Investigadores desarrollan un nuevo método para el uso tecnológico de nanomateriales 2D

Las nanoláminas son materiales bidimensionales finamente estructurados y tienen un gran potencial para la innovación. Están unidos entre sí en cristales estratificados y primero deben separarse entre sí para que puedan usarse, por ejemplo, para filtrar mezclas de gases o para barreras de gases efectivas. Un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth acaba de desarrollar un proceso suave y respetuoso con el medio ambiente para este difícil proceso de deslaminación, que incluso se puede utilizar a escala industrial. Esta es la primera vez que un cristal del grupo tecnológicamente atractivo de las zeolitas se puede utilizar para una amplia gama de aplicaciones potenciales.

El proceso de delaminación desarrollado en Bayreuth bajo la dirección del Prof. El Dr. Josef Breu se caracteriza por el hecho de que las estructuras del nanohojas aislados unos de otros permanecen intactos. También tiene la ventaja de que se puede utilizar a temperatura ambiente normal. Los investigadores presentan sus hallazgos en detalle en Los científicos progresan.

Las nanoláminas bidimensionales, que se asientan una encima de la otra en cristales en capas, se mantienen unidas por fuerzas electrostáticas. Para que se utilicen para aplicaciones tecnológicas, las fuerzas electrostáticas deben superarse y las nanoláminas deben separarse entre sí. Un método especialmente adecuado para ello es el hinchamiento osmótico, en el que las nanoláminas se separan con agua y las moléculas y los iones se disuelven en ellas. Sin embargo, hasta ahora solo ha sido posible aplicarlo a unos pocos tipos de cristales, incluidos ciertos minerales arcillosos, titanatos y niobatos. para el grupo de zeolitassin embargo, cuyas nanoláminas son muy interesantes para la producción de membranas funcionales debido a sus finas estructuras que contienen silicatos, el mecanismo de hinchamiento osmótico aún no ha sido aplicable.

El equipo de investigación de Bayreuth ha encontrado ahora, por primera vez en una colaboración interdisciplinaria, una forma de utilizar el hinchamiento osmótico para la separación suave de los cristales de ilerita, que pertenecen al grupo de las zeolitas. En el proceso, las moléculas grandes de azúcar se insertan primero en los estrechos espacios entre las nanoláminas. Luego, las nanoláminas, que se apilan una encima de la otra y se alinean estructuralmente, se separan con agua. En el proceso, su espaciado se vuelve considerablemente más grande. Ahora las nanoláminas se pueden extender horizontalmente en diferentes direcciones: durante el secado posterior, se crea una superficie sólida que consta de muchas nanoláminas. Estos están apilados como naipes, superpuestos solo en los bordes y dejando solo unos pocos espacios. El diámetro de las nanoláminas individuales es unas 9.000 veces mayor que su grosor.

Esto ahora abre la posibilidad de unir más de estas superficies entre sí y construir nuevos materiales en capas. La ventaja de este proceso es que el nanoestructuras las superficies del nuevo material están compensadas entre sí. Por lo tanto, sus espacios no están exactamente superpuestos, por lo que las moléculas, los iones o incluso las señales de luz no pueden penetrar directamente en el nuevo material. Esta estructura general laberíntica permite una amplia gama de aplicaciones potenciales, como en los envases utilizados para mantener frescos los alimentos, en componentes para optoelectrónica y quizás incluso en baterías.