Engineering van oppervlakken om 2D-kristallisatie te verkennen

Oppervlakken en grensvlakken spelen een centrale rol in de scheikunde en de natuurkunde, omdat ze de fasesymmetrie doorbreken. Vaak zijn er ordenende effecten nabij het oppervlak, die de fysische eigenschappen en de chemische reactiviteit diepgaand wijzigen. Thermodynamisch gezien zijn vloeibare kristallen tamelijk eenvoudige systemen omdat hun vloeibare karakter hen in staat stelt om snel te ontspannen en een evenwicht te bereiken. Een veel complexere en rijkere situatie doet zich voor bij kristallen, waarvan de structuur een resultaat is van een samenspel tussen thermodynamica en kinetiek. Kristallen zijn reeksen van atomen, ionen of moleculen die op een periodieke manier zijn gerangschikt, d.w.z., met een lange-afstandsvolgorde. Van alle soorten kristallen zijn die gevormd zijn uit organische moleculen die de grootste diversiteit aan kristalstructuren vertonen, omdat organische moleculen zelf inherent complex zijn. Ondanks tientallen jaren van onderzoek blijft de kristallisatie van organische moleculen op veel aspecten mysterieus. Het is onmogelijk om a priori de kristalstructuur van een bepaald organisch molecuul te voorspellen. Naast de thermodynamica speelt kinetiek ook een fundamentele rol, omdat de meeste kristalfasen worden gevormd door heterogene nucleatie. In de loop der jaren hebben wetenschappers geprobeerd de structuur en chemie van vaste oppervlakken aan te passen om polymorfisme te beheersen. Omdat oppervlakken een zeer cruciale rol lijken te spelen, zijn wetenschappers begonnen met het onderzoeken van substraatgeïnduceerd polymorfisme (SGP), d.w.z., de vorming van polymorfen die alleen in de buurt van vaste substraten bestaan en die verschillen van de bulkfase, die kan vloeibaar, vloeibaar kristallijn of kristallijn zijn. Bij het definiëren van SGP's moet worden vermeld dat ze verschillen van zelf-geassembleerde monolagen, omdat SGP's zich over ten minste meerdere moleculaire lagen uitstrekken. Een andere onderzoekslijn, hoewel conceptueel verbonden met substraat-geïnduceerde fasen, is de zelfassemblage van moleculen op zeer regelmatige oppervlakken (2D-kristallisatie), zoals grafeen, dat een individuele laag van grafiet is. Structuurpolymorfisme in 2D zelf-geassembleerde organische monolagen verdient zorgvuldige aandacht, omdat condities zoals de concentratie van bouwstenen en de keuze van het oplosmiddel de nanoschaalstructuur van de films aanzienlijk kunnen beïnvloeden. Verder heeft het substraat een significant effect op de vorming en stabilisatie van polymorfen. Het doel van het project is om substraat-geïnduceerde polymorfisme en 2D-kristallisatie te verenigen, twee complementaire, maar momenteel niet-gekoppelde onderzoekslijnen, om een fundamenteel begrip te krijgen van polymorfisme op het grensvlak met vaste substraten.