Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie und Brewster-Winkel-Mikroskopie
Mit der sogenannten Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie wiederum gelang es, später die eigentliche Reaktion während der UV-Bestrahlung zu verfolgen. Dazu maßen die Forscher, wie das charakteristische Signal der Dreifachbindungen im Laufe der Reaktion kontinuierlich abnahm. Dabei half eine ganz spezielle, von den Potsdamer Forschern eingesetzte Technik. Erst mit ihr gelingt es nämlich, störende Einflüsse der vorhandenen Wassermoleküle auszublenden. „Es gibt nur wenige Gruppen weltweit, die diese Art von Infrarotspektroskopie an solchen Schichten machen können“, betont Gerald Brezesinski.
Auch beim Charakterisieren des entstandenen Produkts halfen spezielle Verfahren der Potsdamer Max-Planck-Forscher. Dazu zählte etwa die sogenannte Brewster-Winkel-Mikroskopie, die vor gut 20 Jahren am Max-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie in Göttingen entwickelt worden war. Mit ihr konnten die Forscher zeigen, dass es sich bei dem Produkt um eine sehr homogene, glatte Schicht handelt, die insgesamt etwa zwei Nanometer dünn – und mithin tatsächlich eine Kohlenstoff-Nanoschicht – ist.
Über diesen Erfolg freute sich auch Gerald Brezesinski vom Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam: „Es ist also tatsächlich möglich, tensidartige Moleküle so zu gestalten, dass man sie an einer Wasser-Oberfläche zur Synthese einer Kohlenstoffschicht nutzen kann. Das konnten wir mit unseren Methoden nachweisen.“
Ausgangspunkt für „funktionelle Kohlenstoff-Nanoschichten“
Am Ende der Synthese ragten die jeweiligen Enden der Ausgangsmoleküle noch immer aus der Nanoschicht heraus – das wasserlösliche zur einen Seite, das wasserunlösliche zur anderen. Genau dieser Umstand ist für die Forscher extrem wichtig. Denn so ergibt sich die Möglichkeit, vor einer Synthese chemische Gruppen an die Enden zu hängen, die der späteren Kohlenstoff-Nanoschicht eine spezielle Funktion geben sollen. Denn die chemischen Anhängsel würden den milden Herstellungsprozess unbeschadet überstehen und wären damit auch in der fertigen Kohlenstoff-Nanoschicht enthalten.
Auf die Weise ließen sich auf der einen Seite zum Beispiel chemische Gruppen verankern, die später die Anbindung an bestimmte Oberflächen, etwa aus Glas oder Metall, unterstützen. Auf der anderen wiederum könnte man Gruppen befestigen, die der Schicht eine schmutzabweisende Eigenschaft verleihen. Die Kohlenstoffschicht selbst würde der Oberfläche zudem eine hohe Kratzfestigkeit geben. Auch chemische Nanosensoren ließen sich aus solchen hauchdünnen Schichten konstruieren. Dazu könnte man chemische Gruppen in die Ausgangsmoleküle integrieren, die später für die Wechselwirkung mit der zu messenden Substanz oder Substanzgruppe sorgen.
Die hohe elektrische Leitfähigkeit von Kohlenstoff-Nanoschichten könnte dann für die Weiterleitung der Messsignale genutzt werden. Die Forscher aus Lausanne und Potsdam hoffen daher, dass ihr neuartiges Verfahren zur Herstellung selbstorganisierter und funktionialisierter Kohlenstoff-Nanoschichten den Weg zu zahlreichen interessanten Anwendungen frei machen wird. (KH/PH)
->Quelle: mpikg.mpg.de