孔径影响复杂纳米结构的性质

在纳米级建筑并不像建房子。科学家通常从二维分子层开始，并将它们组合起来形成复杂的三维结构。而不是钉子和螺钉，这些结构通过存在于纳米尺度的物体之间的有吸引力的范德瓦尔斯力连接在一起。

范德瓦尔斯力量在构建储能材料，生化传感器和电子产品方面至关重要，尽管与化学键相比它们较弱。它们还在药物递送系统中起关键作用，确定哪些药物与蛋白质中的活性位点结合。

在可以帮助开发新材料的新研究中，康奈尔大学的化学家们发现，二维分子构建块中存在的空间(“孔隙”)从根本上改变了这些范德华力的强度，并且可能会改变组件复杂的纳米结构。

这些发现代表了一种未开发的途径，用于控制复杂纳米结构从多孔二维构建块的自组装。“我们希望对这些力量有更全面的了解将有助于发现和开发具有多种功能，有针对性的特性和潜在新颖应用的新型材料，”该学院化学助理教授Robert A. DiStasio Jr.说。艺术与科学。

在1月14日发表于物理评论快报，DiStasio，研究生Yan Yang和博士后助理Ka Un Lao的题为“孔尺寸对二维分子和材料中范德华相互作用的影响”的论文中，描述了一系列数学解决空间空间如何从根本上影响在纳米级距离上发生的有吸引力的物理力的问题的模型。

在三个原型模型系统中，研究人员发现，特定的孔径会导致管理范德瓦尔斯力的物理定律中的意外行为。此外，他们写道，这种行为“可以通过改变这些空隙空间的相对大小和形状来调整...... [提供]对复杂纳米结构的自组装和设计的新见解。”

虽然强共价键负责形成二维分子层，但范德瓦尔斯相互作用提供了层之间的主要吸引力。因此，范德瓦尔斯力主要负责复杂的三维纳米结构的自组装，这些纳米结构构成了当今使用的许多先进材料。

研究人员用许多二维系统证明了他们的研究结果，包括共价有机框架，这些框架具有可调节和可能非常大的孔隙。

“我很惊讶空洞空间和范德瓦尔斯力量之间复杂的关系可以通过这样简单的模型合理化，”杨说。“同样，我对我们的研究结果感到非常兴奋，因为范德瓦尔斯力的微小变化都会显着影响分子和材料的性质。”