Os pesquisadores usaram ondas sonoras para manipular com precisão átomos e moléculas, acelerando a produção sustentável de materiais inteligentes inovadores.

Estruturas metal-orgânicas, ou MOFs, são nanomateriais incrivelmente versáteis e super porosos que podem ser usados ​​para armazenar, separado, liberar ou proteger quase tudo.

Previsto para ser o material definidor do século 21, MOFs são ideais para detectar e aprisionar substâncias em concentrações mínimas, para purificar a água ou o ar, e também pode conter grandes quantidades de energia, para fazer melhores baterias e dispositivos de armazenamento de energia.

Os cientistas projetaram mais de 88, 000 MOFs precisamente customizados - com aplicações que vão da agricultura a produtos farmacêuticos - mas o processo tradicional para criá-los é ambientalmente insustentável e pode levar várias horas ou até dias.

Agora, pesquisadores da RMIT University em Melbourne, Austrália, demonstraram uma limpeza, técnica verde que pode produzir um MOF personalizado em minutos.

Dra. Heba Ahmed, autor principal do estudo publicado em Nature Communications , disse que o método eficiente e escalonável aproveitou o poder de precisão das ondas sonoras de alta frequência.

"MOFs têm potencial ilimitado, mas precisamos de técnicas de síntese mais limpas e rápidas para tirar o máximo proveito de todos os seus possíveis benefícios, "Ahmed, um pesquisador de pós-doutorado no Laboratório de Pesquisa Micro / Nanofísica da RMIT, disse.

"Nossa abordagem orientada acusticamente evita os danos ambientais dos métodos tradicionais e produz MOFs prontos para uso de forma rápida e sustentável.

"A técnica não apenas elimina uma das etapas mais demoradas na produção de MOFs, não deixa vestígios e pode ser facilmente ampliado para uma produção em massa eficiente. "

Dispositivo de som:como fazer um MOF

Estruturas metal-orgânicas são pós cristalinos cheios de minúsculos, buracos de tamanho molecular.

Eles têm uma estrutura única - metais unidos uns aos outros por ligantes orgânicos - e são tão porosos que se você pegar um grama de um MOF e espalhar sua área de superfície interna, você cobriria uma área maior do que um campo de futebol.

Alguns previram que os MOFs poderiam ser tão importantes para o século 21 quanto os plásticos foram para o século XX.

Durante o processo de produção padrão, solventes e outros contaminantes ficam presos nos orifícios do MOF.

Para eliminá-los, os cientistas usam uma combinação de vácuo e altas temperaturas ou solventes químicos prejudiciais em um processo chamado "ativação".

Em sua nova técnica, Os pesquisadores do RMIT usaram um microchip para produzir ondas sonoras de alta frequência.

O co-autor e especialista em acústica Dr. Amgad Rezk disse que essas ondas sonoras, que não são audíveis para os humanos, pode ser usado para micro e nanofabricação de precisão.

"Na escala nano, ondas sonoras são ferramentas poderosas para a ordenação meticulosa e manobra de átomos e moléculas, "Disse Rezk.

Os "ingredientes" de um MOF - um precursor de metal e uma molécula orgânica de ligação - foram expostos às ondas sonoras produzidas pelo microchip.

Usando as ondas sonoras para organizar e ligar esses elementos, os pesquisadores conseguiram criar uma rede altamente ordenada e porosa, enquanto simultaneamente "ativa" o MOF, empurrando os solventes para fora dos orifícios.

Investigador principal, Ilustre Professora Leslie Yeo, disse que o novo método produz MOFs com orifícios vazios e uma grande área de superfície, eliminando a necessidade de "ativação" pós-síntese.

"As técnicas existentes geralmente levam muito tempo desde a síntese até a ativação, mas nossa abordagem não produz apenas MOFs em alguns minutos, eles já estão ativados e prontos para aplicação direta, "disse Yeo, Professor de Engenharia Química e Diretor do Laboratório de Pesquisa Micro / Nanofísica da RMIT.

Os pesquisadores testaram com sucesso a abordagem em MOFs à base de cobre e ferro, com a técnica capaz de ser expandida para outros MOFs e dimensionada para uma produção ecológica eficiente desses materiais inteligentes.