02.06.2022 - Universität Bayreuth

Nouvelle méthode pour l'utilisation technologique des nanomatériaux 2D

Les nanoplaquettes sont des matériaux bidimensionnels finement structurés et présentent un grand potentiel d'innovation. Ils sont fixés les uns sur les autres dans des cristaux en couches et doivent d'abord être séparés les uns des autres pour pouvoir être utilisés, par exemple, pour filtrer des mélanges de gaz ou pour constituer des barrières efficaces contre les gaz. Une équipe de recherche de l'université de Bayreuth a maintenant mis au point un procédé doux et écologique pour ce difficile processus de délamination, qui peut même être utilisé à l'échelle industrielle. C'est la première fois qu'un cristal du groupe technologiquement intéressant des zéolithes est rendu utilisable pour un large champ d'applications potentielles.

Le procédé de délamination mis au point à Bayreuth sous la direction du professeur Josef Breu se caractérise par le fait que les structures des nanoplaquettes isolées les unes des autres ne sont pas endommagées. Il présente également l'avantage de pouvoir être utilisé à température ambiante normale. Les chercheurs présentent leurs résultats en détail dans "Science Advances".

Les nanoplaquettes bidimensionnelles, qui se superposent en cristaux stratifiés, sont maintenues ensemble par des forces électrostatiques. Pour qu'elles puissent être utilisées dans des applications technologiques, les forces électrostatiques doivent être surmontées et les nanoplaquettes détachées les unes des autres. Une méthode particulièrement adaptée est le gonflement osmotique, dans lequel les nanofeuillets sont séparés par l'eau et les molécules et ions qui y sont dissous. Jusqu'à présent, cependant, il n'a été possible de l'appliquer qu'à quelques types de cristaux, dont certains minéraux argileux, les titanates et les niobates. Mais pour le groupe des zéolithes, dont les nanoplaquettes sont très intéressantes pour la production de membranes fonctionnelles en raison de leurs structures fines contenant des silicates, le mécanisme de gonflement osmotique ne semblait pas applicable jusqu'à présent.

L'équipe de recherche de Bayreuth a maintenant trouvé, pour la première fois dans le cadre d'une collaboration interdisciplinaire, un moyen d'utiliser le gonflement osmotique pour la séparation en douceur des cristaux d'ilérite, qui appartiennent au groupe des zéolithes. Au cours du processus, de grosses molécules de sucre sont d'abord insérées dans les espaces étroits entre les nanoplaquettes. Ensuite, les nanofeuilles, qui sont empilées les unes sur les autres et structurellement alignées, sont séparées par l'eau. Au cours de ce processus, leur espacement devient considérablement plus grand. Les nanofeuilles peuvent alors être écartées horizontalement dans différentes directions : Après le séchage, on obtient une surface solide composée de nombreuses nanofeuilles. Celles-ci sont empilées comme des cartes à jouer, ne se chevauchant que sur les bords et ne laissant que quelques espaces. Le diamètre de chaque nanoplaquette est environ 9 000 fois supérieur à son épaisseur.

Cela ouvre maintenant la possibilité de fixer un plus grand nombre de ces surfaces les unes sur les autres et de construire de nouveaux matériaux en couches. L'intérêt de ce procédé est que les nanostructures des surfaces du nouveau matériau sont décalées les unes par rapport aux autres. Par conséquent, leurs interstices ne sont pas exactement superposés, de sorte que les molécules, les ions ou même les signaux lumineux ne peuvent pas pénétrer directement dans le nouveau matériau. Cette structure globale labyrinthique permet un large éventail d'applications potentielles, que ce soit dans les emballages utilisés pour conserver la fraîcheur des aliments, dans les composants pour l'optoélectronique et peut-être même dans les batteries.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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