Tiedämme kaikki materiaalien olevan maailman rakennuspalikoita, mutta jotkut materiaalit ovat yksinkertaisesti kiehtovampia kuin toiset. Nykyään nanomateriaalit ovat vallanneet tieteellisen ja teollisuuden maailman – ne ovat pieniä, mutta mahtavaisia! Esimerkiksi Layered Double Hydroxides (LDH) ovat nanohiukkasia, jotka muistuttavat hieman sandwich-leipiä: niissä on positiivisesti varautuneet hydroksidikerrokset, joiden välissä ovat negatiivisesti varautuneet anionit.
Kuulostaa ehkä oudolta, mutta tämä rakenne antaa LDH:lle ainutlaatuisia ominaisuuksia! Ne voivat toimia katalyyttinä kemiallisissa reaktioissa, adsorboida saasteita vedestä ja jopa vapauttaa lääkkeitä kontrolloidusti.
LDH - materiaalin ominaisuudet mikroskooppitasolla:
-
Rakenne: LDH:n rakenne on säännöllinen ja koostuu kerrostuneista positiivisesti varautuneista hydroksidikerroksista, joissa on metalli-ioniparit (esim. Mg2+ ja Al3+)
-
Vapaat anionisitiot: Kerrosten välillä on “tyhjiä” tiloja, jotka voivat sitoa negatiivisesti varautuneita ioneja (anioneja), kuten nitraatti- (NO3-), karbonaatti- (CO32-) tai sulfaatti-ioneja (SO42-)
-
Muuttuva koostumus: LDH:n kemiallista koostumusta ja ominaisuuksia voidaan säätää vaihtamalla metalli-ioneja ja anionisijojen ioneja.
LDH:n sovellukset – rajaton potentiaali! LDH:n ainutlaatuinen rakenne ja ominaisuudet tekevät siitä erittäin monipuolisen materiaalin.
| Sovellus | Kuvaus | Esimerkki |
|---|---|---|
| Katalyytti | LDH:t kykenevät katalysoimaan kemiallisia reaktioita, mikä tarkoittaa, että ne nopeuttavat reaktiota kuluttamatta itseään. | LDHiä voidaan käyttää biodieselin tuotannossa. |
| Adsorbentti | LDH:t voivat sitoa saasteita, kuten raskasmetalleja ja orgaanisia yhdisteitä. | LDH-pohjaisia materiaaleja voidaan käyttää vedenpuhdistuksessa. |
| Lääkkeiden vapautus | LDH-nanohiukkaset voivat toimia “kapselein” lääkkeille, jolloin ne vapautuvat kontrolloidusti elimistössä. | LDH-pohjaisia materiaaleja tutkitaan syövän hoidon yhteydessä. |
| Telineet ja pinnoitteet | LDH:t voidaan lisätä muihin materiaaleihin parantaa niiden ominaisuuksia, kuten kestävyyttä tai palonkestävyyttä. | LDH-pohjaisia pinnoitteita voidaan käyttää suojaamaan metalleja korroosiolta. |
LDH-materiaalin valmistus: tieteellisestä laboratoriosta teollisuuteen
LDH:n valmistusmenetelmät ovat kehittyneet huomattavasti viime vuosina, mikä on mahdollistanut sen suuremman käyttöasteen. Yleisimpiä menetelmiä ovat:
-
Saostumismetodi: Metallisuolat liuotetaan veteen ja lisätään liuoksen pH-arvoa nostattava aine (esim. ammoniikki). Tällöin muodostuu LDH-sake, joka voidaan erottaa ja kuivata.
-
Hydrotermikastimenetodi: Metallisuolat ja anionisijojen ioniyhdisteet liuotetaan veteen ja kuumennetaan korkeaan lämpötilaan (100-200 °C) paineessa. Tällöin muodostuu kristalliseen LDH-materiaalia.
-
Sol-gel -menetelmä: Metallisuolat muunnetaan geeleiksi, joista kuivattamalla ja polttamalla muodostuu LDH-materiaalia.
LDH – tulevaisuuden nanoaine?
LDH:n ainutlaatuiset ominaisuudet ja monipuoliset sovellukset tekevät siitä erittäin lupaavan nanomateriaalin tulevaisuudelle. Jatkuvat tutkimukset avaavat uusia mahdollisuuksia, ja LDHiä saatetaan nähdä yhä useammin arkipäivämme tuotteissa ja teknologiassa!
Ja kuka tietää? Ehkäpä LDH:n avulla löydetään ratkaisut joihinkin maailman kipeimpiin ongelmiin, kuten energiapulan tai vesipulan.
