Construyendo materiales inteligentes de nueva generación con el poder del sonido

27.05.2019

El Dr. Heba Ahmed sostiene un MOF creado con ondas sonoras de alta frecuencia.

Los investigadores han utilizado ondas sonoras para manipular con precisión átomos y moléculas, acelerando la producción sostenible de materiales inteligentes innovadores. Las estructuras orgánicas metálicas, o MOF, son nanomateriales increíblemente versátiles y súper porosos que se pueden utilizar para almacenar, separar, liberar o proteger casi cualquier cosa. Predichos como el material que definirá el siglo XXI, los MOFs son ideales para detectar y atrapar sustancias en concentraciones mínimas, para purificar el agua o el aire, y también pueden contener grandes cantidades de energía, para fabricar mejores baterías y dispositivos de almacenamiento de energía.

Los científicos han diseñado más de 88.000 MOF personalizados con precisión, con aplicaciones que van desde la agricultura hasta los productos farmacéuticos, pero el proceso tradicional para crearlos es insostenible desde el punto de vista medioambiental y puede durar varias horas o incluso días. Ahora los investigadores de la Universidad RMIT han demostrado una técnica limpia y ecológica que puede producir un MOF personalizado en cuestión de minutos.

El Dr. Heba Ahmed, autor principal del estudio publicado en Nature Communications, dijo que el método eficiente y escalable aprovechaba la potencia de precisión de las ondas sonoras de alta frecuencia.

"Los MOFs tienen un potencial ilimitado, pero necesitamos técnicas de síntesis más limpias y rápidas para aprovechar al máximo todos sus posibles beneficios", dijo Ahmed, investigador postdoctoral del Laboratorio de Investigación en Micro/Nanofísica del RMIT.

"Nuestro enfoque acústico evita los daños ambientales de los métodos tradicionales y produce MOFs listos para usar de manera rápida y sostenible.

"La técnica no sólo elimina uno de los pasos más lentos en la fabricación de MOFs, sino que no deja rastro y puede ser fácilmente escalada para una producción en masa eficiente".

Dispositivo de sonido: cómo hacer un MOF

Las estructuras metal-orgánicas son polvos cristalinos llenos de pequeños agujeros de tamaño molecular. Tienen una estructura única - metales unidos entre sí por enlazadores orgánicos - y son tan porosos que si se toma un gramo de un MOF y se extiende su superficie interna, se cubriría un área mayor que un campo de fútbol.

Durante el proceso de producción estándar, los solventes y otros contaminantes quedan atrapados en los orificios del MOF. Para eliminarlos, los científicos utilizan una combinación de vacío y altas temperaturas o disolventes químicos nocivos en un proceso llamado "activación".

En su novedosa técnica, los investigadores del RMIT utilizaron un microchip para producir ondas sonoras de alta frecuencia.

El Dr. Amgad Rezk, coautor y experto en acústica, dijo que estas ondas sonoras, que no son audibles para los seres humanos, pueden utilizarse para la micro y nanofabricación de precisión.

"En la escala nanométrica, las ondas sonoras son herramientas poderosas para ordenar y maniobrar meticulosamente los átomos y las moléculas", dijo Rezk.

Los "ingredientes" de un MOF -un precursor metálico y una molécula- fueron expuestos a las ondas sonoras producidas por el microchip.

Utilizando las ondas sonoras para organizar y unir estos elementos, los investigadores fueron capaces de crear una red altamente ordenada y porosa, mientras que simultáneamente "activaban" el MOF expulsando los solventes de los agujeros.

El investigador principal, el distinguido profesor Leslie Yeo, dijo que el nuevo método produce MOFs con agujeros vacíos y un área de superficie alta, eliminando la necesidad de"activación" post-síntesis.

"Las técnicas existentes suelen tardar mucho tiempo desde la síntesis hasta la activación, pero nuestro enfoque no sólo produce MOFs en pocos minutos, sino que ya están activados y listos para su aplicación directa", dijo Yeo, profesor de Ingeniería Química y director del Laboratorio de Investigación Micro/Nanofísica de RMIT.

Los investigadores probaron con éxito el enfoque de los MOFs basados en cobre y hierro, con la posibilidad de expandir la técnica a otros MOFs y ampliarla para lograr una producción eficiente y ecológica de estos materiales inteligentes.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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