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美國國家標(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和儲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，而它的梁柱會吸收液體中的特定部分，并在剩余的液體流過去時抓住這些特定部分。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)引起了來自NIST和美國大學(xué)的科學(xué)家們的注意，因為這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可以用來過濾甲烷或二氧化碳這種溫室氣體。然而問題是，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有用的傳感器是非常困難的。
為了解決這個問題，該團(tuán)隊決定嘗試將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)隊想要的形狀，而且具有足夠的滲透性讓氣體通過它，也就是說，MOFs可以探測到團(tuán)隊想要探測到的特定氣體分子。但是混合之后，MOFs還會起作用嗎?
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，MOFs不僅不會沉淀到塑料的底部，反而會均勻分布在混合物中。
NIST的傳感器專家ZeeshanAhmed說：“汽車行業(yè)一直在尋找一種廉價、輕量的方式來儲存氫動力汽車的燃料。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暴露在氫氣中時，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，但還是無法達(dá)到燃料電池的要求。
Ahmed說，他的團(tuán)隊成員樂觀地認(rèn)為，這個想法可以得到改進(jìn)并成為現(xiàn)實。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在吸收氮氣和氫氣方面的效果，同時還展示了怎樣降低濕度的降解對這種MOFs和塑料的混合物的影響。目前，該團(tuán)隊正在尋求與其他NIST的研究小組合作的機(jī)會，共同開發(fā)基于MOF的傳感器。
來自NIST的科學(xué)家ZeeshanAhmed表示：“我們的目標(biāo)是找到一種可以儲存4.5%氫氣的儲存方法，而現(xiàn)在我們的儲存量還不到1%。但是從材料的角度來看，我們并不需要為了達(dá)到這個目標(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。”
