Физики превратили в нанофильтр кусок пластика

Физики при помощи раствора уксусной кислоты и ультрафиолета превратили в нанофильтр цельный кусок полистирола с вкраплениями органического стекла, опубликовано в журнале Nature Materials.

Группа ученых с руководителем Исана Сивании из Кэмбриджского университета использовала уксусную кислоту и оргстекло крайне оригинальным способом: данные соединения стали "взрывчатым веществом" и "запалом" микровзрывов, которые возникли внутри бруска полистирола за счет эффекта осмотического шока.

Осмотический шок появляется в растворе, чьи части разделены мембраной, которая пропускает одни молекулы и задерживает другие. Повышенная концентрация в одной из половин емкости какого-либо вещества создает в давлениях между половинами разницу, что заставляет раствор выравнивать концентрацию методом перемещения из второй половины "лишних" молекул растворителя в место с высокой концентрацией вещества, и в результате, данная емкости раздувается и затем лопается.

Рассчитывая добиться эффекта такого рода, Сивания с коллегами подготовили небольшой кусок пластика из двух полимеров - оргстекла и полистирола.

Ученые залили раствором двойного полимера прямоугольную форму, извлекли кусок и осветили его ультрафиолетовым жестким излучением. Лучи ультрафиолета "склеили" между собой параллельные слои полистирола и разбили длинные молекулы оргстекла на олигомеры.

Следующим шагом ученые поместили заготовку в уксусный раствор. Полистирол в данном случае выступает в качестве мембраны, которая пропускает молекулы уксусной кислоты, растворителя, и не пропускает само вещество.

Как ученые и ожидали, молекулы уксусной кислоты попали внутрь куска полистирола и начали "раздувать" последовательно цепочки молекул органического стекла. Оргстекло через некоторое время "взорвалось" и все его олигомеры покинули кусок вместе с уксусной кислотой.

Полученный материал физики просушили и изучили его структуру с помощью электронного микроскопа. Выяснилось, что кусок состоит из большого количества пористых слоев полистирола в 65 нанометров толщиной, соединенные "лесом" из полимерных "колонн" друг с другом.

Исследователи проверили эффективность данного изобретения, пропуская через "сэндвич" из ультрафильтрующей мембраны и пленки пористого материала растворы двух самых популярных красителей - метилового оранжевого и малахитового зеленого. Оказалось, что комбинированное устройство такого рода фильтрует воду приблизительно от 250 до 2 000 раз лучше, чем только одна ультрафильтрующая мембрана.