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Avanço na pesquisa MOF: a condutividade elétrica revolucionou!
Os pesquisadores do KIT estão desenvolvendo novos filmes finos MOF com alta condutividade para aplicações eletrônicas. Resultados publicados em “Materials Horizons”.
Avanço na pesquisa MOF: a condutividade elétrica revolucionou!
Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), em cooperação com parceiros da Alemanha e do Brasil, alcançaram um desenvolvimento inovador no campo de compostos de estrutura metal-orgânica (MOFs). Esses materiais altamente porosos são caracterizados por sua estrutura adaptável e até agora tiveram uso limitado em eletrônica devido à sua baixa condutividade elétrica. Relatórios KIT que o filme fino MOF recém-desenvolvido agora é capaz de conduzir corrente elétrica tão bem quanto um metal.
Os resultados desta pesquisa promissora foram publicados na revista Materials Horizons. É um novo processo de fabricação para reduzir defeitos em MOFs que frequentemente afetam as propriedades elétricas. Embora estudos anteriores culpassem as interfaces entre os domínios cristalinos pela baixa condutividade, a equipe de pesquisa agora conseguiu minimizar esses problemas. Usando IA e síntese robótica em um laboratório autocontrolado, o material MOF Cu3(HHTP)2 foi otimizado. A condutividade elétrica desta substância excede 200 Siemens por metro à temperatura ambiente, sendo alcançados valores ainda mais elevados em temperaturas mais baixas até -173,15 °C.
Estrutura e propriedades do Cu3(HHTP)2
C3(HHTP)2 não é importante apenas por suas propriedades elétricas, mas também possui uma estrutura impressionante. De acordo com a análise, os parâmetros de rede do material foram determinados como a = b = 21,2 Å e c = 6,6 Å. Esta estrutura de material consiste em camadas hexagonais 2D empilhadas em uma configuração paralela deslocada. A morfologia do Cu3(HHTP)2 assemelha-se a bastonetes uniformes, o que foi confirmado pela análise FE-SEM. Esta estrutura específica proporciona uma elevada área superficial, o que é benéfico para diversas aplicações em catálise e separação de materiais.
A condutividade elétrica do material em pó é de 0,01 S cm-1 e 0,04 S cm-1 na forma de eletrodos compósitos. Este MOF também se mostrou útil como material catódico para baterias recarregáveis de zinco aquoso, nas quais foram observadas reações reversíveis de inserção e remoção de Zn2+. A natureza descreve propriedades eletroquímicas interessantes, incluindo uma capacidade reversível inicial de 228 mAh g-1, que é mantida ao longo de 30 ciclos de carga.
Aplicações e perspectivas futuras
A combinação de síntese automatizada, caracterização de materiais e modelagem teórica abre novas perspectivas para o uso de MOFs em eletrônica. As possíveis aplicações incluem não apenas sensores e materiais quânticos, mas também materiais funcionais feitos sob medida que podem ser otimizados especificamente para diferentes áreas de aplicação. O MOF Cu3(HHTP)2 apresenta cones de Dirac, o que oferece novas possibilidades para o estudo de fenômenos de transporte nestes materiais.
A unidade física de condutividade elétrica, medida em Siemens por metro (S/m), confirma a eficiência deste material. Para aprofundar a compreensão da condutividade elétrica, é importante saber que os condutores normalmente representam valores acima de 10⁶ S/m. Um valor superior a 200 S/m torna o Cu3(HHTP)2 um candidato promissor para futuras aplicações eletrônicas. Sanier.de explica, que os elétrons livres em um material são cruciais para a condutividade elétrica, que poderia ser otimizada em MOFs através dos novos processos de fabricação.