Spontaner Aufbau hierarchischer Phasen

Das große Versprechen der Selbstorganisation ist die Schaffung von Ziel-Nanostrukturen durch spontane molekulare Organisation, ein Prozess, der – im Prinzip – einfacher und skalierbarer ist als mühsame Top-down-Nanofabrikationsmethoden¹. Die Selbstorganisation steht jedoch vor einer grundlegenden Herausforderung: Die thermodynamisch gebildeten Strukturen neigen dazu, die Oberfläche zu minimieren und die Symmetrie zu maximieren; die am leichtesten zugänglichen Strukturen sind daher recht einfach. Die Selbstorganisation von Blockcopolymeren (BCP) nutzt beispielsweise die chemische Inkompatibilität entlang eines Polymerrückgrats, um eine lokale Phasentrennung voranzutreiben; Frustrierte Anordnung führt zu einer Morphologie im Nanomaßstab, deren Einheitszelle durch die Kettenarchitektur bestimmt wird². Kanonische BCPs (lineare Ketten mit zwei Blöcken) bilden auf einfache Weise alternierende Lamellen und hexagonal gepackte Zylinder; exotischere Phasen erfordern jedoch eine zusätzliche Kontrolle, z. B. das Lenken der Anordnung durch externe Kräfte wie Scherung oder chemische Template³. Eine elegante Alternative ist die Verwendung synthetischer Methoden zum Entwerfen ausgefeilterer Kettenarchitekturen, die zu neuen Morphologien führen können⁴. Eine herausragende Herausforderung besteht darin, eine morphologische Kontrolle ohne übermäßigen synthetischen Aufwand zu erreichen. Sunet al. jetzt melden Natur Nanotechnologie das Design und die Synthese neuartiger Triblockcopolymere, die eine strukturelle Ordnung auf mehreren Längenskalen bewirken und dadurch komplexe und hierarchische Phasen im Nanomaßstab bilden⁵.

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• Quelle: https://www.nature.com/articles/s41565-022-01294-y