De eerste waarneming van enorme zwelling en krimp van anorganische gelaagde materialen zoals een biologische cel geeft inzicht in de productie van tweedimensionale kristallen.

Tweedimensionale (2D) kristallen hebben unieke eigenschappen die nuttig kunnen zijn voor een reeks toepassingen. Er is dan ook veel belangstelling voor het mechanisme voor het produceren van 2D-kristallen door materialen met gelaagde structuren te exfoliëren. Nu hebben onderzoekers in Japan een ongewoon fenomeen gemeld dat gelaagde materialen een drastische zwelling ondergaan zonder te breken in afzonderlijke 2D-kristallagen. "De bevindingen tonen belangrijke implicaties voor en chemisch inzicht in het exfoliëringsproces, ", zeggen de onderzoekers.

Bepaalde ionen of oplosmiddelen kunnen materialen met gelaagde structuren infiltreren. Deze 'intercalatie' veroorzaakt soms overmatige zwelling en uiteindelijk afschilfering in afzonderlijke lagen. Het proces van afschilfering is bestudeerd in een aantal materialen, waaronder grafiet, oxiden, en hydroxiden onder andere. In al deze materialen afschilfering in afzonderlijke lagen treedt op na zwelling van minder dan enkele nanometers, wat problemen oplevert bij de analyse van het zwellingsstadium, en daarmee het exfoliatiemechanisme als geheel.

Nu hebben Takayoshi Sasaki en collega's van het International Center for Materials Nanoarchitectonics van het National Institute for Materials Science en het Fukuoka Institute of Technology in Japan tot 100-voudige zwelling van gelaagde protonische oxiden gerealiseerd, ook wel bekend als vaste zuren, zonder exfoliatie, door blootstelling aan een waterige amine-oplossing. Door HCl toe te voegen, werden ze teruggebracht tot hun oorspronkelijke grootte. Opmerkelijk, n het proces meer dan 3000 atoomplaten, die bestaan ​​uit het startkristal, onmiddellijk uit elkaar gaan en weer in elkaar zetten als geschudde pokerkaarten

In tegenstelling tot eerder gemelde zwelling of afschilfering, die veel minder opzwellen vóór afschilfering, de gezwollen structuren geproduceerd door blootstelling aan de amine-oplossing bleven stabiel, zelfs wanneer ze werden geschud. De onderzoekers verklaren de stabiliteit met behulp van moleculaire dynamica-berekeningen. "In tegenstelling tot de willekeurige H2O in de eerder gerapporteerde gezwollen fasen die gemakkelijk kunnen worden geëxfolieerd, lange-afstandsstructurering van de H2O-moleculen in de sterk gezwollen structuur werd bevestigd met behulp van eerste-principeberekeningen." De waarnemingen bieden ook belangrijke inzichten in de fysica van deze systemen.