Teadlased õppisid kivist vett pigistama
Argonne'i riikliku laboratooriumi teadlased valmistasid tahkistest uutmoodi poorseid materjale, millest saab muuhulgas paremaid aktiivmaterjale ravimitööstusele ja loodusesse uusi tehislikke puhastussüsteeme, vahendab Fyysika.ee.
Teadustööst selgub, et kivi käsnastamiseks tuleb esmalt rakendada tugevat ülerõhku.
"Kujutage ette, et pigistate kivi ning sellest tekib käsn," piltlikustas Ameerika energeetikaministeeriumi labori keemik Karena Chapman.
"Enamikel juhtudel muutuvad materjalid rõhumisel tihedamaks ning tõmbuvad natukenegi kokku. Jälgisime katsetes aga vastupidist protsessi. Rõhk-töödeldud materjalil on võrreldes algolekuga kaks korda väiksem tihedus. Mitte just intuitiivseim tulemus, ütleksin."
Et uuritava materjaliklassi kõrgrõhke loomus tundus ebaloogiline, uuriti seda seda Chapmani juhendamisel enne kindlustunde saamist aastaid.
Viimaks aga said nähtuse füüsikalised tagamaad selgeks. Kusjuures, iga eksperimendi korral saadi sama, üllatav tulemus.
"Rõhumisel toimub materjali aatomstruktuuri täielik ümberkorrastumine, see oli esialgu uskumatu," kommenteeris Chapman.
Teadlased kasutavad käsnasarnaseid poormaterjale ainete kogumiseks, talletamiseks ning filtreerimiseks.
Pooride kuju peenhäälestamine määrab sõela läbivate molekulide kuju ja suuruse. Sestap saab poormaterjale kasutada veefiltritena, keemiliste sensoritena ning kokkusurutava talletusvahendina süsinik dioksiidile, mis on üks põhilisi vesinikjõuallikate jääkprodukte.
Poormaterjale kasutatakse ka meditsiinis. Pisike nanopoor täidetakse ravimiga, mis eelarvutatud kiirusega organismi lahustub. Samal põhimõttel kasutatakse nanopoore plastiku- ja toidutööstuses keemiliste reaktsioonide katalüüsimiseks.
"Meie avastatud meetod ei pruugi päädida vaid tuntud materjalide töötlemisega. Ehk õnnestub tööstusele luua uued, sihtainepõhised kontrollitud lahustuskiirusega materjalid," ütles Argonne'i keemik Peter Chupas.
Tööd kajastav artikkel "Exploiting High Pressures to Generate Porosity, Polymorphism, and Lattics Expansions in the Nonporous Molecular Framework Zn(CN)2." avaldati 22. mail ajakirjas Journal of the American Chemical Society.
Tsink-tsüaniid katsekeha asetati Argonne'i Advanced Photon Source (APS) teemant rõhualasisse. Katsekehale rakendati rõhk 0,9–1,8 gigapaskalit, mis on normaalrõhust ligikaudu 9000-18000 korda kõrgem.
Katsetatud rõhuvahemik on tööstusele hoomatav ning selle tekitamine odav. Katsekeha ujutati pitsitamise ajaks valitud vedelikesse. Lõppeks õnnestus teadlastel luua viis seniolemata materjaliolekut.
Kahel neist säilus aine poorsus ka pärast rõhu eemaldamist. Kasutatud vedelik määras pooride kuju.
Hüdrostaatiliste rõhkudega tihedatest, segunenud aatomstruktuuriga (interpenetrated atomic framework) materjalidest poormaterjalide valmistamine on esmakordne.
Katsekeha sisestruktuuri uuriti röntgen-pulberdifraktsiooni meetodil 1BM, 11-ID-B ja 17-BM APS kiirtega. Töö jätkub erinevate materjaliklasside uurimisega.
