Разработан новый метод создания материалов с нанопорами. Его отличают простота, масштабируемость и возможность промышленного применения.

Современные методы создания материалов с наноразмерными порами предполагают присутствие двух компонентов: один из них составляет основу будущего пористого образца, а второй так или иначе удаляется из объема материала, освобождая пространство пор. Чтобы поры получились сквозными, удаляемое вещество должно пронизывать материал непрерывными нитями, обязательно выходящими на поверхность. В противном случае его не удастся полностью вывести из структуры.

Однако новое исследование, результаты которого опубликованы 27 ноября в журнале Nature, позволило продемонстрировать более эффективный и гибкий метод создания пористых наноструктур. Этот подход получил название «коллективный осмотический удар» («collective osmotic shock» – COS).

Ученые из Кембриджа показали, как с помощью осмотических сил можно получить нанопоры, даже если удаляемый компонент полностью инкапсулирован в толще материала.

Ведущий автор проекта, Исан Сивания (Easan Sivaniah), объясняет суть процесса COS так:

«Эксперимент напоминает школьный опыт с воздушным шариком, наполненным соленой водой. Если его поместить в пресную воду, соль не сможет покинуть шарик, а вот пресная вода вполне способна попасть внутрь, что она и делает, чтобы уменьшить концентрацию соли внутри. Чем больше воды поступает внутрь, тем сильнее раздувается шарик, и в конечном итоге он лопается».

«В нашей работе мы, по сути, показали, как это работает для материалов с инородными включениями, которые вызывают серию осмотических «взрывов». Оставленные осмотическими ударами полости соединяются друг с другом и с поверхностью материала, позволяя веществу-примеси выйти наружу и создавая сквозные поры».

Исследователи продемонстрировали высокую эффективность полученного таким методом фильтра при удалении из воды частиц красителей (малахитового зеленого и метилового оранжевого). В качестве основного вещества выступал полистирол, вторичного – оргстекло, а растворителя – уксусная кислота. Полученный в результате процесса COS материал состоял из множества слоев полистирола толщиной около 65 нм, соединенных «лесом» полимерных фрагментов.

Поверхность материала была усеяна порами, размеры которых, по оценкам ученых, составили 1–2 нм.

Другое возможное применение разработанной технологии – создание многослойных материалов с необычными оптическими свойствами – было рассмотрено совместно со специалистами по фотонике и оптоэлектронике из Университета Севильи и Кавендишской лаборатории, в которой работает и д-р Сивания. Подобные материалы могут быть использованы при создании датчиков, меняющих цвет при поглощении следовых (чрезвычайно малых) количеств химических веществ.

Авторы работы считают, что полученные по технологии COS материалы также могут найти применение при изготовлении светоизлучающих устройств, топливных элементов, солнечных батарей и электродов для суперконденсаторов.