Un matrimonio entre el plástico de la impresora 3-D y un material versátil para detectar y almacenar gases podría conducir a sensores económicos y baterías de celdas de combustible por igual. sugiere una nueva investigación del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).

El material se llama estructura organometálica, o MOF:quizás una sustancia no tan familiar como el plástico, pero uno que puede resultar igualmente útil. Son fáciles de hacer, cuesta poco, y algunos de ellos son buenos para detectar un gas en particular del aire.

Visto a nivel microscópico, Los MOF parecen edificios en construcción; piense en vigas de acero con espacio entre ellas. Un talento particular de MOF es permitir que los fluidos fluyan a través de sus espacios mientras sus vigas atraen una parte específica del fluido y se aferran a ella mientras el resto del fluido fluye. Los MOF ya son candidatos prometedores para refinar petróleo y otros hidrocarburos.

Los MOF han llamado la atención de un equipo de científicos del NIST y de la American University porque también podrían ser buenos como base para una tecnología de detección de bajo costo. Por ejemplo, ciertos MOF son buenos para filtrar metano o dióxido de carbono, ambos son gases de efecto invernadero. El gran problema es que los MOF recién fabricados son partículas diminutas que, a granel, tienen la consistencia del polvo. Y es difícil construir un sensor utilizable a partir de un material que se desliza entre los dedos.

Para abordar este problema, el equipo decidió intentar mezclar MOF en el plástico que se utiliza en las impresoras 3-D. El impresor no solo moldearía el plástico en la forma que el equipo deseara, pero el plástico en sí es lo suficientemente permeable como para permitir que los gases pasen a través de él, donde los MOF podrían atrapar las moléculas de gas específicas que el equipo quiere detectar. La pregunta era ¿Funcionarían los MOF en la mezcla?

El nuevo artículo de investigación del equipo muestra que la idea es prometedora no solo para la detección, sino también para otras aplicaciones. Demuestra que los MOF y el plástico se llevan bien; por ejemplo, los MOF no se asientan en la parte inferior del plástico cuando se derrite, pero manténgase distribuido uniformemente en la mezcla. Luego, el equipo pasó a mezclar un MOF específico que es bueno para capturar hidrógeno y realizó pruebas para ver qué tan bien la mezcla solidificada podía almacenar hidrógeno.

"La industria automotriz todavía está buscando un forma ligera de almacenar combustible en automóviles propulsados ​​por hidrógeno, ", dijo el científico de sensores del NIST Zeeshan Ahmed." Esperamos que los MOF en plástico puedan formar la base del tanque de combustible ".

El documento también muestra que cuando se expone al gas hidrógeno, la mezcla sólida retiene más de 50 veces más hidrógeno que el plástico solo, lo que indica que los MOF siguen funcionando eficazmente mientras están dentro del plástico. Estos son resultados prometedores, pero aún no lo suficientemente bueno para una pila de combustible.

Ahmed dijo que los miembros de su equipo son optimistas de que la idea se puede mejorar lo suficiente como para ser práctica. Ya se han basado en su investigación inicial en un segundo, próximo documento, que explora qué tan bien otros dos MOF pueden absorber gas nitrógeno e hidrógeno, y también muestra cómo hacer que las mezclas de plástico MOF sean inmunes a los efectos degradantes de la humedad. El equipo ahora está buscando colaboraciones con otros grupos de investigación del NIST para desarrollar sensores basados ​​en MOF.

"El objetivo es encontrar un método de almacenamiento que pueda contener un 4,5 por ciento de hidrógeno en peso, y ahora tenemos un poco menos del uno por ciento, ", dijo." Pero desde la perspectiva de los materiales, no necesitamos hacer una mejora tan dramática para alcanzar la meta. Así que vemos el vaso, o el plástico, ya medio lleno ".