Ett äktenskap mellan 3D-skrivarplast och ett mångsidigt material för att upptäcka och lagra gaser kan leda till både billiga sensorer och bränslecellsbatterier, föreslår ny forskning från National Institute of Standards and Technology (NIST).

Materialet kallas ett metallorganiskt ramverk, eller MOF - kanske inte lika bekant ämne som plast, men en som kan visa sig vara i stort sett användbar. De är lätta att göra, kostar lite, och några av dem är bra på att plocka ut en viss gas från luften.

Sett på en mikroskopisk nivå, MOF ser ut som byggnader under uppbyggnad - tänk på stålbjälkar med utrymme mellan dem. En särskild MOF -talang är att låta vätskor flöda genom sina utrymmen medan deras dragbalkar lockar till en viss del av vätskan och håller fast den när resten av vätskan flyter förbi. MOF är redan lovande kandidater för raffinering av petroleum och andra kolväten.

MOF har uppmärksammats av ett team av forskare från NIST och American University eftersom de också kan vara bra som grund för billig avkänningsteknik. Till exempel, vissa MOF är bra på att filtrera bort metan eller koldioxid, båda är växthusgaser. Det stora problemet är att nygjorda MOF är små partiklar som i bulk har konsistens av damm. Och det är svårt att bygga en användbar sensor av ett material som glider genom fingrarna.

För att lösa detta problem, laget bestämde sig för att försöka blanda MOF i plasten som används i 3D-skrivare. Inte bara skulle skrivaren forma plasten till vilken form som helst team önskade, men själva plasten är tillräckligt genomtränglig för att gaser ska kunna passera genom den, där MOF:erna kan fastna i de specifika gasmolekyler som teamet vill upptäcka. Frågan var, skulle MOF:erna fungera i mixen?

Teamets nya forskningsrapport visar att idén har ett löfte, inte bara för avkänning utan även för andra tillämpningar. Det visar att MOF:erna och plasten kommer bra överens. till exempel, MOF:erna sätter sig inte i plastens botten när den smälts, men håll jämnt fördelat i blandningen. Teamet fortsatte sedan med att blanda in en specifik MOF som är bra på att fånga vätgas och genomförde tester för att se hur väl den stelnade blandningen kunde lagra väte.

"Bilindustrin letar fortfarande efter en billig, lätt sätt att lagra bränsle i vätgasdrivna bilar, "sa NIST -sensorforskaren Zeeshan Ahmed." Vi hoppas att MOF i plast kan utgöra grunden för bränsletanken. "

Papperet visar också att när det utsätts för vätgas, den fasta blandningen behåller mer än 50 gånger mer väte än plast ensam, indikerar att MOF:erna fortfarande fungerar effektivt medan de är inne i plasten. Det här är lovande resultat, men ännu inte tillräckligt bra för en bränslecell.

Ahmed sa att hans teammedlemmar är optimistiska att idén kan förbättras nog för att vara praktisk. De har redan byggt på sin första forskning på en sekund, kommande papper, som undersöker hur väl två andra MOF kan absorbera kvävgas och väte, och visar också hur man gör MOF-plastblandningarna immuna mot de nedbrytande effekterna av fukt. Teamet fortsätter nu samarbeten med andra NIST-forskargrupper för att utveckla MOF-baserade sensorer.

"Målet är att hitta en lagringsmetod som kan hålla 4,5 viktprocent väte, och vi har lite mindre än en procent nu, "sa han." Men ur ett materialperspektiv, vi behöver inte göra en så dramatisk förbättring för att nå målet. Så vi ser glaset - eller plasten - som halvfullt redan. "