Onderzoekers hebben geluidsgolven gebruikt om atomen en moleculen nauwkeurig te manipuleren, het versnellen van de duurzame productie van baanbrekende slimme materialen.

Metaal-organische kaders, of MOF's, zijn ongelooflijk veelzijdige en superporeuze nanomaterialen die kunnen worden gebruikt om op te slaan, verschillend, bijna alles vrijgeven of beschermen.

Voorspeld als het bepalende materiaal van de 21e eeuw, MOF's zijn ideaal voor het detecteren en vangen van stoffen in minieme concentraties, om water of lucht te zuiveren, en kan ook grote hoeveelheden energie bevatten, voor het maken van betere batterijen en energieopslagapparaten.

Wetenschappers hebben meer dan 88 ontworpen, 000 precies op maat gemaakte MOF's - met toepassingen variërend van landbouw tot farmaceutica - maar het traditionele proces om ze te maken is ecologisch onhoudbaar en kan enkele uren of zelfs dagen duren.

Nu onderzoekers van de RMIT University in Melbourne, Australië, hebben een schone, groene techniek die binnen enkele minuten een MOF op maat kan produceren.

Dr. Heba Ahmed, hoofdauteur van de studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , zei dat de efficiënte en schaalbare methode gebruik maakte van de precisiekracht van hoogfrequente geluidsgolven.

"MOF's hebben een grenzeloos potentieel, maar we hebben schonere en snellere synthesetechnieken nodig om ten volle te profiteren van al hun mogelijke voordelen, "Ahmed, een postdoctoraal onderzoeker in het Micro/Nanophysics Research Laboratory van RMIT, zei.

"Onze akoestisch gedreven aanpak vermijdt de milieuschade van traditionele methoden en produceert snel en duurzaam kant-en-klare MOF's.

"De techniek elimineert niet alleen een van de meest tijdrovende stappen bij het maken van MOF's, het laat geen sporen na en kan eenvoudig worden opgeschaald voor efficiënte massaproductie."

Geluidsapparaat:hoe maak je een MOF

Metaal-organische raamwerken zijn kristallijne poeders vol kleine, moleculaire gaten.

Ze hebben een unieke structuur - metalen met elkaar verbonden door organische linkers - en zijn zo poreus dat als je een gram MOF neemt en het interne oppervlak spreidt, je zou een gebied bestrijken dat groter is dan een voetbalveld.

Sommigen hebben voorspeld dat MOF's net zo belangrijk kunnen zijn voor de 21e eeuw als kunststoffen voor de 20e.

Tijdens het standaard productieproces, oplosmiddelen en andere verontreinigingen komen vast te zitten in de gaten van de MOF.

Om ze uit te spoelen, wetenschappers gebruiken een combinatie van vacuüm en hoge temperaturen of schadelijke chemische oplosmiddelen in een proces dat "activering" wordt genoemd.

In hun nieuwe techniek, RMIT-onderzoekers gebruikten een microchip om hoogfrequente geluidsgolven te produceren.

Co-auteur en akoestisch expert Dr. Amgad Rezk zei dat deze geluidsgolven, die voor mensen niet hoorbaar zijn, kan worden gebruikt voor nauwkeurige micro- en nanoproductie.

"Op nanoschaal geluidsgolven zijn krachtige hulpmiddelen voor het nauwgezet ordenen en manoeuvreren van atomen en moleculen, ' zei Rezk.

De "ingrediënten" van een MOF - een metaalvoorloper en een bindend organisch molecuul - werden blootgesteld aan de geluidsgolven die door de microchip werden geproduceerd.

Met behulp van de geluidsgolven om deze elementen te rangschikken en aan elkaar te koppelen, konden de onderzoekers een zeer geordend en poreus netwerk creëren, terwijl tegelijkertijd de MOF wordt "geactiveerd" door de oplosmiddelen uit de gaten te duwen.

Hoofdonderzoeker, Voorname professor Leslie Yeo, zei dat de nieuwe methode MOF's produceert met lege gaten en een groot oppervlak, het elimineren van de noodzaak van post-synthese "activering".

"Bestaande technieken vergen meestal veel tijd van synthese tot activering, maar onze aanpak produceert niet alleen MOF's binnen een paar minuten, ze zijn al geactiveerd en klaar voor directe toepassing, " zei Yo, een professor in Chemical Engineering en directeur van het Micro/Nanophysics Research Laboratory van RMIT.

De onderzoekers hebben de aanpak met succes getest op koper- en ijzergebaseerde MOF's, waarbij de techniek kan worden uitgebreid naar andere MOF's en kan worden opgeschaald voor een efficiënte groene productie van deze slimme materialen.