Um casamento entre o plástico da impressora 3-D e um material versátil para detectar e armazenar gases pode levar a sensores baratos e baterias de célula de combustível semelhantes, sugere novas pesquisas do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST).

O material é chamado de estrutura metal-orgânica, ou MOF - talvez uma substância não tão familiar quanto o plástico, mas um que pode ser amplamente útil. Eles são fáceis de fazer, custa pouco, e alguns deles são bons em escolher um determinado gás do ar.

Visto em um nível microscópico, MOFs parecem edifícios em construção - pense em vigas de aço com espaço entre eles. Um talento particular do MOF é permitir que os fluidos fluam através de seus espaços enquanto suas vigas atraem alguma parte específica do fluido e se prendem a ela enquanto o resto do fluido passa. Os MOFs já são candidatos promissores para o refino de petróleo e outros hidrocarbonetos.

Os MOFs chamaram a atenção de uma equipe de cientistas do NIST e da American University porque também podem ser bons como base para tecnologia de detecção de baixo custo. Por exemplo, certos MOFs são bons em filtrar metano ou dióxido de carbono, ambos são gases de efeito estufa. O grande problema é que os MOFs recém-fabricados são partículas minúsculas que, em massa, têm a consistência de poeira. E é difícil construir um sensor utilizável a partir de um material que escorrega por entre os dedos.

Para resolver este problema, a equipe decidiu tentar misturar MOFs no plástico usado em impressoras 3-D. A impressora não apenas moldaria o plástico em qualquer formato que a equipe desejasse, mas o plástico em si é permeável o suficiente para permitir que gases passem por ele, onde os MOFs podem prender as moléculas de gás específicas que a equipe deseja detectar. A questão era, os MOFs funcionariam na mistura?

O novo trabalho de pesquisa da equipe mostra que a ideia é promissora não apenas para detecção, mas também para outras aplicações. Isso demonstra que os MOFs e o plástico se dão bem; por exemplo, os MOFs não se acomodam na parte inferior do plástico quando ele derrete, mas fique uniformemente distribuído na mistura. A equipe então passou a misturar um MOF específico que é bom na captura de gás hidrogênio e conduziu testes para ver como a mistura solidificada poderia armazenar hidrogênio.

"A indústria automobilística ainda está em busca de um barato, maneira leve de armazenar combustível em carros movidos a hidrogênio, "disse o cientista de sensores do NIST, Zeeshan Ahmed." Esperamos que os MOFs em plástico possam formar a base do tanque de combustível. "

O artigo também mostra que, quando exposto ao gás hidrogênio, a mistura sólida retém mais de 50 vezes mais hidrogênio do que o plástico sozinho, indicando que os MOFs ainda estão funcionando bem enquanto estão dentro do plástico. Esses são resultados promissores, mas ainda não é bom o suficiente para uma célula de combustível.

Ahmed disse que os membros de sua equipe estão otimistas de que a ideia pode ser melhorada o suficiente para ser prática. Eles já desenvolveram sua pesquisa inicial em um segundo, próximo artigo, que explora como dois outros MOFs podem absorver gás nitrogênio, bem como hidrogênio, e também mostra como tornar as misturas de plástico MOF imunes aos efeitos degradantes da umidade. A equipe está agora buscando colaborações com outros grupos de pesquisa do NIST para desenvolver sensores baseados em MOF.

"O objetivo é encontrar um método de armazenamento que possa conter 4,5 por cento de hidrogênio por peso, e temos um pouco menos de um por cento agora, "ele disse." Mas de uma perspectiva de materiais, não precisamos fazer uma melhoria dramática para alcançar a meta. Portanto, vemos o copo - ou o plástico - já meio cheio. "