Хіміки виростили на кремнієвій платівці і листі оксиду графену полімерні щітки, розташувавши на поверхні кристали, які викликали зростання ниток. У результаті вдалося регулювати щільність, довжину і хімічні властивості міцелярних щіток, а за допомогою впровадження наночастинок вчені показали застосовність наноструктур для каталізу і створення антибактеріальних покриттів. Стаття опублікована в журналі.
У багатьох галузях (наприклад, літографії, вивченні супергідрофобності та клітинної адгезії) необхідно створювати на поверхні матеріалів наноструктури з точно заданими хімічними та фізичними властивостями. Модифікувати тверді поверхні можна, нарощуючи на них витягнуті кристали з полімеру, які прикріплюються до них і разом утворюють полімерні щітки. Синтезувати подібні структури з точними характеристиками в більшому масштабі, однак, буває досить складно.
Цзяньдун Цай (Jiandong Cai) з колегами з Шанхайського технологічного університету синтезували наноструктуру з сополімерних ниток на твердій поверхні кремнію. Полімерні нитки ростили на кремнієвій платівці з силанольними групами, які утворювали водневі зв'язки з молекулами циліндричних кристалів, здатних з обох сторін відрощувати «волосини» з блоксополімера в розчині.
За допомогою атомно-силового мікроскопа автори роботи переконалися, що кристаліти розподілені по поверхні досить рівномірно. Потім кремнієву платівку помістили в розчин полідиметилсілоксану, який став кристалізуватися, утворюючи шар наноскопічних щіток. За зображеннями атомно-силового мікроскопа автори визначили, що довжина полімерних стовпчиків приблизно міліметр, а в діаметрі вони опинилися близько 20 нанометрів. Контрольні експерименти підтвердили, що щітки утворювалися завдяки наявності кристалів на кремнієвій платівці: без них полімер утворював циліндричні міцелли в розчині і майже не прикріплювався до платівки.
Регулюючи щільність щіток залежно від концентрації кристалітів на платівці, авторам вдалося синтезувати поверхні з різною гідрофобністю - з кутом змочування від 81 до 109 градусів. Додавши трифторуксусну кислоту, дослідники домоглися протонування та утворення позитивного заряду на щітці, через що вона стала гідрофільною (кут змочування - 26 градусів). Новий матеріал також вдалося модифікувати наночастинками золота або срібла, через що він став володіти каталітичними і антибактеріальними властивостями відповідно.
Вченим також вдалося виростити щітки і на поверхні листа оксиду графену: вони залишалися стабільними кілька місяців, а кристаліти утворювали водневі зв'язки з карбоксильними і гідроксильними групами на листі.
Авторам, таким чином, вдалося продемонструвати застосовність отриманої структури як антибактеріальної мембрани і каталізатора. За словами вчених, представлений метод модифікації поверхонь також дозволяє тонко регулювати деякі її хімічні та фізичні властивості, що може стати в нагоді в багатьох областях.
У природі наноструктури формують поверхні з унікальними властивостями - їх вчені намагаються відтворити в лабораторії. Позаминулої осені дослідники з США і Німеччини створили світлопоглинаючий матеріал, що імітує мікроструктуру крил чорного метелика, здатний удвічі збільшувати ефективність матеріалу для сонячних батарей.