Polimero in due dimensioni

I polimeri sono sostanze costituite da un gran numero di singole molecole identiche collegate e ripetute. Quando i chimici hanno sviluppato e prodotto polimeri in passato, di solito si trattava di lunghe catene monodimensionali. Ne è un esempio la fibra tessile del nylon. ? anche possibile collegare tra loro catene di polimeri in tre dimensioni per formare una rete irregolare, come nel caso delle resine sintetiche o dei siliconi.

La novità, tuttavia, è lo sviluppo di polimeri le cui unità ripetitive si allineano esattamente in due dimensioni. Gli scienziati sperano che questo porti a interessanti applicazioni. Infatti, possono essere utilizzati per produrre fogli sintetici di spessore nanometrico, simili al materiale grafene, attualmente di gran moda.

Cilindro con le ali

Gli scienziati dei materiali del gruppo di Dieter Schlüter, professore dell'Istituto dei Polimeri, lavorano da diversi anni allo sviluppo di questi polimeri. Due anni fa sono stati i primi a produrre un polimero sintetico simile a un foglio. Tuttavia, non è stato possibile delucidare chiaramente la struttura di questo polimero utilizzando la cristallografia a raggi X. Ora, insieme a un gruppo americano indipendente, sono riusciti per la prima volta a produrre un altro polimero 2D di cui è stato possibile delucidare la struttura. I ricercatori dell'ETH hanno così fornito la prova diretta che i polimeri bidimensionali sintetici esistono davvero.

Nel polimero 2D degli scienziati dell'ETH, il singolo blocco di costruzione (il monomero) ha la forma di un cilindro di dimensioni nanometriche con tre ali laterali. Per ottenere polimeri piatti, i ricercatori cristallizzano i monomeri, facendoli disporre in una struttura reticolare regolare. Quando gli scienziati irradiano i cristalli con luce UV, le ali delle diverse unità monomeriche reagiscono tra loro e formano un forte legame chimico. Il risultato è un cristallo simile all'ardesia, costituito da singoli strati sovrapposti. Quando i ricercatori aggiungono un acido forte a questo cristallo polimerico, esso si gonfia e i singoli strati possono essere separati l'uno dall'altro.

Supplemento per i grafici

? ancora troppo presto per parlare di applicazioni specifiche per i loro nuovi nanoscheletri sintetici, dice Max Kory, dottorando del gruppo di Schlüter e primo autore del lavoro. "Attualmente stiamo lavorando per determinarne le proprietà", afferma Kory. Ma il materiale è molto funzionale. ? interessante, ad esempio, che sia relativamente facile far reagire il cristallo con la luce UV, passando dalla forma di monomero a quella di polimero e viceversa. Ciò rende concepibile, ad esempio, irradiare singole regioni del cristallo con la luce UV e lasciarne altre non esposte, in modo simile al fototipizzazione. In questo modo si potrebbero ottenere fogli polimerici liberamente strutturati. "A causa di queste proprietà aggiuntive, non vediamo il nostro materiale come un sostituto del grafene, ma come un'integrazione".

Finora i chimici sono riusciti a produrre alcuni grammi di questo materiale. Insieme a un partner industriale, hanno in programma di produrlo su scala chilogrammi e di studiarne a fondo le proprietà e le potenziali applicazioni.