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Janus‐Type Hybrid Paper Membranes

Nau, Maximilian ; Herzog, Nicole ; Schmidt, Johannes ; Meckel, Tobias ; Andrieu‐Brunsen, Annette ; Biesalski, Markus (2022)
Janus‐Type Hybrid Paper Membranes.
In: Advanced Materials Interfaces, 6 (18)
doi: 10.26083/tuprints-00021739
Artikel, Zweitveröffentlichung, Postprint

Kurzbeschreibung (Abstract)

Functional paper-based materials and devices have been increasingly attractive to scientists in the recent past. In particular, the possibility to functionalize the surface of paper fibers with tailor-made coatings has broadened a possible scope of emerging application considerably. This work introduces novel functional paper membranes with adjustable gradient and Janus-type wettability based on gradient and Janus-type silica coating distribution along the paper cross-section. Correlation of CLSM (distribution), thermogravimetric analysis (silica amount), and Kr-BET (surface area; BET: Brunauer–Emmett–Teller) reveals an extremely low coating thickness, in the range of just a few nanometers, being sufficient to fully inverse paper wettability from hydrophilic to very hydrophobic excluding water. This asymmetric wettability, originating from an asymmetric silica distribution along the paper cross-section, is established by synchronizing silane hydrolysis and condensation reaction rates with silane transport rates in paper within a simple and scalable one-step drying process after having immersed a paper sheet into a tetraethoxysilane-containing precursor solution. As silica by itself, like paper, is a hydrophilic material, the observed hydrophobicity is related to a reduction in cellulose fiber nanoscale porosity controlling water imbibition. While being relevant in manifold applications, these ultrathin, Janus-type hybrid paper membranes are demonstrated to show directed gating and selective oil–water separation.

Typ des Eintrags: Artikel
Erschienen: 2022
Autor(en): Nau, Maximilian ; Herzog, Nicole ; Schmidt, Johannes ; Meckel, Tobias ; Andrieu‐Brunsen, Annette ; Biesalski, Markus
Art des Eintrags: Zweitveröffentlichung
Titel: Janus‐Type Hybrid Paper Membranes
Sprache: Englisch
Publikationsjahr: 2022
Ort: Darmstadt
Verlag: John Wiley & Sons
Titel der Zeitschrift, Zeitung oder Schriftenreihe: Advanced Materials Interfaces
Jahrgang/Volume einer Zeitschrift: 6
(Heft-)Nummer: 18
Kollation: 23 Seiten
DOI: 10.26083/tuprints-00021739
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/21739
Zugehörige Links:
Herkunft: Zweitveröffentlichungsservice
Kurzbeschreibung (Abstract):

Functional paper-based materials and devices have been increasingly attractive to scientists in the recent past. In particular, the possibility to functionalize the surface of paper fibers with tailor-made coatings has broadened a possible scope of emerging application considerably. This work introduces novel functional paper membranes with adjustable gradient and Janus-type wettability based on gradient and Janus-type silica coating distribution along the paper cross-section. Correlation of CLSM (distribution), thermogravimetric analysis (silica amount), and Kr-BET (surface area; BET: Brunauer–Emmett–Teller) reveals an extremely low coating thickness, in the range of just a few nanometers, being sufficient to fully inverse paper wettability from hydrophilic to very hydrophobic excluding water. This asymmetric wettability, originating from an asymmetric silica distribution along the paper cross-section, is established by synchronizing silane hydrolysis and condensation reaction rates with silane transport rates in paper within a simple and scalable one-step drying process after having immersed a paper sheet into a tetraethoxysilane-containing precursor solution. As silica by itself, like paper, is a hydrophilic material, the observed hydrophobicity is related to a reduction in cellulose fiber nanoscale porosity controlling water imbibition. While being relevant in manifold applications, these ultrathin, Janus-type hybrid paper membranes are demonstrated to show directed gating and selective oil–water separation.

Freie Schlagworte: Janus membranes, hybrid materials, asymmetric material distribution, ultrathin coating, functional paper
Status: Postprint
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-217392
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 10 Fachbereich Biologie
10 Fachbereich Biologie > Membrane Dynamics
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio)
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich A: Generische Experimente
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich A: Generische Experimente > A05: Benetzung und Transport auf quellbaren, oberflächen-immobilisierten Polymerbürsten und Polymernetzwerken
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich C: Neue und verbesserte Anwendungen
DFG-Sonderforschungsbereiche (inkl. Transregio) > Sonderforschungsbereiche > SFB 1194: Wechselseitige Beeinflussung von Transport- und Benetzungsvorgängen > Projektbereich C: Neue und verbesserte Anwendungen > C04: Dynamische Benetzungssteuerung und der Einfluss auf ionischen Stofftransport in mesoporöse Filme
07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut > Fachgebiet Makromolekulare Chemie
Hinterlegungsdatum: 21 Jul 2022 13:09
Letzte Änderung: 22 Jul 2022 06:06
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