Публикации: Наноматериалы (рубрикатор)

«… вдруг мимо него промчался в долину табун диких коней. Но, приглядевшись пристальнее, Геракл увидел, что это были не кони. Словно полчеловека срослось с половиной лошади - на конском крупе человеческое туловище с головой и руками…»

Мифы Древней Греции

Воображение древних людей породило множество мифологических чудовищ, сочетавших в себе части разных животных. Читая «Мифы Древней Греции», мы сталкиваемся с крылатым конем Пегасом, кентавром, нижняя часть тела которого принадлежала лошади, а торс и голова были человеческими; медузой Горгоной, напоминавшей обычную женщину, но вместо волос у нее были змеи… Историки бьются над загадками: какие природные явления и события могли привести к возникновению в мифологии столь необычных существ, а ученые стараются совместить несовместимое в реальных объектах и получают различные полифункциональные системы («фотонные кристаллы», «наносенсоры», «нанолекарства», «нанокомпозиты», генетически модифицированные продукты и т.д.). Кстати, «полифункциональность» перечисленных выше мифических тварей делала их уникальными, поскольку они приобретали новые свойства из сочетания присущих только им характеристик – кто, кроме кентавров, и быстро бегал, и быстро думал: кто, кроме медузы Горгоны, был обворожителен … до окаменения?

Пожалуй, легче всего добиться полифункциональности тем, кто занимается органической химией. Каждый школьник знает, что способность органических молекул вступать в те или иные реакции определяется наличием в их структуре определенных функциональных групп. А если в молекуле есть разные функциональные группы, то она сочетает в себе свойства нескольких классов органических соединений. Переход от одиночной молекулы (0,1 - 1 нм) к нанообъектам (размером 1 - 100 нм) возможен с помощью контролируемой полимеризации молекул с различными функциональными группами. Соединение нескольких полимерных блоков различной химической природы в единую макромолекулу позволяет получать блок-сополимеры, уникально сочетающие в себе свойства составляющих их мономеров. По числу блоков выделяют диблоксополимеры, триблоксополимеры, тетраблоксополимеры и т.д. Блоки могут быть непосредственно сшиты между собой или соединены через звено низкомолекулярного вещества. Блок-сополимеры получают по механизму «живой» (безобрывной) ионной полимеризации компонента А (до полного исчерпания мономера), возобновляемой добавлением мономера В. Альтернативными способами являются взаимодействие между собой полимеров и олигомеров, содержащих на концах функциональные группы, или рекомбинация макрорадикалов.

В блок-сополимерах, содержащих сильно различающиеся по химической природе блоки, часто наблюдается расслаивание и образование микрогетерогенных систем (систем, неоднородных на микроуровне). Например, термоэластопласты состоят из полимеров, образующих два вида блоков - жесткие и эластичные. Благодаря образованию неоднородной структуры на наноуровне, они сочетают в себе легкость обработки (возможность придать форму при нагревании) и эластичность. Расслаивание блок-сополимеров используют для формирования массивов самоорганизованных наноструктур в качестве шаблона («трафарета»), способствующего возникновению упорядоченной структуры. Аналогично «жидким кристаллам» в блок-сополимерах возможно образование пространственно-упорядоченных систем ламеллярных, цилиндрических или сферических агломератов, представляющих собой мицеллы одного гомополимера в матрице другого. Стоит отметить, что ламеллярные наноструктуры во многом подобны клеточным мембранам живых организмов.

Современные нанотехнологии предполагают использование блок-сополимеров в качестве перспективных оптических материалов или матриц для формирования наночастиц. Температурная обработка или облучение сополимера позволяют осуществить селективную деградацию одной из фаз, одновременно связывая фрагменты другой в жесткую пространственную матрицу, которая может использоваться в качестве шаблона. Так, пленки сополимера PS₇₀PMMA₃₀ (полистирол / полиметилметакрилат) самопроизвольно формируют упорядоченную систему цилиндров полиметилметакрилата диаметром ~ 25 нм в матрице полистирола. Селективное удаление PMMA приводит к формированию регулярной системы изолированных цилиндрических пор, которая в дальнейшем может быть использована для формирования нанонитей металлов или полупроводников с плотностью расположения элементов ~10¹¹ шт/см² (Рис.1).

Такие системы находят применение при разработке устройств сверхплотной записи информации и позиционно чувствительных сенсоров. Блок-сополимеры, имеющие в своем составе гидрофильные и гидрофобные блоки или блоки с разной «растворимостью» (например, полиэтиленоксид и полипропиленоксид), используются, соответственно, в качестве темплата для синтеза монодисперсных наночастиц или «мезопористых молекулярных сит». ПАВ на основе блок-сополимеров являются эффективными и экологически безопасными деэмульгаторами, широко используемыми в нефтепереработке, а также в бытовых синтетических моющих средствах.

Литература: