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26.11.2015 | Werkstofftechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Flüssigkeiten können porös sein

Autor:
Dieter Beste
1:30 Min. Lesedauer

Eigentlich können Flüssigkeiten keine stabilen Löcher oder Poren aufweisen, da deren Moleküle beweglich sind. Werkstoffforscher machten nun Unmögliches möglich.

Poröse Festkörper wie Zeolithe und Metall-organische Gerüste (metal organic frameworks, MOF) werden schon länger in chemischen Prozessen, etwa für die Katalyse oder Gastrennung genutzt. Ein Kennzeichen dieser starren Strukturen ist, dass sie dauerhaft bestehende Poren gleicher Größe aufweisen. Darin lassen sich dann Abfallprodukte von Reaktionen wie etwa Methan speichern. Gelänge es, poröse Flüssigkeiten zu entwickeln, die eine gleich gute Filterwirkung hätten, könnte man zum Beispiel solche Filter einfach durch Leitungen pumpen.

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Ein internationales Forschungsteam hat nun die weltweit erste permanent poröse Flüssigkeit hergestellt, wie die beteiligten Wissenschaftler in „Nature“ berichten. 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.

Experimenteller Nachweis der Löcher

Mit der Positronenlebenszeitspektroskopie wiesen Experten von der Universität Kiel um den Professor für Materialverbunde Franz Faupel auch die Größe der Löcher experimentell nach. Dazu schossen sie 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 Tönjes Koschine. Die Länge der Lebenszeit erlaube den Kieler Forschern auch Rückschlüsse auf die Größe der Poren. „Positronen leben in den Löchern etwa zehn mal länger, als wenn sie direkt auf Elektronen treffen, insgesamt also zwei Nanosekunden“, berichtet Klaus Rätzke. Eine Nanosekunde entspricht einer milliardstel Sekunde. Damit sind die Hohlräume in den Käfigen circa einen halben Nanometer groß, also so groß wie zwei bis drei Atome.

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