Nijmeegse nanowetenschappers creëren zelfassemblerend raster van kleurstofstreepjes

Een druppel porfyrine-oplossing op een mica ondergrond vormt bij het opdrogen helemaal vanzelf een strak patroon van parallelle lijntjes, die elk één molecuul breed zijn. Dat schrijft de Nijmeegse onderzoeker Hans Elemans deze week in Science.

Elemans en zijn promovendus Richard van Hameren zijn er al in geslaagd om patronen te maken die zich uitstrekken over een paar vierkante millimeter. Eerder onderzoekers kwamen niet verder dan micrometers. Uiteindelijk hoopt hij dat deze zelfassemblagetechniek kan dienen als basis voor bijvoorbeeld lcd-schermen.

De gebruikte kleurstof is speciaal voor de gelegenheid gesynthetiseerd. Hij bestaat uit drie porfyrinegroepen rond een centrale benzeenring, met een paar extra alkylzijketens om de oplosbaarheid in een organisch solvent te verhogen.

Dit molecuul blijkt heel sterk de neiging te hebben om zichzelf te stapelen. Dat is de reden dat er bij het opdrogen lijntjes ontstaan. Dat die lijntjes allemaal op dezelfde afstand van elkaar komen te liggen, heeft te maken met een krachtenspel op het grensvlak van de mica ondergrond en het langzaam wegtrekkende oplosmiddel. Helemaal precies is het trouwens nog niet te verklaren.

De maten van het patroon zijn afhankelijk van de snelheid waarmee het oplosmiddel verdampt. De smalste lijntjes zijn 4,5 nm breed, wat overeenkomt met de berekende diameter van het molecuul. Onder andere omstandigheden ontstaan lijntjes van een paar moleculen dik. De onderlinge afstand hangt ook van de omstandigheden af en kan variëren van 500 nm tot 14 micrometer.

Elemans heeft al wat proefjes gedaan met vloeibare kristallen, waaruit lcd-schermen worden opgebouwd. Zoals gehoopt worden die kristallen uitgelijnd door het porfyrinepatroon.

bron: Radboud Universiteit, Science