Wetenschappers hebben een nieuwe methode ontwikkeld om nanoporeuze materialen te maken met mogelijke toepassingen in alles van waterzuivering tot chemische sensoren.

Om een ​​poreus materiaal te produceren is het nodig om meerdere componenten te hebben. Wanneer het kleine onderdeel wordt verwijderd, kleine poriën blijven op hun plaats. Tot nu, het creëren van nanoporeuze materialen was beperkend omdat men dacht dat de kleine component zowel door de structuur als naar buiten moest worden verbonden om te kunnen worden verwijderd.

Echter, nieuw onderzoek dat vandaag (zondag, 27 november) in het journaal Natuurmaterialen heeft een veel effectievere, flexibele methode genaamd collectieve osmotische schok (COS) voor het creëren van poreuze structuren. Het onderzoek, door wetenschappers van de Universiteit van Cambridge, heeft laten zien hoe met behulp van osmotische krachten zelfs structuren met kleine componenten volledig ingekapseld in een matrix poreus (of nanoporeus) kunnen worden gemaakt.

De hoofdauteur, Dr. Easan Sivaniah van het Cavendish Laboratory van de Universiteit van Cambridge, legt uit hoe het proces werkt:"Het experiment lijkt veel op de demonstratie in de klas met een ballon met zout water. Hoe laat je het zout uit de ballon? Het antwoord is om de ballon in een bad met zoet water te doen. Het zout kan verlaat de ballon niet, maar het water kan erin, en het doet dit om het zoutgehalte in de ballon te verminderen. Naarmate er meer water binnenkomt, de ballon zwelt op, en uiteindelijk barst, het zout volledig vrijgeven.

"Bij onze experimenten we laten in wezen zien dat dit werkt in materialen met deze opgesloten kleine componenten, wat leidt tot een reeks uitbarstingen die met elkaar en naar buiten verbinden, het vrijgeven van de opgesloten componenten en het achterlaten van een open poreus materiaal."

De onderzoekers hebben ook aangetoond hoe de nanoporeuze materialen die door het unieke proces zijn ontstaan, kunnen worden gebruikt om filters te ontwikkelen die zeer kleine kleurstoffen uit water kunnen verwijderen.

Dr. Sivaniah voegde toe:"Het is momenteel een efficiënt filtersysteem dat kan worden gebruikt in landen met een slechte toegang tot vers drinkwater, of om zware metalen en industriële afvalproducten uit grondwaterbronnen te verwijderen. Hoewel, met ontwikkeling, we hopen dat het ook kan worden gebruikt om zeewater drinkbaar te maken met behulp van low-tech en low-power routes."

Andere toepassingen werden onderzocht in samenwerking met groepen met expertise in fotonica (Dr. Hernan Miguez, Universiteit van Sevilla) en opto-elektronica (Professor Sir Richard Friend, Cavendish-laboratorium). Lichtgevende apparaten werden gedemonstreerd met behulp van titania-elektroden die zijn gemaakt van COS-materialen, terwijl de nieuwe stapelachtige opstelling van materialen unieke efficiënte fotonische meerlagen biedt met potentiële toepassingen als sensoren die van kleur veranderen als reactie op het absorberen van sporen van chemicaliën, of voor gebruik in optische componenten.

Dr Sivaniah heeft toegevoegd, "We onderzoeken momenteel een aantal toepassingen, om gebruik in lichtgevende apparaten op te nemen, zonnepanelen, elektroden voor supercondensatoren en brandstofcellen."