Un semplice processo chimico sviluppato alla Rice University crea aerogel leggeri e altamente assorbenti che possono sopportare un duro colpo.

Quadri organici covalenti (COF), strutture cristalline con forti legami molecolari, può formare un aerogel poroso da utilizzare come membrana personalizzata in batterie o altri dispositivi o come assorbente per rimuovere gli inquinanti dall'ambiente.

I COF convenzionali sono solitamente polveri. Ingegnere chimico e biomolecolare Rafael Verduzco, gli autori principali e gli studenti laureati della Rice Dongyang Zhu e Yifan Zhu e i loro colleghi della Brown School of Engineering di Rice hanno scoperto un modo per sintetizzare aerogel COF che possono essere realizzati in qualsiasi forma e di qualsiasi dimensione, limitato solo dalla camera di reazione.

Il processo riportato nell'American Chemical Society's Chimica dei materiali impiega monomeri COF, un solvente e un catalizzatore. Quando mescolato e riscaldato a 80 gradi Celsius (176 gradi Fahrenheit), diventano un gel uniforme. Lavare e asciugare il gel per rimuovere il solvente lascia dietro l'aerogel simile a un'impalcatura con pori tra 20 e 100 micron.

"Il grande vantaggio dei polimeri è che puoi dissolverli in un solvente, puoi spruzzare il cappotto, girare il cappotto e immergerli nel cappotto, e sono facili ed economici con cui lavorare, " Ha detto Verduzco. "Ma i COF non lo sono. Sono una polvere insolubile con cui è difficile fare qualsiasi cosa, ma sono davvero promettenti per le applicazioni perché puoi progettarle o ingegnerizzarle quasi in qualsiasi modo tu voglia a livello molecolare. Sono come blocchi di Lego e puoi scegliere le forme molecolari, dimensioni e caratteristiche che vorresti includere nel materiale finale.

"Cercavamo modi per rendere più facile lavorare con i COF, più come polimeri, e abbiamo scoperto che in particolari condizioni di reazione formerebbero un gel, " disse. "Quando estrai il solvente, ottieni questa schiuma molto leggera, o aerogel."

Verduzco ha affermato che gli aerogel COF potrebbero essere una preziosa aggiunta agli assorbenti industriali ora in uso per la bonifica perché le loro strutture porose possono essere personalizzate.

Il laboratorio ha formulato sei aerogel e ha scoperto le loro proprietà di riparazione con vari coloranti, oli e nanoparticelle d'oro erano di gran lunga migliori e più veloci delle polveri COF. In un test con vapore di iodio, un prodotto della fissione nucleare, l'aerogel ha assorbito 7,7 grammi di iodio per grammo di aerogel, significativamente migliore di una polvere COF dello stesso materiale.

I ricercatori hanno scoperto che gli aerogel potevano essere lavati e riutilizzati almeno 10 volte senza deformarsi. "Sono piuttosto morbidi ma puoi schiacciarli a mano e tornano indietro, " Disse Verduzco.

Vede un potenziale ancora maggiore per i COF come membrane per separare i componenti nelle batterie avanzate, oggetto di un recente articolo di revisione condotto da Dongyang Zhu in Materiali funzionali avanzati .

Potrebbero anche imitare le membrane biologiche. "Nessuno ha capito come separare in modo efficiente una miscela di ioni o molecole che hanno all'incirca le stesse dimensioni e forma, ma con questa classe di materiali, possiamo controllare con precisione le dimensioni e le forme dei pori, " Disse Verduzco.

"Le membrane biologiche separano ioni della stessa dimensione e si caricano attraverso piccoli cambiamenti nella funzionalità dei pori che legano preferenzialmente uno ione o l'altro, " ha detto. "Penso che possiamo iniziare a produrre materiali sintetici che abbiano proprietà simili".

Il laboratorio sta sviluppando una libreria di aerogel COF da testare nelle applicazioni. "C'è davvero molto da esplorare qui, " Disse Verduzco.