Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weltweit erste löchrige Flüssigkeit entwickelt

16.11.2015

Ein internationales Forschungsteam hat die weltweit erste permanent poröse Flüssigkeit entwickelt. Dazu verbanden sie leere starre Molekülkäfige an den Ecken mit Molekülen, die einerseits als Flüssigkeit wirkten, andererseits aber nicht in die Käfige eindrangen. Das neue Material kombiniert die Vorteile einer Flüssigkeit mit denen eines festen Adsorbtionsmittels und könnte als flüssiger Filter in der Industrie Anwendung finden.

Die Forschungsergebnisse, über die die Fachzeitschrift Nature aktuell berichtet, entstanden unter Federführung von Forschenden der Queens University Belfast in Nordirland. Beteiligt waren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), der argentinischen Universidad Nacional de Cuyo, der Universität Liverpool und der französischen Université Blaise Pascal.


Tönjes Koschine und Klaus Rätzke (v.l.) diskutieren die neuen Forschungsergebnisse.

Foto/Copyright: Reinhard Krause-Rehberg, Halle

Eigentlich haben Flüssigkeiten keine stabilen größeren Löcher beziehungsweise Poren. Da deren Moleküle alle beweglich sind, zerfallen Poren sofort wieder. Poröse Festkörper andererseits wie Zeolithe und Metall-organische Gerüste (metal organic frameworks, MOF) werden schon länger in chemischen Prozessen, etwa der Katalyse und Gastrennung, in der Industrie eingesetzt.

Diese starren Strukturen haben dauerhaft bestehende Poren gleicher Größe. Darin lassen sich Abfallprodukte wie Methan speichern. Probleme tauchen aber immer wieder auf, wenn sie in bestehende chemische Anlagen eingefügt werden sollen. Poröse Flüssigkeiten, die als Filter funktionieren, würden solche Hürden überwinden: sie könnten zum Beispiel einfach durch Leitungen gepumpt werden.

Sehr nah dran an dieser Anwendung sind nun die Forschenden mit ihrer neuen Materialklasse. Sie besteht aus Molekülkäfigen, die in einer Flüssigkeit aus Kronenether gelöst werden. Um die Käfige löslich zu machen, bauten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler jeweils sechs Kronenether-Molekülgruppen an die Ecken der Käfige. Trotz einer hohen Konzentration an Käfigen erreichten sie auf diese Weise eine bei Raumtemperatur flüssige Substanz.

Herauszufinden, ob die Käfige in der Flüssigkeit auch wirklich leer waren, war Aufgabe der Experten von der Kieler Universität um den Professor für Materialverbunde Franz Faupel.

Mit der sogenannten Positronenlebenszeitspektroskopie – einer Methode, die nur eine Handvoll Forschungsgruppen weltweit beherrschen – wiesen sie auch die Größe der Löcher experimentell nach. Dazu schoss Doktorand Tönjes Koschine mit Positronen, also Antimaterie, auf eine Probe der porösen Flüssigkeit. Positronen zerfallen sofort, wenn sie auf Elektronen treffen.

„Wenn in der Flüssigkeit Löcher sind, gibt es an dieser Stelle auch keine Elektronen, die Positronen ‚leben‘ dort also länger, und das haben wir gemessen“, erklärt Koschine. Die Länge der Lebenszeit erlaube den Kieler Forschern auch Rückschlüsse auf die Größe der Poren.

„Positronen leben in den Löchern etwa 10 Mal länger als wenn sie direkt auf Elektronen treffen, insgesamt also zwei Nanosekunden“, sagt Doktorvater Professor Klaus Rätzke. Eine Nanosekunde entspricht einer milliardstel Sekunde. Damit sind die Hohlräume in den Käfigen circa einen halben Nanometer groß, so groß wie zwei bis drei Atome.

Die Kieler Wissenschaftler haben auf diese Weise die Ergebnisse der Simulationen innerhalb dieser internationalen Forschungskooperation bestätigt und einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung und Charakterisierung von neuen Materialien geleistet.

Originalpublikation
Liquids with permanent porosity. Nicola Giri, Mario G. Del Pópolo, Gavin Melaugh, Rebecca L. Greenaway, Klaus Rätzke, Tönjes Koschine, Laure Pison, Margarida F. Costa Gomes, Andrew I. Cooper & Stuart L. James. Nature 527, 216–220 (12 November 2015) doi:10.1038/nature16072
Link: http://www.nature.com/nature/journal/v527/n7577/full/nature16072.html


Kontakt:
Professor Dr. Klaus Rätzke
Institut für Materialwissenschaft
Tel.: 0431/880 6227
E-Mail: kr@tf.uni-kiel.de

Details, die nur Millionstel Millimeter groß sind: Damit beschäftigt sich der Forschungsschwerpunkt „Nanowissenschaften und Oberflächenforschung“ (Kiel Nano, Surface and Interface Science – KiNSIS) an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Im Nanokosmos herrschen andere, nämlich quantenphysikalische, Gesetze als in der makroskopischen Welt. Durch eine intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen Materialwissenschaft, Chemie, Physik, Biologie, Elektrotechnik, Informatik, Lebensmitteltechnologie und verschiedenen medizinischen Fächern zielt der Schwerpunkt darauf ab, die Systeme in dieser Dimension zu verstehen und die Erkenntnisse anwendungsbezogen umzusetzen. Molekulare Maschinen, neuartige Sensoren, bionische Materialien, Quantencomputer, fortschrittliche Therapien und vieles mehr können daraus entstehen.

Mehr Informationen auf www.kinsis.uni-kiel.de

Dr. Boris Pawlowski | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kaltwasserkorallen: Versauerung schadet, Wärme hilft
27.04.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Auf dem Gipfel der Evolution – Flechten bei der Artbildung zugeschaut
27.04.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Kaltwasserkorallen: Versauerung schadet, Wärme hilft

27.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

IAB-Arbeitsmarktbarometer: Arbeitsmarkt bleibt im Aufwind

27.04.2017 | Wirtschaft Finanzen

Wurmmittel für Weidetiere können die Keimung von Pflanzensamen beeinflussen

27.04.2017 | Agrar- Forstwissenschaften