image: A chemist from RUDN University together with colleagues created a new type of two-dimensional nanofilm from an organic material called calixarene. The invention can be used as a protective coating in electronics and as a part of molecular filters. They also suggested a way of increasing the durability of such films with UV radiation. view more
Credit: RUDN University
Con la participación de empleados RUDN University se obtuvieron nuevos tipos de nanopelículas basados en calixarenos funcionalizados, los cuales se pueden utilizar en la industria electrónica para recubrimientos protectores contra la humedad y el óxido, filtros moleculares. Se describió cómo aumentar la resistencia de dichas películas utilizando radiación ultravioleta. Los resultados fueron publicados en Materials Today Communications.
Los calixarenos son moléculas orgánicas grandes, las cuales consisten en varios "bordes" y su estructura se asemeja a una copa. El borde superior de la copa es hidrófilo, es decir, absorbe bien el agua. El borde inferior es hidrofóbico, lo que significa que repele el agua. Por sí mismos, los calixarenos se utilizan como sustancias auxiliares en la industria química, por ejemplo, para sintetizar polímeros de etileno o propileno. Un equipo internacional (del Instituto de Química Física y Orgánica adjunto a la Academia Nacional de Ciencias de Belsarús, Skoltech, Universidad Federal de Kazán y RUDN University) propuso usar los calixarenos de una manera nueva: el equipo creó nanopelículas a partir de mencionadas moléculas (de grosor 0.8-1.5 nm), las cuales se pueden utilizar, por ejemplo, como recubrimientos hidrófugos.
"Estas películas orgánicas bidimensionales se pueden utilizar para crear recubrimientos protectores hidrófobos o anticorrosivos, en la electrónica orgánica y en la elaboración de filtros moleculares" - explicó Aleksey Kletskov, PhD en Química, Investigador del Instituto Conjunto de Investigación Química, RUDN University.
Para elaborar una película delgada a partir de moléculas individuales se utilizó el método Langmuir-Blodgett. El método está diseñado para trabajar con moléculas que tienen partes tanto hidrófilas como hidrófobas. Si se colocan moléculas con esta estructura en el agua, se alinean una a una en la superficie del líquido con la parte hidrofóbica hacia arriba. Luego, con la ayuda de pistones especiales, las moléculas se "comprimen" en la superficie hasta la densidad requerida y la película obtenida se transfiere a un sustrato sólido.
Para hacer la película más resistente, el equipo de científicos utilizó radiación ultravioleta. Su energía es suficiente para romper las cadenas de hidrocarburos que se estiran como "bigotes" desde los bordes superior e inferior. Después de que se produce una ruptura en las cadenas, se vuelven a unir, pero esta vez con los restos de cadenas de hidrocarburos de las moléculas vecinas de calixareno. Como resultado, las moléculas de la película se unen firmemente.
La estructura de las películas resultantes fue estudiada usando un microscopio de fuerza atómica y se encontró que la efectividad de la radiación UV depende de la longitud de las cadenas de hidrocarburos en las macromoléculas funcionalizadas iniciales. Las películas más estables se obtuvieron a partir de moléculas con cadenas cortas. La radiación ultravioleta las hace más resistentes. Para las moléculas con cadenas largas de hidrocarburos, la exposición a la radiación ultravioleta reduce la resistencia de la película; desde el microscopio se observa que la película está entrecortada con grupos cerrados de varias moléculas de calixareno.
La radiación ultravioleta no siempre mejora la capacidad repelente al agua de la película. Los químicos demostraron que, dependiendo de la estructura de la molécula, la radiación puede empeorar la hidrofobicidad o no tener un efecto significativo. Ésta es una observación importante ya que las películas están destinadas a ser utilizadas como revestimientos hidrófobos, desde la fabricación de pantallas hasta revestimientos de construcción.
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Materials Today Communications