石墨烯皱纹可用作分子拉链

十年前，科学家注意到，当巴基球 - 足球形状的碳分子 - 倾倒在某种类型的多层石墨烯(一种扁平的碳纳米材料)上时，发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样随意滚动，而是自发地组装成单个链条，延伸穿过石墨烯表面。

现在，布朗大学工程学院的研究人员已经解释了这种现象是如何起作用的，这种解释可以为新型受控分子自组装铺平道路。在英国皇家学会会刊A上发表的一篇论文中，布朗团队表明，石墨烯片中微小的带电皱纹可以与表面上的分子相互作用，将这些分子沿着皱纹的路径排列在电场中。

“我们展示的是皱纹可用于制造'分子拉链'，可以将分子保持在线性阵列的石墨烯表面上，”布朗分子和纳米级研究所先进材料研究中心主任Kyung-Suk Kim说。创新和研究的资深作者。“这种线性排列是物理和化学人员真正想要的东西，因为它使分子更易于操作和研究。”

这篇新论文是Kim团队早期研究的后续行动。在第一篇论文中，他们描述了如何从侧面轻轻挤压层状石墨烯片使其以特殊方式变形。压缩的石墨烯在表面形成尖尖的锯齿状皱纹，而不是形成像在墙上被碾压的地毯中那样的轻微倾斜的皱纹。Kim的研究表明，它们形成了，因为石墨烯晶格中的电子排列导致皱纹的曲率沿着锐线定位。皱纹也是电极化的，皱折峰带有强负电荷，带有带正电荷的谷。

Kim和他的团队认为沿着皱纹的电荷可能解释了巴基球的奇怪行为，部分原因是在原始巴基球实验中使用的多层石墨烯的类型是HOPG，一种石墨烯，当它产生时自然形成皱纹。但该团队需要明确证明皱纹产生的电荷可能与石墨烯表面的外部分子相互作用。这就是研究人员在这篇新论文中能够做到的。

他们使用密度泛函理论(一种电子如何在材料中排列的量子力学模型)进行分析，预测带正电的皱折谷应该在其他电中性巴基球中产生电极化。这种极化应该使巴基球排成一排，每一个都以相同的方向相对于彼此并且间隔大约两纳米。

这些理论预测与原始布基球实验的结果以及Kim和他的团队最近报道的重复实验非常吻合。理论与实验之间的密切一致有助于确认石墨烯皱纹确实可用于指导分子自组装，不仅可以用巴基球，还可以用于其他分子。

Kim表示，这种分子拉链能力可能具有许多潜在的应用，特别是在研究DNA和RNA等生物分子时。例如，如果DNA分子可以线性伸展，则可以更快速，更容易地对其进行测序。Kim和他的团队目前正在努力研究这是否可行。

“这里有很多潜力可以利用它们产生的皱折和有趣的电气特性，”金说。

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