Un team di ricercatori del National Institute of Material Science e del Max Plank Institute for Polymer Research ha sviluppato i primi nanosheet di tiofene supramolecolare al mondo, che è un materiale organico bidimensionale con uno spessore di 3,5 nm.

Negli ultimi anni, i materiali elettronici con strutture in fogli bidimensionali come il "grafene" hanno attirato una notevole attenzione. Però, nel caso del grafene, il controllo delle dimensioni è difficile, e la funzionalizzazione chimica della superficie del grafene è impossibile. D'altra parte, i derivati ​​del tiofene sono stati attivamente studiati come materiali elettronici per transistor ad effetto di campo (FET), celle solari organiche, materiali di elettroluminescenza organica (EL organico), e altre applicazioni. Però, il processo di fabbricazione del film sottile di tiofene presenta molti problemi. Ad esempio, la deposizione di vapore sotto vuoto richiede molta energia e attrezzature costose. Sebbene il metodo di fabbricazione del film sottile tramite un semplice processo a umido sia stato sviluppato utilizzando una soluzione polimerica, è difficile ottenere film sottili di polimero con elevata cristallinità. In questa ricerca, Il Dr. Ikeda ha superato questi problemi e ha trovato un facile metodo di produzione di nanofogli di tiofene con elevata cristallinità nella soluzione.

In questo lavoro, Il dottor Ikeda ha scoperto che un copolimero alternato, in cui un derivato del tiofene e una catena flessibile di glicole etilenico sono collegati alternativamente, è piegato in alcuni solventi organici in modo tale che le unità di tiofene siano impilate l'una sull'altra, e i copolimeri piegati si autoassemblano in una struttura a fogli bidimensionali (Figura). Sebbene la lunghezza del polimero utilizzato in questo lavoro sia di circa 80 nm, lo spessore del foglio è di soli 3,5 nm a causa della conformazione piegata del copolimero. È stato confermato che la disposizione delle unità di tiofene nel nanofoglio è la stessa di quella prodotta mediante deposizione sotto vuoto di vapori di composti di tiofene a basso peso molecolare. Perciò, i nostri nanosheet di tiofene sono fattibili per l'applicazione di dispositivi elettronici organici. La dimensione laterale del nanofoglio era controllabile regolando la concentrazione della soluzione polimerica. La modifica chimica della superficie del nanofoglio è stata possibile anche introducendo l'altra unità funzionale ai terminali del copolimero.

Poiché è possibile fabbricare monostrati come quelli prodotti mediante deposizione sotto vuoto semplicemente dissolvendo un polimero in un solvente, questo metodo porterà a semplici, fabbricazione di dispositivi a basso costo e ad alta efficienza energetica. Di grande interesse scientifico è anche il processo di autoassemblaggio tramite piegatura del polimero qui riportato, in quanto riproduce artificialmente il ripiegamento e l'autoassemblaggio delle proteine ​​in natura.

Questo risultato della ricerca è stato pubblicato online il 26 marzo (ora locale) sulla rivista scientifica internazionale Angewandte Chemie Edizione Internazionale della Società Chimica Tedesca, ed è stato selezionato dall'Editorial Board di quella rivista come "hot paper".