Såning af næste generation af smarte materialer

(PhysOrg.com) - Forskere ved CSIRO har udviklet en enkel, men effektiv teknik til at dyrke og tilføre værdi til en spændende ny gruppe af smarte materialer, der kan bruges inden for områder som optisk sensing og opbevaring og levering af lægemidler.

Arbejde med et team af internationale samarbejdspartnere, Dr. Paolo Falcaro og Dr. Dario Buso fra CSIROs Future Manufacturing Flagship har udviklet en revolutionerende måde at kontrollere væksten på, og give yderligere funktionalitet, til en familie af smarte materialer kendt som metal-organiske rammer, eller MOF'er.

MOF'er består af velordnede ultra-porøse krystaller, der danner multidimensionelle strukturer med enorme overfladearealer. Et gram af materialet kan have overfladearealet på mere end tre fodboldbaner.

Deres rummelige porer giver MOF'er potentiale til at blive brugt som 'svampe' til lagring af gasser som brint, kuldioxid eller naturgas. De kan også bruges som sigter i nanostørrelse til at rense gasser eller væsker, til katalyse, eller til målrettet transport af stoffer i kroppen.

Et papir om forskningen er blevet offentliggjort i den seneste udgave af det videnskabelige tidsskrift, Naturkommunikation .

Ifølge Dr. Buso, selvom MOF'er har mange potentielle praktiske anvendelser, de er svære at kontrollere og langsomme til at vokse.

"For at løse disse problemer, vi har udviklet en ny teknik kendt som seeding, som giver brugeren fuld kontrol over hvor og hvordan MOF-krystallerne vokser. Derudover fremskynder såningsteknikken vækstprocessen betydeligt.

"Vi har opdaget, at MOF-krystallerne vokser på en fuldstændig ordnet og forudsigelig måde, når vi først introducerer keramiske sfæriske mikropartikler - kendt som frø - i MOF-opløsningen. Faktisk 'fikserer' frøene MOF-krystallerne til overfladen. Så ved at kontrollere placeringen af ​​frøene kan vi kontrollere, hvordan og hvor MOF'erne vokser-selv på komplekse tredimensionelle overflader.

"Ikke kun det, men tilføjelsen af ​​frøene gør det muligt for MOF-krystallerne at danne sig tre gange hurtigere end på den konventionelle måde, ” sagde Dr. Bruso.

Dr. Falcaro sagde, at frøene ikke kun tillader hans kolleger at kontrollere væksten af ​​MOF-krystallerne, de tillader dem også at bygge yderligere funktionalitet lige inde i MOF-strukturerne.

"For fuldt ud at udnytte fleksibiliteten ved MOF'er ønskede vi at se, om vi kunne give materialet yderligere egenskaber ved hjælp af vores nye teknik, ” sagde Dr. Falcaro. ”Vi var begejstrede over at opdage, at det var relativt ligetil at integrere aktive nanopartikler i frøet og derefter integrere frøet inde i MOF.

“F.eks. vi har fundet ud af, at vi kan tilføje nanopartikler til frøet, der gør MOF magnetisk, selvlysende, katalytisk, fotokromisk – alt sammen uden at gå på kompromis med kvaliteten af ​​MOF-strukturen. Faktisk har vi udviklet en ny klasse af adaptive MOF-kompositter, der består af en funktionel kerne omgivet af en ultra-porøs ramme. ”