خودآرایی مولکولی در حال حاضر یکی از متداولترین روشها برای ساخت سطحی نانوساختارها است. مرز بعدی در ساخت نانودستگاههای مولکولی، توانایی کنترل دینامیکی خواص ساختار-عملکرد نانوساختارها بر حسب تقاضا است و تشکیل برگشتپذیر پیوندهای هیدروژنی یک مکانیسم رایج برای کنترل مونتاژ مولکولی در سیستمهای بیولوژیکی است. و شبکههای فوق مولکولی دوبعدی بر اساس برهمکنشهای غیرکووالانسی (مثلاً پیوند H) نانوساختارهای مهندسی شده به خوبی سازمانیافته و بالقوه قابل تعویض میسازند. با این حال، دستیابی به برگشت پذیری قابل پیش بینی در مواد مصنوعی دو بعدی (2D) یک چالش بزرگ باقی مانده است.
در زمانهای اخیر، پروفسور فرناندو پی کومتتو و تیمش از آزمایشگاه علم نانو مولکولی و IPHYS در ماکس پلانک-اکول پلیتکنیک فدرال لوزان (EPFL) توانستهاند از میکروسکوپ تونلی روبشی برای راهاندازی سوئیچینگ پیوند هیدروژنی استفاده کنند. شبکه های دو بعدی با استفاده از میدان الکتریکی خارجی (EEF) در رابط جامد/مایع. اثر سوئیچینگ میدان الکتریکی خارجی با تغییر سیستماتیک برهمکنشهای مولکول به مولکول (به عنوان مثال، استحکام پیوند هیدروژنی) و همچنین برهمکنشهای مولکول به بستر با کمک نظریه تابعی چگالی و شبیهسازیهای دینامیک مولکولی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. با تنظیم ظرفیت پیوند هیدروژنی بلوکهای ساختمانی و همچنین خواص زیرلایه و بارها، خواص سوئیچینگ القا یا منجمد شد و خروجی پلیمورفیک نهایی شبکه دو بعدی کنترل شد. هدف این است که بینشی در مورد طراحی و کنترل مجموعههای مولکولی برگشتپذیر در مواد دوبعدی، با کاربردهای امیدوارکننده در طیف گستردهای از زمینهها مانند حسگرها و الکترونیک ارائه دهد.
نتایج نشان میدهد که اثر سوئیچینگ ذاتی نیست، بلکه به چشمانداز انرژی کلی سیستم جاذب / بستر تحت شرایط تجربی مختلف مرتبط است. این آزمایش اهمیت برهمکنشهای پیوند H بین مولکولی را برای مکانیسم سوئیچینگ با جایگزینی گروههای COOH (BTB به C3-Ald) با گروههای -CHO مورد بحث قرار میدهد. این اصلاح گروه عملکردی پیوندهای H بین مولکولی را تضعیف می کند و از بیان الگوهای متخلخل مبتنی بر CHO جلوگیری می کند، در نتیجه سوئیچ را از ساختارهای بسته بسته پایدار به شبکه های متخلخل بالقوه ناپایدار مهار می کند. این تیم همچنین دریافت که تشکیل گونههای قطبی شدن با دینامیک چرخش کربوکسیلات و تبادل پروتون، یک وضعیت دینامیکی تحت تأثیر یک میدان الکتریکی اعمال شده که تغییر مولکول را به پایدارترین ساختار بر اساس قطبیت سطح ارتقا میدهد، مرتبط است.
سینتیک واکنش با چندین فرآیند تبادل H بین گروههای دیمر-COOH و چرخش گروههای کربوکسیل شروع میشود.
به طور خلاصه، این کار بینش هایی را در مورد طراحی و کنترل مجموعه های مولکولی برگشت پذیر در مواد دو بعدی ارائه می دهد و از کاربردهای بالقوه آنها در طیف گسترده ای از زمینه ها از جمله حسگرها و الکترونیک استفاده می کند.
