Plastik og metal-organiske rammer samarbejder med sansning og opbevaring

Et ægteskab mellem 3D-printerplast og et alsidigt materiale til påvisning og opbevaring af gasser kan føre til billige sensorer og brændselscellebatterier, foreslår ny forskning fra National Institute of Standards and Technology (NIST).

Materialet kaldes en metal-organisk ramme, eller MOF - måske ikke et så kendt stof som plast, men en, der kan vise sig at være stort set nyttig. De er lette at lave, koster lidt, og nogle af dem er gode til at vælge en bestemt gas fra luften.

Set på et mikroskopisk niveau, MOF'er ligner bygninger under opførelse - tænk på stålbjælker med plads mellem dem. Et særligt MOF -talent er at lade væsker strømme gennem deres rum, mens deres dragere tiltrækker en bestemt del af væsken og holde fast i den, mens resten af ​​væsken strømmer forbi. MOF'er er allerede lovende kandidater til raffinering af olie og andre kulbrinter.

MOF'er har fanget opmærksomheden fra et team af forskere fra NIST og American University, fordi de også kan være gode som grundlag for billig sensing -teknologi. For eksempel, visse MOF'er er gode til at filtrere methan eller kuldioxid ud, som begge er drivhusgasser. Det store problem er, at nyfremstillede MOF'er er små partikler, der i bulk har konsistens af støv. Og det er svært at bygge en brugbar sensor af et materiale, der glider gennem dine fingre.

For at løse dette problem, holdet besluttede at prøve at blande MOF'er i plasten, der bruges i 3D-printere. Ikke alene ville printeren støbe plasten til enhver form, som teamet ønskede, men selve plasten er gennemtrængelig nok til at gasser kan passere lige igennem den, hvor MOF'erne kunne fange de specifikke gasmolekyler, teamet ønsker at opdage. Spørgsmålet var, ville MOF'erne fungere i blandingen?

Teamets nye forskningsartikel viser, at ideen ikke kun lover for sansning, men også for andre applikationer. Det viser, at MOF'erne og plasten kommer godt overens; for eksempel, MOF'erne lægger sig ikke til bunden af ​​plasten, når den smelter, men forbliv jævnt fordelt i blandingen. Holdet fortsatte derefter med at blande en bestemt MOF, der er god til at indfange hydrogengas og gennemførte test for at se, hvor godt den størknede blanding kunne lagre brint.

"Bilindustrien leder stadig efter en billig, let måde at opbevare brændstof i brintdrevne biler, "sagde NIST -sensorforsker Zeeshan Ahmed." Vi håber, at MOF'er i plastik kan danne grundlag for brændstoftanken. "

Papiret viser også, at når det udsættes for hydrogengas, den faste blanding tilbageholder mere end 50 gange mere brint end plast alene, angiver, at MOF'erne stadig fungerer effektivt, mens de er inde i plasten. Det er lovende resultater, men endnu ikke god nok til en brændselscelle.

Ahmed sagde, at hans teammedlemmer er optimistiske, at ideen kan forbedres nok til at være praktisk. De har allerede bygget på deres første forskning på et sekund, kommende papir, som undersøger, hvor godt to andre MOF'er kan absorbere nitrogengas samt brint, og viser også, hvordan man gør MOF-plastblandingerne immune over for de nedbrydende virkninger af fugtighed. Teamet forfølger nu samarbejde med andre NIST-forskergrupper for at udvikle MOF-baserede sensorer.

"Målet er at finde en opbevaringsmetode, der kan rumme 4,5 vægtprocent brint, og vi har lidt mindre end en procent nu, "sagde han." Men set fra et materialeperspektiv, vi behøver ikke at gøre den dramatiske forbedring for at nå målet. Så vi ser glasset - eller plasten - som allerede halvt fyldt. "