I ricercatori hanno usato le onde sonore per manipolare con precisione atomi e molecole, accelerare la produzione sostenibile di materiali intelligenti innovativi.

Strutture metallo-organiche, o MOF, sono nanomateriali incredibilmente versatili e super porosi che possono essere utilizzati per conservare, separato, rilasciare o proteggere quasi tutto.

Previsto per essere il materiale determinante del 21° secolo, I MOF sono ideali per rilevare e intrappolare sostanze a concentrazioni minime, per purificare l'acqua o l'aria, e può contenere anche grandi quantità di energia, per realizzare batterie e dispositivi di accumulo di energia migliori.

Gli scienziati hanno progettato più di 88, 000 MOF personalizzati con precisione, con applicazioni che vanno dall'agricoltura ai prodotti farmaceutici, ma il processo tradizionale per crearli è insostenibile dal punto di vista ambientale e può richiedere diverse ore o addirittura giorni.

Ora i ricercatori della RMIT University di Melbourne, Australia, hanno dimostrato un pulito, tecnica green in grado di produrre un MOF personalizzato in pochi minuti.

Dottoressa Heba Ahmed, autore principale dello studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura , ha affermato che il metodo efficiente e scalabile ha sfruttato la potenza di precisione delle onde sonore ad alta frequenza.

"I MOF hanno un potenziale illimitato, ma abbiamo bisogno di tecniche di sintesi più pulite e più veloci per sfruttare appieno tutti i loro possibili benefici, "Ahmed, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di ricerca micro/nanofisica di RMIT, disse.

"Il nostro approccio basato sull'acustica evita i danni ambientali dei metodi tradizionali e produce MOF pronti all'uso in modo rapido e sostenibile.

"La tecnica non solo elimina uno dei passaggi più dispendiosi in termini di tempo nella realizzazione di MOF, non lascia tracce e può essere facilmente ampliato per una produzione di massa efficiente."

Dispositivo audio:come realizzare un MOF

Le strutture metallo-organiche sono polveri cristalline piene di minuscoli, fori di dimensioni molecolari.

Hanno una struttura unica, metalli uniti tra loro da leganti organici, e sono così porosi che se si prende un grammo di MOF e si allarga la sua superficie interna, copriresti un'area più grande di un campo da calcio.

Alcuni hanno previsto che i MOF potrebbero essere importanti per il 21° secolo quanto la plastica lo era per il 20°.

Durante il processo di produzione standard, solventi e altri contaminanti rimangono intrappolati nei fori del MOF.

Per stanarli, gli scienziati usano una combinazione di vuoto e alte temperature o solventi chimici dannosi in un processo chiamato "attivazione".

Nella loro nuova tecnica, I ricercatori di RMIT hanno utilizzato un microchip per produrre onde sonore ad alta frequenza.

Il coautore ed esperto di acustica Dr. Amgad Rezk ha affermato che queste onde sonore, che non sono udibili dall'uomo, può essere utilizzato per micro e nano-produzione di precisione.

"Su scala nanometrica, le onde sonore sono potenti strumenti per l'ordinamento meticoloso e la manovra di atomi e molecole, " ha detto Rezk.

Gli "ingredienti" di un MOF, un precursore metallico e una molecola organica legante, sono stati esposti alle onde sonore prodotte dal microchip.

Usando le onde sonore per organizzare e collegare questi elementi insieme, i ricercatori sono stati in grado di creare una rete altamente ordinata e porosa, mentre contemporaneamente "attiva" il MOF spingendo fuori i solventi dai fori.

Investigatore capo, Illustre professoressa Leslie Yeo, detto che il nuovo metodo produce MOF con fori vuoti e una superficie elevata, eliminando la necessità di "attivazione" post-sintesi.

"Le tecniche esistenti di solito richiedono molto tempo dalla sintesi all'attivazione, ma il nostro approccio non solo produce MOF in pochi minuti, sono già attivati ​​e pronti per l'applicazione diretta, " disse Yeo, Professore di Ingegneria Chimica e Direttore del Laboratorio di Ricerca Micro/Nanofisica presso RMIT.

I ricercatori hanno testato con successo l'approccio su MOF a base di rame e ferro, con la tecnica in grado di essere estesa ad altri MOF e scalata per una produzione ecologica efficiente di questi materiali intelligenti.