Diagramme graphique de la graine à l'intérieur du MOF montrant comment les plus petites molécules traversent les pores du MOF et sont modifiées d'une manière ou d'une autre par les nanoparticules attachées à la graine. Les molécules plus grosses ne passent pas à travers les pores et sont exclues. Crédit image - Dr Paolo Falcaro et Dr Dario Buso
(PhysOrg.com) -- Les scientifiques du CSIRO ont développé une technique simple mais efficace pour développer et ajouter de la valeur à un nouveau groupe passionnant de matériaux intelligents qui pourraient être utilisés dans des domaines tels que la détection optique et le stockage et l'administration de médicaments.
Travailler avec une équipe de collaborateurs internationaux, Le Dr Paolo Falcaro et le Dr Dario Buso du Future Manufacturing Flagship du CSIRO ont développé un moyen révolutionnaire de contrôler la croissance, et fournir des fonctionnalités supplémentaires, à une famille de matériaux intelligents appelés charpentes métallo-organiques, ou MOF.
Les MOF sont constitués de cristaux ultra-poreux bien ordonnés qui forment des structures multidimensionnelles avec d'énormes surfaces. Un gramme de matériau peut avoir la surface de plus de trois terrains de football.
Leurs pores spacieux offrent aux MOF le potentiel d'être utilisés comme « éponges » pour stocker des gaz tels que l'hydrogène, dioxyde de carbone ou gaz naturel. Ils pourraient également être utilisés comme tamis nanométriques pour purifier des gaz ou des liquides, pour la catalyse, ou pour le transport ciblé de médicaments dans le corps.
Un article sur la recherche a été publié dans la dernière édition de la revue scientifique, Communication Nature .
Selon le Dr Buso, bien que les MOF aient de nombreuses applications pratiques potentielles, ils sont difficiles à contrôler et lents à croître.
Image au microscope électronique à balayage de la graine à l'intérieur des cristaux MOF. Crédit image - Dr Paolo Falcaro et Dr Dario Buso
« Pour résoudre ces problèmes, nous avons développé une nouvelle technique connue sous le nom d'ensemencement qui permet à l'utilisateur d'avoir un contrôle complet sur où et comment les cristaux MOF se développent. De plus, la technique de semis accélère considérablement le processus de croissance.
« Nous avons découvert que les cristaux de MOF se développent de manière complètement ordonnée et prévisible une fois que nous avons introduit des microparticules sphériques en céramique - appelées graines - dans la solution de MOF. En effet, les graines "fixent" les cristaux de MOF à la surface. Ainsi, en contrôlant le placement des graines, nous pouvons contrôler comment et où les MOF se développent, même sur des surfaces tridimensionnelles complexes.
« Non seulement cela, mais l'ajout des graines permet aux cristaux de MOF de se former trois fois plus vite que la voie conventionnelle, », a déclaré le Dr Bruso.
Le Dr Falcaro a déclaré que non seulement les graines permettent à ses collègues de contrôler la croissance des cristaux MOF, mais qu'elles leur permettent également de créer des fonctionnalités supplémentaires directement à l'intérieur des structures MOF.
« Pour exploiter pleinement la flexibilité des MOF, nous voulions voir si nous pouvions donner au matériau des propriétés supplémentaires en utilisant notre nouvelle technique, », a déclaré le Dr Falcaro. « Nous étions ravis de constater qu'il était relativement simple d'intégrer des nanoparticules actives dans la graine, puis d'intégrer la graine à l'intérieur du MOF.
« Par exemple, nous avons découvert que nous pouvons ajouter des nanoparticules à la graine qui rendent le MOF magnétique, luminescent, catalytique, photochromique – le tout sans compromettre la qualité de la structure MOF. En effet, nous avons développé une nouvelle classe de composites MOF adaptatifs constitués d'un noyau fonctionnel entouré d'une armature ultra-poreuse.
