Firele electrice moleculare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Fire electrice moleculare (numite uneori nanofire moleculare) sunt scara moleculara obiecte care comportamentul curent electric si sunt blocurile de construcție pentru dispozitivele electronice moleculare. Diametrele lor tipice sunt mai mici de trei nanometri, în timp ce lungimile lor grosiere pot fi macrospice, extinzându-se la câțiva centimetri și peste.

Materiale

Până în prezent, cea mai mare parte a lucrării a fost alcătuită din molecule organice. Conductivitățile superioare provin din sisteme foarte conjugate, în timp ce lanțurile alcanice sunt importante pentru înțelegerea de bază a transportului de sarcini și a tunelurilor. Un fir molecular pe care îl găsim în natură este ADN-ul . Exemple importante anorganice includ materiale polimerice precum Li 2 Mo 6 Se 6 [1] și Mo 6 S 9-x I x , [2] [3] [4] și lanțuri atomice extinse de metale cu o singură moleculă (EMAC, atom de metal extins) lanțuri ) care cuprind șiruri de atomi de metal de tranziție întârziați legați direct între ei. [5] Catenele moleculare care conțin grupe funcționale paramagnetice anorganice ( porțiuni ) prezintă un interes deosebit, deoarece pot duce la observarea vârfurilor Kondo .

Structura

Structura unei catene moleculare de Mo 6 S 9-x I x . Atomii Mo sunt albastru, atomii de iod sunt roșii, iar atomii de sulf sunt galbeni.

Spre deosebire de nanofilele mai comune (care sunt cristale foarte fine), nanofilele moleculare sunt compuse din unități moleculare repetate care pot fi organice (de exemplu, ADN) sau anorganice (de exemplu, Mo 6 S 9-x I x ). În cazul ADN-ului , unitățile repetate sunt nucleotide cu o coloană vertebrală formată din zaharuri și fosfați uniți prin legături esterice. Legat de fiecare zahăr este unul dintre cele patru tipuri de baze. În cazul Mo 6 S 9-x I x , unitățile repetate sunt grupuri de Mo 6 S 9-x I x , care sunt unite între ele prin punți flexibile de sulf sau iod. Napilele moleculare se adună adesea în soluție în eșantioane sau pachete. În cazul halogenurilor de calcogenură Mo, acestea cresc sub formă de straturi ordonate, în care straturile individuale sunt legate de forțe Van der Waals foarte slabe. În schimb, firele moleculare ale EMAC ( lanțuri de atomi metalici extinse ) sunt alcătuite din molecule distincte care nu se agregă și, prin urmare, sunt capabile să controleze lungimea exactă a firului pe o scară atomică.

Conducerea electronilor

Firele moleculare conduc electricitatea. De obicei, au caracteristici de tensiune de curent neliniar și nu se comportă ca niște conductori ohmici simpli. Conductanța urmează comportamentul tipic datorat legii puterii în funcție de temperatură sau a câmpului electric, oricare dintre acestea este mai mare, derivând din caracterul lor puternic unidimensional. Numeroase idei teoretice au fost folosite în încercarea de a înțelege conductivitatea sistemelor unidimensionale, unde interacțiunile puternice dintre electroni duc la abaterea de la comportamentul metalic normal ( lichidul Fermi ). Conceptele importante sunt cele introduse de Tomonaga , Luttinger și Wigner . Efectele cauzate de repulsia clasică Coulomb (numită bloc Coulomb) s-au dovedit a fi importante în determinarea proprietăților firelor moleculare.

Utilizarea nanofirelor în electronica moleculară

Pentru a lega moleculele între ele, nanofirele moleculare trebuie să prezinte câteva caracteristici foarte importante. Conectorii dintre elemente trebuie să se poată auto-asambla urmând căi bine definite și formând contacte electrice fiabile între ele. Pentru a auto-asambla în mod reproductibil un circuit complex bazat pe molecule unice, este esențial ca conectorii care le unesc să aibă capacitatea de recunoaștere. Aceștia ar trebui să se poată conecta la diferite materiale, cum ar fi suprafețele metalice din aur (pentru conexiuni cu lumea exterioară), biomoleculele (pentru nanosenzori, nanoelectrozi, comutatoare moleculare) și, cel mai important, trebuie să permită ramificarea. Conectorii ar trebui să fie, de asemenea, disponibili în diametru și lungime predeterminate. De asemenea, acestea ar trebui să aibă legături covalente pentru a asigura condiții de transport reproductibile și proprietăți de contact. Moleculele de tip ADN au recunoaștere specifică la scară moleculară și pot fi utilizate foarte eficient în fabricarea punții moleculare. Recent s-au obținut forme foarte complexe, dar, din păcate, ADN-ul acoperit cu metal (conductiv electric) este prea gros pentru a conecta moleculele individuale. ADN-ul acoperit cu diluant nu are conectivitate electronică și nu este adecvat pentru legarea elementelor electronice moleculare. Unele varietăți de nanotuburi de carbon (NTC) sunt conductive, iar conectivitatea la capetele lor poate fi realizată prin atașarea grupurilor de conectare. Din păcate, producția de NTC-uri cu caracteristici predeterminate este în prezent imposibilă și capetele funcționalizate nu au în general conductivitate, limitându-le utilitatea ca conectori moleculari. NTC-urile individuale pot fi lipite la microscop electronic, dar contactul nu este covalent și nu poate fi auto-asamblat. Căile posibile pentru construirea unor circuite funcționale mari au fost recent demonstrate folosind nanofire moleculare de Mo 6 S 9-x I x , fie prin nanoparticule de aur ca linkeri, fie prin conexiune directă cu moleculele tiolate . Cele două abordări pot duce la mai multe aplicații posibile. Utilizarea GNP-urilor oferă posibilitatea ramificării și construirii unor circuite mari.

Alte utilizări

Filetele moleculare pot fi încorporate în polimeri, îmbunătățindu-le proprietățile mecanice și / sau conductoare. Îmbunătățirea acestor proprietăți se bazează pe dispersia uniformă a firelor în interiorul polimerului gazdă. Recent s-au înregistrat progrese în utilizarea firelor MoSi în astfel de materiale compozite, pe baza solubilității lor superioare în polimeri gazdă, comparativ cu alte nanofire sau nanotuburi. Pachetele de cabluri pot fi utilizate pentru a îmbunătăți proprietățile tribologice ale polimerilor, cu aplicații în actuatoare și potențiometre.

Notă

  1. ^ (EN) JM Tarascon;, GW Hull; FJ Di Salvo, Mater. Rez. Bull. , vol. 19, 1984, p. 915.
  2. ^ (EN) Vrbanic D., și colab. , Mo 6 S 3 I 6 nanofire monodispersate stabile la aer , în Nanotehnologie , vol. 15, 2004, pp. 635–638, DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 15/5/039 .
  3. ^ (EN) C. Perrin, M. Sergent, J. Chem. Rez. , Vol. 5, 1983, pp. 38–39.
  4. ^ (EN) D. Mihailovic, Sârme moleculare anorganice: proprietăți fizice și funcționale ale polimerilor chalco-halogenuri metalice de tranziție , în Progress in Materials Science, vol. 54, 2009, pp. 309-350, DOI : 10.1016 / j.pmatsci.2008.09.001 .
  5. ^ (EN) F. Albert Cotton, Carlos A. Murillo; Richard A. Walton, Multiple Bonds Between Metal Atoms , ediția a 3-a, Springer, 2005, pp. 669–706, ISBN 0-387-25829-9 .

linkuri externe

  • (EN) Sulfură de molibden MSDS (PDF) pe gfschemicals.com. Adus la 20 aprilie 2010 (arhivat din original la 27 septembrie 2007) .
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Molecular_electrical_wire&oldid=99462244 ”