Angewandte Chemie

Cover image for Vol. 128 Issue 23

Chefredakteur: Peter Gölitz, Stellvertreter: Neville Compton, Haymo Ross

Online ISSN: 1521-3757

Associated Title(s): Angewandte Chemie International Edition, Chemistry - A European Journal, Chemistry – An Asian Journal, ChemistryOpen, ChemPlusChem, Zeitschrift für Chemie

Den vollständigen Artikel und die Anschrift des Autors finden Sie in Angew. Chem 2002, 114 (10), 1781 - 1785

Nr. 10/2002


Gewundene Halbleiter - Nanodrähte

Organische supramolekulare Strukturen
als Matrizen für anorganische Nanoobjekte

Neue nanostrukturierte anorganische Materialien sind wegen ihrer besonderen optischen und elektronischen Eigenschaften interessant. Als Ausgangspunkt für ihre Synthese scheinen "Matrizen" aus organischen Molekülen geeignet, die sich in einem Selbstorganisationsprozess zu übergeordneten Nanostrukturen anordnen und dann Form und Größe der anorganischen Strukturen steuern. Forscher von der Northwestern University in Evanston, Illinois, haben nun das Potenzial dieser Methode eindrucksvoll belegt: Es ist ihnen gelungen, Halbleiter-Nanospiralen aus Cadmiumsulfid herzustellen.

Samuel Stupp, Eli Sone und Eugene Zubarev synthetisierten Cadmiumsulfid, einen Halbleiter, in Gegenwart organischer Strukturen, die in der Form spiralig gewundener Bänder vorliegen - und erhielten Cadmiumsulfid-Spiralen. Elektronenmikroskopische Aufnahmen lassen den Schluss zu, dass die Strukturen entstehen, indem sich winzige Cadmiumsulfid-Körnchen an die organische Matrize anlagern und nach und nach zusammenwachsen. "Dabei lagern sich die Nanokristalle offenbar bevorzugt auf nur einer Seite des organisches Bandes an," berichtet Sam Stupp. Auf diese Weise entsteht eine Cadmiumsulfid-Spirale, die wie eine Telefonschnur gewunden ist.

Die Forscher wählten stabförmige organische Moleküle als Bausteine für ihre Matrizen. Die Stäbchen haben einen wasserfreundlichen (hydrophilen) "Kopf", einen aus aromatischen Ringen aufgebauten Mittelteil und einen wasserabweisenden (hydrophoben) "Schwanz". Durch die Anziehungskräfte zwischen jeweils den Köpfen und den Mittelteilen untereinander ordnen sie sich parallel zueinander an. So entstehen bandartige Strukturen. In einigen Lösungsmitteln sind diese Bänder flach. Aber in anderen Lösungsmitteln winden sich die Bänder zu helikalen Gebilden. Im Prinzip gibt es zwei Möglichkeiten, wie sich ein Band aufwinden kann. Rollt es sich korkenzieherförmig, entsteht eine Spirale analog einem Telefonkabel. Alternativ kann das Band zusätzlich in sich verdreht sein. Eine solche Struktur entsteht zum Beispiel, wenn man ein Band an einem Ende festhält und das andere Ende zwischen den Fingern zwirbelt. In diesem Fall bildet das Band keine Schlaufen, sondern dreht sich um seine eigene Achse. Die organischen Molekül-Bänder gehören der zweite Kategorie an. Die Cadmiumsulfid-"Korkenzieher", die durch Aufwachsen von Kristallen auf nur einer Seite des gezwirbelten organischen Bandes entstehen, haben - wie aus geometrischen Gründen erwartet - einen doppelt so großen Abstand zwischen zwei Windungen wie das Band.

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