CSC-2019-61

Titel: Rationale en positionering met betrekking tot de state-of-the-art De vorming van organische zelf-geassembleerde moleculaire netwerken (SAMN's) op een vaste drager biedt een groot potentieel voor de fabricage van onderop van nanomaterialen. De belangrijkste kracht van deze benadering is het vermogen om specifieke functionaliteit aan het oppervlak te geven door de verkregen fysische en chemische eigenschappen op een nanopatroon te modificeren. Het vermogen om SAMN-structuren die op het grensvlak worden gevormd te voorspellen, is cruciaal voor de ontwikkeling van toepassingen in opkomende gebieden zoals organische (opto-) elektronica, detectie en moleculaire motoren. 2D-zelfassemblage aan de vloeistof-vaste stof-interface is een zeer dynamisch proces dat doorgaans verloopt via drie verschillende fasen: langzame kiemvorming wordt gevolgd door snelle groei en uiteindelijk langzame rijping. Bij thermodynamisch evenwicht worden SAMN's gekenmerkt door steady-state ad- en desorptiedynamiek. Om het wenselijke doel van het voorspellen van SAMN-structuren te bereiken, zijn de afgelopen drie decennia een groot aantal SAMN's bestudeerd en is de afhankelijkheid van hun structuur van experimentele variabelen zoals temperatuur, concentratie en oplosmiddel zijn beschreven. Desalniettemin is de huidige voorspellende kracht over het assemblageproces nog steeds onbevredigend, vooral omdat een grondig begrip van de thermodynamica en kinetiek van het assemblageproces ontbreekt. Meestal worden alleen kwalitatieve overwegingen gemaakt, terwijl het bevorderen van ons begrip van de concurrentie tussen thermodynamica en kinetiek kwantitatieve metingen vereist. Gezien deze kenniskloof zijn nieuwe benaderingen voorgesteld om de thermodynamische functies op een kwantitatieve manier te specificeren. Naar analogie zijn er dringend nieuwe methoden nodig om de snelheden van dynamische processen die plaatsvinden op het grensvlak te kwantificeren. Experimenteel is scanning probe microscopie de geprefereerde techniek om structurele informatie over SAMNs te verkrijgen. Atomic Force Microscopie (AFM), en vooral scanning tunneling microscopie (STM) zijn zeer geschikt om moleculaire adlayers in een vloeibare omgeving te onderzoeken. Onder de juiste omstandigheden laten deze technieken toe om (sub-) moleculaire resolutie te bereiken. In feite is veel van de huidige kennis over SAMN-vorming afkomstig van de beeldvormingsmogelijkheden van deze technieken. Scannende sondetechnieken zijn echter typisch traag met beeldacquisitietijden in de orde van tientallen seconden tot minuten. Dientengevolge kunnen alleen overeenkomstig langzame processen worden gecontroleerd, zoals Ostwald-rijping of steady-state ad- en desorptiedynamiek. Kernvorming en groeidynamiek, die over het algemeen veel sneller zijn, zijn daarom vaak onzichtbaar gebleven en als gevolg daarvan vormen hun mechanismen een onderwerp van intens wetenschappelijk debat.