Construir em nanoescala não é como construir uma casa. Os cientistas geralmente começam com camadas moleculares bidimensionais e as combinam para formar arquiteturas tridimensionais complexas. E em vez de pregos e parafusos, essas estruturas são unidas pelas forças atraentes de van der Waals que existem entre objetos em nanoescala.

As forças de Van der Waals são críticas na construção de materiais para armazenamento de energia, sensores bioquímicos e eletrônicos, embora sejam fracos quando comparados às ligações químicas. Eles também desempenham um papel crucial nos sistemas de entrega de drogas, determinar quais drogas se ligam aos sítios ativos nas proteínas.

Em novas pesquisas que podem ajudar a informar o desenvolvimento de novos materiais, Os químicos da Cornell descobriram que o espaço vazio ("poros") presente nos blocos de construção moleculares bidimensionais muda fundamentalmente a força dessas forças de van der Waals, e pode alterar potencialmente a montagem de nanoestruturas sofisticadas.

As descobertas representam um caminho inexplorado para governar a automontagem de nanoestruturas complexas de blocos de construção bidimensionais porosos. "Esperamos que uma compreensão mais completa dessas forças ajude na descoberta e no desenvolvimento de novos materiais com diversas funcionalidades, propriedades direcionadas, e aplicações potencialmente novas, "disse Robert A. DiStasio Jr., professor assistente de química na Faculdade de Artes e Ciências.

Em um artigo intitulado "Influência do tamanho dos poros na interação de van der Waals em moléculas e materiais bidimensionais, "publicado em 14 de janeiro em Cartas de revisão física , DiStasio, o estudante de graduação Yan Yang e o associado de pós-doutorado Ka Un Lao descrevem uma série de modelos matemáticos que abordam a questão de como o espaço vazio afeta fundamentalmente as forças físicas atrativas que ocorrem em distâncias em nanoescala.

Em três sistemas de modelo prototípico, os pesquisadores descobriram que tamanhos específicos de poros levam a um comportamento inesperado nas leis físicas que governam as forças de van der Waals. Avançar, eles escrevem, esse comportamento "pode ​​ser ajustado variando o tamanho relativo e a forma desses espaços vazios ... [fornecendo] novos insights sobre a automontagem e o projeto de nanoestruturas complexas".

Embora fortes ligações covalentes sejam responsáveis ​​pela formação de camadas moleculares bidimensionais, As interações de van der Waals fornecem a principal força atrativa entre as camadas. Como tal, As forças de van der Waals são amplamente responsáveis ​​pela automontagem das complexas nanoestruturas tridimensionais que compõem muitos dos materiais avançados em uso hoje.

Os pesquisadores demonstraram suas descobertas com vários sistemas bidimensionais, incluindo estruturas orgânicas covalentes, que são dotados de poros ajustáveis ​​e potencialmente muito grandes.

"Estou surpreso que a complicada relação entre o espaço vazio e as forças de van der Waals possa ser racionalizada por meio de modelos tão simples, "disse Yang." Ao mesmo tempo, Estou muito animado com nossas descobertas, já que mesmo pequenas mudanças nas forças de van der Waals podem impactar significativamente as propriedades de moléculas e materiais. "