Scienza e Ambiente: costruire i materiali intelligenti della prossima generazione con il potere del suono, ora si può

I ricercatori hanno utilizzato onde acustiche per manipolare atomi e molecole in maniera precisa, accelerando la produzione sostenibile di innovativi materiali intelligenti. I Metal-organic frameworks (definizione traducibile come reticoli metallorganici o strutture metallorganiche, MOF) sono nanomateriali incredibilmente versatili e super porosi che possono essere utilizzati per conservare, separare, rilasciare o proteggere quasi tutto. I MOF sono ideali per rilevare e intrappolare sostanze in concentrazioni minime, per purificare l’acqua o l’aria e possono anche trattenere grandi quantità di energia, per realizzare batterie e dispositivi di conservazione dell’energia migliori.

Gli scienziati hanno progettato oltre 88.000 MOF, con applicazioni dall’agricoltura ai prodotti farmaceutici, ma i processi tradizionali per la loro creazione non sono sostenibili a livello ambientale e possono richiedere diverse ore o persino giorni. Ora i ricercatori della RMIT University hanno dimostrato una tecnica pulita e green che può produrre un MOF in pochi minuti. La Dott.ssa Heba Ahmed, autrice principale dello studio pubblicato su Nature Communications, ha dichiarato che il metodo sfrutta il potere delle onde acustiche ad alta frequenza: “Il nostro approccio guidato dal suono evita i danni ambientali dei metodi tradizionali e produce MOF pronti all’uso in maniera rapida e sostenibile. La tecnica non elimina solo uno dei passi più dispendiosi in termini di tempo nel produrre i MOF, ma non lascia traccia e può essere facilmente allargata per un’efficiente produzione di massa”.

I Metal-organic frameworks sono polveri cristalline piene di minuscoli spazi vuoti di dimensioni molecolari. Hanno una struttura unica e sono così porosi che se si estendesse l’area della superficie interna di un grammo di MOF si coprirebbe un’area più grande di un campo di calcio. Alcuni esperti prevedono che i MOF possano essere importanti nel XXI secolo come è stata la plastica nel XX secolo.

Durante il processo di produzione standard, i solventi e altri contaminanti restano intrappolati negli spazi vuoti dei MOF. Per eliminarli, gli scienziati utilizzano una combinazione di vuoto e alte temperature o dannosi solventi chimici in un processo chiamato “attivazione”. In questa nuova tecnica, i ricercatori della RMIT hanno utilizzato un microchip per produrre onde acustiche ad alta frequenza. Il Dott. Amgad Rezk, co-autore dello studio ed esperto di acustica, ha spiegato che queste onde, che non sono udibili dagli esseri umani, possono essere utilizzate per la micro- e nanoproduzione di precisione.

Gli ingredienti di un MOF – un precursore metallico e una molecola organica che li lega – sono esposti alle onde acustiche prodotte dal microchip. Utilizzando queste onde per unire questi elementi, i ricercatori sono stati in grado di creare una rete altamente ordinata e porosa, attivando allo stesso tempo i MOF eliminando i solventi dagli spazi vuoti.

Il Prof. Leslie Yeo, tra i ricercatori dello studio, ha spiegato che il nuovo metodo produce MOF con spazi vuoti e una grande area superficiale, eliminando il bisogno dell’attivazione. “Le tecniche esistenti solitamente hanno bisogno di molto tempo dalla sintesi all’attivazione ma il nostro approccio non solo produce MOF in pochi minuti, ma sono già attivati e pronti per l’applicazione diretta”, ha concluso. I ricercatori hanno testato con successo l’approccio su MOF a base di ferro e rame, con la tecnica che può essere estesa ad altri MOF e allargata per un’efficiente produzione green di questi materiali intelligenti.