Các nhà khoa học tại Trường Đại học South Florida đã đạt được một cột mốc mới quan trong trong việc phát triển các siêu phân tử (supramolecules) hai chiều. Đây là các khối kiến tạo cho các lĩnh vực công nghệ nano và sản xuất vật liệu nano tiến tiến.

Hình ảnh kính hiển vi quét xuyên hầm (STM) của lưới siêu phân tử với màng bảo vệ mô hình phân tử do USF phát triển. Nguồn: Trường Đại học South Florida

Kể từ khi phát hiện ra graphene vào năm 2004, vật liệu mỏng nhất (có kích thước dày một nguyên tử) và cứng nhất (cứng gấp 200 lần so với thép) trên thế giới, các nhà khoa học đã nỗ lực nghiên cứu để có thể phát triển hơn nữa các loại vật liệu nano tương tự cho các ngành công nghiệp, dược phẩm và các mục đích thương mại khác. Nhờ các đặc tính dẫn điện và độ bền của nó, graphene có thể được sử dụng trong vi điện tử để tăng cường củng cố các vật liệu cơ học và gần đây đã cho phép tạo hình ảnh chính xác các hạt nano 3 chiều.

Mặc dù nghiên cứu phát triển các siêu phân tử mới có khả năng ứng dụng mạnh mẽ hơn nữa đã thu được một số thành công, tuy nhiên, cấu tạo của những phân tử này có kích thước nhỏ (nhỏ hơn 10 nano mét) hoặc tự lắp ráp, làm hạn chế các ứng dụng tiềm năng của chúng. Nhưng bây giờ, nghiên cứu mới này đã phác thảo một bước tiến triển sâu sắc trong phát triển siêu phân tử. Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Chemistry.

“Nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã có thể vượt qua một trong những trở ngại siêu phân tử lớn. Việc phát triển cấu trúc siêu phân tử hoàn toàn được xác định rõ, mở rộng lên phạm vi 20 nano mét. Nó thực chất là một kỷ lục thế giới cho lĩnh vực hóa học này”, tác giả chính của nghiên cứu, phó giáo sư Xiaopeng Li, khoa Hóa học tại USF cho biết.

Nhóm nghiên cứu của Li đã hợp tác với nhóm nghiên cứu của Saw Wai Hia thuộc phòng thí nghiệm quốc gia Argonne và Trường Đại học Ohio, cũng như một số viện nghiên cứu quốc tế khác của Hoa Kỳ và quốc tế để hoàn thành mục tiêu nghiên cứu này.

Các siêu phân tử là cấu trúc phân tử lớn được tạo nên từ các phân tử riêng lẻ. Không giống như ngành hóa học truyền thống, tập trung vào các liên kết cộng hóa trị giữa các nguyên tử, lĩnh vực hóa học siêu phân tử nghiên cứu các tương tác không gây cản trở giữa các phân tử. Trải qua nhiều giai đoạn, các tương tác này dẫn đến các phân tử tự lắp ráp, hình thành các cấu trúc phức tạp có khả năng thực hiện nhiều chức năng khác nhau một cách tự nhiên.

Trong nghiên cứu mới nhất này, nhóm nghiên cứu đã có thể tạo ra một lưới hình lục giác kim loại siêu phân tử rộng 20nm bằng cách kết hợp các quá trình tự lắp ráp xảy ra chỉ ở trong các phân tử và giữa các phân tử.

Li cho biết, sự thành công của nghiên cứu này sẽ thúc đẩy sự hiểu biết sâu sắc hơn về các nguyên tắc thiết kế chi phối sự hình thành phân tử này và có thể một ngày nào đó sẽ dẫn đến sự phát triển của các vật liệu mới với các chức năng và tính chất chưa từng được khám phá.

P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2020-04-limits-d-supramolecules.html, 16/4/2020