ابداع روشی جدید برای تولید نانوکامپوزیت‌ها

بسیاری از فرایندهای زیستی مبتنی بر فرایندهای خودسامانی هستند که شامل واحدهای
ساختمانی شیمیایی بوده و علاقه روزافزونی به آنها در زمینه سنتز مواد وجود دارد. از
جمله می‌توان به استفاده از این فرایندها در تولید نانوکامپوزیت‌های بسیار منظم و
مواد بسیار متخلخل با ویژگی‌های خاص اشاره کرد.

برونو آلنسو و امانوئل بلامی از موسسه Charles Gerhardt در مونت پلیه فرانسه در
مقاله‌ای که در مجله Angewandte Chemie منتشر کرده‌اند، راهکاری جدید و چندمنظوره
برای سنتز خانواده جدیدی از نانوکامپوزیت‌های آلی-معدنی معرفی کرده‌اند. در این
راهکار کنترل بی‌سابقه‌ای روی ترکیب و ساختار مواد تولید شده وجود دارد.

نانوکامپوزیت‌ها جامدات ساخته شده از مواد مختلف هستند که یکی از این مواد نانوذره‌ای
است. ویژگی این کامپوزیت‌ها با ویژگی اجزای خالص تشکیل‌دهنده آنها تفاوت زیادی دارد.
نانوکامپوزیت‌ها می‌توانند به‌عنوان قالبی برای تولید مواد حفره‌ای مورد استفاده
قرار بگیرند. مواد حفره‌ای کاربردهای زیادی در زمینه‌های مختلفی همچون ذخیره گاز،
کاتالیز یا جداسازی دارند.

محققان برای سنتز این نانوکامپوزیت‌ها روش سل‌ژل را برگزیدند؛ از این روش برای
تولید ساختارهای شبکه‌ای معدنی استفاده می‌شود. در مرحله اول باید یک سُل یا به
عبارت دیگر، سوسپانسیونی از نانوذرات پخش شده در حلال تولید می‌شد. چالش اصلی آنها
تولید یک سوسپانسیون مشترک از دو ماده مختلف بود: پیش‌ماده دی‌اکسید سیلیکون (الیگومرهای
سیلوکسان) و نانومیله‌های کیتین به دست آمده از پوسته میگو (یک منبع تجدیدپذیر).
برای اینکه هر یک از این دو ماده به شکل سوسپانسیون پایدار درآیند، نیاز به شرایط
متفاوتی دارند. پژوهشگران برای حل این مشکل با جایگزینی آرام آب با اتانول، یک
سوسپانسیون الکلی تولید کردند. با حذف تدریجی حلال، ژل مورد نظر تشکیل شد.

می‌توان سُل‌ها را در قالب مورد نظر ریخته و حلال آن را خشک کرد و یا اینکه آنها را
به صورت پاششی خشک کرده و ذرات کروی به دست آورد. این فرایند منجر به تولید
نانوکامپوزیت‌های ساخته شده از میله‌های کیتین شد که به‌طور کامل در یک بستر اکسید
سیلیکونی قرار گرفته‌اند. مکانیسم این فرایند بر تجمع خودسامان‌ده مولکول‌های کیتین
و جاذبه ضعیف میان کیتین و الیگومرهای سیلوکسان استوار است.

پایداری سوسپانسیون‌های الکلی امکان تولید محدوده وسیعی از مواد با نسبت‌های حجمی،
آرایش فضایی و مورفولوژی قابل کنترل را فراهم می‌کند. اگر در حین این فرایند از یک
میدان مغناطیسی استفاده شود، میله‌های کیتین به‌صورت موازی باهم آرایش می‌یابند.
اگر نانوکامپوزیت تولید شده حرارت داده شود، مولکول‌های کیتین سوخته و به جای آنها
حفراتی باقی می‌مانند. این امر منجر به تولید مواد بسیار متخلخل با ویژگی‌های جذاب
می‌شود.