Eine neue Methode zur Herstellung von Materialien mit Nanoporen wurde entwickelt. Es zeichnet sich durch Einfachheit, Skalierbarkeit und industrielle Anwendbarkeit aus.
Moderne Methoden zur Herstellung von Materialien mit nanoskaligen Poren deuten auf das Vorhandensein von zwei Komponenten hin: Eine von ihnen bildet die Grundlage der zukünftigen porösen Probe, und die zweite wird irgendwie aus der Masse des Materials entfernt, wodurch die Pore frei wird Raum. Damit sich die Poren als durchgängig herausstellen, muss der zu entfernende Stoff das Material mit durchgehenden Fäden durchdringen, die zwangsläufig an die Oberfläche kommen. Andernfalls kann es nicht vollständig aus der Struktur entfernt werden.
Eine neue Studie, die am 27. November in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, hat jedoch eine effizientere und flexiblere Methode zur Herstellung poröser Nanostrukturen demonstriert. Dieser Ansatz wurde "kollektiver osmotischer Schock" (COS) genannt. Wissenschaftler aus Cambridge haben gezeigt, wie Nanoporen durch osmotische Kräfte erh alten werden können, selbst wenn die entfernte Komponente vollständig in der Dicke des Materials eingeschlossen ist.
Der Hauptautor des Projekts, Easan Sivaniah, erklärt den COS-Prozess wie folgt: „Das Experiment erinnert an ein Schulerlebnis mit einem mit Salzwasser gefüllten Ballon. Wenn Sie es in frisches Wasser legen, kann das Salz den Ball nicht verlassen, aber frisches Wasser kann durchaus eindringen, was die Salzkonzentration im Inneren verringert. Je mehr Wasser eindringt, desto mehr bläst sich der Ballon auf und platzt schließlich.“
„In unserer Arbeit haben wir im Wesentlichen gezeigt, wie dies für Materialien mit Fremdeinschlüssen funktioniert, die eine Reihe von osmotischen „Explosionen“verursachen. Die durch osmotische Einflüsse hinterlassenen Hohlräume verbinden sich untereinander und mit der Oberfläche des Materials, wodurch die Verunreinigungen herauskommen und durch Poren entstehen.
Forscher haben die hohe Effizienz des durch diese Methode erh altenen Filters bei der Entfernung von Farbstoffpartikeln (Malachitgrün und Methylorange) aus Wasser nachgewiesen. Polystyrol fungierte als Hauptsubstanz, Plexiglas als Sekundärsubstanz und Essigsäure als Lösungsmittel. Das resultierende Material aus dem COS-Prozess bestand aus vielen Polystyrolschichten mit einer Dicke von etwa 65 nm, die durch einen „Wald“aus Polymerfragmenten verbunden waren. Die Oberfläche des Materials war mit Poren übersät, die auf eine Größe von 1–2 nm geschätzt wurden.
Eine weitere mögliche Anwendung der entwickelten Technologie – die Herstellung von Mehrschichtmaterialien mit ungewöhnlichen optischen Eigenschaften – wurde zusammen mit Spezialisten für Photonik und Optoelektronik von der Universität Sevilla und dem Cavendish Laboratory, wo auch Dr. Sivania arbeitet, erwogen. Ähnliche Materialien könnten verwendet werden, um Sensoren herzustellen, die ihre Farbe ändern, wenn sie Spuren (extrem kleine) Mengen von Chemikalien absorbieren.
Die Autoren der Arbeit glauben, dass Materialien, die mit der COS-Technologie gewonnen werden, auch zur Herstellung von lichtemittierenden Geräten, Brennstoffzellen, Solarzellen und Elektroden für Superkondensatoren verwendet werden können.
Laut Pressemitteilung der University of Cambridge
