1

2

Van pottenbakkerij tot nanotechnologie

Klei en Kleimineralen

3

4

5

6

OUD NIEUWFIGUURTJES MILIEUPOTTEN →RADIOACTIEFKERAMIEK →ZWARE METALENBAKSTEENCOSMETICA KATALYSEWASPOEDER →DECHLORINATIE

NANOMATERIALEN→(BIO)SENSOREN→ NIET LINEAIRE OPTICA→NANOCOMPOSIETEN

GEMEENSCHAPPELIJK THEMA: KLEIMINERALEN

7

8

Totale productie in 1994(USA) 2,5 miljoen ton

Totale productie van Kaoliniet(wereld) 7,1 miljoen ton

9

BESLUIT

1. Oudste door de mens gebruikte materiaal

2. Overvloedig beschikbaar

3. Gemakkelijk te ontginnen

10

STELLING

1. Nanotechnologie kent een exponentiële groei

2. De natuur levert ons nanomaterialen

3. Natuurlijke nanomaterialen omzetten in nieuwe materialen

11

Geschiedenis van het onderzoek aan de K.U.Leuven

FACULTEIT LANDBOUWWETENSCHAPPEN , NU BIO-INGENIEURSWETENSCHAPPEN

onrechtstreeks:onderzoek op klei in de bodem: J. Baeyens, I. Scheys

rechtstreeks:onderzoek op kleimineralen

OPPERVLAKTECHEMIE J. Uyttterhoeven

J.J.Fripiat

KATIONUITWISSELING A. Cremers

R. SCHOONHEYDT nanomaterialen

A. MAESradioactieve elementenmilieubescherming in het algemeen

FACULTEIT WETENSCHAPPEN - Toegepaste Mineralogie: W. Viaene → J. Elsen

12

KLEI KLEIMINERALEN

Fijne fractie

water

Kneedbaar

Kristallijne fractie

13

EIGENSCHAPPEN

1. Gelaagde structuur2. Zwelling3. Ionenuitwisseling4. Water-aantrekkend water –afstotend

(hydrofiel) (hydrofoob)

14

15

STRUKTUUR: INDELING

1:1 dioctahedrisch 1Si:1 Al KAOLINIET

Trioctahedrisch 1Si:1Mg CHRYSOTIEL(asbest)

16

17

STRUKTUUR: INDELING

2:1 geen lading dioctahedrisch 1Si:1Al: 1Si PYROFYLLIET

trioctahedrisch 1Si:1Mg: 1Si TALK

kleine lading di /tri SMECTIET

hoge lading di/tri MICA

18

19

20

W W W W W WWW

1.25nm

W W W W W WWW

1.25nm

SMECTIET: ZWELBARE KLEIMINERALEN

W W W

WW

WWW

W

W

W

W

WW W W

W

W

W

W

WATER

W W WW W

W WWW

W

W

W

W

W

W

W

WW

WATER

21

KATIONUITWISSELING

Na+-smectiet + B+ ⇋B+-smectiet + Na+

bodemvruchtbaarheid: K+, NH4+, Ca2+,Mg2+stockage radioactief afval: Cs+, Sr2+opvang zware metalen: Zn2+, Cd2+, Ag+

22

HYDROFIEL ↔ HYDROFOOB

•kationische kleurstoffen•niet-lineaire optische eigenschappen: methyleenblauw•kationische pesticiden(paraquat, diquat)

- gecontroleerde afgave- bescherming tegen zonlicht

•aminozuren / proteïnen- oorsprong van het leven

23

24

25

26

27

NANOFILMEN

•zelf-assemblage•Langmuir-Blodgett techniek

amphiphile barrier glass slideclay particles

spreading compression film transfer

28

500 nm

ATOMIC FORCE MICROSCOPY

29

0

0.005

0.01

250 mg dm -3

0.02

0.025

460 480 500 520

Absorbance

560 580 600 620 640

0.015

0 mg dm -3

50 mg dm -3

540 Wavelength (nm)

2 mN m-1

0

0.005

0.01

250 mg dm -3

0.02

0.025

460 480 500 520

Absorbance

560 580 600 620 640

0.015

0 mg dm -3

50 mg dm -3

540 Wavelength (nm)

2 mN m-1

0

1000000

250 mg dm-32000000

560 580

595 nm

620 640 660 680 700 720 740

500000

0 mg dm-3

585 nm

600 Wavelength (nm)

1500000

2 mN m-1

0

1000000

250 mg dm-32000000

560 580

595 nm

620 640 660 680 700 720 740

500000

0 mg dm-3

585 nm

600 Wavelength (nm)

1500000

2 mN m-1

30

3800

Wavenumber (cm )-1

3500 3400 3300 3200 3100

250 mg dm-3

3600

0.002 au

25 mg dm-3

45 mg dm-3

50 mg dm-3

10 mg dm-3

3700

water in the film

31

32

1. Unieke eigenschappen: plaatvormingionenuitwisseling

2. Kleimineralen zijn prachtige, natuurlijke mineralenwaterafstotend of wateraantrekkend

3. Zeer brede waaier van toepassingen4. Nanofilmen: niet lineaire, optische eigenschappen

magnetische eigenschappensensoren

5. Toekomst is veel belovend

BESLUITEN

33