молекулы пленки плотно связываются между собой.
Химики РУДН изучили строение образовавшихся пленок с помощью атомно-силового микроскопа и обнаружили, что эффективность ультрафиолетового облучения зависит от длины исходных углеводородных цепей. Наиболее стабильные пленки получились из молекул, имеющих короткие цепи. Ультрафиолетовое облучение упрочняет их. Для молекул с длинными углеводородными цепями облучение ультрафиолетом снижает прочность пленки — на изображении с микроскопа пленка выглядит прерывисто с отдельными замкнутыми скоплениями из нескольких молекул-каликсаренов. Ультрафиолетовое излучение не всегда улучшает водоотталкивающее свойство пленки. Химики показали, что в зависимости от строения молекулы облучение может ухудшать гидрофобность или не оказывать значимого эффекта. Это важное наблюдение, поскольку пленки предполагается применять в качестве гидрофобных покрытий — от производства дисплеев до автомобильных дорог.
Использованы материалы статьи «Photopolymerized Two-dimensional Organic Films with Calix[4]arene Scaffold» (In memory of Dr. Oleg Lukin); Dmitrii Semenok, Alexey Kletskov, Vladimir Burilov, Sergey Luchkin, Vladimir Potkin, Oleg Lukin; журнал Materials Today Communication.