Un nuevo método de fabricación de vidrio podría conducir a la producción de 'gafas de diseño' con aplicaciones en fotónica avanzada, al tiempo que facilita la captura y el almacenamiento de carbono a escala industrial. Un equipo internacional de investigadores, escribiendo hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza , informe cómo han logrado utilizar una familia relativamente nueva de materiales porosos con forma de esponja para desarrollar nuevos vidrios híbridos.
El trabajo gira en torno a una familia de compuestos llamados marcos metal-orgánicos MOF, que son estructuras en forma de jaula que consisten en iones metálicos, unidos por enlaces orgánicos. Sus propiedades porosas han llevado a la aplicación propuesta en la captura de carbono, almacenamiento de hidrógeno yseparaciones de gases tóxicos, debido a su capacidad de adsorber y almacenar selectivamente moléculas diana preseleccionadas, de forma muy similar a la construcción de un tamiz que discrimina no solo el tamaño, sino también la identidad química.
Sin embargo, desde su descubrimiento hace un cuarto de siglo, su potencial para el uso industrial a gran escala se ha visto limitado debido a las dificultades para producir revestimientos, películas delgadas, fibrosas u otras estructuras 'conformadas' a partir de los polvos producidos por síntesis química.Dichas limitaciones surgen de las propiedades térmicas y mecánicas relativamente pobres de los MOF en comparación con materiales como la cerámica o los metales, y en el pasado han resultado en un colapso estructural durante las técnicas de posprocesamiento como la sinterización o la fundición por fusión.
Ahora, un equipo de investigadores de Europa, China y Japón descubrió que la selección cuidadosa de MOF y el calentamiento bajo argón parece elevar su temperatura de descomposición lo suficiente como para permitir la fusión, en lugar de que los polvos se descompongan. Los líquidos formados tienen el potencial deser moldeado, fundido y recristalizado, para permitir estructuras sólidas con usos en la separación y almacenamiento de gases.
El Dr. Thomas Bennett del Departamento de Ciencia de Materiales y Metalurgia de la Universidad de Cambridge dice: "Los métodos tradicionales utilizados en la fundición de metales o la sinterización de cerámica causan el colapso estructural de los MOF debido a que las estructuras se degradan térmicamente a bajas temperaturas.Al explorar la interfaz entre la fusión, la recristalización y la descomposición térmica, ahora deberíamos ser capaces de fabricar una variedad de formas y estructuras que antes eran imposibles, haciendo que las aplicaciones para MOFs sean más relevantes industrialmente ".
Igualmente importante, dicen los investigadores, los vidrios que se pueden producir enfriando los líquidos rápidamente son en sí mismos una nueva categoría de materiales. Es posible adaptar aún más las funcionalidades químicas al utilizar la facilidad con la que se pueden incorporar diferentes elementos en los MOFantes de derretir y enfriar
El profesor Yuanzheng Yue de la Universidad de Aalborg agrega: "Una segunda faceta del trabajo está en los anteojos mismos, que parecen distintos de las categorías existentes. La formación de anteojos que contienen componentes orgánicos y metálicos altamente intercambiables es muy inusual, ya quenormalmente son puramente orgánicos, por ejemplo en polímeros conductores de células solares, o completamente inorgánicos, como óxido o vidrios metálicos. Comprender el mecanismo de formación de vidrio híbrido también contribuirá en gran medida a nuestro conocimiento de los formadores de vidrio en general ".
Utilizando las capacidades avanzadas en el sincrotrón del Reino Unido, Diamond Light Source, el equipo pudo analizar los marcos orgánicos de metal con detalles atómicos. El profesor Trevor Rayment, Director de Ciencias Físicas de Diamond, comenta: "Este trabajo es un ejemplo emocionante de cómoEl trabajo con radiación sincrotrón que profundiza nuestra comprensión fundamental de las propiedades de los vidrios también produce perspectivas tentadoras de aplicaciones prácticas de nuevos materiales. Este trabajo podría tener un impacto duradero en ambas fronteras del conocimiento ".
Los investigadores creen que la nueva técnica podría abrir la posibilidad de la producción de vidrios 'químicamente diseñados' mediante el cual diferentes metales u orgánicos se intercambian dentro o fuera de los MOF antes de fundirse.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . La historia original tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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