إنجاز كبير في أبحاث الأطر العضوية المعدنية: ثورة في التوصيل الكهربائي!

إنجاز كبير في أبحاث الأطر العضوية المعدنية: ثورة في التوصيل الكهربائي!

حقق الباحثون في معهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT)، بالتعاون مع شركاء من ألمانيا والبرازيل، تطورًا رائدًا في مجال مركبات الهياكل المعدنية العضوية (MOFs). وتتميز هذه المواد عالية المسامية ببنيتها القابلة للتكيف، ولم يكن لها حتى الآن سوى استخدام محدود في مجال الإلكترونيات بسبب انخفاض توصيلها الكهربائي. تقارير كيت أن الطبقة الرقيقة من MOF المطورة حديثًا أصبحت الآن قادرة على توصيل التيار الكهربائي وكذلك المعدن.

وقد نُشرت نتائج هذا البحث الواعد في مجلة Materials Horizons. إنها عملية تصنيع جديدة لتقليل العيوب في الأطر العضوية المعدنية التي غالبًا ما تؤثر على الخواص الكهربائية. في حين ألقت الدراسات السابقة باللوم على الواجهات البينية بين المجالات البلورية في انخفاض الموصلية، فقد تمكن فريق البحث الآن من تقليل هذه المشاكل. وباستخدام الذكاء الاصطناعي والتوليف الآلي في مختبر يتم التحكم فيه ذاتيًا، تم تحسين مادة الأطر المعدنية العضوية Cu3(HHTP)2. تتجاوز الموصلية الكهربائية لهذه المادة 200 سيمنز لكل متر عند درجة حرارة الغرفة، مع الوصول إلى قيم أعلى عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى -173.15 درجة مئوية.

هيكل وخصائص Cu3(HHTP)2

C3(HHTP)2 ليس مهمًا فقط لخصائصه الكهربائية ولكن له أيضًا هيكل مثير للإعجاب. وفقًا للتحليل، تم تحديد معلمات الشبكة للمادة لتكون a = b = 21.2 Å وc = 6.6 Å. يتكون هذا الهيكل المادي من طبقات سداسية ثنائية الأبعاد مكدسة في تكوين متوازي متوازي. يشبه مورفولوجية Cu3(HHTP)2 قضبان موحدة، وهو ما أكده تحليل FE-SEM. يوفر هذا الهيكل المحدد مساحة سطحية عالية، وهو أمر مفيد لمختلف التطبيقات في الحفز الكيميائي وفصل المواد.

الموصلية الكهربائية للمادة في شكل مسحوق هي 0.01 S cm−1 و 0.04 S cm−1 في شكل مركبات القطب الكهربائي. وقد أثبت هذا الإطار المعدني العضوي أيضًا فائدته كمادة كاثود لبطاريات الزنك المائي القابلة لإعادة الشحن، حيث تمت ملاحظة تفاعلات إدخال وإزالة Zn2+ العكسية. تصف الطبيعة خصائص كهروكيميائية مثيرة للاهتمام، بما في ذلك القدرة العكسية الأولية البالغة 228 مللي أمبير/ساعة g−1، والتي يتم الحفاظ عليها على مدى 30 دورة شحن.

التطبيقات والآفاق المستقبلية

إن الجمع بين التوليف الآلي وتوصيف المواد والنمذجة النظرية يفتح آفاقًا جديدة لاستخدام الأطر العضوية المعدنية في الإلكترونيات. لا تشمل التطبيقات المحتملة أجهزة الاستشعار والمواد الكمومية فحسب، بل تتضمن أيضًا مواد وظيفية مصممة خصيصًا يمكن تحسينها خصيصًا لمجالات التطبيق المختلفة. يُظهر MOF Cu3(HHTP)2 مخاريط ديراك، مما يوفر إمكانيات جديدة لدراسة ظواهر النقل في هذه المواد.

وتؤكد الوحدة الفيزيائية للتوصيل الكهربائي، والتي تقاس بوحدة سيمنز لكل متر (S/m)، كفاءة هذه المادة. لتعميق فهم التوصيل الكهربائي، من المهم معرفة أن الموصلات تمثل عادةً قيمًا أعلى من 10⁶ S/m. قيمة تزيد عن 200 S / m تجعل Cu3 (HHTP) 2 مرشحًا واعدًا للتطبيقات الإلكترونية المستقبلية. يوضح Sanier.de ، أن الإلكترونات الحرة في المادة ضرورية للتوصيل الكهربائي، والتي يمكن تحسينها في الأطر العضوية المعدنية من خلال عمليات التصنيع الجديدة.