Forskare har utvecklat en ny metod för att skapa nanoporösa material med potentiella tillämpningar inom allt från vattenrening till kemiska sensorer.
För att producera ett poröst material är det nödvändigt att ha flera komponenter. När den mindre komponenten tas bort, små porer lämnas på sin plats. Tills nu, att skapa nanoporösa material var begränsande eftersom man trodde att den mindre komponenten måste anslutas genom hela strukturen såväl som till utsidan för att den skulle tas bort.
Dock, ny forskning publicerad idag (söndag, 27 november) i journalen Naturmaterial har visat en mycket effektivare, flexibel metod som kallas kollektiv osmotisk chock (COS) för att skapa porösa strukturer. Forskningen, av forskare vid University of Cambridge, har visat hur genom att använda osmotiska krafter även strukturer med mindre komponenter helt inkapslade i en matris kan göras porösa (eller nanoporösa).
Huvudförfattaren, Dr Easan Sivaniah från University of Cambridges Cavendish Laboratory, förklarar hur processen fungerar:"Experimentet är ganska likt klassrumsdemonstrationen med en ballong som innehåller saltvatten. Hur släpper man ut saltet från ballongen? Svaret är att lägga ballongen i ett bad med sötvatten. Saltet kan lämna inte ballongen utan vattnet kan komma in, och det gör det för att minska sältan i ballongen. När mer vatten kommer in, ballongen sväller, och spricker till slut, släpper ut saltet helt.
"I våra experiment, vi visar i huvudsak att detta fungerar i material med dessa fångade mindre komponenter, som leder till en serie skurar som ansluter tillsammans och till utsidan, släpper de fångade komponenterna och lämnar ett öppet poröst material."
Forskarna har också visat hur de nanoporösa material som skapas av den unika processen kan användas för att utveckla filter som kan ta bort mycket små färgämnen från vatten.
Dr Sivaniah tillade:"Det är för närvarande ett effektivt filtersystem som kan användas i länder med dålig tillgång till färskt dricksvatten, eller att ta bort tungmetaller och industriavfallsprodukter från grundvattenkällor. Fastän, med utveckling, vi hoppas att det också kan användas för att göra havsvatten drickbart med hjälp av lågteknologiska och lågeffektsrutter."
Andra tillämpningar utforskades i samarbete med grupper med expertis inom fotonik (Dr Hernan Miguez, University of Sevilla) och optoelektronik (professor Sir Richard Friend, Cavendish Laboratory). Ljusemitterande enheter demonstrerades med hjälp av titanoxidelektroder som är mallade från COS-material, medan det nya stackliknande arrangemanget av material ger unikt effektiva fotoniska flerskikt med potentiella tillämpningar som sensorer som ändrar färg som svar på att absorbera spårmängder av kemikalier, eller för användning i optiska komponenter.
Dr Sivaniah tillade, "Vi undersöker för närvarande ett antal applikationer, att inkludera användning i ljusavgivande anordningar, solceller, elektroder för superkondensatorer såväl som bränsleceller."
