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Avance en la investigación de MOF: ¡la conductividad eléctrica revolucionada!
Los investigadores de KIT están desarrollando nuevas películas delgadas de MOF con alta conductividad para aplicaciones electrónicas. Resultados publicados en “Materials Horizons”.
Avance en la investigación de MOF: ¡la conductividad eléctrica revolucionada!
Investigadores del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT), en cooperación con socios de Alemania y Brasil, han logrado un desarrollo innovador en el campo de los compuestos estructurales organometálicos (MOF). Estos materiales altamente porosos se caracterizan por su estructura adaptable y hasta ahora sólo han tenido un uso limitado en electrónica debido a su baja conductividad eléctrica. Informes KIT que la película delgada MOF recientemente desarrollada ahora es capaz de conducir corriente eléctrica tan bien como un metal.
Los resultados de esta prometedora investigación se han publicado en la revista Materials Horizons. Es un nuevo proceso de fabricación para reducir los defectos en los MOF que a menudo afectan las propiedades eléctricas. Si bien estudios anteriores culparon a las interfaces entre dominios cristalinos por la baja conductividad, el equipo de investigación ahora ha podido minimizar estos problemas. Mediante el uso de IA y síntesis robótica en un laboratorio autocontrolado, se optimizó el material MOF Cu3(HHTP)2. La conductividad eléctrica de esta sustancia supera los 200 Siemens por metro a temperatura ambiente, y se alcanzan valores aún mayores a temperaturas más bajas, de hasta -173,15 °C.
Estructura y propiedades del Cu3(HHTP)2
C3(HHTP)2 no sólo es importante por sus propiedades eléctricas sino que también tiene una estructura impresionante. Según el análisis, se determinó que los parámetros reticulares del material eran a = b = 21,2 Å y c = 6,6 Å. Esta estructura de material consta de capas hexagonales 2D apiladas en una configuración paralela desplazada. La morfología de Cu3(HHTP)2 se asemeja a varillas uniformes, lo que se confirmó mediante análisis FE-SEM. Esta estructura específica proporciona una gran superficie, lo que resulta beneficioso para diversas aplicaciones en catálisis y separación de materiales.
La conductividad eléctrica del material en forma de polvo es de 0,01 S cm-1 y de 0,04 S cm-1 en forma de compuestos de electrodos. Este MOF también ha demostrado ser útil como material catódico para baterías recargables de zinc acuoso, en las que se han observado reacciones reversibles de inserción y eliminación de Zn2+. La naturaleza describe Propiedades electroquímicas interesantes, incluida una capacidad reversible inicial de 228 mAh g-1, que se mantiene durante 30 ciclos de carga.
Aplicaciones y perspectivas de futuro
La combinación de síntesis automatizada, caracterización de materiales y modelado teórico abre nuevas perspectivas para el uso de MOF en electrónica. Las posibles aplicaciones incluyen no sólo sensores y materiales cuánticos, sino también materiales funcionales hechos a medida que pueden optimizarse específicamente para diferentes áreas de aplicación. El MOF Cu3(HHTP)2 muestra conos de Dirac, lo que ofrece nuevas posibilidades para estudiar los fenómenos de transporte en estos materiales.
La unidad física de conductividad eléctrica, medida en Siemens por metro (S/m), confirma la eficiencia de este material. Para profundizar en la comprensión de la conductividad eléctrica, es importante saber que los conductores suelen representar valores superiores a 10⁶ S/m. Un valor superior a 200 S/m convierte al Cu3(HHTP)2 en un candidato prometedor para futuras aplicaciones electrónicas. Sanier.de explica, que los electrones libres en un material son cruciales para la conductividad eléctrica, que podría optimizarse en los MOF mediante nuevos procesos de fabricación.