Proveržis MOF tyrimuose: elektros laidumas sukėlė revoliuciją!

Proveržis MOF tyrimuose: elektros laidumas sukėlė revoliuciją!

Karlsruhe technologijos instituto (KIT) mokslininkai, bendradarbiaudami su partneriais iš Vokietijos ir Brazilijos, pasiekė novatorišką pažangą metalo ir organinių karkasinių junginių (MOF) srityje. Šios labai porėtos medžiagos pasižymi pritaikoma struktūra ir dėl mažo elektros laidumo iki šiol buvo tik ribotai naudojamos elektronikoje. KIT praneša kad naujai sukurta MOF plona plėvelė dabar gali pravesti elektros srovę taip pat kaip metalas.

Šio daug žadančio tyrimo rezultatai buvo paskelbti žurnale Materials Horizons. Tai naujas gamybos procesas, skirtas sumažinti MOF defektus, kurie dažnai turi įtakos elektrinėms savybėms. Nors ankstesni tyrimai kaltino sąsajas tarp kristalų domenų dėl mažo laidumo, dabar tyrimų komanda sugebėjo sumažinti šias problemas. Naudojant AI ir robotų sintezę savarankiškai valdomoje laboratorijoje, MOF medžiaga Cu3(HHTP)2 buvo optimizuota. Šios medžiagos elektrinis laidumas viršija 200 Siemens vienam metrui kambario temperatūroje, o dar didesnės vertės pasiekiamos žemesnėje temperatūroje iki -173,15 °C.

Cu3(HHTP)2 sandara ir savybės

C3(HHTP)2 svarbus ne tik dėl savo elektrinių savybių, bet ir turi įspūdingą struktūrą. Remiantis analize, buvo nustatyti medžiagos gardelės parametrai a = b = 21,2 Å ir c = 6,6 Å. Šią medžiagos struktūrą sudaro 2D šešiakampiai sluoksniai, sukrauti lygiagrečia konfigūracija. Cu3(HHTP)2 morfologija primena vienodus strypus, tai patvirtino FE-SEM analizė. Ši specifinė struktūra užtikrina didelį paviršiaus plotą, kuris yra naudingas įvairiems katalizei ir medžiagų atskyrimui.

Medžiagos elektrinis laidumas miltelių pavidalu yra 0,01 S cm−1 ir 0,04 S cm−1 elektrodų kompozitų pavidalu. Šis MOF taip pat pasirodė naudingas kaip katodo medžiaga vandeninio cinko įkraunamiems akumuliatoriams, kuriuose buvo pastebėtos grįžtamosios Zn2+ įterpimo ir pašalinimo reakcijos. Gamta aprašo įdomios elektrocheminės savybės, įskaitant pradinę grįžtamąją 228 mAh g-1 talpą, kuri palaikoma per 30 įkrovimo ciklų.

Paraiškos ir ateities perspektyvos

Automatizuotos sintezės, medžiagų apibūdinimo ir teorinio modeliavimo derinys atveria naujas MOF panaudojimo elektronikoje perspektyvas. Galimas pritaikymas apima ne tik jutiklius ir kvantines medžiagas, bet ir pritaikytas funkcines medžiagas, kurias galima specialiai optimizuoti skirtingoms taikymo sritims. MOF Cu3(HHTP)2 rodo Dirac kūgius, kurie suteikia naujų galimybių tirti transporto reiškinius šiose medžiagose.

Fizinis elektros laidumo vienetas, matuojamas Siemens vienam metrui (S/m), patvirtina šios medžiagos efektyvumą. Norint gilinti elektros laidumo supratimą, svarbu žinoti, kad laidininkai paprastai yra didesni nei 10⁶ S/m. Didesnė nei 200 S/m vertė daro Cu3(HHTP)2 perspektyviu kandidatu būsimoms elektroninėms programoms. Sanier.de paaiškina, kad laisvieji elektronai medžiagoje yra labai svarbūs elektros laidumui, kurį būtų galima optimizuoti MOF naudojant naujus gamybos procesus.