Les réseaux bidimensionnels stables de molécules organiques sont des composants importants dans divers processus nanotechnologiques. Cependant, produire ces réseaux, qui n'ont qu'un atome d'épaisseur, de haute qualité et avec la plus grande stabilité possible pose encore actuellement un grand défi. Les scientifiques de l'Initiative Nanosystems du pôle d'excellence de Munich ont maintenant réussi à créer de tels réseaux constitués de molécules d'acide de bore. Le numéro actuel de la revue scientifique ACS Nano rend compte de leurs résultats.

Même les tapis orientaux les plus chers ont de petites erreurs. On dit que les pieux tisserands de tapis incluent délibérément de minuscules erreurs dans leurs beaux tapis, car seul Dieu a le droit d'être immaculé. Tapis moléculaires, que l'industrie des nanotechnologies voudrait les avoir, ne risquent pas encore d'offenser les dieux. Une équipe de physiciens dirigée par le Dr Markus Lackinger de la Technische Universität München (TUM) et le professeur Thomas Bein de la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) a maintenant développé un processus par lequel ils peuvent construire des réseaux polymères de haute qualité en utilisant composants d'acide de bore.

Les "tapis" sur lesquels les physiciens travaillent dans leur laboratoire du Deutsches Museum München sont constitués de structures bidimensionnelles ordonnées créées par des molécules d'acide de bore auto-organisées sur une surface de graphite. En éliminant l'eau, les molécules se lient ensemble dans un réseau épais d'un atome maintenu ensemble uniquement par des liaisons chimiques - un fait qui rend ce réseau très stable. L'arrangement régulier en nid d'abeille des molécules donne une surface nanostructurée dont les pores peuvent être utilisés, par exemple, comme formes stables pour la production de nanoparticules métalliques.

Les tapis moléculaires sont également disponibles dans des modèles presque parfaits; cependant, ceux-ci ne sont pas très stables, Malheureusement. Dans ces modèles, les liaisons entre les molécules sont très faibles - par exemple les liaisons de pont hydrogène ou les forces de van der Waals. L'avantage de cette variante est que les défauts de la structure régulière sont réparés au cours du processus d'auto-organisation - les mauvaises liaisons sont dissoutes afin que des liaisons appropriées puissent se former.

Cependant, de nombreuses applications font appel à des réseaux moléculaires qui sont mécaniquement, thermiquement et/ou chimiquement stable. La liaison des molécules au moyen de liaisons chimiques fortes peut créer de tels tapis de molécules durables. L'inconvénient est que les erreurs de tissage inévitables ne peuvent plus être corrigées en raison de la grande force de liaison.

Markus Lackinger et ses collègues ont maintenant trouvé un moyen de créer un tapis moléculaire avec des liaisons covalentes stables sans erreurs de tissage importantes. La méthode est basée sur une réaction de liaison qui crée un tapis moléculaire à partir de molécules individuelles d'acide de bore. C'est une réaction de condensation dans laquelle des molécules d'eau sont libérées. Si le collage a lieu à des températures d'un peu plus de 100°C avec seulement une faible quantité d'eau présente, les erreurs peuvent être corrigées pendant le tissage. Le résultat est le tapis magique recherché :des molécules dans une structure monocouche stable et bien ordonnée.

Le laboratoire de Markus Lackinger est situé au Deutsches Museum München. Là, il fait des recherches à la chaire du professeur Wolfgang Heckl (TUM School of Education, TU Munich). Le professeur Bein est titulaire d'une chaire au département de chimie de la LMU. La recherche a été menée en collaboration avec le groupe de travail du professeur Paul Knochel (LMU) et Physical Electronics GmbH, avec le financement de l'Excellence Cluster Nanosystems Initiative Munich (NIM) et de la Bavarian Research Foundation (BFS).