Forskere udvikler ny metode til teknologisk brug af 2D-nanomaterialer

Nanoplader er fint strukturerede todimensionelle materialer og har et stort potentiale for innovation. De er fikseret oven på hinanden i lagdelte krystaller, og skal først adskilles fra hinanden, så de for eksempel kan bruges til at filtrere gasblandinger eller til effektive gasspærrer. Et forskerhold ved University of Bayreuth har nu udviklet en skånsom, miljøvenlig proces til denne vanskelige proces med delaminering, som endda kan bruges i industriel skala. Det er første gang, at en krystal fra den teknologisk attraktive gruppe af zeolitter er blevet gjort brugbar til et bredt felt af potentielle anvendelser.

Delamineringsprocessen udviklet i Bayreuth under ledelse af prof. Dr. Josef Breu er kendetegnet ved, at strukturerne af nanopladerne isoleret fra hinanden forbliver ubeskadigede. Det har også den fordel, at det kan bruges ved normal stuetemperatur. Forskerne præsenterer deres resultater i detaljer i Science Advances .

De todimensionelle nanoplader, som ligger oven på hinanden i lagdelte krystaller, holdes sammen af ​​elektrostatiske kræfter. For at de kan bruges til teknologiske anvendelser, skal de elektrostatiske kræfter overvindes, og nanoarkene løsnes fra hinanden. En metode, der er særligt velegnet til dette, er osmotisk hævelse, hvor nanopladerne tvinges fra hinanden af ​​vand og molekylerne og ionerne opløst i det. Hidtil har det dog kun været muligt at anvende det på få typer krystaller, herunder nogle lermineraler, titanater og niobater. For gruppen af ​​zeolitter, hvis nanoplader er yderst interessante til fremstilling af funktionelle membraner på grund af deres silikatholdige fine strukturer, har mekanismen for osmotisk hævelse dog endnu ikke været anvendelig.

Bayreuth-forskerholdet har nu - for første gang i tværfagligt samarbejde - fundet en måde at bruge osmotisk hævelse til den skånsomme adskillelse af ileritkrystaller, som tilhører gruppen af ​​zeolitter. I processen bliver store sukkermolekyler først indsat i de smalle mellemrum mellem nanoarkene. Efterfølgende adskilles nanoarkene, som er stablet oven på hinanden og strukturelt på linje, adskilt af vand. I processen bliver deres afstand betydeligt større. Nu kan nanopladerne skubbes længere fra hinanden vandret i forskellige retninger:Ved efterfølgende tørring skabes en fast overflade, der er sammensat af mange nanoark. Disse er stablet som spillekort og overlapper kun i kanterne og efterlader kun nogle få huller. Diameteren af ​​de enkelte nanoark er omkring 9.000 gange større end deres tykkelse.

Dette åbner nu mulighed for at fiksere et større antal af sådanne overflader oven på hinanden og opbygge nye lagdelte materialer. Pointen med denne proces er, at nanostrukturerne af overfladerne i det nye materiale er forskudt fra hinanden. Følgelig er deres huller ikke ligefrem oven på hinanden, så molekyler, ioner eller endda lyssignaler ikke kan trænge direkte ind i det nye materiale. Denne labyrintiske overordnede struktur muliggør en bred vifte af potentielle anvendelser, såsom i emballage, der bruges til at holde fødevarer friske, i komponenter til optoelektronik og muligvis endda i batterier. + Udforsk yderligere

Nye metal-organiske nanoplader udviklet til korrosionsbeskyttelse