A simple vista Las estructuras orgánicas metálicas (MOF) se parecen un poco a la arena. Pero si te acercas, Verá que cada grano se ve y actúa más como una esponja, y tiene un propósito similar. Los MOF se utilizan para absorber y retener gases, lo cual es útil cuando se intenta filtrar gases tóxicos del aire o como una forma de almacenar combustible para motores de gas natural o de hidrógeno.

Una nueva investigación dirigida por un equipo interdisciplinario en seis universidades examina la transferencia de calor en los MOF y el papel que desempeña cuando los MOF se utilizan para almacenar combustible. Autor para correspondencia Christopher Wilmer, William Kepler Whiteford Faculty Fellow y profesor asistente de ingeniería química y del petróleo en la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh, fue coautor del trabajo con investigadores de la Universidad Carnegie Mellon, la Universidad de Virginia, Universidad Old Dominion, Northwestern University, y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe en Karlsruhe, Alemania. Los hallazgos fueron publicados recientemente en Comunicaciones de la naturaleza .

"Uno de los desafíos del uso de MOF para los tanques de combustible de los automóviles es que debe poder llenarse en unos minutos o menos, "explica Wilmer." Desafortunadamente, cuando llena rápidamente estos tanques basados ​​en MOF con hidrógeno o gas natural, se calientan mucho. No es tanto un riesgo de explosión, aunque hay uno, sino el hecho de que no pueden almacenar mucho gas cuando están calientes. Toda la premisa de usarlos para almacenar una gran cantidad de combustible gaseoso solo funciona a temperatura ambiente. Para otras aplicaciones industriales, se enfrenta a un problema similar:siempre que los gases se cargan rápidamente, los MOF se calientan y dejan de funcionar eficazmente ".

En otras palabras, para que los MOF sean útiles para estas aplicaciones, tendrían que mantenerse frescos. Esta investigación analizó el transporte térmico en MOF, para explorar la rapidez con la que pueden eliminar el exceso de calor, y el grupo encontró algunos resultados sorprendentes.

"Cuando se toman estos materiales porosos, que para empezar son térmicamente aislantes, y los llenas de gas, parece que se vuelven aún más aislantes. Esto es sorprendente porque, por lo general, los bolsillos vacíos como los del aislamiento o las ventanas de doble acristalamiento proporcionan un buen aislamiento térmico, "explica Wilmer." Al tomar materiales porosos y rellenarlos, eliminando así esas lagunas, esperarías que mejorara el transporte térmico, haciéndolo más conductor térmico. Sucede lo contrario; se vuelven más aislantes ".

Para llegar a su conclusión, Los investigadores realizaron dos experimentos simultáneos utilizando dos métodos diferentes y MOF sintetizados en dos laboratorios diferentes. Ambos grupos observaron la misma tendencia:que los MOF se aíslan más cuando se llenan de adsorbatos. Sus hallazgos experimentales también fueron validados por simulaciones atomísticas en Pitt en colaboración con la Universidad Carnegie Mellon.

"Nuestro trabajo indica posibles desafíos futuros para el uso de MOF fuera de los laboratorios de investigación, pero ese es un paso necesario en el proceso, "dice Alan McGaughey, profesor de ingeniería mecánica en Carnegie Mellon. "A medida que estos materiales avanzan hacia una amplia, uso en el mundo real, Los investigadores deberán continuar investigando las propiedades que alguna vez se pasaron por alto de estos materiales, como el transporte térmico, y encontrar la mejor manera de utilizarlos para satisfacer nuestras necesidades ".