Áttörés a MOF kutatásban: forradalmasította az elektromos vezetőképességet!

Áttörés a MOF kutatásban: forradalmasította az elektromos vezetőképességet!

A Karlsruhei Technológiai Intézet (KIT) kutatói német és brazil partnerekkel együttműködve úttörő fejlesztést értek el a fém-szerves vázvegyületek (MOF) területén. Ezeket a rendkívül porózus anyagokat alkalmazkodó szerkezetük jellemzi, és az elektronikában eddig csak korlátozottan használták őket alacsony elektromos vezetőképességük miatt. A KIT beszámol hogy az újonnan kifejlesztett MOF vékonyréteg ma már egy fém mellett elektromos áramot is képes vezetni.

Ennek az ígéretes kutatásnak az eredményeit a Materials Horizons folyóiratban tették közzé. Ez egy új gyártási eljárás a MOF-ek hibáinak csökkentésére, amelyek gyakran befolyásolják az elektromos tulajdonságokat. Míg a korábbi tanulmányok a kristálydomének közötti interfészeket hibáztatták az alacsony vezetőképességért, a kutatócsoportnak sikerült minimalizálnia ezeket a problémákat. Az AI és a robotizált szintézis segítségével egy önvezérelt laboratóriumban optimalizálták a Cu3(HHTP)2 MOF-anyagot. Ennek az anyagnak az elektromos vezetőképessége szobahőmérsékleten meghaladja a 200 Siemens per métert, ennél is magasabb értékeket ér el alacsonyabb hőmérsékleten, egészen -173,15 °C-ig.

A Cu3(HHTP)2 szerkezete és tulajdonságai

A C3(HHTP)2 nemcsak elektromos tulajdonságai miatt fontos, hanem lenyűgöző szerkezettel is rendelkezik. Az analízis szerint az anyag rácsparaméterei a = b = 21,2 Å és c = 6,6 Å. Ez az anyagszerkezet 2D hatszögletű rétegekből áll, amelyek eltolásos párhuzamos konfigurációban vannak egymásra rakva. A Cu3(HHTP)2 morfológiája egységes pálcákra hasonlít, amit FE-SEM analízis is megerősített. Ez a specifikus szerkezet nagy felületet biztosít, amely előnyös a katalízis és az anyagleválasztás különböző alkalmazásaiban.

Az anyag elektromos vezetőképessége por alakban 0,01 S cm−1 és 0,04 S cm−1 elektróda kompozit formájában. Ez a MOF hasznosnak bizonyult vizes cink újratölthető akkumulátorok katódanyagaként is, amelyekben reverzibilis Zn2+ behelyezési és eltávolítási reakciókat figyeltek meg. A természet leírja érdekes elektrokémiai tulajdonságok, beleértve a 228 mAh g-1 kezdeti reverzibilis kapacitást, amely 30 töltési cikluson keresztül fennmarad.

Pályázatok és jövőbeli kilátások

Az automatizált szintézis, az anyagjellemzés és az elméleti modellezés kombinációja új távlatokat nyit a MOF-ok elektronikai felhasználása előtt. A lehetséges alkalmazások között nemcsak az érzékelők és kvantumanyagok szerepelnek, hanem a testre szabott funkcionális anyagok is, amelyek kifejezetten a különböző alkalmazási területekre optimalizálhatók. A MOF Cu3(HHTP)2 Dirac-kúpokat mutat, ami új lehetőségeket kínál ezen anyagok szállítási jelenségeinek tanulmányozására.

Az elektromos vezetőképesség fizikai egysége, amelyet Siemens per méterben (S/m) mérnek, megerősíti ennek az anyagnak a hatékonyságát. Az elektromos vezetőképesség elmélyítéséhez fontos tudni, hogy a vezetők jellemzően 10⁶ S/m feletti értékeket képviselnek. A 200 S/m feletti érték a Cu3(HHTP)2-t ígéretes jelöltté teszi a jövőbeni elektronikus alkalmazások számára. A Sanier.de elmagyarázza, hogy az anyagban lévő szabad elektronok kulcsfontosságúak az elektromos vezetőképesség szempontjából, amelyet az új gyártási folyamatokkal optimalizálni lehet a MOF-ekben.