Umuligt materiale med verdensrekordsoverfladeareal lavet af svenske forskere

Et nyt materiale med verdensrekordsoverfladeareal og vandadsorptionsevne er blevet syntetiseret af forskere fra Uppsala Universitet, Sverige. Resultaterne offentliggøres i dag i PLOS ET .

Magnesiumkarbonatmaterialet, der har fået navnet Upsalite, forventes at reducere mængden af ​​energi, der er nødvendig for at kontrollere miljøets fugtighed i elektronik- og lægemiddelformuleringsindustrien samt i hockeybaner og varehuse. Det kan også bruges til indsamling af giftigt affald, kemikalier eller olieudslip og i medicinafgivelsessystemer, til lugtkontrol og sanitet efter brand.

I modsætning til hvad der er blevet hævdet i mere end 100 år i den videnskabelige litteratur, vi har fundet ud af, at amorft magnesiumcarbonat kan fremstilles på en meget enkel, lav temperatur proces, siger Johan Goméz de la Torre, forsker ved afdelingen for nanoteknologi og funktionelle materialer.

Mens bestilte former for magnesiumcarbonat, både med og uden vand i strukturen, er rigelige i naturen, vandfri uordnede former har vist sig at være ekstremt vanskelige at lave. I 1908, Tyske forskere hævdede, at materialet faktisk ikke kunne fremstilles på samme måde som andre forstyrrede karbonater, ved at boble CO2 gennem en alkoholsuspension. Efterfølgende undersøgelser i 1926 og 1961 kom til samme konklusion.

En torsdag eftermiddag i 2011, vi ændrede lidt synteseparametrene for de tidligere anvendte mislykkede forsøg, og ved en fejl efterlod materialet i reaktionskammeret i weekenden. Tilbage på arbejde mandag morgen opdagede vi, at der var dannet en stiv gel, og efter at have tørret denne gel begyndte vi at blive spændte, siger Johan Goméz de la Torre.

Et år med detaljeret materialeanalyse og finjustering af eksperimentet fulgte. En af forskerne fik udnyttet sine russiske færdigheder, da nogle af de kemidetaljer, der var nødvendige for at forstå reaktionsmekanismen, kun var tilgængelige i en gammel russisk ph.d.-afhandling.

Efter at have gennemgået en række avancerede materialekarakteriseringsteknikker blev det klart, at vi faktisk havde syntetiseret det materiale, som tidligere var blevet hævdet umuligt at fremstille, siger Maria Strømme, professor i nanoteknologi og leder af afdelingen nanoteknologi og funktionelle materialer.

Den mest slående opdagelse var, imidlertid, ikke, at de havde fremstillet et nyt materiale, men det var i stedet de slående egenskaber, de fandt, at dette nye materiale besad. Det viste sig, at Upsalite havde det højeste overfladeareal målt for et jordalkalimetalcarbonat; 800 kvadratmeter pr gram.

Dette placerer det nye materiale i den eksklusive klasse af porøse, materialer med stort overfladeareal, herunder mesoporøst silica, zeolitter, metal organiske rammer, og kulstof nanorør, siger Strømme.

Derudover fandt vi ud af, at materialet var fyldt med tomme porer, der alle havde en diameter mindre end 10 nanometer. Denne porestruktur giver materialet en helt unik måde at interagere med miljøet, hvilket fører til en række egenskaber, der er vigtige for påføring af materialet. Upsalite har f.eks. vist sig at absorbere mere vand ved lav relativ luftfugtighed end de bedste materialer, der er tilgængelige på nuværende tidspunkt; de hydroskopiske zeolitter, en ejendom, der kan regenereres med mindre energiforbrug, end der bruges i lignende processer i dag.

Det her, sammen med andre unikke egenskaber ved det opdagede umulige materiale forventes at bane vejen for nye bæredygtige produkter i en række industrielle anvendelser, siger Maria Strømme.