Kemister vid Oregon State University har identifierat en förening som avsevärt kan minska kostnaderna och potentiellt möjliggöra massproduktion av kiselnanostrukturer – material som har enorm potential inom allt från elektronik till biomedicin och energilagring.

Denna extraordinära förening kallas bordssalt.

Enkel natriumklorid, hittas oftast i en saltkar, har förmågan att lösa ett nyckelproblem i produktionen av kiselnanostrukturer, forskare meddelade just i Vetenskapliga rapporter , en professionell tidning.

Genom att smälta och absorbera värme vid ett kritiskt ögonblick under en "magnesiotermisk reaktion, " saltet förhindrar kollapsen av de värdefulla nanostrukturerna som forskare försöker skapa. Det smälta saltet kan sedan tvättas bort genom att lösa det i vatten, och den kan återvinnas och användas igen.

Konceptet, överraskande i sin enkelhet, bör öppna dörren för en bredare användning av dessa anmärkningsvärda material som har stimulerat vetenskaplig forskning över hela världen.

"Det här kan vara vad som krävs för att öppna upp en viktig ny industri, " sa David Xiulei Ji, en biträdande professor i kemi vid OSU College of Science. "Det finns metoder nu för att skapa kisel nanostrukturer, men de är mycket dyra och kan bara producera små mängder.

"Användningen av salt som värmeavlägsnare i denna process bör möjliggöra produktion av högkvalitativa kiselnanostrukturer i stora kvantiteter till låg kostnad, ", sa han. "Om vi ​​kan få kostnaderna tillräckligt låga kan många nya applikationer dyka upp."

Kisel, det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan, har redan skapat en revolution inom elektronik. Men kisel nanostrukturer, som är komplexa strukturer mycket mindre än en dammfläck, har potential som går långt bortom själva elementet.

Användningar föreställs inom fotonik, biologisk avbildning, sensorer, drogleverans, termoelektriska material som kan omvandla värme till elektricitet, och energilagring.

Batterier är en av de mest uppenbara och möjligen första applikationerna som kan komma från detta område, sa Ji. Det borde vara möjligt med kiselnanostrukturer att skapa batterier – för allt från en mobiltelefon till en elbil – som håller nästan dubbelt så länge innan de behöver laddas.

Befintlig teknik för att tillverka nanostrukturer av kisel är kostsamma, och enklare tekniker i det förflutna skulle inte fungera eftersom de krävde så höga temperaturer. Ji utvecklade en metod som blandade natriumklorid och magnesium med kiselgur, en billig och riklig form av kisel.

När temperaturen nådde 801 grader Celsius, saltet smälte och absorberade värme i processen. Detta grundläggande kemiska koncept – ett fast material som smälter till en vätska absorberar värme – hindrade nanostrukturen från att kollapsa.

Natriumkloriden förorenade inte eller påverkade på annat sätt reaktionen, sa forskare. Skalningsreaktioner som denna upp till större kommersiella nivåer bör vara genomförbar, sa de.

Studien skapade också, för första gången med denna process, nanoporösa kompositmaterial av kisel och germanium. Dessa kan ha breda tillämpningar i halvledare, termoelektriska material och elektrokemiska energianordningar.