Läbimurre MOF-i uuringutes: elektrijuhtivus muutis revolutsiooni!

Läbimurre MOF-i uuringutes: elektrijuhtivus muutis revolutsiooni!

Karlsruhe Tehnoloogiainstituudi (KIT) teadlased on koostöös partneritega Saksamaalt ja Brasiiliast saavutanud murrangulise arengu metall-orgaaniliste karkassühendite (MOF) valdkonnas. Neid väga poorseid materjale iseloomustab nende kohanemisvõimeline struktuur ja neid on seni elektroonikas vähe kasutatud nende madala elektrijuhtivuse tõttu. KIT teatab et äsja väljatöötatud MOF õhuke kile suudab nüüd juhtida nii elektrivoolu kui ka metalli.

Selle paljutõotava uurimistöö tulemused on avaldatud ajakirjas Materials Horizons. See on uus tootmisprotsess, et vähendada MOF-ide defekte, mis sageli mõjutavad elektrilisi omadusi. Kui varasemad uuringud süüdistasid madala juhtivuse tõttu kristallide domeenide vahelisi liideseid, on uurimisrühm nüüd suutnud neid probleeme minimeerida. Kasutades AI-d ja robotsünteesi isejuhitavas laboris, optimeeriti MOF-i materjal Cu3(HHTP)2. Selle aine elektrijuhtivus ületab toatemperatuuril 200 Siemensi meetri kohta, veelgi kõrgemad väärtused saavutatakse madalamatel temperatuuridel kuni -173,15 °C.

Cu3(HHTP)2 struktuur ja omadused

C3(HHTP)2 ei ole oluline mitte ainult oma elektriliste omaduste poolest, vaid sellel on ka muljetavaldav struktuur. Analüüsi järgi määrati materjali võre parameetriteks a = b = 21,2 Å ja c = 6,6 Å. See materjalistruktuur koosneb 2D kuusnurksetest kihtidest, mis on virnastatud paralleelselt nihutatud konfiguratsioonis. Cu3 (HHTP)2 morfoloogia meenutab ühtseid vardaid, mida kinnitas FE-SEM analüüs. See spetsiifiline struktuur tagab suure pindala, mis on kasulik mitmesuguste katalüüsi ja materjali eraldamise rakenduste jaoks.

Materjali elektrijuhtivus pulbri kujul on 0,01 S cm−1 ja elektroodkomposiitide kujul 0,04 S cm−1. See MOF on osutunud kasulikuks ka katoodimaterjalina vesipõhistele laetavatele tsinkpatareidele, milles on täheldatud pöörduvaid Zn2+ sisestamise ja eemaldamise reaktsioone. Loodus kirjeldab huvitavad elektrokeemilised omadused, sealhulgas esialgne pöörduv võimsus 228 mAh g-1, mida säilitatakse 30 laadimistsükli jooksul.

Taotlused ja tulevikuväljavaated

Automatiseeritud sünteesi, materjali iseloomustuse ja teoreetilise modelleerimise kombinatsioon avab uued perspektiivid MOFide kasutamiseks elektroonikas. Võimalikud rakendused hõlmavad mitte ainult andureid ja kvantmaterjale, vaid ka kohandatud funktsionaalseid materjale, mida saab spetsiaalselt erinevate rakendusvaldkondade jaoks optimeerida. MOF Cu3(HHTP)2 näitab Diraci koonuseid, mis pakub uusi võimalusi nende materjalide transpordinähtuste uurimiseks.

Elektrijuhtivuse füüsikaline ühik, mõõdetuna Siemensis meetri kohta (S/m), kinnitab selle materjali efektiivsust. Elektrijuhtivuse mõistmise süvendamiseks on oluline teada, et juhid esindavad tavaliselt väärtusi, mis on suuremad kui 10⁶ S/m. Väärtus üle 200 S/m teeb Cu3(HHTP)2 tulevaste elektrooniliste rakenduste jaoks paljulubavaks kandidaadiks. Sanier.de selgitab, et materjalis olevad vabad elektronid on elektrijuhtivuse jaoks üliolulised, mida saab uute tootmisprotsesside abil optimeerida MOF-ides.