Caratterizzazione macroscopica volumetrica e microscopica dei campioni prima e dopo il rigonfiamento. I microcristalli principali H0.8[Ti1.2Fe0.8]O4 H2O presentano piastrine con dimensioni laterali di ~15 micrometri × 35 micrometri e uno spessore di ~2-3 micrometri. La spaziatura tra gli strati è 0,89 nm; così, le piastrine sono composte da ~3000 strati regolarmente impilati. Con l'aggiunta di soluzioni amminiche, i campioni “sgonfiavano” spontaneamente, e il volume macroscopico dei cristalli rigonfiati cambia con varie soluzioni di DMAE, che mostra l'aumento di volume massimo a DMAE/H+ =0,5. Le caratterizzazioni al microscopio ottico rivelano strutture lamellari estese. La lunghezza di rigonfiamento più lunga è di ~200-250 micrometri in DMAE/H+ =0,5. Ad alte concentrazioni, il gonfiore è un po' soppresso, con lunghezza rigonfia di ~100 micrometri a DMAE/H+ =10.
La prima osservazione di un massiccio rigonfiamento e restringimento di materiali stratificati inorganici come una cellula biologica fornisce informazioni sulla produzione di cristalli bidimensionali.
I cristalli bidimensionali (2D) hanno proprietà uniche che possono essere utili per una vasta gamma di applicazioni. Di conseguenza c'è un grande interesse per il meccanismo per produrre cristalli 2D esfoliando materiali con strutture a strati. Ora i ricercatori in Giappone hanno segnalato un fenomeno insolito secondo cui i materiali stratificati subiscono un drastico rigonfiamento senza rompersi in strati di cristalli 2D separati. "I risultati dimostrano importanti implicazioni e approfondimenti chimici nel processo di esfoliazione, "dicono i ricercatori.
Alcuni ioni o solventi possono infiltrarsi nei materiali con strutture a strati. Questa "intercalazione" a volte provoca un eccessivo gonfiore e infine l'esfoliazione in strati separati. Il processo di esfoliazione è stato studiato in una serie di materiali tra cui grafite, ossidi, e idrossidi tra gli altri. In tutti questi materiali, l'esfoliazione in strati separati avviene dopo un rigonfiamento inferiore a diversi nanometri, che solleva difficoltà nell'analisi della fase di rigonfiamento, e quindi il meccanismo di esfoliazione nel suo complesso.
Ora Takayoshi Sasaki e i colleghi dell'International Center for Materials Nanoarchitectonics del National Institute for Materials Science e del Fukuoka Institute of Technology in Giappone hanno realizzato un rigonfiamento fino a 100 volte di ossidi protonici stratificati, altrimenti noti come acidi solidi, senza esfoliazione, per esposizione a una soluzione acquosa di ammina. L'aggiunta di HCl li ha ridotti alla loro dimensione originale. In particolare, n il processo più di 3000 fogli atomici, che comprendono il cristallo di partenza, separare e rimontare istantaneamente come carte da poker mescolate
A differenza del gonfiore o dell'esfoliazione precedentemente riportati, che si gonfiano molto meno prima dell'esfoliazione, le strutture rigonfie prodotte dall'esposizione alla soluzione amminica sono rimaste stabili anche se agitate. I ricercatori spiegano la stabilità utilizzando calcoli di dinamica molecolare. "A differenza dell'H2O casuale nelle fasi gonfie precedentemente riportate che potrebbero essere facilmente esfoliate, la strutturazione a lungo raggio delle molecole di H2O nella struttura altamente rigonfia è stata confermata utilizzando i calcoli del primo principio." Le osservazioni forniscono anche importanti spunti sulla fisica di questi sistemi.
