Nanosheets zijn fijn gestructureerde tweedimensionale materialen en hebben een groot innovatiepotentieel. Ze zijn in gelaagde kristallen op elkaar gefixeerd en moeten eerst van elkaar worden gescheiden, zodat ze bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt voor het filteren van gasmengsels of voor efficiënte gasbarrières. Een onderzoeksteam van de Universiteit van Bayreuth heeft nu een zachtaardig, milieuvriendelijk proces ontwikkeld voor dit moeilijke delaminatieproces dat zelfs op industriële schaal kan worden gebruikt. Het is voor het eerst dat een kristal uit de technologisch aantrekkelijke groep zeolieten bruikbaar is gemaakt voor een breed scala aan mogelijke toepassingen.

Het onder leiding van Prof. Dr. Josef Breu in Bayreuth ontwikkelde delaminatieproces wordt gekenmerkt door het feit dat de structuren van de van elkaar geïsoleerde nanosheets onbeschadigd blijven. Het heeft ook het voordeel dat het bij normale kamertemperatuur kan worden gebruikt. De onderzoekers presenteren hun resultaten in detail in Science Advances .

De tweedimensionale nanosheets, die in gelaagde kristallen op elkaar liggen, worden door elektrostatische krachten bij elkaar gehouden. Om ze voor technologische toepassingen te kunnen gebruiken, moeten de elektrostatische krachten worden overwonnen en moeten de nanoplaten van elkaar worden losgemaakt. Een methode die hiervoor bijzonder geschikt is, is osmotische zwelling, waarbij de nanosheets door water en de daarin opgeloste moleculen en ionen uit elkaar worden gedrukt. Tot nu toe was het echter alleen mogelijk om het toe te passen op een paar soorten kristallen, waaronder enkele kleimineralen, titanaten en niobaten. Voor de groep zeolieten, waarvan de nanosheets vanwege hun silicaathoudende fijne structuren zeer interessant zijn voor de productie van functionele membranen, is het mechanisme van osmotische zwelling echter nog niet toepasbaar.

Het onderzoeksteam van Bayreuth heeft nu - voor het eerst in interdisciplinaire samenwerking - een manier gevonden om osmotische zwelling te gebruiken voor de zachte scheiding van ilerietkristallen, die tot de groep van zeolieten behoren. Daarbij worden eerst grote suikermoleculen in de nauwe ruimtes tussen de nanosheets ingebracht. Vervolgens worden de nanosheets, die op elkaar zijn gestapeld en structureel uitgelijnd, gescheiden door water. Daarbij wordt hun onderlinge afstand aanzienlijk groter. Nu kunnen de nanosheets horizontaal in verschillende richtingen verder uit elkaar worden geduwd:bij daaropvolgende droging ontstaat een stevig oppervlak dat is samengesteld uit vele nanosheets. Deze zijn gestapeld als speelkaarten, overlappen alleen aan de randen en laten slechts een paar gaten over. De diameter van de afzonderlijke nanoplaten is ongeveer 9.000 keer groter dan hun dikte.

Dit opent nu de mogelijkheid om een ​​groter aantal van dergelijke oppervlakken op elkaar te bevestigen en nieuwe gelaagde materialen op te bouwen. Het punt van dit proces is dat de nanostructuren van de oppervlakken in het nieuwe materiaal ten opzichte van elkaar worden verschoven. Daardoor liggen hun openingen niet precies boven elkaar, zodat moleculen, ionen of zelfs lichtsignalen niet direct in het nieuwe materiaal kunnen doordringen. Deze labyrintische algehele structuur maakt een breed scala aan potentiële toepassingen mogelijk, zoals in verpakkingen die worden gebruikt om voedsel vers te houden, in componenten voor opto-elektronica en mogelijk zelfs in batterijen. + Verder verkennen

Nieuwe metaal-organische raamwerk nanosheets ontwikkeld voor corrosiewerende coating