Clay nanolayers for encapsulation of drops or nanoparticles

Prosjektet utforsker det enestående potensialet til naturlige leirmineraler som bærekraftige byggesteiner for avanserte materialer. Hovedideen er å bruke mikro- og nanolag av leire til å skape trygge og miljøvennlige kapsler som kan omslutte, interkalere og transportere nanopartikler eller molekyler på en kontrollert måte. Slike leirebaserte kapslingssystemer kan fungere som grønne alternativer for lagring, stabilisering og levering av funksjonelle materialer innen alt fra energi og miljø til helse og fotonikk. Leire er unike blant naturmaterialer: de kombinerer todimensjonale nanostrukturer med høy ionebyttingskapasitet, sterk sorpsjonsevne, justerbar overflatekjemi og svært store overflater. Dette gjør dem til nære «søsken» av grafenoksid, men med en viktig fordel – leirmineraler er rikelig tilgjengelige, ikke-giftige og stabile over geologiske tidsskalaer. Denne kombinasjonen av sikkerhet, bærekraft og allsidighet gir et stort, uforløst potensial for fremtidige teknologier. Prosjektet er organisert i fem arbeidspakker: WP1: Karakterisering og bruk av leir-nanolag WP2: Innkapsling med leir-nanolag WP3: Interkalasjon i lagdelte leirstabler WP4: Medvirkning og ansvarlig forskning og innovasjon (RRI) WP5: Prosjektledelse Konsortiet har ledende partnere fra Universitetet i Bayreuth (Tyskland), Universitetet i São Paulo (Brasil), Universitetet i København (Danmark), ISIS (Storbritannia), Chalmers Tekniska Högskola (Sverige) og ESPCI-ParisTech (Frankrike). En industriell rådgivningsgruppe sikrer relevans for materialteknologi og næringsliv. Nye vitenskapelige og samfunnsmessige resultater Prosjektet har nylig levert høyprofilerte resultater som har fått bred internasjonal oppmerksomhet. I 2025 publiserte vi en banebrytende studie i npj 2D Materials and Applications (Nature Portfolio) om leirebaserte antiferromagnetiske halvledere for kvanteteknologi (https://www.nature.com/articles/s41699-025-00561-5 ). Artikkelen fikk omfattende mediedekning og ble omtalt i blant annet Gemini – Norsk SciTech News, Teknisk Ukeblad, ESRF News, IOM3, Phys.org, Quantum Zeitgeist, Interesting Engineering og flere andre internasjonale medier. Oppmerksomheten viser den brede samfunnsrelevansen og den nysgjerrighetsdrevne appellen ved leirforskning. En komplementær publikasjon i European Physical Journal Special Topics (https://link.springer.com/article/10.1140/epjs/s11734-024-01381-2) har gitt ny innsikt i leir-nanolag som multifunksjonelle materialer med skreddersydde egenskaper, og styrket den vitenskapelige basisen for fremtidige anvendelser. I tillegg til publikasjoner har prosjektet bidratt aktivt til kompetansebygging og nettverk. Vi var medarrangør av Geilo Winter PhD School (2025), som samlet yngre forskere og eksperter fra Norge og internasjonalt. Videre var vi medarrangør av en internasjonal workshop og ledet tre symposier under den internasjonale leirkonferansen (AIPEA 2025). Dermed er norsk leirforskning tydelig plassert i front av det globale forskningsfeltet. Leirmineraler representerer en trygg og grønn vei mot avansert nanoteknologi. Deres evne til å kapsle inn, omslutte og interkalere molekyler åpner for: Bærekraftige nanomaterialer til energi- og miljøteknologi (f.eks. gassfangst, vannrensing) Trygge bærere av aktive molekyler i helse og landbruk Funksjonelle belegg og pigmenter som ikke-giftige alternativer i kosmetikk, emballasje og tekstiler Fotoniske og kvanteteknologiske enheter hvor naturlige leirlag gir robuste og justerbare byggesteiner Ved å kombinere grunnleggende fysikk, materialvitenskap og ansvarlig innovasjon legger prosjektet grunnlaget for bærekraftige teknologier som kobler naturressurser til samfunnsnyttige anvendelser. De sterke internasjonale partnerskapene, de profilerte publikasjonene, den brede medieoppmerksomheten og de aktive opplæringsaktivitetene viser at norsk leirforskning får stadig større vitenskapelig synlighet og samfunnsmessig betydning.

The proposed project will develop and fabricate clay micro-/nano-capsules for non-toxic transport and controlled delivery of nanoparticles or molecules (such as bioactive agents) in droplets. Advantages of clay particles for many applications are due to their easy modification and nano-scale functionalization. Clays are unique in combining pronounced 2D shape anisotropy, high ionic exchange, molecular sorption capacity and huge effective surface areas with a “patchy” functionality at the nano-scale. Clay minerals are natural, they are proven stable during geological timescales, they are “green” and non-toxic and in terms of morphology they are the natural sibling of graphene oxide. This extraordinary property profile of clays bears a large unexploited potential in materials technology, so the research in this project might have a short way to real-life applications. The project has 5 Work Pakckages: WP1 Characterization of clay nanolayers; WP2 Wrapping with clay nanolayers; WP3 Intercalation in nanolayered clay stacks; WP4 Dissemination and RRI; WP5 Project management. The project partners and R&D suppliers are from NTNU-physics and University of Oslo - Chemistry. International project participants are from Univ. Bayreuth-Germany, Univ. Sao Paulo-Brazil, Univ. Copenhagen-Denmark, ISIS-UK, Chalmers Univ. Tech. - Sweden, ESPCI-ParisTech-France. In the advisory group there are participants from relevant industry and materials science.