I ricercatori hanno utilizzato le onde sonore per manipolare con precisione gli atomi e le molecole, accelerando la produzione sostenibile d’innovativi materiali intelligenti.
Le strutture metal-organiche, o MOF, sono nanomateriali molto versatile e super poroso, possono essere usati per conservare, separare, rilasciare o proteggere quasi tutto.
I MOF considerati il materiale di definizione del 21° secolo, sono ideali per rilevare e intrappolare sostanze a concentrazioni minime, per purificare l’acqua dai metalli pesanti o l’aria, possono anche contenere grandi quantità di energia, per produrre migliori batterie e dispositivi di accumulo di energia.
Gli scienziati hanno progettato più di 88.000 MOF personalizzati con applicazioni che vanno dall’agricoltura ai prodotti farmaceutici, ma il processo tradizionale per crearli è ambientalmente insostenibile e può richiedere diverse ore o addirittura giorni.
Nuovi MOF prodotti in pochi minuti con le onde sonore
I ricercatori della RMIT University di Melbourne, in Australia, hanno dimostrato una tecnica ecologica in grado di produrre un MOF personalizzato in pochi minuti.
La dottoressa Heba Ahmed, ricercatrice nel laboratorio di ricerca micro / nanofisica di RMIT, autrice principale dello studio pubblicato su Nature Communications, ha detto:
«Il metodo efficiente e scalabile sfrutta la potenza di precisione delle onde sonore ad alta frequenza. I MOF hanno un potenziale illimitato, ma abbiamo bisogno di tecniche di sintesi più pulite e più veloci per trarre il massimo vantaggio da tutti i loro possibili benefici.
Il nostro metodo basato sull’acustica evita i danni ambientali dei metodi tradizionali, produce MOF pronti all’uso in modo rapido e sostenibile.
La tecnica non solo elimina uno dei passaggi più dispendiosi in termini di tempo nella realizzazione dei MOF, non lascia traccia, può essere facilmente ridimensionato per un’efficiente produzione di massa».
Realizzare un MOF con un dispositivo audio
Le strutture metalliche-organiche sono polveri cristalline piene di piccoli fori di dimensioni molecolari. Hanno una struttura unica – metalli uniti l’un l’altro da collegamenti organici -, sono così porosi che è sufficiente stendere un grammo della superficie interna di un MOF, per coprire un’area più grande di un campo da calcio; alcuni hanno previsto che i MOF potrebbero essere altrettanto importanti per il XXI secolo, poiché le materie plastiche lo sono state nel XX secolo.
I solventi e altri contaminanti durante il processo di produzione standard, rimangono intrappolati nei fori del MOF. Gli scienziati per eliminarli, in un processo chiamato “attivazione” usano una combinazione di vuoto e alte temperature o dannosi solventi chimici.
I ricercatori di RMIT nella loro nuova tecnica, hanno usato un microchip per produrre onde sonore ad alta frequenza. Amgad Rezk esperto acustico, collaboratore dello studio, ha detto:
«Queste onde sonore, non udibili dall’uomo, possono essere utilizzate per micro e nanotecnologie di precisione. Le onde sonore a livello di nanoscala sono strumenti potenti per l’ordinamento e la manovra meticolosa di atomi e molecole».
Gli “ingredienti” di un MOF – un precursore di metallo e una molecola organica legante – sono stati esposti alle onde sonore prodotte dal microchip. I ricercatori utilizzando le onde sonore per organizzare e collegare insieme questi elementi, sono stati in grado di creare una rete molto ordinata e porosa, “attivando” simultaneamente il MOF spingendo fuori i solventi dai fori.
Leslie Yeo capo ricercatore, professore d’ingegneria chimica e direttore della micro / nanofisica Laboratorio di ricerca presso RMIT, ha detto:
«Il nuovo metodo produce MOF con buchi vuoti e una superficie elevata, eliminando la necessità di “attivazione” post-sintesi. Le tecniche esistenti solitamente richiedono molto tempo dalla sintesi all’attivazione, il nostro metodo non solo produce MOF in pochi minuti, sono già attivati e pronti per la diretta applicazione».
