Змішавши разом фуллерени різних видів, можна виростити кристал, схожий на квітку клематису розміром всього кілька мікрон.
Ми живемо в еру мінітюаризації електроніки. На практиці це означає появу все більш і більш дешевих структур мікро- і нанометрового розміру, які можна запустити в серійне виробництво. Під такими структурами ми розуміємо мікроелектронні пристрої та їх компоненти: транзистори, світлодіоди, всілякі сенсори, тощо. Сама мініатюризація здійснюється двома принципово різними способами: «зверху» і «знизу», так само відомі як bottom up і top down.
Підхід «зверху» - top down - передбачає виготовлення пристроїв з матеріалів макроміру, які після певних маніпуляцій приймають потрібну форму, розмір і структуру. До таких методів належать літографія, травлення, випалювання лазером, напилення, друк. Наприклад, транзистори для процесорів робляться саме технологіями top down.
Підхід «знизу», так само відомий як самозбірка і самоорганізація - це, загалом, формування впорядкованих структур у спеціально створених умовах. Приклади самозбірки в живій і неживій природі можна знайти всюди: самоорганізація притаманна молекулам, біологічним клітинам, кристалам, полімерам тощо. Самозбірку можна запускати «на замовлення»: вирощувати кристали заданої форми і наночастинки певного розміру, збирати «орігамі» з ДНК, мітити біологічні молекули спеціальними маркерами і так далі.
Самоскладальні принципи вже використовуються при створенні деяких мікро- і наноустроїв, наприклад, при вирощуванні колоїдних квантових точок і наночастинок. Пошуки вдалих рецептів самозбірки - важливий напрямок прикладної фізики і біотехнології, оскільки «завантажити» необхідні компоненти в реактор і отримати гарантований результат на виході зазвичай простіше, дешевше і швидше, ніж послідовно напилювати, експонувати, вирівнювати, труїти і закріплювати за допомогою складних і дорогих приладів.
Джунга Кім (Jungah Kim) і її колеги з південнокорейського Інституту фундаментальних наук в Пхохані спеціалізуються на вирощуванні кристалів з фуллерену - молекулярного з'єднання, яке відноситься до аллотропних форм вуглецю і яке за формою зазвичай схоже на кулю. Аллотропами називають речовини з однаковою хімічною будовою, але різною структурою і властивостями. Вуглець володіє найбільшою кількістю відомих аллотропів: графіт, алмаз, графен, вуглецеві нанотрубки і кілька стабільних форм фуллеренів - з 60, 70 і 540 атомів. Фуллерен С60 схожий за формою на футбольний м'яч, а С70 - на трохи розтягнуту кулю. Контролюючи структуру і морфологію кристалів, ми можемо забезпечити наночастинки певною каталітичною активністю, електричною провідністю і фотолюмінесценцією.
Один з методів вирощування кристалів - кристалізація з рідкої фази. Молекули-цеглинки майбутнього кристала зважені в розчиннику, і після певного часу в розчині виростають кристали потрібної форми. Основна складність тут полягає в вдалому підборі розчинника.
У попередніх роботах Джунга Кім і її колеги набили руку на вирощуванні кристалів з С70 в розчині мезітилену C6H3 (CH3) 3, чия молекула являє собою бензольне кільце, в якому три з шести атомів водню замінені метиловими групами. Додаючи різні спирти в розчинник, хіміки синтезували кубики і шестигранні трубки з фуллеренів С70. У нових експериментах вони змішали С60 і С70 в мезітілені з етанолом. Молекули С70 формують структури з шестигранною симетрією. Під час наступного етапу росту С60 і молекули мезітилену утворюють «пелюстки» квітки. Весь процес займає близько 10 хвилин.
Змінюючи відносні концентрації С60 і С70, і вносячи в розчин структури, що служать затравками для росту (наприклад, додаючи шестигранні трубки з С70), хімікам вдалося отримати квітки різних конфігурацій, включаючи цілі квіткові «стоси» і квіти на ніжках. Повністю результати експериментів опубліковані в Scientific Reports.
Ця робота дозволила краще розібратися в механізмі двоступеневої кристалізації в складовому розчиннику, а чим глибше ми розуміємо роль кожного компонента системи в процесі кристалізації, тим краще можемо контролювати результат. Поки неясно, для чого можуть стати в нагоді такі кристали, але розуміння механізму того, як вони з'являються, дозволить хімікам вирощувати молекулярні кристали більш складної форми.