Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Universidade Técnica de Munique (TUM) descobriu um caminho de reação que produz camadas exóticas com estruturas semirregulares. Esses tipos de materiais são interessantes porque frequentemente possuem propriedades extraordinárias. No processo, moléculas orgânicas simples são convertidas em unidades maiores que formam o complexo, padrões semirregulares. Com experimentos no BESSY II em Helmholtz-Zentrum Berlin, isso pode ser observado em detalhes.

Apenas algumas formas geométricas básicas se prestam a cobrir uma superfície sem sobreposições ou lacunas usando ladrilhos de formato uniforme:triângulos, retângulos e hexágonos. Padrões regulares consideravelmente mais complexos são possíveis com duas ou mais formas de ladrilho. Essas são as chamadas tesselações ou telhas de Arquimedes.

Os materiais também podem apresentar características de revestimento. Essas estruturas são frequentemente associadas a propriedades muito especiais, por exemplo, condutividade elétrica incomum, refletividade de luz especial ou extrema resistência mecânica. Mas, produzir tais materiais é difícil. Requer grandes blocos de construção moleculares que não são compatíveis com os processos de fabricação tradicionais.

Tesselações complexas por meio da auto-organização

Uma equipe internacional liderada pelos professores Florian Klappenberger e Johannes Barth na cadeira de Física Experimental da TUM, bem como o professor Mario Ruben do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, agora fizeram uma descoberta em uma classe de redes supramoleculares:elas conseguiram que moléculas orgânicas se combinassem em blocos de construção maiores com uma estrutura complexa formada de maneira auto-organizada.

Como composto inicial, eles usaram etinil iodofenantreno, uma molécula orgânica fácil de manusear que compreende três anéis de carbono acoplados com um iodo e uma extremidade alcino. Em um substrato de prata, esta molécula forma uma rede regular com grandes malhas hexagonais.

O tratamento térmico, então, coloca uma série de processos químicos em movimento, produzindo um romance, bloco de construção significativamente maior que, então, forma uma camada complexa com pequenas hexagonais, poros retangulares e triangulares virtualmente automáticos e auto-organizados. Na linguagem da geometria, esse padrão é conhecido como mosaico semirregular 3.4.6.4.

Economia de átomo por meio da reciclagem de subprodutos

"As medições de microscopia de túnel de varredura que conduzimos na TUM mostram claramente que a reorganização molecular envolve muitas reações que normalmente resultariam em vários subprodutos. Neste caso, Contudo, os subprodutos são reciclados, o que significa que o processo geral funciona com grande economia de átomos - quase cem por cento de recuperação - para chegar ao produto final desejado, "explica o Prof. Klappenberger.

Os pesquisadores descobriram precisamente como isso acontece em outros experimentos. "Usando medições de espectroscopia de raios-X no anel de armazenamento de elétrons BESSY II do Helmholtz-Zentrum Berlin, fomos capazes de decifrar como o iodo se divide do produto inicial, átomos de hidrogênio se movem para novas posições e os grupos alcino capturam o átomo de prata, "explica o autor principal Yi-Qi Zhang.

Por meio do átomo de prata, dois blocos de construção iniciais unem-se a um novo, bloco de construção maior. Esses novos blocos de construção formam então a complexa estrutura de poros observada.

"Descobrimos uma abordagem completamente nova para produzir materiais complexos a partir de blocos de construção orgânicos simples, "resume Klappenberger." Isso é importante para a capacidade de sintetizar materiais com características novas e extremas específicas. Esses resultados também contribuem para melhor compreender o aparecimento espontâneo (surgimento) da complexidade em sistemas químicos e biológicos. ”

O estudo é publicado em Química da Natureza .