Een huwelijk tussen 3D-printerplastic en een veelzijdig materiaal voor het detecteren en opslaan van gassen zou kunnen leiden tot goedkope sensoren en brandstofcelbatterijen. suggereert nieuw onderzoek van het National Institute of Standards and Technology (NIST).

Het materiaal wordt een metaal-organisch raamwerk genoemd, of MOF - misschien niet zo'n bekende stof als plastic, maar een die in het algemeen net zo nuttig kan blijken te zijn. Ze zijn gemakkelijk te maken, kost weinig, en sommigen van hen zijn goed in het oppikken van een bepaald gas uit de lucht.

Op microscopisch niveau gezien, MOF's zien eruit als gebouwen in aanbouw - denk aan stalen liggers met ruimte ertussen. Een bijzonder MOF-talent is om vloeistoffen door hun ruimtes te laten stromen terwijl hun liggers een specifiek deel van de vloeistof aantrekken en vasthouden terwijl de rest van de vloeistof voorbij stroomt. MOF's zijn al veelbelovende kandidaten voor de raffinage van aardolie en andere koolwaterstoffen.

MOF's hebben de aandacht getrokken van een team van wetenschappers van NIST en American University omdat ze ook goed kunnen zijn als basis voor goedkope detectietechnologie. Bijvoorbeeld, bepaalde MOF's zijn goed in het uitfilteren van methaan of koolstofdioxide, beide zijn broeikasgassen. Het grote probleem is dat nieuw gemaakte MOF's kleine deeltjes zijn die in bulk de consistentie van stof hebben. En het is moeilijk om een ​​bruikbare sensor te bouwen van een materiaal dat door je vingers glipt.

Om dit probleem aan te pakken, het team besloot MOF's te mengen met het plastic dat in 3D-printers wordt gebruikt. Niet alleen zou de printer het plastic in elke gewenste vorm gieten, maar het plastic zelf is permeabel genoeg om gassen er dwars doorheen te laten gaan, waar de MOF's de specifieke gasmoleculen kunnen vasthouden die het team wil detecteren. De vraag was, zouden de MOF's in de mix werken?

Het nieuwe onderzoeksrapport van het team laat zien dat het idee veelbelovend is, niet alleen voor detectie, maar ook voor andere toepassingen. Het laat zien dat de MOF's en het plastic goed met elkaar overweg kunnen; bijvoorbeeld, de MOF's zakken niet naar de bodem van het plastic als het gesmolten is, maar blijf gelijkmatig verdeeld in het mengsel. Het team ging vervolgens verder met het mengen van een specifieke MOF die goed is in het opvangen van waterstofgas en voerde tests uit om te zien hoe goed het gestolde mengsel waterstof kon opslaan.

"De auto-industrie is nog steeds op zoek naar een goedkope, lichtgewicht manier om brandstof op te slaan in waterstofauto's, "Zei NIST-sensorwetenschapper Zeeshan Ahmed. "We hopen dat MOF's in plastic de basis van de brandstoftank kunnen vormen."

Het artikel laat ook zien dat bij blootstelling aan waterstofgas, de vaste mix houdt meer dan 50 keer meer waterstof vast dan alleen plastic, wat aangeeft dat de MOF's nog steeds effectief werken terwijl ze in het plastic zitten. Dit zijn veelbelovende resultaten, maar nog niet goed genoeg voor een brandstofcel.

Ahmed zei dat zijn teamleden optimistisch zijn dat het idee voldoende kan worden verbeterd om praktisch te zijn. Ze hebben in een oogwenk voortgebouwd op hun eerste onderzoek, komende krant, waarin wordt onderzocht hoe goed twee andere MOF's zowel stikstofgas als waterstof kunnen absorberen, en laat ook zien hoe de MOF-kunststofmengsels immuun kunnen worden gemaakt voor de verslechterende effecten van vochtigheid. Het team streeft nu naar samenwerkingen met andere NIST-onderzoeksgroepen om MOF-gebaseerde sensoren te ontwikkelen.

"Het doel is om een ​​opslagmethode te vinden die 4,5 gewichtsprocent waterstof kan bevatten, en we hebben nu iets minder dan één procent, " zei hij. "Maar vanuit een materiaalperspectief, we hoeven niet zo'n dramatische verbetering door te voeren om het doel te bereiken. Dus we zien het glas - of het plastic - al als halfvol."