Un matrimonio tra la plastica della stampante 3D e un materiale versatile per il rilevamento e la conservazione dei gas potrebbe portare a sensori economici e batterie a celle a combustibile allo stesso modo, suggerisce una nuova ricerca del National Institute of Standards and Technology (NIST).

Il materiale è chiamato struttura metallo-organica, o MOF, forse non è una sostanza così familiare come la plastica, ma uno che può rivelarsi ampiamente utile. Sono facili da fare, costa poco, e alcuni di loro sono bravi a individuare un particolare gas dall'aria.

Visto a livello microscopico, I MOF sembrano edifici in costruzione:pensa alle travi d'acciaio con uno spazio tra di loro. Un particolare talento del MOF è quello di consentire ai fluidi di fluire attraverso i loro spazi mentre le loro travi attirano una parte specifica del fluido e lo trattengono mentre il resto del fluido scorre oltre. I MOF sono già candidati promettenti per la raffinazione del petrolio e di altri idrocarburi.

I MOF hanno attirato l'attenzione di un team di scienziati del NIST e dell'Università americana perché potrebbero anche essere utili come base per una tecnologia di rilevamento poco costosa. Per esempio, alcuni MOF sono bravi a filtrare metano o anidride carbonica, entrambi sono gas serra. Il grosso problema è che i MOF appena realizzati sono minuscole particelle che alla rinfusa hanno la consistenza della polvere. Ed è difficile costruire un sensore utilizzabile da un materiale che scivola tra le dita.

Per affrontare questo problema, il team ha deciso di provare a mescolare MOF nella plastica utilizzata nelle stampanti 3D. Non solo la stampante modellava la plastica nella forma desiderata dal team, ma la plastica stessa è abbastanza permeabile da consentire il passaggio dei gas attraverso di essa, dove i MOF potrebbero catturare le molecole di gas specifiche che il team vuole rilevare. La domanda era, i MOF funzionerebbero nel mix?

Il nuovo documento di ricerca del team mostra che l'idea è promettente non solo per il rilevamento ma anche per altre applicazioni. Dimostra che i MOF e la plastica vanno d'accordo; Per esempio, i MOF non si depositano sul fondo della plastica quando è fusa, ma rimanere uniformemente distribuito nella miscela. Il team è poi passato a mescolare un MOF specifico che è bravo a catturare il gas idrogeno e ha condotto test per vedere quanto bene la miscela solidificata potesse immagazzinare idrogeno.

"L'industria automobilistica è ancora alla ricerca di un prodotto economico, modo leggero per immagazzinare carburante nelle auto alimentate a idrogeno, ", ha detto lo scienziato dei sensori del NIST Zeeshan Ahmed. "Speriamo che i MOF in plastica possano costituire la base del serbatoio del carburante".

Il documento mostra anche che quando esposto a gas idrogeno, la miscela solida trattiene più di 50 volte più idrogeno della sola plastica, indicando che i MOF funzionano ancora in modo efficace mentre sono all'interno della plastica. Questi sono risultati promettenti, ma non ancora abbastanza buono per una cella a combustibile.

Ahmed ha detto che i membri del suo team sono ottimisti sul fatto che l'idea possa essere migliorata abbastanza da essere pratica. Hanno già costruito la loro ricerca iniziale in un secondo, documento di prossima pubblicazione, che esplora quanto bene altri due MOF possono assorbire gas azoto e idrogeno, e mostra anche come rendere le miscele MOF-plastica immuni agli effetti degradanti dell'umidità. Il team sta ora collaborando con altri gruppi di ricerca del NIST per sviluppare sensori basati su MOF.

"L'obiettivo è trovare un metodo di stoccaggio che possa contenere il 4,5% di idrogeno in peso, e ora abbiamo un po' meno dell'uno per cento, " ha detto. "Ma dal punto di vista dei materiali, non abbiamo bisogno di fare un miglioramento così drastico per raggiungere l'obiettivo. Quindi vediamo il bicchiere, o la plastica, già mezzo pieno".