十年前，科學(xué)家注意到，當(dāng)巴基球 - 足球形狀的碳分子 - 傾倒在某種類型的多層石墨烯(一種扁平的碳納米材料)上時(shí)，發(fā)生了一些非常奇怪的事情。布基球不是像硬木地板上的大理石那樣隨意滾動(dòng)，而是自發(fā)地組裝成單個(gè)鏈條，延伸穿過(guò)石墨烯表面。

現(xiàn)在，布朗大學(xué)工程學(xué)院的研究人員已經(jīng)解釋了這種現(xiàn)象是如何起作用的，這種解釋可以為新型受控分子自組裝鋪平道路。在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊A上發(fā)表的一篇論文中，布朗團(tuán)隊(duì)表明，石墨烯片中微小的帶電皺紋可以與表面上的分子相互作用，將這些分子沿著皺紋的路徑排列在電場(chǎng)中。

“我們展示的是皺紋可用于制造'分子拉鏈'，可以將分子保持在線性陣列的石墨烯表面上，”布朗分子和納米級(jí)研究所先進(jìn)材料研究中心主任Kyung-Suk Kim說(shuō)。創(chuàng)新和研究的資深作者。“這種線性排列是物理和化學(xué)人員真正想要的東西，因?yàn)樗狗肿痈子诓僮骱脱芯俊?rdquo;

這篇新論文是Kim團(tuán)隊(duì)早期研究的后續(xù)行動(dòng)。在第一篇論文中，他們描述了如何從側(cè)面輕輕擠壓層狀石墨烯片使其以特殊方式變形。壓縮的石墨烯在表面形成尖尖的鋸齒狀皺紋，而不是形成像在墻上被碾壓的地毯中那樣的輕微傾斜的皺紋。Kim的研究表明，它們形成了，因?yàn)槭┚Ц裰械碾娮优帕袑?dǎo)致皺紋的曲率沿著銳線定位。皺紋也是電極化的，皺折峰帶有強(qiáng)負(fù)電荷，帶有帶正電荷的谷。

Kim和他的團(tuán)隊(duì)認(rèn)為沿著皺紋的電荷可能解釋了巴基球的奇怪行為，部分原因是在原始巴基球?qū)嶒?yàn)中使用的多層石墨烯的類型是HOPG，一種石墨烯，當(dāng)它產(chǎn)生時(shí)自然形成皺紋。但該團(tuán)隊(duì)需要明確證明皺紋產(chǎn)生的電荷可能與石墨烯表面的外部分子相互作用。這就是研究人員在這篇新論文中能夠做到的。

他們使用密度泛函理論(一種電子如何在材料中排列的量子力學(xué)模型)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)帶正電的皺折谷應(yīng)該在其他電中性巴基球中產(chǎn)生電極化。這種極化應(yīng)該使巴基球排成一排，每一個(gè)都以相同的方向相對(duì)于彼此并且間隔大約兩納米。

這些理論預(yù)測(cè)與原始布基球?qū)嶒?yàn)的結(jié)果以及Kim和他的團(tuán)隊(duì)最近報(bào)道的重復(fù)實(shí)驗(yàn)非常吻合。理論與實(shí)驗(yàn)之間的密切一致有助于確認(rèn)石墨烯皺紋確實(shí)可用于指導(dǎo)分子自組裝，不僅可以用巴基球，還可以用于其他分子。

Kim表示，這種分子拉鏈能力可能具有許多潛在的應(yīng)用，特別是在研究DNA和RNA等生物分子時(shí)。例如，如果DNA分子可以線性伸展，則可以更快速，更容易地對(duì)其進(jìn)行測(cè)序。Kim和他的團(tuán)隊(duì)目前正在努力研究這是否可行。

“這里有很多潛力可以利用它們產(chǎn)生的皺折和有趣的電氣特性，”金說(shuō)。