英日開發超分子組裝技術

文/常麗君

英國和日本研究人員合作開發出一種超分子組裝的新方法，有望帶來比硅材料性能更優越的分子電子設備，比如用巴基球制造的柔軟電視屏幕，為人們帶來全新的視聽體驗。研究人員認為，這種方法有著巨大應用潛力，有可能推動新材料生產的變革。相關論文發表在6月22日的《自然·化學》雜志上。

相鄰分子間存在微小的作用力，超分子組裝就是利用了這種非共價鍵的微小力的累加效應，來形成有序的結構。新方法集中在研究分子間的作用力上，特別是那些“兩親”分子。“兩親”分子包含親水和憎水兩個部分。如家用洗滌劑就是靠兩親分子之間相互作用來去除污漬：一端是親水基，容易與水結合形成分子鍵，另一端是憎水基，喜歡和油性物質結合。如把洗滌劑加入到臟水中后，其分子會轉動方向使憎水基朝向油污，聚集在油污周圍形成分子團簇。

據物理學家組織網6月22日報道，新方法由英國基爾大學馬丁·霍蘭拜小組與日本國家材料科學研究所的中西隆（音譯）小組合作開發，他們借用了“兩親分子組裝”的概念，將其進一步擴展成“親溶劑基”和“憎溶劑基”，成為一種通用的普適方法。

實驗中用的兩親分子是經過剪裁的“巴基球”，但帶著一條長尾巴，就像“分子蝌蚪”。巴基球是由60個碳原子（C60）構成的足球狀分子，也叫富勒烯。將兩親分子加入溶劑中，“蝌蚪”尾巴會相互作用，使分子形成巴基球的核心和碳鏈的外殼。在混合物中添加正烷烴，分子組裝成了膠束和含絕緣C60納米線的六角形膠纖維；加入純C60并提高π共軛材料的比例，分子組裝成了片裝間層結構。這些結構含有很大比例的光電活性材料，顯示出一定的光導電性。

在這種靈活性的超分子組裝新方法中，化學結構和添加劑（溶劑或C60）的微小變化，就能產生極為多樣的結構。這種深入控制復雜分子自組裝的程度，是以往達不到的。

研究人員指出，這一新成果有望對“分子電子學”領域產生重大影響，碳基電子設備可能替代傳統的硅技術產品。新的分子電子元件只需調整分子間作用力達到最優化，就能大大提高設備性能，使效率更高而能耗更低，帶來柔韌靈活、多功能的工具設備和更廉價的產品，如智能手機、電視屏幕等。到2018年的下一屆世界杯賽時，人們可能就在用“分子足球”看足球了。