Alguns dos dispositivos eletrônicos mais interessantes e fascinantes que algum dia estarão disponíveis para os consumidores, de computadores finos como papel a tecido eletrônico, será o resultado de materiais avançados projetados por cientistas. De fato, algumas descobertas notáveis ​​já foram feitas. Para inovar ainda mais, os cientistas devem aprender como projetar com precisão as estruturas químicas de materiais em nanoescala de modo a produzir propriedades e funções macroscópicas específicas.

Um grupo de pesquisa, trabalhando em conjunto na Fonte de Luz Síncrotron Nacional, encontrou uma nova maneira de fazer exatamente isso. Eles sintetizaram uma nova classe de macromoléculas que se organizam, ou "automontar, "em várias estruturas ordenadas com tamanhos de recursos menores que 10 nanômetros. Chamados de" surfactantes gigantes, "essas grandes moléculas imitam as características estruturais de pequenos surfactantes (substâncias que reduzem significativamente a tensão superficial entre dois líquidos, como detergentes), mas foram transformados em nanopartículas moleculares funcionais ao serem "clicados" com cadeias de polímero. Os materiais resultantes são únicos porque eles preenchem a lacuna entre os surfactantes de pequenas moléculas e os copolímeros em bloco tradicionais e, portanto, possuem uma "dualidade" interessante em seus comportamentos de automontagem.

"Esta classe de materiais fornece uma plataforma versátil para nanoestruturas de engenharia que possuem características menores que 10 nanômetros, que é uma escala muito relevante para os projetos de nanotecnologia e microeletrônica, "disse o cientista correspondente do estudo Stephen Cheng, um pesquisador da Faculdade de Ciência de Polímeros e Engenharia de Polímeros da Universidade de Akron. "Mais amplamente, também estamos interessados ​​em como nossos resultados podem ajudar a avançar nossa compreensão dos princípios químicos e físicos que fundamentam a automontagem. "

Os surfactantes desempenham um grande papel em nossa vida cotidiana, embora a maioria das pessoas não os conheça. Eles estão presentes em produtos de limpeza e sabonetes domésticos, adesivos, pintar, tinta, plásticos, e muitos, muitos outros produtos. Naturalmente, eles são uma parte fundamental da pesquisa de materiais.

Os surfactantes gigantes têm o potencial de ser ainda mais versáteis do que seus equivalentes menores porque têm as vantagens de um polímero e de um surfactante. Eles são de particular interesse para a indústria eletrônica porque podem se auto-montar espontaneamente em nanodomínios com apenas alguns nanômetros de tamanho. Esta escala de comprimento deve ser alcançada a fim de permitir a redução contínua de chips de computador, mas provou ser muito difícil de alcançar para tecnologias convencionais. A produção de filmes finos nanopadronizados - que são a base dos modernos chips de computador - pode ser diretamente afetada por surfactantes gigantes. Se os filmes podem ser produzidos com recursos em nanoescala menores, eles podem levar a mais denso, chips de computador mais rápidos.

O grupo usou várias técnicas para estudar diferentes amostras de surfactantes gigantes na forma de filme fino, bem como a granel e em solução. Essas técnicas incluíram espalhamento de raios-x de baixo ângulo de incidência rasante (GISAXS) na linha de luz NSLS X9. GISAXS é adequado para estudar amostras de filmes finos que têm recursos de nanoescala solicitados, normalmente entre 5 e 20 nanômetros, e pode contar aos pesquisadores sobre a forma, Tamanho, e orientação desses recursos, entre outras informações. É amplamente utilizado para estudar filmes finos automontados com recursos em nanoescala.

Esta pesquisa foi publicada em 18 de junho, Edição de 2013 da Proceedings of the National Academy of Sciences .