| 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的新研究表明，3D打印塑料與一種用于探測(cè)和儲(chǔ)存氣體的多功能材料結(jié)合后可用于制造低成本的傳感器和燃料電池。
這種多功能材料是一種金屬有機(jī)框架化合物(MOF);這些材料制作簡(jiǎn)單，成本低廉，其中的一些材料還可以用于從空氣中捕捉一種特殊氣體。從微觀的角度看，這些金屬有機(jī)框架看起來(lái)就像是正在建設(shè)中的建筑——就是你想象中鋼梁構(gòu)架的空間結(jié)構(gòu)。MOF的一種特殊性能是，它能夠允許流體在它的空間內(nèi)流動(dòng)，而它的梁柱會(huì)吸收液體中的特定部分，并在剩余的液體流過(guò)去時(shí)抓住這些特定部分。這種材料在煉油和煉制其他碳?xì)浠衔锏确矫媸欠浅Ｓ袧摿Φ暮蜻x者。
金屬有機(jī)框架化合物已經(jīng)引起了來(lái)自NIST和美國(guó)大學(xué)的科學(xué)家們的注意，因?yàn)檫@種材料還可以為成本低廉的傳感技術(shù)奠定基礎(chǔ)。例如，某些MOFs可以用來(lái)過(guò)濾甲烷或二氧化碳這種溫室氣體。然而問(wèn)題是，新制造的MOFs是體積跟塵埃差不多大小的微小顆粒。而且你利用這些甚至能從指縫中滑走的材料制造出一個(gè)有用的傳感器是非常困難的。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，該團(tuán)隊(duì)決定嘗試將MOFs與3D打印機(jī)使用的塑料混合在一起。合成的塑料材料不僅可以被塑造成團(tuán)隊(duì)想要的形狀，而且具有足夠的滲透性讓氣體通過(guò)它，也就是說(shuō)，MOFs可以探測(cè)到團(tuán)隊(duì)想要探測(cè)到的特定氣體分子。但是混合之后，MOFs還會(huì)起作用嗎?
在一篇關(guān)于先進(jìn)技術(shù)聚合物的論文中，研究人員表示，這個(gè)想法不僅可以用于傳感器，還可以用于其他方面。他們證明MOFs和塑料可以很好地結(jié)合在一起;例如，當(dāng)這種混合物融化時(shí)，MOFs不僅不會(huì)沉淀到塑料的底部，反而會(huì)均勻分布在混合物中。
NIST的傳感器專家Zeeshan Ahmed 說(shuō)：“汽車行業(yè)一直在尋找一種廉價(jià)、輕量的方式來(lái)儲(chǔ)存氫動(dòng)力汽車的燃料。我們希望這種MOFs和塑料的混合物可以成為氫動(dòng)力汽車燃料箱的基礎(chǔ)。”
該論文還表明，當(dāng)固體混合物和塑料同時(shí)暴露在氫氣中時(shí)，它比塑料本身保留的氫氣多出50倍以上，這表明即使和塑料混合在一起，MOFs仍能有效地發(fā)揮作用。這些都是令人欣喜的結(jié)果，但還是無(wú)法達(dá)到燃料電池的要求。
Ahmed說(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)成員樂(lè)觀地認(rèn)為，這個(gè)想法可以得到改進(jìn)并成為現(xiàn)實(shí)。他們已經(jīng)在第二篇即將發(fā)表的論文中進(jìn)行了初步的研究，這篇論文探討了另外兩種MOFs在吸收氮?dú)夂蜌錃夥矫娴男Ч�，同時(shí)還展示了怎樣降低濕度的降解對(duì)這種MOFs和塑料的混合物的影響。目前，該團(tuán)隊(duì)正在尋求與其他NIST的研究小組合作的機(jī)會(huì)，共同開發(fā)基于MOF的傳感器。
來(lái)自NIST的科學(xué)家Zeeshan Ahmed表示：“我們的目標(biāo)是找到一種可以儲(chǔ)存4.5%氫氣的儲(chǔ)存方法，而現(xiàn)在我們的儲(chǔ)存量還不到1%。但是從材料的角度來(lái)看，我們并不需要為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)而做出顯著的改善。所以我們看到玻璃或塑料已經(jīng)可以充滿一半了。” |
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