917 resultados para Self-assembled films


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The discovery of polymers with stimuli responsive physical properties is a rapidly expanding area of research. At the forefront of the field are self-healing polymers, which, when fractured can regain the mechanical properties of the material either autonomically, or in response to a stimulus. It has long been known that it is possible to promote healing in conventional thermoplastics by heating the fracture zone above the Tg of the polymer under pressure. This process requires reptation and subsequent re-entanglement of macromolecules across the fracture void, which serves to bridge, and ‘heal’ the crack. The timescale for this mechanism is highly dependent on the molecular weight of the polymer being studied. This process is in contrast to that required to affect healing in supramolecular polymers such as the plasticised, hydrogen bonded elastomer reported by Leibler et al. The disparity in bond energies between the non-covalent and covalent bonds within supramolecular polymers results in fractures propagating through scission of the comparatively weak supramolecular interactions, rather than through breaking the stronger, covalent bonds. Thus, during the healing process the macromolecules surrounding the fracture site only need sufficient energy to re-engage their supramolecular interactions in order to regenerate the strength of the pristine material. Herein we describe the design, synthesis and optimization of a new class of supramolecular polymer blends that harness the reversible nature of pi-pi stacking and hydrogen bonding interactions to produce self-supporting films with facile healable characteristics.

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The spontaneous assembly of a peptide bolaamphiphile in water, namely, RFL4FR (R, arginine; F, phenylalanine; L, leucine) is investigated, along with its novel properties in surface modification and usage as substrates for cell culture. RFL4FR self-assembles into nanosheets through lateral association of the peptide backbone. The L4 sequence is located within the core of the nanosheets, whereas the R moieties are exposed to the water at the surface of the nanosheets. Kinetic assays indicate that the self-assembly is driven by a remarkable two-step process, where a nucleation phase is followed by fast growth of nanosheets with an autocatalysis process. The internal structure of the nanosheets is formed from ultrathin bolaamphiphile monolayers with a crystalline orthorhombic symmetry with cross-β organization. We show that human corneal stromal fibroblast (hCSF) cells can grow on polystyrene films coated with films dried from RFL4FR solutions. For the first time, this type of amphiphilic peptide is used as a substrate to modulate the wettability of solid surfaces for cell culture applications.

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Here we report the derivatization of mesoporous TiO(2) thin films for the preparation of H(2)O(2) amperometric sensors. The coordination of the bifunctional ligand 1,10 phenantroline, 5,6 dione on the surface Ti(IV) ions provides open coordination sites for Fe(II) cations which are the starting point for the growth of a layer of Prussian blue polymer. The porous structure of the mesoporous TiO(2) allows the growth, ion by ion of the coordination polymer. Up to four layer of Prussian blue can be deposit without losing the porous structure of the film, which results in an enhanced response of these materials as H(2)O(2) sensors. These porous confined PB modified electrodes are robust sensors that exhibit good reproducibility, environmental stability and high sensitivity towards H(2)O(2) detection. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

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Deutsch:In der vorliegenden Arbeit konnten neue Methoden zur Synthese anorganischer Materialien mit neuartiger Architektur im Mikrometer und Nanometer Maßstab beschrieben werden. Die zentrale Rolle der Formgebung basiert dabei auf der templatinduzierten Abscheidung der anorganischen Materialien auf selbstorganisierten Monoschichten. Als Substrate eignen sich goldbedampfte Glasträger und Goldkolloide, die eine Mittelstellung in der Welt der Atome bzw. Moleküle und der makroskopischen Welt der ausgedehnten Festkörper einnehmen. Auf diesen Substraten lassen sich Thiole zu einer monomolekularen Schicht adsorbieren und damit die Oberflächeneigenschaften des Substrates ändern. Ein besonderer Schwerpunkt bei dieser Arbeit stellt die Synthese speziell auf die Bedürfnisse der jeweiligen Anwendung ausgerichteten Thiole dar.Im ersten Teil der Arbeit wurden goldbedampfte Glasoberflächen als Template verwendet. Die Abscheidung von Calciumcarbonat wurde in Abhängigkeit der Schichtdicke der adsorbierten Monolage untersucht. Aragonit, eine der drei Hauptphasen des Calciumcarbonat Systems, wurde auf polyaromatischen Amid - Oberflächen mit Schichtdicken von 5 - 400 nm Dicke unter milden Bedingung abgeschieden. Die einstellbaren Parameter waren dabei die Kettenlänge des Polymers, der w-Substituent, die Bindung an die Goldoberfläche über Verwendung verschiedener Aminothiole und die Kristallisationstemperatur. Die Schichtdickeneinstellung der Polymerfilme erfolgte hierbei über einen automatisierten Synthesezyklus.Titanoxid Filme konnten auf Oberflächen strukturiert werden. Dabei kam ein speziell synthetisiertes Thiol zum Einsatz, das die Funktionalität einer Styroleinheit an der Oberflächen Grenze als auch eine Möglichkeit zur späteren Entfernung von der Oberfläche in sich vereinte. Die PDMS Stempeltechnik erzeugte dabei Mikrostrukturen auf der Goldoberfläche im Bereich von 5 bis 10 µm, die ihrerseits über die Polymerisation und Abscheidung des Polymers in den Titanoxid Film überführt werden konnten. Drei dimensionale Strukturen wurden über Goldkolloid Template erhalten. Tetraethylenglykol konnte mit einer Thiolgruppe im Austausch zu einer Hydroxylgruppe monofunktionalisiert werden. Das erhaltene Molekül wurde auf kolloidalem Gold selbstorganisiert; es entstand dabei ein wasserlösliches Goldkolloid. Die Darstellung erfolgte dabei in einer Einphasenreaktion. Die so erhaltenen Goldkolloide wurden als Krstallisationstemplate für die drei dimensionale Abscheidung von Calciumcarbonat verwendet. Es zeigte sich, dass Glykol die Kristallisation bzw. den Habitus des krsitalls bei niedrigem pH Wert modifiziert. Bei erhöhtem pH Wert (pH = 12) jedoch agieren die Glykol belegten Goldkolloide als Template und führen zu sphärisch Aggregaten. Werden Goldkolloide langkettigen Dithiolen ausgesetzt, so führt dies zu einer Aggregation und Ausfällung der Kolloide aufgrund der Vernetzung mehrer Goldkolloide mit den Thiolgruppen der Alkyldithiole. Zur Vermeidung konnte in dieser Arbeit ein halbseitig geschütztes Dithiol synthetisiert werden, mit dessen Hilfe die Aggregation unterbunden werden konnte. Das nachfolgende Entschützten der Thiolfunktion führte zu Goldkolloiden, deren Oberfläche Thiol funktionalisiert werden konnte. Die thiolaktiven Goldkolloide fungierten als template für die Abscheidung von Bleisulfid aus organisch/wässriger Lösung. Die Funktionsweise der Schutzgruppe und die Entschützung konnte mittels Plasmonenresonanz Spektroskopie verdeutlicht werden. Titanoxid / Gold / Polystyrol Komposite in Röhrenform konnten synthetisiert werden. Dazu wurde ein menschliches Haar als biologisches Templat für die Formgebung gewählt.. Durch Bedampfung des Haares mit Gold, Assemblierung eines Stryrolmonomers, welches zusätzlich eine Thiolfunktionalität trug, Polymerisation auf der Oberfläche, Abscheidung des Titanoxid Films und anschließendem Auflösen des biologischen Templates konnte eine Röhrenstruktur im Mikrometer Bereich dargestellt werden. Goldkolloide fungierten in dieser Arbeit nicht nur als Kristallisationstemplate und Formgeber, auch sie selbst wurden dahingehend modifiziert, dass sie drahtförmige Agglormerate im Nanometerbereich ausbilden. Dazu wurden Template aus Siliziumdioxid benutzt. Zum einen konnten Nanoröhren aus amorphen SiO2 in einer Sol Gel Methode dargestellt werden, zum anderen bediente sich diese Arbeit biologischer Siliziumoxid Hohlnadeln aus marinen Schwämmen isoliert. Goldkolloide wurden in die Hohlstrukturen eingebettet und die Struktur durch Ausbildung von Kolloid - Thiol Netzwerken mittels Dithiol Zugabe gefestigt. Die Gold-Nanodrähte im Bereich von 100 bis 500 nm wurden durch Auflösen des SiO2 - Templates freigelegt.

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In der vorliegenden Arbeit wurden Materialien und Aufbauten für Hybrid Solarzellen entwickelt und erforscht. rnDer Vergleich zweier bekannter Lochleitermaterialien für Solarzellen in einfachen Blend-Systemen brachte sowohl Einsicht zur unterschiedlichen Eignung der Materialien für optoelektronische Bauelemente als auch neue Erkenntnisse in Bereichen der Langzeitstabilität und Luftempfindlichkeit beider Materialien.rnWeiterhin wurde eine Methode entwickelt, um Hybrid Solarzelle auf möglichst unkomplizierte Weise aus kostengünstigen Materialien darzustellen. Die „Eintopf“-Synthese ermöglicht die unkomplizierte Darstellung eines funktionalen Hybridmaterials für die optoelektronische Anwendung. Mithilfe eines neu entwickelten amphiphilen Blockcopolymers, das als funktionelles Templat eingesetzt wurde, konnten mit einem TiO2-Precursor in einem Sol-Gel Ansatz verschiedene selbstorganisierte Morphologien des Hybridmaterials erhalten werden. Verschiedene Morphologien wurden auf ihre Eignung in Hybrid Solarzellen untersucht. Ob und warum die Morphologie des Hybridsystems die Effizienz der Solarzelle beeinflusst, konnte verdeutlicht werden. Mit der Weiterentwicklung der „Eintopf“-Synthese, durch den Austausch des TiO2-Precursors, konnte die Solarzelleneffizienz von 0.15 auf 0.4 % gesteigert werden. Weiterhin konnte die Übertragbarkeit des Systems durch den erfolgreichen Austausch des Halbleiters TiO¬2 mit ZnO bewiesen werden.rn

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Molecular self-assembly takes advantage of supramolecular non-covalent interactions (ionic, hydrophobic, van der Waals, hydrogen and coordination bonds) for the construction of organized and tunable systems. In this field, lipophilic guanosines can represent powerful building blocks thanks to their aggregation proprieties in organic solvents, which can be controlled by addition or removal of cations. For example, potassium ion can template the formation of piled G-quartets structures, while in its absence ribbon-like G aggregates are generated in solution. In this thesis we explored the possibility of using guanosines as scaffolds to direct the construction of ordered and self-assembled architectures, one of the main goals of bottom-up approach in nanotechnology. In Chapter III we will describe Langmuir-Blodgett films obtained from guanosines and other lipophilic nucleosides, revealing the “special” behavior of guanine in comparison with the other nucleobases. In Chapter IV we will report the synthesis of several thiophene-functionalized guanosines and the studies towards their possible use in organic electronics: the pre-programmed organization of terthiophene residues in ribbon aggregates could allow charge conduction through π-π stacked oligothiophene functionalities. The construction and the behavior of some simple electronic nanodevices based on these organized thiopehene-guanosine hybrids has been explored.

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The strain-induced self-assembly of suitable semiconductor pairs is an attractive natural route to nanofabrication. To bring to fruition their full potential for actual applications, individual nanostructures need to be combined into ordered patterns in which the location of each single unit is coupled with others and the surrounding environment. Within the Ge/Si model system, we analyze a number of examples of bottom-up strategies in which the shape, positioning, and actual growth mode of epitaxial nanostructures are tailored by manipulating the intrinsic physical processes of heteroepitaxy. The possibility of controlling elastic interactions and, hence, the configuration of self-assembled quantum dots by modulating surface orientation with the miscut angle is discussed. We focus on the use of atomic steps and step bunching as natural templates for nanodot clustering. Then, we consider several different patterning techniques which allow one to harness the natural self-organization dynamics of the system, such as: scanning tunneling nanolithography, focused ion beam and nanoindentation patterning. By analyzing the evolution of the dot assembly by scanning probe microscopy, we follow the pathway which leads to lateral ordering, discussing the thermodynamic and kinetic effects involved in selective nucleation on patterned substrates.

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In the past few years, remarkable progress has been made in unveiling novel and unique optical properties of strongly coupled plasmonic nanostructures. However, application of such plasmonic nanostructures in biomedicine remains challenging due to the lack of facile and robust assembly methods for producing stable nanostructures. Previous attempts to achieve plasmonic nano-assemblies using molecular ligands were limited due to the lack of flexibility that could be exercised in forming them. Here, we report the utilization of tailor-made hyperbranched polymers (HBP) as linkers to assemble gold nanoparticles (NPs) into nano-assemblies. The ease and flexibility in tuning the particle size and number of branch ends of a HBP makes it an ideal candidate as a linker, as opposed to DNA, small organic molecules and linear or dendrimeric polymers. We report a strong correlation of polymer (HBP) concentration with the size of the hybrid nano-assemblies and “hot-spot” density. We have shown that such solutions of stable HBP-gold nano-assemblies can be barcoded with various Raman tags to provide improved surface-enhanced Raman scattering (SERS) compared with non-aggregated NP systems. These Raman barcoded hybrid nano-assemblies, with further optimization of NP shape, size and “hot-spot” density, may find application as diagnostic tools in nanomedicine.

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The nanostructured surface of biomaterials plays an important role in improving their in vitro cellular bioactivity as well as stimulating in vivo tissue regeneration. Inspired by the mussel’s adhesive versatility, which is thought to be due to the plaque–substrate interface being rich in 3,4-dihydroxy-L-phenylalamine (DOPA) and lysine amino acids, in this study we developed a self-assembly method to prepare a uniform calcium phosphate (Ca-P)/polydopamine composite nanolayer on the surface of b-tricalcium phosphate (b-TCP) bioceramics by soaking b-TCP bioceramics in Tris–dopamine solution. It was found that the addition of dopamine, reaction temperature and reaction time are three key factors inducing the formation of a uniform Ca-P/polydopamine composite nanolayer. The formation mechanism of a Ca-P/polydopamine composite nanolayer involved two important steps: (i) the addition of dopamine to Tris–HCl solution decreases the pH value and accelerates Ca and P ionic dissolution from the crystal boundaries of b-TCP ceramics; (ii) dopamine is polymerized to form self-assembled polydopamine film and, at the same time, nanosized Ca-P particles are mineralized with the assistance of polydopamine, in which the formation of polydopamine occurs simultaneously with Ca-P mineralization (formation of nanosized microparticles composed of calcium phosphate-based materials), and finally a self-assembled Ca-P/polydopamine composite nanolayer forms on the surface of the b-TCP ceramics. Furthermore, the formed self-assembled Ca-P/polydopamine composite nanolayer significantly enhances the surface roughness and hydrophilicity of b-TCP ceramics, and stimulates the attachment, proliferation, alkaline phosphate (ALP) activity and bone-related gene expression (ALP, OCN, COL1 and Runx2) of human bone marrow stromal cells. Our results suggest that the preparation of self-assembled Ca-P/polydopamine composite nanolayers is a viable method to modify the surface of biomaterials by significantly improving their surface physicochemical properties and cellular bioactivity for bone regeneration application.

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The possibility to control the electric resistivity-temperature dependence of the nanosized resistive components made using hierarchical multilevel arrays of self-assembled gold nanoparticles prepared by multiple deposition/annealing is demonstrated. It is experimentally shown that the hierarchical three-level patterns, where the nanoparticles of sizes ranging from several nanometers to several tens of nanometer play a competitive roles in the electric conductivity, demonstrate sharp changes in the activation energy. These patterns can be used for the precise tuning of the resistivity-temperature behavior of nanoelectronic components.

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Using advanced visualization techniques, a comprehensive visualization of all the stages of the self-organized growth of internetworked nanostructures on plasma-exposed surface has been made. Atomistic kinetic Monte Carlo simulation for the initial stage of deposition, with 3-D visualization of the whole system and half-tone visualization of the density field of the adsorbed atoms, makes it possible to implement a multiscale predictive modeling of the development of the nanoscale system.

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A high level of control over quantum dot (QD) properties such as size and composition during fabrication is required to precisely tune the eventual electronic properties of the QD. Nanoscale synthesis efforts and theoretical studies of electronic properties are traditionally treated quite separately. In this paper, a combinatorial approach has been taken to relate the process synthesis parameters and the electron confinement properties of the QDs. First, hybrid numerical calculations with different influx parameters for Si1-x Cx QDs were carried out to simulate the changes in carbon content x and size. Second, the ionization energy theory was applied to understand the electronic properties of Si1-x Cx QDs. Third, stoichiometric (x=0.5) silicon carbide QDs were grown by means of inductively coupled plasma-assisted rf magnetron sputtering. Finally, the effect of QD size and elemental composition were then incorporated in the ionization energy theory to explain the evolution of the Si1-x Cx photoluminescence spectra. These results are important for the development of deterministic synthesis approaches of self-assembled nanoscale quantum confinement structures.