Миниатюризация современных электронных устройств поистине впечатляет. Сегодня нанотехнологи работают над созданием элементов электронных схем размером около 50 нанометров и близки к созданию экспериментальных образцов размером 2-5 нанометров, что соответствует размерам отдельных органических молекул. Использование таких устройств в электронике позволит, например, повысить в сотни раз мощность компьютерных процессоров.
Наиболее широко для этих целей используются нанотрубки и фуллерены, но более перспективными могут быть полупроводниковые нанодиаманты, которые сейчас получают с помощью взрывчатой технологии или поверхностным напылением. Однако нанодиаманты имеют много недостатков, затрудняющих их практическое применение. Промышленные нанодиаманты неодинаковые по размерам, содержат значительное количество графита, поверхность этих кристаллов неоднородна. В то же время нанотехнологии требуют однородного материала, то есть материала с частицами одинаковой формы и размера. Более того, для прецизионного химического связывания таких молекул с подкладкой, в молекулу нанодиаманта следует ввести нужный заместитель, причем в определенное положение, или, как говорят химики, селективно функционализировать молекулу.
Углеродный каркас адамантана представляет собой элементарную ячейку бриллианта, свободные валентности которого заняты атомами водорода, то есть он является наименьшим гидрированным бриллиантом. Недавно исследователи фирмы "Шеврон" выделили из нефти углеводороды, представляющие собой сконденсированные два, три, четыре и до десяти сконденсировавшихся фрагментов адамантана. Фактически эти углеводороды являются гидрированными нанодиамантамы с размерами 2-4 нанометра. Они получили название "диамондоиды" и представляют значительный интерес для нанотехнологий.
Сегодня для использования диамандоидов в нанотехнологиях объединены усилия химиков, физиков, нефтяников и геохимиков Украины, Германии и США. Одной из самых тяжелых проблем в химии диамондоидов является контролируемое введение функциональных групп в определенное положение молекулы, потому что с ростом размера молекулы растет количество вариантов замещения.
В течении нескольких десятков лет ученые кафедры органической химии и технологии органических веществ (ОХ и ТОР) исследуют методы синтеза, свойства, реакционную способность, механизмы преобразований и применения адамантанов и их циклических гомологов. Сейчас кафедра является мировым лидером в этой области и естественно, что именно на кафедре ОХ и ТОР, где подробно исследованы механизмы функционализации каркасных углеводородов, были найдены условия селективной функционализации диамондоидов. Под руководством проф. А.А.Фокина в содружестве с рядом западных университетов были разработаны методы введения различных функциональных групп, и в результате впервые получены образцы селективно функционализированных нанодиамантов для исследования их электронных свойств.
Уже первые результаты изучения свойств полученных производных диамондоидов оказались многообещающими. Найдено, что функционализированные нанодиаманты способны сорбироваться из раствора на поверхность серебра или золота, образуя самоорганизующиеся упорядоченные монослои. Эти новые материалы были подробно исследованы в Лаборатории новейших материалов Станфордского университета, в Национальной лаборатории новейших источников света в Беркли и в Ливерморской национальной лаборатории (США). Оказалось, что монослой функционализованного диамондоида (толщина 1,5 нм) приобретает свойства негативного сродства к электронам и при облучении фотонами интенсивно эмитирует монохроматические электроны с энергией около 1 эВ, с очень малыми потерями энергии. Такое негативное электронное родство до сих пор не было известно экспериментально для органических молекул.
Результаты этого исследования изложены в статье в наиболее рейтинговом в мире научном журнале Science, 2007, т.316, с. 1460 (кстати, эта публикация является первой с участием украинских химиков в этом журнале). Это открытие обещает широкое применение самоорганизующихся монослоев диамондоидов в нанотехнологиях для создания плоских дисплеев, микроволновых усилителей, вакуумных микроэлектронных приборов, рентгеновских детекторов, твердофазных осветителей, в электронной микроскопии, электронно-лучевой литографии и тому подобное.
Oct 19 2007 || Автор: О.Г.Юрченко, д.х.н., проф.