Новое семейство хитиново-кварцевых нанокомпозитов можно синтезировать, используя универсальное сочетание самосборки и золь-гель химии. Можно получать различные текстуры и морфологии, либо регулируя процессы испарения, либо применяя внешние поля. После обжига текстуры и двупреломление сохранились в получившемся мезопористом кремнеземе

Процессы самоорганизации с участием химических стандартных блоков являются основой многих биологических процессов и вызывают все больший интерес в области синтеза материалов, например, в производстве высоко упорядоченных нанокомпозитов или высокопористных материалов со специальными свойствами. В журнале Angewandte Chemie Бруно Алонсо (Bruno Alonso) и Эммануэль Белами (Emmanuel Belamie) из института Шарля Герхарда в Монпелье, Франция (Charles Gerhardt Institute in Montpellier (France) представили новейший универсальный подход к крупномасштабному синтезу нового семейства биоорганических-неорганических нанокомпозитов с ранее недостижимым уровнем контроля за составом и структурой производимых материалов («Хитиново-кварцевые нанокомпозиты посредством самосборки»).

Нанокомпозиты – это твердые материалы, состоящие из различных веществ, одно из которых сформировано из наночастиц. Свойства композитов значительно отличаются от свойств каждого отдельного компонента. Нанокомпозиты можно также использовать в качестве «формы» для производства пористых веществ. Потенциально это можно применять для хранения топлива, катализа или разделения материалов.

Для синтеза нанокомпозитов исследователи выбрали золь-гель процесс – популярную технологию производства неорганических сетевых структур. На первом этапе необходимо было выработать золь – суспензию из тонко диспергированных наноскопических частиц в растворителе. Задачей ученых было получить совместную суспензию из двух разных компонентов – предшественника двуокиси кремния (олигомера силоксана) и хитиновых наностержней из покрова креветок (возобновляемый ресурс). Однако этим двум компонентам требуются различные условия, чтобы суспензия оставалась стабильна и не происходило неконтролируемое выпадения осадка. Исследователи приготовили алкогольную суспензию, постепенно заменяя воду этиловым спиртом. Благодаря медленной замене растворителя сформировался гель. Гели – это желатиновые субстанции; они содержат твердые, но неплотные трехмерные полимерные структуры с поперечными связями.

Золь можно «разливать» по желаемым формам и высушивать, или он может быть высушен распылением в сферические частицы. Результатом этого процесса является нанокомпозит, сделанный из хитиновых стержней, которые полностью встроены в матрицу из двуокиси кремния. Механизм, посредством которого это происходит, основан на самоорганизованной агрегации молекул хитина и слабой силе притяжения между хитином и силоксановыми олигомерами.

Устойчивость алкогольных суспензий открывает широкие возможности для производства материалов с управляемыми жидкостным коэффициентом, пространственным расположением и морфологией. Если в ходе приготовления материала применять магнитное поле, то хитиновые стержни выстроятся параллельно. Если нанокомпозит нагреть, хитиновые стержни можно сжечь, чтобы на их месте образовались полости – так формируется очень пористый материал с интересными свойствами.