Suche
Mein Konto
Przełom w badaniach nad MOF: rewolucja w przewodnictwie elektrycznym!
Badacze z projektu KIT opracowują nowe cienkie warstwy MOF o wysokiej przewodności do zastosowań elektronicznych. Wyniki opublikowane w „Horyzontach Materiałowych”.
Przełom w badaniach nad MOF: rewolucja w przewodnictwie elektrycznym!
Naukowcy z Instytutu Technologii w Karlsruhe (KIT) we współpracy z partnerami z Niemiec i Brazylii osiągnęli przełomowy rozwój w dziedzinie metaloorganicznych związków szkieletowych (MOF). Te wysoce porowate materiały charakteryzują się elastyczną strukturą i jak dotąd miały ograniczone zastosowanie w elektronice ze względu na ich niską przewodność elektryczną. Raporty KIT że nowo opracowana cienka warstwa MOF jest teraz w stanie przewodzić prąd elektryczny równie dobrze jak metal.
Wyniki tych obiecujących badań opublikowano w czasopiśmie Materials Horizons. Jest to nowy proces produkcyjny mający na celu redukcję defektów MOF, które często wpływają na właściwości elektryczne. Podczas gdy w poprzednich badaniach za niską przewodność obwiniano interfejsy między domenami kryształów, teraz zespołowi badawczemu udało się zminimalizować te problemy. Dzięki zastosowaniu sztucznej inteligencji i syntezy robotycznej w samokontrolującym się laboratorium zoptymalizowano materiał MOF Cu3(HHTP)2. Przewodność elektryczna tej substancji przekracza 200 Siemens na metr w temperaturze pokojowej, a jeszcze wyższe wartości osiągane są w niższych temperaturach do -173,15°C.
Struktura i właściwości Cu3(HHTP)2
C3(HHTP)2 jest ważny nie tylko ze względu na swoje właściwości elektryczne, ale ma także imponującą strukturę. Z analizy wynika, że parametry sieciowe materiału wynoszą a = b = 21,2 Å i c = 6,6 Å. Ta struktura materiału składa się z sześciokątnych warstw 2D ułożonych w przesuniętą, równoległą konfigurację. Morfologia Cu3(HHTP)2 przypomina jednolite pręciki, co potwierdziła analiza FE-SEM. Ta specyficzna struktura zapewnia dużą powierzchnię, co jest korzystne w różnych zastosowaniach w katalizie i separacji materiałów.
Przewodność elektryczna materiału w postaci proszku wynosi 0,01 S cm-1 i 0,04 S cm-1 w postaci kompozytów elektrodowych. Ten MOF okazał się również przydatny jako materiał katodowy do akumulatorów wodno-cynkowych, w których zaobserwowano odwracalne reakcje wkładania i usuwania Zn2+. Natura opisuje ciekawe właściwości elektrochemiczne, w tym początkowa pojemność odwracalna 228 mAh g−1, która utrzymuje się przez 30 cykli ładowania.
Zastosowania i perspektywy na przyszłość
Połączenie zautomatyzowanej syntezy, charakterystyki materiałów i modelowania teoretycznego otwiera nowe perspektywy wykorzystania MOF w elektronice. Możliwe zastosowania obejmują nie tylko czujniki i materiały kwantowe, ale także dostosowane do indywidualnych potrzeb materiały funkcjonalne, które można specjalnie zoptymalizować pod kątem różnych obszarów zastosowań. MOF Cu3(HHTP)2 pokazuje stożki Diraca, co oferuje nowe możliwości badania zjawisk transportu w tych materiałach.
Fizyczna jednostka przewodności elektrycznej, mierzona w Siemensach na metr (S/m), potwierdza skuteczność tego materiału. Aby pogłębić zrozumienie przewodności elektrycznej, ważne jest, aby wiedzieć, że przewodniki zazwyczaj reprezentują wartości powyżej 10⁶ S/m. Wartość ponad 200 S/m sprawia, że Cu3(HHTP)2 jest obiecującym kandydatem do przyszłych zastosowań elektronicznych. Sanier.de wyjaśnia, że wolne elektrony w materiale mają kluczowe znaczenie dla przewodności elektrycznej, którą można zoptymalizować w MOFach dzięki nowym procesom produkcyjnym.