«Шокирующий» метод производства нанопористых материалов

Источник: inhabitat.com

Для получения пористого материала необходимо иметь мультикомпонентную основу. В ходе процесса ненужные элементы композита удаляются, а на их месте остаются небольшие отверстия. До сих пор развитие данной технологии ограничивалось тем фактом, что второстепенные компоненты должны быть связаны по всей структуре материала, для успешного извлечения их наружу. Ученые Кебриджского Университета (Великобритания) разработали новую, более гибкую и эффективную методику создания пор. В ее основе — явление, называемое осмотическим шоком, которое наблюдается в основном в биологических системах.

При помещении живых клеток в дистиллированную воду или воду с избыточным содержанием соли фосфолипидные мембраны разрушаются содержимое клеток выходит наружу. Это происходит за счет осмотического давления — силы, стремящейся уравнять концентрации растворов внутри и снаружи клетки путем встречной диффузии молекул растворителя и растворенного вещества. Группа специалистов под управлением доктора Изэн Сиваниа (Easan Sivaniah) предложила концепцию коллективного осмотического шока (COS). Она заключается в следующем: особые эффекты осмотического шока в дискретных участках упорядоченного материала мультиплексируются, и это вызывает скоординированный взрывной перелом структуры.

В итоге образуется новая взаимонепрерывная регулярная структура, включающая поры (в том числе и нанопоры). Ученые продемонстрировали свою технологию с использованием самоорганизующихся сополимерных мицелл. В качестве исходного вещества они взяли брусок пластика, состоящий из упорядоченных слоев полистирола и олигомеров (длинных цепочек молекул) оргстекла. Материал был помещен в раствор уксусной кислоты. Полистирол играл роль оболочки, пропускающей молекулы растворителя, и задерживающий олигомеры. Под действием уксусной кислоты молекулярные цепочки оргстекла взорвались, распались на отдельные звенья и вместе с растворителем были удалены из полистирола.

Но новая методика применима и к другим организованным разнородным материалам. Минорные компоненты могут быть выборочно деградированы и сольватированы. В это же время за счет способности к пластической деформации образуется новая матрица материала. Пористые и нанопористые материалы, полученные по технологии коллективного осмотического шока, могут найти применение в самых разных областях. В частности, для изготовления фильтров, способных извлекать из воды самые маленькие частички загрязнителей. Как отмечает доктор Сиваниа, в настоящее время изучается возможность использования COS материалов в производстве светодиодных устройств, солнечных батарей, электродов для суперконденсаторов, топливных ячеек.