Indlejrede stænger:Chitin-siliciumdioxid nanokomposit fremstillet ved selvorganisering og sol-gel kemi

(PhysOrg.com) -- Selvorganiseringsprocesser, der involverer kemiske byggesten, er grundlaget for mange biologiske processer og er i stigende grad af interesse inden for materialesyntese, for eksempel ved fremstilling af højt ordnede nanokompositter eller højporøse materialer med særlige egenskaber.

I journalen Angewandte Chemie , Bruno Alonso og Emmanuel Belamie fra Charles Gerhardt Instituttet i Montpellier (Frankrig) har introduceret en roman, meget alsidig tilgang til storstilet syntese af en ny familie af bioorganisk-uorganiske nanokompositter - med en tidligere uopnåelig grad af kontrol over sammensætningen og strukturen af ​​de producerede materialer.

Nanokompositter er faste materialer lavet af forskellige stoffer, hvoraf den ene er i form af nanopartikler. Egenskaberne af kompositterne adskiller sig væsentligt fra de rene enkeltkomponenters egenskaber. Nanokompositter kan også tjene som "forme" til fremstilling af porøse stoffer. Disse har potentiel anvendelse inden for gaslagring, katalyse, eller materialeadskillelse.

For deres syntese, forskerne valgte at bruge en sol-gel proces, en populær teknik til fremstilling af uorganiske netværksstrukturer. I det første trin skulle de generere en sol:en suspension af findelte nanoskopiske partikler i et opløsningsmiddel. Deres udfordring var at opnå co-suspension af de to forskellige komponenter, siliciumdioxidprækursorer (siloxane-oligomerer) og chitin-nanorods fra rejeskaller (en vedvarende ressource). Imidlertid, disse to komponenter kræver forskellige betingelser for at forblive i stabile suspensioner uden ukontrolleret udfældning. Forskerne fremstillede en alkoholsuspension ved langsomt at erstatte vand med ethanol. Gennem langsom fjernelse af opløsningsmidlet, en gel dannet. Geler er gelatinøse stoffer; de indeholder faste, men løse, tværbundet, tredimensionelle polymerstrukturer.

Solen kan "hældes" i en ønsket form og tørres, eller den kan spraytørres til sfæriske partikler. Denne proces resulterer i en nanokomposit lavet af chitinstænger, der er fuldt indlejret i en siliciumdioxidmatrix. Mekanismen, hvorved dette sker, er baseret på en selvorganiseret aggregering af chitinmolekylerne og svage tiltrækningskræfter mellem chitin- og siloxanoligomerer.

Stabiliteten af ​​alkoholsuspensionerne åbner op for en bred vifte af muligheder for fremstilling af materialer med kontrollerbare volumenforhold, rumlige arrangementer, og morfologier. Hvis der påføres et magnetfelt under forberedelsen af ​​materialet, chitinstængerne stiller op parallelt. Hvis nanokompositten opvarmes, chitinstængerne kan brændes af for at efterlade hulrum. Dette danner et meget porøst materiale med interessante egenskaber.