Un nuovo approccio potrebbe aiutare gli scienziati dei materiali a identificare le molecole appropriate da utilizzare per sintetizzare i nanomateriali target. Il metodo è stato sviluppato da Daniel Packwood dell'Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) dell'Università di Kyoto e da Taro Hitosugi del Tokyo Institute of Technology. Si tratta di collegare le proprietà chimiche delle molecole con le nanostrutture che si formano a seguito della loro interazione. Una tecnica di apprendimento automatico genera dati che vengono quindi utilizzati per sviluppare un diagramma che classifica diverse molecole in base alle forme nanometriche che formano.

La fabbricazione di nanomateriali utilizzando un approccio dal basso verso l'alto richiede la ricerca di molecole precursori che interagiscono e si allineano correttamente tra loro mentre si autoassemblano. Ma è stata una grande sfida sapere come interagiranno le molecole precursori e quali forme formeranno.

La fabbricazione dal basso verso l'alto di nanonastri di grafene sta ricevendo molta attenzione a causa del loro potenziale uso nell'elettronica, Ingegneria dei tessuti, costruzione, e bioimmagini. Un modo per sintetizzarli è utilizzare molecole precursori del biantracene che hanno gruppi funzionali bromo attaccati ad esse. I gruppi bromo interagiscono con un substrato di rame per formare catene di dimensioni nanometriche. Quando queste catene sono riscaldate, si trasformano in nanonastri di grafene.

Packwood e Hitosugi hanno testato il loro simulatore utilizzando questo metodo per costruire nanonastri di grafene.

Il modello utilizza i dati sulle proprietà chimiche di una varietà di molecole che possono essere attaccate al biantracene per funzionalizzarlo e facilitarne l'interazione con il rame. I dati hanno attraversato una serie di processi che alla fine hanno portato alla formazione di un dendrogramma.

Ciò ha dimostrato che l'associazione di molecole di idrogeno al biantracene ha portato allo sviluppo di forti nano-catene unidimensionali. Fluoro, bromo, cloro, gruppi funzionali amidogeni e vinilici hanno portato alla formazione di nano-catene moderatamente forti. I gruppi funzionali trifluorometilici e metilici hanno portato alla formazione di deboli isole unidimensionali di molecole, e gruppi idrossido e aldeidico hanno portato alla formazione di forti isole bidimensionali a forma di piastrella.

Le informazioni prodotte nel dendogramma sono cambiate in base ai dati di temperatura forniti. Le categorie di cui sopra si applicano quando le interazioni sono condotte a -73°C. I risultati sono cambiati con le temperature più calde. I ricercatori raccomandano di applicare i dati a basse temperature, dove l'effetto delle proprietà chimiche dei gruppi funzionali sulle nanoforme è più chiaro.

La tecnica può essere applicata ad altri substrati e molecole precursori. I ricercatori descrivono il loro metodo come analogo alla tavola periodica degli elementi chimici, che raggruppa gli atomi in base a come si legano tra loro. "Però, per dimostrare veramente che i dendrogrammi o altri approcci basati sull'informatica possono essere preziosi per la scienza dei materiali quanto la tavola periodica, dobbiamo incorporarli in un vero esperimento di fabbricazione di nanomateriali dal basso, " concludono i ricercatori nel loro studio pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura . "Attualmente stiamo perseguendo questa direzione nei nostri laboratori".