Metallin tavoin johtavia MOFeja

Metalli-orgaanisille kehysrakenteille (MOF) on ominaista korkea huokoisuus ja rakenteellinen monipuolisuus. Niillä on valtava potentiaali esimerkiksi elektroniikan sovelluksissa. Niiden alhainen sähkönjohtavuus on kuitenkin toistaiseksi rajoittanut niiden käyttöönottoa merkittävästi.

Karlsruhen teknillisen instituutin (KIT) tutkijat ovat yhdessä saksalaisten ja brasilialaisten kollegoidensa kanssa onnistuneet tuottamaan MOF-ohutkalvon, joka johtaa sähköä metallien tavoin.

Tämä avaa uusia mahdollisuuksia elektroniikassa ja energian varastoinnissa – antureista ja kvanttimateriaaleista funktionaalisiin materiaaleihin.

MOF-rakenteet koostuvat metalliklustereista ja orgaanisista linkkereistä. Niitä voidaan käyttää muun muassa katalyysiin, materiaalien erotteluun ja kaasun varastointiin.

Vaikka MOF-materiaalien metallinjohtavuus on teoreettisesti ennustettu, sitä on toistaiseksi sovellettu käytännössä vain poikkeustapauksissa – eikä koskaan aiemmin ohutkalvomuodossa, jota tarvitaan teknisissä sovelluksissa, joissa MOF-materiaalin ohutkalvot levitetään alustalle. ”Alhainen sähkönjohtavuus johtuu esimerkiksi kiteisten alueiden välisistä rajoista”, selittää professori Christof Wöll, KIT:n IFG-yksikön johtaja. ”Tällaiset rakenteelliset viat haittaavat elektronien kuljetusta. Uusi valmistusprosessimme on auttanut meitä vähentämään näiden vikojen tiheyttä merkittävästi.”

Tutkijaryhmä käytti tekoäly- ja robottiavusteista synteesiä itseohjautuvassa laboratoriossa Cu3(HHTP)2 MOF-materiaalin ohutkalvojen optimointiin. Tämä lähestymistapa mahdollistaa kiteisyyden ja aluekoon tarkan hallinnan.

Cu3(HHTP)2 -ohutkalvoissa saavutettiin yli 200 Siemensin johtavuus metriä kohden huoneenlämmössä – ja jopa korkeammat johtavuudet -173,15 celsiusasteen lämpötiloissa. Tämä on metallisen käyttäytymisen tunnusmerkki, joka tasoittaa tietä MOF-ohutkalvojen käytölle elektroniikkakomponenteissa.

Tutkimuksellaan tutkijat eivät ainoastaan esittele uutta menetelmää johtavien MOF-kalvojen valmistamiseksi elektroniikkakomponentteihin integrointia varten, vaan tekevät MOF-kalvoista uuden vaihtoehdon monilla uusilla sovellusalueilla.

”Automatisoidun synteesin, ennustavan materiaalien karakterisoinnin ja teoreettisen mallinnuksen yhdistelmä avaa uusia näkökulmia MOF-kalvojen käyttöön tulevaisuuden elektroniikassa – antureista ja kvanttimateriaaleista räätälöityihin funktionaalisiin materiaaleihin, joilla on erityiset säädettävät elektroniset ominaisuudet”, Wöll sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Uusia MOF-katalyyttejä

Elektroninen nenä MOF-materiaaleista

Uusi eristetekniikka pienemmille siruille