Molekularna žica

S Vikipedije, slobodne enciklopedije

Molekularne žice (ili drugačije molekularne nanožice) su molekularni lanci koji provode električnu struju. One su najbolji predloženi gradivni elementi za molekularne elektronske uređaje. Njihovi tipični prečnici su manji od tri nanometra, a njihove dužine mogu biti makroskopske, do jednog ili više centimetara.

Primeri[uredi | uredi izvor]

Većina tipova molekularnih žica dobija se iz organskih molekula. Jedna prirodno nastala molekularna žica je DNK. Istaknuti neorganski primeri uključuju polimerne matrijale kao što su Li2Mo6Se6[1] i Mo6S9−xIx,[2][3][4] [Pd4(CO)4(OAc)4Pd(acac)2],[5] i prošireni lanci atoma metala (EMACs) sa jednim molekulom koji obuhvataju atome prelaznih metala direktno povezani jedni sa drugima.[6] Molekularne žice koje sadrže paramagnetne neorganske grupe mogu pokazati Kondo efekat.

Struktura[uredi | uredi izvor]

Struktura molekularne žice Mo6S9−xIx. Atomi Molibdena su plavi, atomi Joda crveni, a atomi Sumpora su žuti.

Za razliku od uobičajenijih nanožica (koje su vrlo tanki kristali), molekularne nanožice se sastoje od monomera koji se ponavljaju. U slučaju DNK, ponovljene jedinice su nukleotidi sa okosnicom izgrađenom od šećera i fosfatnih grupa povezanih estarskim vezicama. Svakom od šećera je pridružena jedna od četiri vrste baza. U slučaju Mo6S9−xIx, ponovljene jedinice su Mo6S9−xIx grupe, koje su spojene zajedno fleksibilnim sumpornim ili jodidnim mostovima. Molekularne nanožice se mogu istraživati i njima se može manipulisati kao sa pojedinačnim molekulima, ali oni se često nagomilavaju u rastvor uzoraka ili snopova. U slučaju Mo halkokenid-halida, oni rastu u obliku uređenih pramenova, u kojima su pojedinačni pramenovi povezani vrlo slabim Van der Vals-ovim silama. Pojedinačni molekuli mogu se urediti, njima se može manipulisati, i njihova dužina se može kontrolisati pomoću atomske sile.

Provođenje elektrona[uredi | uredi izvor]

Molekularne žice provode elektricitet. Obično imaju nelinearne strujne karakteristike napona i ne ponašaju se kao jednostavni omski provodnici. Provodljivost prati tipičan zakon energije koji se ponaša kao funkcija temperature ili električnog polja, koja god je veća, koje proizilaze iz njihovog jakog jednodimenzionalnog karaktera. Brojne teorijske ideje korišćene su u pokušaju da se shvati provodljivost jednodimenzionalnih sistema, gde snažne interakcije između elektrona dovode do odstupanja od normalnog ponašanja metala (Teorija Fermijeve tečnosti). Važni su oni koncepti koje su uveli Tomonaga, Lutinger i Vigner. Efekti izazvani klasičnim Kulonskim odbacivanjem (zv. Kulonska blokada), interakcije sa vibracionim stepenima slobode (zv. Fonon) i kvantnom dekoherencijom [7] takođe su važni u određivanju svojstava molekularnih žica.

Sinteza[uredi | uredi izvor]

Razvijene su razne metode za sintezu različitih vrsta molekularnih žica (npr. organske molekularne žice i neorganske molekularne žice).[8] Osnovni princip je izgradnja ponavljajućih molekularnih struktura koje su spojene zajedno kako bi provodile struju. Organske molekularne žice se obično sintetizuju putem reakcija posredstvom prelaznih metala. Neorganske molekularne žice nastaju pod uslovima koji omogućavaju stvaranje jednodimenzionalnih neorganskih struktura.

Organske molekularne žice[uredi | uredi izvor]

Organske molekularne žice obično sadrže aromatične prstenove povezane etilenskom grupom ili acetilenskim grupama. Reakcije unakrsnog spajanja posredstvom prelaznih metala koriste se za povezivanje jednostavnih gradivnih elemenata u konvergentnom smislu za izgradnju organskih molekularnih žica. Na primer, sintetizovana je jednostavna molekularna žica (B) tipa oligo (fenilen etinilen) počevši od lako dostupnog 1-bromo-4-jodobenzena (A).[9] Konačni proizvod je dobijen u nekoliko koraka Šonogašira reakcije.

Fig. 1: Sinteza jednostavne organske molekularne žice

Ostale organske molekularne žice sadrže ugljenične nanocevi i DNK. Karbonske nanocevi mogu se sintetizovati putem različitih nano-tehnoloških pristupa. DNK se može sintetizovati ili korak po korak DNK sintezom ili replikacijom katalizovane DNK-polimeraze unutar ćelija.

Neorganske molekularne žice[uredi | uredi izvor]

Neorganske molekularne žice se sastoje od jednodimenzionalnih struktura klastera koje obično povezuju jonske veze. Ovi materijali se mogu sintetizovati na visokoj temperaturi. Na primer, tipična sinteza Mo6S9-xIx je izgrađena u zatvorenoj i vakuumiranoj kvarcnoj ampuli.[10] Komercijalno dostupani lim molibdena, sumporni prah, i I2 su pomešani u željenom odnosu. Ampula je polako zagrejana do teperature od 1343 K, uzorak je držan na toj temperaturi 72 sata i zatim se polako ohladio da bi se dobila molekularna žica.

Nanožice u molekularnoj elektronici[uredi | uredi izvor]

Da bi bili od koristi za povezivanje molekula, molekularne žice moraju same sklopiti dobro definisane rute i formirati pouzdane električne kontakte između njih. Ideja je reproduktivno samostalno sklapati kompleksno kolo bazirano na pojedinačnim molekulima. Idealno, one bi se povezale sa različitim materijalima, kao što su zlatne površine metala (za veze sa spoljnim svetom), biomolekuli (za nanosenzore, nanoelektrode, molekularne prekidače), i što je najvažnije, moraju dozvoliti širenje. Konektori takođe treba da budu dostupni sa unapred određenim prečnikom i dužinom. Takođe, treba da imaju kovalentno vezivanje kako bi se osiguralo ponovljiv transport i osobine kontakta. Molekuli slični DNK koji imaju specifično raspoznavanje molekularne veličine mogu se koristiti u proizvodnji molekularnih skela. Kompleksni oblici su demonstrirani, ali nažalost, metalno obložena DNK koja je električno provodljiva je isuviše debela da bi se povezala sa pojedinačnim molekulima. Tanje obloženoj DNK nedostaje elektronska povezanost i nije prikladna za povezivanje komponenata molekularne elektronike. Neke vrste ugljeničnih nanocevi provode, a povezivanje na njihovim krajevima može se postići dodavanjem povezujućih grupa. Nažalost, proizvodnja ugljeničnih nanocevi sa unapred određenim svojstvima trenutno nije moguća, a funkcionalizovani krajevi obično ne provode, što ograničava njihovo korišćenje u svrhu molekularnih konektora. Pojedinačne ugljenične nanocevi mogu biti lemljene u elektronskom mikroskopu, ali kontakt nije kovalentan i ne može biti samosklopljen. Moguće rute za izgradnju većih funkcionalnih krugova pomoću Mo6S9−xIx molekularnih žica su prikazane, bilo putem zlatnih nanočestica kao linkera , ili direktnom vezom sa tioliranim molekulima. Dva pristupa mogu dovesti do različitih mogućih primena. Upotreba zlatnih nanočestica nudi mogućnost širenja i izgradnje većih krugova.

Ostala istraživanja[uredi | uredi izvor]

Molekularne žice mogu se ugraditi u polimere, poboljšavajući njihove mehaničke i / ili provodne osobine. Unapređenje ovih osobina oslanja se na uniformnu disperziju žica u host polimeru. MoSI žice su napravljene u takvim spojevima, oslanjajući se na njihovu superiornu rastvorljivost unutar host polimera u poređenju sa drugim nanožicama ili nanocevima. Snopovi žica mogu se koristiti za poboljšanje triboloških osobina polimera, sa primenama u aktuatorima i potenciometrima. Nedavno je predloženo da se uvijene nanožice mogu koristiti kao elektromehanički nanouređaji za merenje sila i obrtnih moomenta na nano skali sa velikom preciznošću.[11]

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Tarascon, J.M.; Hull, G.W.; Disalvo, F.J. (1984). „A facile synthesis of pseudo one-monodimensional ternary molybdenum chalcogenides M2Mo6X6 (X = Se,Te; M = Li,Na..Cs)”. Mater. Res. Bull. 19 (7): 915—924. doi:10.1016/0025-5408(84)90054-0. 
  2. ^ Vrbani, Daniel; Rem Kar, Maja; Jesih, Adolf; Mrzel, Ale; Umek, Polona; Ponikvar, Maja; Jan Ar, Bo Tjan; Meden, Anton; Novosel, Barbara; Pejovnik, Stane; Venturini, Peter; Coleman, J C; Mihailovi, Dragan (2004). „Air-stable monodispersed Mo6S3I6 nanowires”. Nanotechnology. 15 (5): 635—638. Bibcode:2004Nanot..15..635V. doi:10.1088/0957-4484/15/5/039. 
  3. ^ Perrin, C. & Sergent, M. (1983). „A new family of monodimensional compounds with octahedral molybdenum clusters: Mo6X8Y2”. J. Chem. Res. 5: 38—39. 
  4. ^ D. Mihailovic (2009). „Inorganic molecular wires: Physical and functional properties of transition metal chalco-halide polymers”. Progress in Materials Science. 54 (3): 309—350. doi:10.1016/j.pmatsci.2008.09.001. 
  5. ^ Yin, Xi; Warren, Steven A.; Pan, Yung-Tin; Tsao, Kai-Chieh; Gray, Danielle L.; Bertke, Jeffery; Yang, Hong (2014). „A Motif for Infinite Metal Atom Wires”. Angewandte Chemie International Edition. 53: 14087—14091. PMID 25319757. doi:10.1002/anie.201408461. 
  6. ^ Cotton, F. Albert; Murillo, Carlos A. & Walton, Richard A. (2005). Multiple Bonds Between Metal Atoms (3 izd.). Springer. str. 669–706. ISBN 978-0-387-25829-4. 
  7. ^ Cattena, C. J.; Bustos-Marun, R. A.; Pastawski, H. M. (2010). „Crucial role of decoherence for electronic transport in molecular wires: Polyaniline as a case study”. Physical Review B. 82 (14): 144201. Bibcode:2010PhRvB..82n4201C. arXiv:1004.5552 Slobodan pristup. doi:10.1103/PhysRevB.82.144201. 
  8. ^ James, D. K.; Tour, J. M., Top. Curr. Chem. 2005, 257, 33.
  9. ^ Tour, J. M. et al., Chem. Eur. J. 2001, 7, 5118.
  10. ^ Mihailovic, D. Progress in Materials Science 2009, 54, 309.
  11. ^ Garcia, J. C.; Justo, J. F. (2014). „Twisted ultrathin silicon nanowires: A possible torsion electromechanical nanodevice”. Europhys. Lett. 108: 36006. Bibcode:2014EL....10836006G. doi:10.1209/0295-5075/108/36006. 

Literatura[uredi | uredi izvor]

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]



Molekularna žica na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Молекуларна_жица&oldid=26943241”