Bygger næste generations smarte materialer med lydens kraft

Forskere har brugt lydbølger til præcist at manipulere atomer og molekyler, fremskynde bæredygtig produktion af banebrydende smarte materialer.

Metal-organiske rammer, eller MOF'er, er utroligt alsidige og superporøse nanomaterialer, der kan bruges til at opbevare, adskille, frigive eller beskytte næsten alt.

Forventes at være det afgørende materiale i det 21. århundrede, MOF'er er ideelle til at registrere og fange stoffer i små koncentrationer, at rense vand eller luft, og kan også indeholde store mængder energi, til fremstilling af bedre batterier og energilagringsenheder.

Forskere har designet mere end 88, 000 præcist tilpassede MOF'er-med applikationer lige fra landbrug til lægemidler-men den traditionelle proces til oprettelse af dem er miljømæssigt uholdbar og kan tage flere timer eller endda dage.

Nu er forskere fra RMIT University i Melbourne, Australien, har vist en ren, grøn teknik, der kan producere en tilpasset MOF på få minutter.

Dr. Heba Ahmed, hovedforfatter til undersøgelsen offentliggjort i Naturkommunikation , sagde den effektive og skalerbare metode udnyttet præcisionskraften i højfrekvente lydbølger.

"MOF'er har et ubegrænset potentiale, men vi har brug for renere og hurtigere synteseteknikker for at drage fuld fordel af alle deres mulige fordele, "Ahmed, en postdoktor i RMIT's Micro/Nanophysics Research Laboratory, sagde.

"Vores akustisk drevne tilgang undgår miljøskader ved traditionelle metoder og producerer klar til brug MOF'er hurtigt og bæredygtigt.

"Teknikken eliminerer ikke kun et af de mest tidskrævende trin i fremstillingen af ​​MOF'er, det efterlader ingen spor og kan let skaleres op til effektiv masseproduktion. "

Lydenhed:hvordan man laver en MOF

Metal-organiske rammer er krystallinske pulvere fulde af små, huller i molekylær størrelse.

De har en unik struktur - metaller forbundet med hinanden af ​​organiske linkere - og er så porøse, at hvis du tog et gram MOF og spredte dets indre overflade, du ville dække et område større end en fodboldbane.

Nogle har forudsagt, at MOF'er kan være lige så vigtige for det 21. århundrede, som plast var for det 20..

Under standardproduktionsprocessen, opløsningsmidler og andre forurenende stoffer bliver fanget i MOF's huller.

For at skylle dem ud, forskere bruger en kombination af vakuum og høje temperaturer eller skadelige kemiske opløsningsmidler i en proces kaldet "aktivering".

I deres nye teknik, RMIT-forskere brugte en mikrochip til at producere højfrekvente lydbølger.

Medforfatter og akustisk ekspert Dr. Amgad Rezk sagde, at disse lydbølger, som ikke er hørbare for mennesker, kan bruges til præcisionsmikro- og nanoproduktion.

"På nanoskala, lydbølger er kraftfulde værktøjer til omhyggelig orden og manøvrering af atomer og molekyler, "Sagde Rezk.

"Ingredienserne" i en MOF - en metalforløber og et bindende organisk molekyle - blev udsat for lydbølgerne produceret af mikrochippen.

Brug af lydbølgerne til at arrangere og forbinde disse elementer sammen, forskerne var i stand til at skabe et stærkt ordnet og porøst netværk, samtidig med at MOF'en "aktiveres" ved at skubbe opløsningsmidlerne ud af hullerne.

Lederundersøger, Kære professor Leslie Yeo, sagde, at den nye metode producerer MOF'er med tomme huller og et højt overfladeareal, eliminerer behovet for post-syntese "aktivering".

"Eksisterende teknikker tager normalt lang tid fra syntese til aktivering, men vores tilgang producerer ikke kun MOF'er inden for få minutter, de er allerede aktiveret og klar til direkte anvendelse, "sagde Yeo, professor i kemiteknik og direktør for Micro/Nanophysics Research Laboratory ved RMIT.

Forskerne har med succes testet tilgangen på kobber- og jernbaserede MOF'er, med teknikken i stand til at udvides til andre MOF'er og skaleres ud for effektiv grøn produktion af disse smarte materialer.