Alcuni dei dispositivi elettronici più interessanti e affascinanti che un giorno saranno a disposizione dei consumatori, dai computer sottilissimi al tessuto elettronico, sarà il risultato di materiali avanzati progettati da scienziati. Infatti, alcune scoperte notevoli sono già state fatte. Per innovare ulteriormente, gli scienziati devono imparare a progettare con precisione le strutture chimiche dei materiali su scala nanometrica in modo da ottenere proprietà e funzioni macroscopiche specifiche.

Un gruppo di ricerca, lavorando insieme alla National Synchrotron Light Source, ha trovato un nuovo modo per farlo. Hanno sintetizzato una nuova classe di macromolecole che si organizzano, o "autoassemblare, " in varie strutture ordinate con dimensioni delle caratteristiche inferiori a 10 nanometri. Chiamati "tensioattivi giganti, " queste grandi molecole imitano le caratteristiche strutturali dei piccoli tensioattivi (sostanze che abbassano notevolmente la tensione superficiale tra due liquidi, come i detersivi), ma sono stati trasformati in nanoparticelle molecolari funzionali facendo clic su catene polimeriche. I materiali risultanti sono unici perché colmano il divario tra tensioattivi a piccole molecole e copolimeri a blocchi tradizionali e quindi possiedono un'interessante "dualità" nei loro comportamenti di autoassemblaggio.

"Questa classe di materiali fornisce una piattaforma versatile per l'ingegneria delle nanostrutture che hanno caratteristiche inferiori a 10 nanometri, che è una scala molto rilevante per i progetti di nanotecnologia e microelettronica, " ha detto lo scienziato corrispondente dello studio Stephen Cheng, ricercatore presso il College of Polymer Science and Polymer Engineering dell'Università di Akron. "Più in generale, siamo anche interessati a come i nostri risultati potrebbero aiutare a far progredire la nostra comprensione dei principi chimici e fisici che sono alla base dell'autoassemblaggio".

I tensioattivi svolgono un ruolo enorme nella nostra vita quotidiana, anche se la maggior parte delle persone non ne è a conoscenza. Sono presenti nei detergenti per la casa e nei saponi, adesivi, dipingere, inchiostro, plastica, e molti, molti altri prodotti. Naturalmente, sono una parte fondamentale della ricerca sui materiali.

I tensioattivi giganti hanno il potenziale per essere ancora più versatili delle loro controparti più piccole perché hanno i vantaggi sia di un polimero che di un tensioattivo. Sono di particolare interesse per l'industria elettronica perché possono autoassemblarsi spontaneamente in nanodomini di appena pochi nanometri. Questa scala di lunghezza deve essere raggiunta per consentire il continuo ridimensionamento dei chip dei computer, ma si è rivelata molto difficile da raggiungere per le tecnologie convenzionali. La produzione di film sottili con nanomodelli, che sono alla base dei moderni chip per computer, potrebbe essere direttamente influenzata da tensioattivi giganti. Se i film possono essere prodotti con caratteristiche nanometriche più piccole, potrebbero portare a una maggiore densità, chip per computer più veloci.

Il gruppo ha utilizzato diverse tecniche per studiare diversi campioni di tensioattivo gigante in forma di film sottile, così come in forma sfusa e in soluzione. Queste tecniche includevano lo scattering di raggi X a piccolo angolo di incidenza radente (GISAXS) alla linea di luce NSLS X9. GISAXS è adatto allo studio di campioni di film sottile che hanno caratteristiche ordinate su nanoscala, tipicamente tra 5 e 20 nanometri, e può raccontare ai ricercatori la forma, dimensione, e l'orientamento di queste caratteristiche, tra le altre informazioni. È ampiamente utilizzato per studiare film sottili autoassemblati con caratteristiche su scala nanometrica.

Questa ricerca è stata pubblicata il 18 giugno edizione 2013 del Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .