Onderzoekers beschrijven ‘nanokleien’, een innovatieve toevoeging aan hulpmiddelen voor chemici

Microscopische materialen gemaakt van klei, ontworpen door onderzoekers van de Universiteit van Missouri, zouden de sleutel kunnen zijn tot de toekomst van de chemie van synthetische materialen. Door wetenschappers in staat te stellen chemische lagen te produceren die op maat zijn gemaakt om specifieke taken uit te voeren op basis van de doelen van de individuele onderzoeker, kunnen deze materialen, nanokleien genaamd, worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder de medische sector of de milieuwetenschap.

Een paper die dit onderzoek beschrijft, is gepubliceerd in het tijdschrift ACS toegepaste technische materialen.

Een fundamenteel onderdeel van het materiaal is het elektrisch geladen oppervlak, zei Gary Baker, co-hoofdonderzoeker van het project en universitair hoofddocent bij de afdeling Scheikunde.

“Stel je een koosh-bal voor waarbij de duizenden rubberen strengen die uit de kern van de bal stralen, elk een elektrisch geladen kraal aan het uiteinde hebben”, zei Baker.

“Het is analoog aan een magneet: positief geladen dingen blijven plakken aan negatief geladen dingen. Positief geladen nanokleien kunnen bijvoorbeeld een groep schadelijke gefluoreerde chemicaliën aantrekken die bekend staan ​​als PFAS, of ‘forever chemicals’, die negatief geladen zijn. Of, door de nanoklei negatief te maken. geladen, kan het vasthouden aan dingen zoals zware metaalionen zoals cadmium, die positief geladen zijn, en helpen ze uit een vervuild water te verwijderen. ”

Naast de elektrische lading kan elke nanoklei worden aangepast met verschillende chemische componenten, zoals het mixen en matchen van verschillende onderdelen. Dit maakt ze bruikbaar bij het ontwerpen van diagnostische sensoren voor biomedische beeldvorming of explosieven- en munitiedetectie.

“In wezen vertegenwoordigen deze nanokleien chemische bouwstenen die zijn ontworpen met specifieke functies en die worden samengevoegd tot extreem dunne, tweedimensionale microscopische vellen – dunner dan een streng menselijk DNA en 100.000 keer dunner dan een vel papier, ” zei Baker.

“We kunnen de functie en vorm van de chemische componenten die aan het oppervlak van de nanoklei worden gepresenteerd, aanpassen om alles te maken wat we willen bouwen. We hebben zojuist het topje van de ijsberg blootgelegd voor wat deze materialen kunnen doen.”

Tweedimensionale materialen zijn zeer gewild omdat ze de buitenkant van een omvangrijk object oppervlakkig kunnen bedekken met een dunne, conforme laag en totaal andere oppervlakte-eigenschappen kunnen introduceren dan het object eronder.

“Door een paar dingen te mixen en matchen, zoals verschillende ionen of gouden nanodeeltjes, kunnen we snel chemie ontwerpen die nog nooit eerder heeft bestaan, en hoe meer we het aanpassen, hoe meer het een breder scala aan toepassingen opent”, zei Baker.

Studie co-auteurs zijn Nathaniel Larm aan de United States Naval Academy, Durgesh Wagle aan de Florida Gulf Coast University, en Piyuni Ishtaweera en Angira Roy aan MU.