Hay muchas maneras diferentes de fabricar nanomateriales, pero el tejido, el método más antiguo y más duradero para hacer telas, no ha sido una de ellas, hasta ahora. Una colaboración internacional dirigida por científicos del Departamento de Energía de EE. UU. DOE 's Lawrence Berkeley National Laboratory Berkeley Lab y la Universidad de California UC Berkeley, han tejido los primeros marcos orgánicos covalentes tridimensionales COF a partir de hilos orgánicos helicoidales. Los COF tejidos muestran ventajas significativas en flexibilidad estructural, resiliencia y reversibilidadsobre los COF anteriores: materiales que son muy apreciados por su potencial para capturar y almacenar dióxido de carbono y luego convertirlo en productos químicos valiosos.
"Hemos llevado el arte de tejer a nivel atómico y molecular, dándonos una nueva y poderosa forma de manipular la materia con una precisión increíble para lograr propiedades mecánicas únicas y valiosas", dice Omar Yaghi, un químico que tiene citas conjuntascon la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y el Departamento de Química de UC Berkeley, y es codirector del Instituto de Nanociencia de Energía Kavli Kavli-ENSI.
"El tejido en química ha sido buscado desde hace mucho tiempo y es desconocido en biología", dice Yaghi. "Sin embargo, hemos encontrado una forma de tejer hilos orgánicos que nos permite diseñar y hacer estructuras orgánicas extendidas complejas de dos y tres dimensiones"
Yaghi es el autor correspondiente de un artículo en ciencia informando sobre esta nueva técnica. El artículo se titula "Tejido de hilos orgánicos en un marco orgánico covalente cristalino". Los autores principales son Yuzhong Liu, Yanhang Ma y Yingbo Zhao. Otros coautores son Xixi Sun, Felipe Gándara, Hiroyasu Furukawa, Zheng Liu, Hanyu Zhu, Chenhui Zhu, Kazutomo Suenaga, Peter Oleynikov, Ahmad Alshammari, Xiang Zhang y Osamu Terasaki.
Los COF y sus materiales primos, los armazones orgánicos de metal MOF, son cristales tridimensionales porosos con áreas de superficie interna extraordinariamente grandes que pueden absorber y almacenar enormes cantidades de moléculas específicas. Inventado por Yaghi, los COF y MOF consisten en moléculas orgánicaspara COF y organometálicos para MOF que se unen en estructuras en forma de red grandes y extendidas cuyas estructuras se mantienen unidas por enlaces químicos fuertes. Estas estructuras muestran una gran promesa para, entre otras aplicaciones, el secuestro de carbono.
A través de otra técnica desarrollada por Yaghi, llamada "química reticular", estos marcos también pueden integrarse con catalizadores para llevar a cabo las funciones deseadas: por ejemplo, reducir el dióxido de carbono en monóxido de carbono, que sirve como un bloque de construcción primario para una amplia gamade productos químicos, incluidos combustibles, productos farmacéuticos y plásticos.
En este último estudio, Yaghi y sus colaboradores utilizaron un complejo de cobre I como plantilla para incorporar hilos del compuesto orgánico "fenantrolina" en un patrón tejido para producir un marco basado en la inmina que llamaron COF-505. A través de XEn las caracterizaciones de rayos y difracción de electrones, los investigadores descubrieron que los iones de cobre I pueden ser eliminados o restaurados de manera reversible a COF-505 sin cambiar su estructura tejida. La desmetalación del COF resultó en un aumento de diez veces en su elasticidad y la re-restauración restauró el COFa su rigidez original.
"Que nuestro sistema puede cambiar entre dos estados de elasticidad de forma reversible mediante una operación simple, la primera de estas demostraciones en una estructura química extendida, significa que el ciclo entre estos estados se puede hacer repetidamente sin degradar o alterar la estructura", dice Yaghi."En base a estos resultados, es fácil imaginar la creación de telas moleculares que combinen elasticidad, resistencia, flexibilidad y variabilidad química inusuales en un material".
Yaghi dice que los MOF también se pueden tejer como todas las estructuras basadas en estructuras en forma de red. Además, estas estructuras tejidas también se pueden hacer como nanopartículas o polímeros, lo que significa que se pueden fabricar en películas delgadas y dispositivos electrónicos.
"Nuestra técnica de tejido permite que los hilos largos de moléculas unidas covalentemente se crucen a intervalos regulares", dice Yaghi. "Estos cruces sirven como puntos de registro, de modo que los hilos tienen muchos grados de libertad para alejarse y regresar a dichos puntossin colapsar la estructura general, una bendición para hacer materiales con propiedades mecánicas y dinámicas excepcionales "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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