Une équipe de chercheurs du National Institute of Material Science et du Max Plank Institute for Polymer Research a développé les premières nanofeuillets supramoléculaires de thiophène au monde, qui est un matériau organique bidimensionnel d'une épaisseur de 3,5 nm.

Dans les années récentes, les matériaux électroniques avec des structures en feuille bidimensionnelles telles que le "Graphène" ont attiré une attention considérable. Cependant, dans le cas du graphène, le contrôle de la taille est difficile, et la fonctionnalisation chimique de la surface du graphène est impossible. D'autre part, les dérivés du thiophène ont été activement étudiés en tant que matériaux électroniques pour les transistors à effet de champ (FET), cellules solaires organiques, matériaux d'électroluminescence organique (EL organique), et d'autres applications. Cependant, le procédé de fabrication du film mince de thiophène présente de nombreux problèmes. Par exemple, le dépôt en phase vapeur sous vide nécessite beaucoup d'énergie et un équipement coûteux. Bien que des méthodes de fabrication de couches minces par voie humide simple aient été développées à l'aide d'une solution polymère, il est difficile d'obtenir des films minces polymères à haute cristallinité. Dans cette recherche, Le Dr Ikeda a surmonté ces problèmes et a trouvé une méthode de fabrication facile de nanofeuillets de thiophène avec une cristallinité élevée dans la solution.

Dans ce travail, Le Dr Ikeda a découvert qu'un copolymère alterné, dans lequel un dérivé du thiophène et une chaîne flexible d'éthylène glycol sont alternativement liés, est plié dans certains solvants organiques de manière à ce que les motifs thiophène soient empilés les uns sur les autres, et les copolymères pliés s'auto-assemblent en une structure en feuille bidimensionnelle (figure). Bien que la longueur du polymère utilisé dans ce travail soit d'environ 80 nm, l'épaisseur de la feuille n'est que de 3,5 nm en raison de la conformation pliée du copolymère. L'agencement des unités de thiophène dans la nanofeuille a été confirmé comme étant le même que celui fabriqué par dépôt en phase vapeur sous vide de composés de thiophène de faible poids moléculaire. Par conséquent, nos nanofeuillets de thiophène sont applicables à l'application de dispositifs électroniques organiques. La taille latérale de la nanofeuille était contrôlable en ajustant la concentration de la solution de polymère. La modification chimique de la surface des nanofeuillets a également été possible en introduisant l'autre unité fonctionnelle aux extrémités du copolymère.

Puisqu'il est possible de fabriquer des monocouches comme celles fabriquées par dépôt sous vide en dissolvant simplement un polymère dans un solvant, cette méthode conduira à simple, fabrication d'appareils à faible coût et à faible consommation d'énergie. Le processus d'auto-assemblage via le pliage de polymère rapporté ici est également d'un grand intérêt scientifique, car il reproduit artificiellement le repliement et l'auto-assemblage des protéines dans la nature.

Cette réalisation de recherche a été publiée en ligne le 26 mars (heure locale) dans la revue scientifique internationale Angewandte Chemie Édition Internationale de la Société chimique allemande, et a été sélectionné par le comité de rédaction de ce journal comme « journal brûlant ».