Nuevo método para el uso tecnológico de nanomateriales 2D
Las nanohojas son materiales bidimensionales finamente estructurados y tienen un gran potencial de innovación. Están fijadas unas sobre otras en cristales estratificados, y primero hay que separarlas unas de otras para poder utilizarlas, por ejemplo, para filtrar mezclas de gases o para crear barreras de gas eficaces. Un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth ha desarrollado ahora un proceso suave y respetuoso con el medio ambiente para este difícil proceso de deslaminación que puede utilizarse incluso a escala industrial. Es la primera vez que un cristal del atractivo grupo tecnológico de las zeolitas se hace utilizable para un amplio campo de aplicaciones potenciales.
Para el ojo humano, los cristales estratificados después de la hinchazón osmótica sólo son visibles como estructuras poco claras y agrupadas.
UBT / Christian Wißler
El proceso de delaminación desarrollado en Bayreuth bajo la dirección del Prof. Dr. Josef Breu se caracteriza por el hecho de que las estructuras de las nanohojas aisladas entre sí no sufren daños. Además, tiene la ventaja de que puede utilizarse a temperatura ambiente normal. Los investigadores presentan sus resultados en detalle en "Science Advances".
Las nanohojas bidimensionales, que se superponen en cristales estratificados, se mantienen unidas por fuerzas electrostáticas. Para poder utilizarlas en aplicaciones tecnológicas, hay que superar las fuerzas electrostáticas y separar las nanohojas entre sí. Un método especialmente adecuado para ello es el hinchamiento osmótico, en el que las nanohojas son forzadas a separarse por el agua y las moléculas e iones disueltos en ella. Sin embargo, hasta ahora sólo ha sido posible aplicarlo a unos pocos tipos de cristales, como algunos minerales de arcilla, titanatos y niobatos. Sin embargo, para el grupo de las zeolitas, cuyas nanohojas son muy interesantes para la producción de membranas funcionales debido a sus finas estructuras que contienen silicatos, el mecanismo de hinchamiento osmótico no parecía ser aplicable hasta ahora.
El equipo de investigación de Bayreuth ha encontrado ahora, por primera vez en colaboración interdisciplinar, 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, primero se introducen grandes moléculas de azúcar en los estrechos espacios entre las nanohojas. Posteriormente, las nanohojas, que están apiladas unas sobre otras y alineadas estructuralmente, se separan con agua. En este proceso, su espacio se amplía considerablemente. Ahora las nanohojas pueden separarse más horizontalmente en diferentes direcciones: Tras el secado, se crea una superficie sólida compuesta por muchas nanohojas. Éstas se apilan como si fueran naipes, superponiéndose sólo en los bordes y dejando sólo algunos huecos. El diámetro de las nanohojas individuales es unas 9.000 veces mayor que su grosor.
Esto abre ahora la posibilidad de fijar un mayor número de superficies de este tipo unas sobre otras y construir nuevos materiales en capas. El punto de este proceso es que las nanoestructuras de las superficies del nuevo material están desplazadas unas de otras. En consecuencia, sus huecos no están exactamente superpuestos, de modo que las moléculas, los iones o incluso las señales luminosas no pueden penetrar directamente en el nuevo material. Esta estructura general laberíntica permite un amplio abanico de aplicaciones potenciales, ya sea en envases para mantener frescos los alimentos, en componentes para la optoelectrónica o incluso en baterías.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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