Un mariage entre le plastique d'une imprimante 3D et un matériau polyvalent pour la détection et le stockage des gaz pourrait conduire à la fois à des capteurs peu coûteux et à des piles à combustible, suggère de nouvelles recherches du National Institute of Standards and Technology (NIST).

Le matériau est appelé une charpente métallo-organique, ou MOF - peut-être pas une substance aussi familière que le plastique, mais qui peut s'avérer aussi largement utile. Ils sont faciles à faire, coûte peu, et certains d'entre eux sont doués pour extraire un gaz particulier de l'air.

Vu à un niveau microscopique, Les MOF ressemblent à des bâtiments en construction - pensez à des poutres en acier avec un espace entre elles. Un talent particulier du MOF est de permettre aux fluides de s'écouler à travers leurs espaces tandis que leurs poutres attirent une partie spécifique du fluide et la retiennent pendant que le reste du fluide s'écoule. Les MOF sont déjà des candidats prometteurs pour le raffinage du pétrole et d'autres hydrocarbures.

Les MOF ont attiré l'attention d'une équipe de scientifiques du NIST et de l'American University, car ils pourraient également constituer la base d'une technologie de détection peu coûteuse. Par exemple, certains MOF sont bons pour filtrer le méthane ou le dioxyde de carbone, qui sont tous deux des gaz à effet de serre. Le gros problème est que les MOF nouvellement fabriqués sont de minuscules particules qui, en vrac, ont la consistance de la poussière. Et il est difficile de construire un capteur utilisable à partir d'un matériau qui glisse entre vos doigts.

Pour résoudre ce problème, l'équipe a décidé d'essayer de mélanger des MOF dans le plastique utilisé dans les imprimantes 3D. Non seulement l'imprimeur moulerait le plastique dans n'importe quelle forme souhaitée par l'équipe, mais le plastique lui-même est suffisamment perméable pour permettre aux gaz de le traverser de part en part, où les MOF pourraient accrocher les molécules de gaz spécifiques que l'équipe veut détecter. La question était, les MOF fonctionneraient-ils dans le mix ?

Le nouveau document de recherche de l'équipe montre que l'idée est prometteuse non seulement pour la détection, mais également pour d'autres applications. Cela démontre que les MOF et le plastique s'entendent bien; par exemple, les MOF ne se déposent pas au fond du plastique lorsqu'il est fondu, mais restez uniformément réparti dans le mélange. L'équipe est ensuite passée à mélanger dans un MOF spécifique qui est bon pour capturer l'hydrogène gazeux et a effectué des tests pour voir dans quelle mesure le mélange solidifié pouvait stocker l'hydrogène.

« L'industrie automobile est toujours à la recherche d'un moyen léger de stocker le carburant dans les voitures à hydrogène, ", a déclaré Zeeshan Ahmed, scientifique des capteurs du NIST. "Nous espérons que les MOF en plastique pourraient constituer la base du réservoir de carburant."

Le document montre également que lorsqu'il est exposé à l'hydrogène gazeux, le mélange solide retient plus de 50 fois plus d'hydrogène que le plastique seul, indiquant que les MOF fonctionnent toujours efficacement à l'intérieur du plastique. Ce sont des résultats prometteurs, mais pas encore assez bon pour une pile à combustible.

Ahmed a déclaré que les membres de son équipe sont optimistes et que l'idée peut être suffisamment améliorée pour être pratique. Ils ont déjà construit sur leur recherche initiale en une seconde, article à paraître, qui explore dans quelle mesure deux autres MOF peuvent absorber l'azote gazeux ainsi que l'hydrogène, et montre également comment rendre les mélanges MOF-plastique insensibles aux effets dégradants de l'humidité. L'équipe poursuit actuellement des collaborations avec d'autres groupes de recherche du NIST pour développer des capteurs à base de MOF.

« L'objectif est de trouver une méthode de stockage pouvant contenir 4,5 % d'hydrogène en poids, et nous avons un peu moins d'un pour cent maintenant, " dit-il. " Mais du point de vue des matériaux, nous n'avons pas besoin de faire de cette amélioration spectaculaire pour atteindre l'objectif. Nous voyons donc le verre – ou le plastique – déjà à moitié plein. »