Mikroporisten

Mikroporisten materiaalien käsite viittaa materiaaleihin, joiden porojen koko on enintään noin 2 nanometriä. Tällaiset mikroporaiset rakenteet tuottavat suuret pinta-ala- ja adsorptioarvot, mikä tekee niistä erityisen käyttökelpoisia erottelu-, tallennus- ja katalyysisovelluksissa. Mikroporisuus voi esiintyä yhdessä suurempien porojen (meso- tai makroporeiden) kanssa, jolloin kokonaispintojen ja tilavuuksien hyödyntäminen on tehokkaampaa.

Tyypillisiä mikroporisten materiaalien ryhmiä ovat zeolit sekä hiili- ja polymeeripohjaiset rakenteet. Zeolit ovat järjestäytyneitä, alhaisten poikkeusten rakenteita, joissa mikrosporet ovat säännöllisiä ja toistuvia. Aktivoitu hiili ja eri MOF- (maametallifosfidi-, metallimolekyylipohjaiset) sekä COF- (kovaretus- ja organometalliset) materiaalit voivat lisäksi tarjota merkittäviä mikroporeja. Mikroporiset polymeerit muodostavat edelleen kehittyviä vaihtoehtoja, joissa porojen koko ja järjestys voidaan suunnitella kemiallisesti.

Käyttökohteet ovat laajoja: kaasujen erottelu ja puhdistus (esimerkiksi CO2:n tai hapen erottelu pienemmille molekyyleille), kaasujen varastointi ja kierrätys, sekä katalysaattorien tukimateriaalit ja katalyyttien aktiivisten kohtien jakaminen. Lisäksi mikroporisia materiaaleja hyödynnetään veden- ja ilmankäsittelyssä sekä joidenkin sensori- ja lääketieteellisten sovellusten kehittämisessä.

Mittaus ja karakterisointi perustuvat kaasujen adsorptioanalyysiin. Yleisesti käytetään typistä adsorptioita, kuten typen adsorptiota 77 kelvin lämpötilassa, ja tulosten perusteella lasketaan pintakuvio- ja mikroporivolyymi sekä mikro- ja mesoporisuhteet. Mikroporisuuden määrän arviointiin käytetään t-plot- tai Dubinin-Radushkevich -menetelmiä sekä muita kehittyneitä analyysityökaluja.

Rajoitteet liittyvät diffusioon suurille molekyyleille mikroissa porerakenteissa sekä valmistuskustannuksiin ja materiaalien kestävyyteen. Mikroporisuuden hallinta ja skaalautuvuus jatkuvat tutkimuksen pääalueina, kun pyritään yhdistämään korkea suorituskyky ja taloudellisuus käytännön sovelluksissa.