新的自组装单层是抵抗空气 - 粉碎可以为分子电子产品铺平道路

这是一个艺术家对自组装的功能化击球层的印象。富勒烯连接到金属表面，乙二醇醚尾部诱导双层的自组装。当乙二醇醚也官能化时，上半部分可以用不同的化合物代替。本文描述了上层被螺吡喃（当暴露于UV光时改变形状的分子）所取代的方式。

有机自组装单层（SAMS）已经存在四十多年。最广泛使用的形式基于硫醇，与金属表面结合。然而，尽管硫醇SAM非常通用，但它们也是化学上不稳定的。将这些单层暴露于空气将导致一天内氧化和分解。格罗宁根大学科学家现在创造了使用用“尾甘油的”尾“官能化的鸭绿珠的Sams。这些分子产生自组装的单层，其具有硫醇SAM的所有性质，但在暴露于空气时保持在几周内化学不变。这种稳健性使得它们更容易在研究和设备中使用。关于这些新SAMS的文章最近在自然材料中公布。

自组装单层是动态结构，解释了格罗宁根大学有机物化学和器件ryan chiechi：“这些单层自我修复和分子将不断找到最有效的包装。此外，所有过程都是可逆的，可以改变它们的组成。这将SAM与用于官能化表面的其他单层区分开。“这些往往非常稳定，但他们并没有自我组装，缺乏Sams的动态。

这是格罗宁根大学有机材料化学和器材教授。他是本文的领先作者。

基于硫醇（含硫基团）与金属的结合的SAMS广泛研究和使用。SAMS的应用范围从控制到表面的润湿或粘附，在光刻中产生耐化学性，传感器生产或纳米制备。单层也可用于生产分子电子器件。Chiechi：'电流将通过量子隧道穿过这种单层。对分子层的微小修改可以改变隧道性能。通过这种化学剪裁，可以创造新的电子类型。

然而，在暴露于空气时，最广泛使用的基于硫醇的SAM对氧化敏感。没有保护，他们不会持续一天。“这意味着在使用这些SAM用于分子电子器件时，您需要各种设备以保持空气，”智琴解释道。“它也很难在生物学环境中使用它们。”

功能化的击败球

这是基于新的Buckyball的Sam进来的地方。在共同努力中，来自格罗宁大学的Stringh化学化学研究所和Zernike先进材料研究所的科学家已经发现并表征了甘黄油官能化富勒烯的性质。粉碎球粘附于比硫醇更强的金属表面。乙二醇醚尾部是极性和有机溶剂，这诱导了双层的形成。“你只是将金属放在这些功能化的击球球的解决方案中，双层将通过自我组装形成，”Chiechi说。此外，以这种方式制备的SAM对氧化非常耐氧化：当左暴露在空气中时，它们将保持完整至少30天。

“我们的结果强烈建议分子的尾部被交织在一起。这导致稳定且非常动态的结构，其中分子可以自由移动，这对于山姆来说是典型的，“Chiechi说。外层可以通过添加其他官能化组来替换。Chiechi和他的同事增加了螺丝吡喃（当暴露于UV光时会改变形状的分子）连接到乙二醇 - 醚尾。通过将电极放置在外层上，测量通过SAM的隧穿。科学家们表明，随着光的几个数量级也改变了螺丝燕燕部分的形状也改变了电导。

分子电子

基于硫醇的SAM还有其他替代方案，但它们都有局限性。“我们认为，我们的Sams拥有基于硫醇的SAM的所有性质，具有抵抗空气作为大奖金的降级，总结了Chiechi。“此外，我们已经表明我们的系统可用于创造分子电子。它还似乎是研究SAMS行为的非常有用的平台。“你可以在实验室替补席上完成这一点，而无需保护。”Chiechi认为，他的系统对研究双层的行为可能是有用的，包括形成细胞膜的脂质双层。

改变SAM的组成的能力在分子电子中打开了有趣的应用。Chiechi：“这可能用于创建拓扑计算机架构，用于神经形态计算。SAM的组成的变化可以产生忆阻器，并且可能是用于随机计算的系统，它使用1S和0s的概率来表示比特流中的数字。“这可以由山姆中的一种类型分子的分数表示。然而，在这可能成为现实之前，例如，必须要完成更多的工作，以了解糖醇醚相对于这样的有效隧道介质。

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参考：“无硫醇自组装的寡糖甘醇使鲁棒空气稳定的分子电子产品”由Xinkai邱，Viktor Ivasyshyn，李秋，Mihaela Encahe，景金洞，西尔维亚Rousseva，Giuseppe Portale，MeikeStöhr，Jan C. Hummelen和Ryan C. Chiechi，2020年1月20日，自然材料.DOI：
10.1038 / s41563-019-0587-x

简单的科学摘要

许多有机化合物将在仅一个分子层的表面上自组装成结构，即所谓的自组装单层或山姆。科学家正在使用这些SAM用于不同的目的。大多数SAM基于与含硫化学基团（硫醇）结合到表面的分子，但这些形式复合物在空气中化学不稳定。来自格罗宁纳大学的有机化学家使用用碳粉球官能化的碳粉球创造了Sams。这些分子产生自组装的单层，其具有硫醇SAM的所有性质，但在暴露于空气时保持在几周内化学不变。这种稳健性使它们更容易在研究和设备中使用，例如在分子电子中。