Forscher haben möglicherweise ein neues System entwickelt und erzeugt, das Lichtenergie wie nie zuvor einfangen kann, und die Inspiration dafür kommt von der Natur selbst. Die Forschung wurde im Pacific Northwest National Laboratory in Zusammenarbeit mit der Washington State University durchgeführt. Gemeinsam haben sie ein hocheffizientes System zur künstlichen Lichtsammlung entwickelt, das das Potenzial für zukünftige Anwendungen in der Photovoltaik und der Energie-Biobildgebung hat. Die Forschung hat eine Grundlage für die Überwindung der schwierigen Hürden bei der Herstellung hierarchisch praktischer organisch-anorganischer Hybridmaterialien geschaffen. Diese Materialien haben im Allgemeinen eine spezifische Atomanordnung, die für die Bereitstellung vieler außergewöhnlicher Funktionen und Eigenschaften wie Festigkeit und Zähigkeit des Materials unerlässlich ist. Die Forscher haben wirklich hart daran gearbeitet, um das Ergebnis erfolgreich zu machen.
Obwohl diese Art hierarchisch strukturierter Materialien extrem schwierig herzustellen ist, hat Chens interdisziplinäres Wissenschaftlerteam sein Fachwissen gebündelt, um ein Molekül mit einer definierten Sequenz zu synthetisieren, das eine solche spezifische Anordnung bildet. Die Forscher haben eine modifizierte proteinähnliche Struktur, ein sogenanntes Peptoid, geschaffen und an einem Ende eine präzise käfigartige Struktur auf Silikatbasis (abgekürzt POSS) angebracht. Unter den richtigen Bedingungen können sich diese Moleküle selbst zu perfekt geformten Kristallen aus 2D-Nanoschichten zusammensetzen. Dies führt zur Bildung einer weiteren Schicht zellmembranartiger Komplexität, ähnlich der in natürlichen hierarchischen Strukturen, während die hohe Stabilität und die verbesserten mechanischen Eigenschaften einzelner Moleküle erhalten bleiben. „Als Materialwissenschaftler inspiriert mich die Natur sehr“, sagt Chen. „Wann immer ich ein Molekül für eine bestimmte Funktion entwerfen möchte, beispielsweise als Vehikel für die Verabreichung von Medikamenten, finde ich fast immer ein natürliches Vorbild, an dem ich meine Entwürfe später modellieren kann“, fügte Chen hinzu.
Nach der erfolgreichen Herstellung dieser POSS-Peptoid-Nanokristalle und dem Nachweis ihrer einzigartigen Eigenschaften, einschließlich der hohen Programmierbarkeit, versucht das Team nun, diese Eigenschaften zu seinem Vorteil zu nutzen. Sie haben das Material so programmiert, dass es an bestimmten Stellen und in bestimmten intermolekularen Abständen bestimmte funktionelle Gruppen aufweist, sodass diese Nanokristalle Festigkeit und Stabilität vereinen.
