ชั้นโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเองทำให้เกิดความสมดุล

ภาพทดลองการสแกนด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบอุโมงค์ (STM) สำหรับไตรอะซีนบนพื้นผิวต่างๆ ได้รับความอนุเคราะห์จาก Nano Futuresพลังเป็นสิ่งที่ไม่มีการควบคุม แม้แต่สำหรับกราฟีน สิ่งที่ดึงดูดRuben Perezศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์เรื่องควบแน่นที่ Universidad Autonoma de Madrid ให้ศึกษาการประกอบตัวเองของชั้นโมเลกุลบนกราฟีนที่ได้รับการสนับสนุนจากสารต่างๆ 

คือศักยภาพที่มันเปิดขึ้นเพื่อปรับคุณสมบัติ

ของกราฟีนสำหรับการใช้งานทางเทคโนโลยีเปเรซและทีมของเขาได้รวมการจำลองการทำงานของความหนาแน่นและการสังเกตการณ์ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดเพื่อศึกษาการประกอบตัวเองของชั้นโมเลกุลของไตรอะซีนบนกราฟีนบนวัสดุรองรับต่างๆ พวกเขาพบว่าแม้ว่าแรงระหว่างโมเลกุลระหว่างไตรอะซีนจะค่อนข้างแข็งแกร่งเมื่อเทียบกับอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลและสารตั้งต้น แต่การประกอบตัวเองยังคงอยู่ภายใต้ความสมดุลที่ดีระหว่างทั้งสอง

นอกจากนี้ แม้จะใช้เครื่องมือฟังก์ชันความหนาแน่นขั้นสูงสุดในการกำจัด การคำนวณยังเปิดเผยข้อจำกัดพื้นฐานที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ในฟังก์ชันสหสัมพันธ์การแลกเปลี่ยน ซึ่งนำไปสู่ความคลาดเคลื่อนในการเปรียบเทียบทฤษฎีและการทดลอง “การระบุข้อจำกัดของฟังก์ชันเหล่านี้ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการวิจัยมากมาย ตั้งแต่การเร่งปฏิกิริยาไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ระดับโมเลกุล ถือเป็นส่วนสำคัญในงานของเรา” เปเรซกล่าว

แบบจำลอง Ball-and-stick สำหรับโครงสร้างสมดุลสำหรับเซลล์ G(3×3) และ G(6×6) ของกราฟีน (G) ที่ใช้สำหรับการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล-สารตั้งต้น และโมเลกุล-โมเลกุลตามลำดับ  อะตอม C แบบโมโนเลเยอร์ C นั้นมีสีชมพู ในขณะที่โมเลกุลของไตรอะซีนนั้น อะตอม C จะเป็นสีเทา อะตอมของไนโตรเจนจะเป็นสีน้ำเงิน และอะตอมของไฮโดรเจนจะเป็นสีขาว  เซลล์หน่วยถูกเน้นด้วยสีแดง  ได้รับความอนุเคราะห์จาก Nano Futuresรุ่น Ball-and-Stick สำหรับ Triazine บนกราฟีน ได้รับความอนุเคราะห์จาก Nano Futures

โมเลกุลที่สมบูรณ์แบบ

เปเรซและเพื่อนร่วมงานได้มุ่งเน้นการสืบสวน

ของพวกเขาเกี่ยวกับการประกอบไตรอะซีนในตัวเองโดยพิจารณาจากคุณลักษณะมากมายที่ทำให้เป็น “ผู้สมัครที่สมบูรณ์แบบ” โมเลกุลนี้เหมือนกับโมเลกุลของเบนซีน – วงแหวนที่มีคาร์บอนหกตัวซึ่งแต่ละตัวถูกผูกมัดกับอะตอมไฮโดรเจนหนึ่งตัวที่ด้านนอกของวงแหวนและคาร์บอนที่ด้านใดด้านหนึ่ง – แต่ในกรณีของไตรอะซีน คาร์บอนสามอะตอมและไฮโดรเจนที่เกี่ยวข้องจะถูกแทนที่ด้วย ไนโตรเจน ซึ่งหมายความว่าในขณะที่ยังคงเป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่มีโครงสร้างหกเหลี่ยมเพื่อให้เข้ากับโครงรังผึ้งของกราฟีน พันธะไฮโดรเจนระหว่างอะตอมไนโตรเจนของโมเลกุลหนึ่งกับอะตอมไฮโดรเจนของโมเลกุลที่อยู่ใกล้เคียงช่วยให้เกิดปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลที่รุนแรง ซึ่งแตกต่างจากเบนซีน

นักวิจัยได้ศึกษาการประกอบตัวเองของชั้นโมเลกุลโมเลกุลเดี่ยวของไตรอาซีนบนกราฟีน กราไฟต์ และกราฟีนบนแพลตตินั่ม โดยเฉพาะบนผิว Pt(111) “ทั้งๆที่พันธะระหว่างโมเลกุลที่แข็งแกร่งนี้ ความแตกต่างในการปฏิสัมพันธ์กับสารตั้งต้นทั้งสองทำให้เกิดคาบของชั้นโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเองแตกต่างกันอย่างเห็นได้ชัด” เปเรซกล่าว

ทฤษฎีและการทดลองไม่ตรงกันในความเป็นจริง นักวิจัยพบว่าโมเลกุล-สารตั้งต้นและปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลมีลำดับเดียวกัน ปฏิกิริยากับซับสเตรตมีอิทธิพลต่อการวางแนวของไตรอะซีน และปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลจึงนำไปสู่รูปแบบมัวร์ขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นผลจากการซ้อนทับรูปแบบตามระยะเวลาสองรูปแบบ เนื่องจากความสมดุลของการโต้ตอบที่ปะปนกับตาข่ายไม่ตรงกัน ไม่เพียงแต่กับกราฟีนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวัสดุด้านล่างด้วย

เป็นผลจากวัสดุที่อยู่ใต้กราฟีนที่แม้แต่การคำนวณฟังก์ชันความหนาแน่นที่ล้ำสมัยก็ยังไม่สามารถผลิตได้ “จนถึงตอนนี้ ชุมชนมีแนวโน้มที่จะระบุถึงความคลาดเคลื่อนนี้กับการทดลองตามข้อจำกัดของคำอธิบายเกี่ยวกับการโต้ตอบของ Van der Waals” เปเรซกล่าว “การศึกษาของเราซึ่งรวมถึงวิธีการที่ซับซ้อนของ MBD [การกระจายตัวหลายตัว] แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าไม่เป็นเช่นนั้น”

เปเรซอธิบายว่าความสัมพันธ์ทางอิเล็กทรอนิกส์

ระยะสั้นควรรับผิดชอบต่อผลกระทบของวัสดุที่อยู่ใต้กราฟีน อย่างไรก็ตาม ไม่มีหน้าที่การแลกเปลี่ยนความสัมพันธ์ที่ทีมพิจารณาดูเหมือนจะอธิบายได้อย่างถูกต้อง จากซ้ายไปขวา แถวบนสุด: Ruben Perez, Lucia Rodrigo และ Ruth Martinez-Casado;  แถวล่าง: Antonio J. Martinez-Galera, Pablo Pou และ Jose M. Gomez-Rodriguez

เชี่ยวชาญระดับโลกในด้านนี้ และไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัยในปัจจุบัน เขาให้ความเห็นว่า “การคำนวณทฤษฎีความหนาแน่น-ฟังก์ชันใช้กันอย่างแพร่หลายในฟิสิกส์ของสสารควบแน่นและวัสดุศาสตร์เพื่อทำนายโครงสร้างและวัสดุใหม่ ๆ และเพื่อทำความเข้าใจผลการทดลองที่มีอยู่โดยละเอียดยิ่งขึ้น อย่างไรก็ตาม ระบบที่โครงสร้างขึ้นอยู่กับความสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างปฏิกิริยาระหว่างสารเคมีกับแวน เดอร์ วาลส์ นั้นยากที่จะจับภาพในเชิงปริมาณและผลการทดลองในระบบที่มีลักษณะเฉพาะที่ดีนั้น ถือเป็นเกณฑ์มาตรฐานสำหรับทฤษฎีนี้ ผลงานที่แข็งแกร่งอย่างยิ่งนี้เน้นถึงปัญหาที่ยังคงอยู่ก่อนที่ DFT จะสามารถเข้าถึงพลังการทำนายที่แท้จริงได้”

ความเข้าใจที่เข้มแข็งของพื้นผิวที่มีปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

ด้วยความสนใจอย่างมากในการเพิ่มศักยภาพทางเทคโนโลยีของกราฟีน คุณจะได้รับการให้อภัยเพราะคิดว่าวรรณกรรมเต็มไปด้วยการศึกษาเกี่ยวกับกลยุทธ์ใดๆ ที่แสดงให้เห็นว่ามีศักยภาพในการจัดการกับคุณสมบัติที่แปลกประหลาดของวัสดุ อย่างไรก็ตาม ตามที่เปเรซบอกกับPhysics Worldว่าการประกอบตัวเองของชั้นโมเลกุลบนกราฟีนและสารตั้งต้นอื่นๆ ที่มีปฏิกิริยาต่อกันเล็กน้อยนั้นยังคงไม่ค่อยเข้าใจ

“จากด้านการทดลอง การเตรียมและการกำหนดลักษณะเฉพาะของ SAM [ชั้นโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเอง] บนพื้นผิวที่มีปฏิกิริยาน้อยเป็นสิ่งที่ท้าทาย” เปเรซอธิบาย เขาบอก กับ Physics Worldว่างานก่อนหน้าส่วนใหญ่ในสายผลิตภัณฑ์นี้มีความเข้มข้นที่โมเลกุลที่ดูดซับบนพื้นผิวโลหะมีตระกูล เช่น ทอง ทองแดง และเงิน “ในกรณีเหล่านี้ แม้ว่าปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลกับสารตั้งต้นจะมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับโลหะปฏิกิริยาอื่นๆ แต่ก็ยังแข็งแรงพอที่จะครอบงำการก่อตัวของ SAM”

ต่อไป Perez และเพื่อนร่วมงานของเขาจะเน้นความสนใจในการทำความเข้าใจชั้นโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเองของ DNA สายเดี่ยวและบทบาทของความเข้มข้นของน้ำในโครงสร้างของมัน “งานนี้เป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยของเราเกี่ยวกับคุณสมบัติทางกลของโปรตีนและกรดนิวคลีอิกในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพตามธรรมชาติของมัน และเกี่ยวข้องกับการพัฒนาไบโอเซนเซอร์เพื่อตรวจหาการกลายพันธุ์เดี่ยวในดีเอ็นเอ”

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>ป๊อกเด้งออนไลน์ ขั้นต่ำ 5 บาท