Grafiskt diagram av fröet inuti MOF som visar hur de mindre molekylerna strömmar genom MOF:s porer och förändras på något sätt av nanopartiklarna som är fästa vid fröet. De större molekylerna passar inte genom porerna och är uteslutna. Bildkredit - Dr Paolo Falcaro och Dr Dario Buso
(PhysOrg.com) -- Forskare vid CSIRO har utvecklat en enkel men effektiv teknik för att växa och tillföra värde till en spännande ny grupp smarta material som kan användas inom områden som optisk avkänning och läkemedelslagring och leverans.
Att arbeta med ett team av internationella samarbetspartners, Dr Paolo Falcaro och Dr Dario Buso från CSIROs Future Manufacturing Flagship har utvecklat ett revolutionerande sätt att kontrollera tillväxten, och tillhandahålla ytterligare funktionalitet, till en familj av smarta material som kallas metallorganiska ramverk, eller MOF.
MOF består av välordnade ultraporösa kristaller som bildar flerdimensionella strukturer med enorma ytareor. Ett gram av materialet kan ha ytan på mer än tre fotbollsplaner.
Deras rymliga porer ger MOF:er potential att användas som "svampar" för att lagra gaser som väte, koldioxid eller naturgas. De kan också användas som silar i nanostorlek för att rena gaser eller vätskor, för katalys, eller för riktad transport av droger i kroppen.
En artikel om forskningen har publicerats i den senaste upplagan av den vetenskapliga tidskriften, Naturkommunikation .
Enligt Dr Buso, även om MOF har många potentiella praktiska tillämpningar, de är svåra att kontrollera och långsamma att växa.
Svepelektronmikroskopbild av fröet inuti MOF-kristallerna. Bildkredit - Dr Paolo Falcaro och Dr Dario Buso
"För att ta itu med dessa problem, vi har utvecklat en ny teknik som kallas seedning som låter användaren ha fullständig kontroll över var och hur MOF-kristallerna växer. Dessutom påskyndar såningstekniken tillväxtprocessen avsevärt.
"Vi har upptäckt att MOF-kristallerna växer på ett helt ordnat och förutsägbart sätt när vi väl introducerar keramiska sfäriska mikropartiklar – så kallade frön – i MOF-lösningen. I själva verket "fixerar" fröna MOF-kristallerna till ytan. Så genom att kontrollera placeringen av fröna kan vi kontrollera hur och var MOF växer – även på komplexa tredimensionella ytor.
"Inte bara det, men tillsatsen av fröna gör att MOF-kristallerna kan bildas tre gånger snabbare än på konventionellt sätt, sa Dr Bruso.
Dr Falcaro sa att fröna inte bara tillåter hans kollegor att kontrollera tillväxten av MOF-kristallerna, de tillåter dem också att bygga ytterligare funktionalitet mitt i MOF-strukturerna.
"För att fullt ut utnyttja flexibiliteten hos MOF ville vi se om vi kunde ge materialet ytterligare egenskaper med vår nya teknik, sa Dr Falcaro. "Vi var glada över att finna att det var relativt enkelt att bädda in aktiva nanopartiklar i fröet och sedan bädda in fröet inuti MOF.
"T.ex. vi har funnit att vi kan lägga till nanopartiklar till fröet som gör MOF magnetisk, självlysande, katalytisk, fotokromisk – allt utan att kompromissa med kvaliteten på MOF-strukturen. I själva verket har vi utvecklat en ny klass av adaptiva MOF-kompositer som består av en funktionell kärna omgiven av ett ultraporöst ramverk.”
