Falder i kø:Det enkle design og styring af MOF elektrisk flow

Metal-organiske rammer (MOF) er krystallinske porøse organisk-uorganiske hybridmaterialer, som, ved at fylde deres porer med gæstemolekyler, kan skabe funktionaliteter gennem interaktioner mellem de organisk-uorganiske baserede rammer af MOF (vært) og dens gæstemolekyler. Denne vært-gæstekemi har potentialet til at bringe 'designbare' elektriske egenskaber, gør det muligt for et materiale at blive organiseret på måder, som aldrig før har været muligt - hvilket baner vejen for den næste generation af tyndfilm-smart-enheder.

"Imidlertid, de fleste MOF'er udviser dårlig elektrisk ledningsevne, " siger professor Masahide Takahashi, "på grund af den isolerende karakter af de organiske linkere og hullerne mellem de forskellige former, der udgør det krystallinske materiale." Hans forskningsgruppe fra Osaka Prefecture University, Graduate School of Engineering har udviklet en metode til at designe og kontrollere elektronstrømmens vej i et polykrystallinsk materiale og har realiseret et tyndfilmmateriale, der viser høj ledningsevne i en kontrollerbar retning. Deres arbejde blev rapporteret den 4. juni, 2021, i Journal of Materials Chemistry A .

Overvej elektronstrømmen skabt af interaktionen mellem værts-MOF og dens gæstemolekyler. Forestil dig et værtsmateriale, der består af en krystal i samme form - som en uberørt enkeltkrystalleder. Da hele massen er én form, der ville ikke være mellemrum mellem dets gæstemolekyler, og dermed stor ledningsevne. Ulempen er, at forarbejdning af dette materiale til fremstilling af andre enheder ville kræve høje temperaturer og tryk og præcis kontrol af atmosfæren for at bevare sin ensartede form. Indtil videre har dette vist sig upraktisk. Et polykrystallinsk materiale består af små krystaller af varierende størrelse og form. Dette frigør den for den samme hindring for at opretholde en ensartet form under forarbejdning, hvilket gør det til et kandidatmateriale til fremstilling af en bred vifte af næste generations tyndfilmsenheder. Imidlertid, "at udvise lignende ledningsevnefunktioner som enkeltkrystaller, vi ville have brug for en metode til at justere krystalkornene uden huller," siger lektor Kenji Okada.

Disse krystalkorn i MOF'er er som porer i molekylstørrelse, der kan rumme specifikke molekyler i en specifik orientering og afstand. I stedet for at finde ud af, hvordan man tilpasser formen af ​​hver pore til hvert molekyle for at lette ledningsevnen, holdet fokuserede på regelmæssighederne af overfladehydroxylgrupperne i metalhydroxiderne. Ved at bruge en kombination af gittertilpasning og grænsefladebinding, holdet bestemte to typer orienteringsforhold, eller ledende baner, og realiserede en orientering, hvor banen i planet var 10 gange mere ledende end den anden.

"Ved at kombinere den epitaksielle væksttilgang med UV-litografiteknologi, " siger professor Takahashi, "vi var i stand til at skabe orienterede halvledende polykrystallinske MOF-film uanset formen på de individuelle krystaller."