Undersøgelse af de komplekse dielektriske egenskaber af metal-organiske rammer (MOF'er)

Et internationalt team af forskere fra Oxford, Diamant, og Torino, har demonstreret den nye brug af synkrotronstråling infrarød (SRIR) reflektivitetseksperimenter (figur 1), at måle de komplekse og bredbånds dielektriske egenskaber af metal-organiske rammematerialer (MOF'er). Open framework-forbindelser som MOF'er har potentialet til at revolutionere området for lav-k dielektriske stoffer, på grund af deres justerbare porøsitet kombineret med en enorm kombination af fysisk-kemiske egenskaber, der ikke findes i konventionelle systemer. Desuden, næste generation af optiske IR-sensorer og højhastigheds-terahertz-kommunikationsteknologier (THz) vil drage fordel af en forbedret forståelse af de grundlæggende struktur-egenskabsforhold, der ligger til grund for nye THz dielektriske materialer.

Den dielektriske karakterisering af MOF'er er udfordrende, hidtil, med meget begrænsede eksperimentelle data tilgængelige for at guide optimalt materialedesign og målrettet syntese af ønskede materialer. Forskning i MOF-dielektrik er i sin vorden. På den ene side, kun få eksperimentelle undersøgelser kan findes i litteraturen begrænset til enten den statiske dielektriske adfærd, eller, kun begrænset til det lavere frekvensområde (kHz-MHz). På den anden side, teoretiske beregninger af de dielektriske egenskaber af en række MOF-strukturer er blevet rapporteret, men der er mangel på direkte eksperimentelle data til at validere de forudsagte resultater. Hovedsagelig, dette er på grund af de eksperimentelle barrierer, der står over for at opnå nøjagtig kvantificering, analyse, og fortolkning af MOF dielektriske egenskaber.

Holdet ledet af professor Jin-Chong Tan fra Institut for Ingeniørvidenskab i Oxford har udgivet et par artikler i Journal of Physical Chemical Letters ( JPCL ), rapportering af den fulde karakterisering af aktuelle eksempler på MOF-dielektriske stoffer. Udviklet i samarbejde med MIRIAM beamline (B22) teamet ledet af Dr Gianfelice Cinque hos Diamond, denne nye implementering af den spejlende reflektansmetode i IR og THz giver ligetil adgang til at måle de komplekse dielektriske funktioner af polykrystallinske MOF-prøver (figur 2). Disse papirer viser bestemmelsen af ​​IR- og THz-frekvensafhængig dielektrisk respons af repræsentative MOF-forbindelser, giver systematisk bredbåndsdata, bro mellem mikron (nær-IR) til millimeter (THz) bølgelængderegimer. Væsentligt, dette har opnået tre størrelsesordener i form af energiniveauer, omfatter eV- og meV-områderne. Desuden, bredbåndsdataene blev brugt til at etablere de struktur-dielektriske egenskabsrelationer som en funktion af rammens porøsitet, og, at studere den underliggende strukturelle udvikling underlagt en trykstimulus.