Mikä ihmeen MOF?

Metalli orgaaniset kehykset (MOF) löydettiin vuonna 1999 ja tähän asti niitä ajateltiin käytettävän ensisijaisesti kaasun varastointiin, lääkeannosteluun ja muihin huokoisien materiaalien tavanomaisiin sovelluksiin.

Niiden kiderakenne, joka muistuttaa molekylaarista rakennustelinettä, koostuen jäykistä orgaanisista molekyyleistä, jotka ovat linkittyneet toisiinsa metalli-ionien avulla. Erityisesti MOF:in tyhjä tila voidaan täyttää lähes millä tahansa pienillä molekyyleillä.

Tällainen epäorgaanisten ja orgaanisten komponenttien hybridi tuottaa epätavallinen yhdistelmä ominaisuuksia: nanohuokoisuutta, ultrasuuren pinta-alan ja huomattavan lämpövakauden.

Vuonna 2013 Sandia National Laboratoriesin ja National Institute of Standards and Technologyn (NIST) tutkijat löysivät yhdessä tavan toteuttaa sähkönjohtavuus MOF-aineissa. Se toteutettiin uittamalla huokosiin molekyyli, joka tunnetaan TCNQ:na (tetracyanoquinodimethane).

Tällaisella kehityksellä tuntui olevan merkittäviä vaikutuksia tulevaisuuden antureille, energian muuntamiseen ja varastointiin.

Nyt Sandian tutkijat ovat tehneet ensimmäisen mittaukset MOF:in lämpösähköisestä käyttäytymisestä.

Mittaukset osoittivat TCNQ:lla kyllästetyllä MOF:lla olevan korkea Seebeck-kerroin ja pieni lämmönjohtavuus, kaksi tärkeintä ominaisuutta tehokkaalle lämpösähköisyydelle.

Materiaalin Seebeck-kerroin oli samaa luokkaa kuin vismutti-telluridella, yksi parhaita kiinteän olomuodon lämpösähkömateriaaleja.

Simuloinneissa tutkijat varmistivat, että TCNQ-MOF on p-tyyppinen materiaali ja he ovat nyt etsimässä molekyyliä, joka MOF:iin uitettuna luo n-tyypin puolijohteen, jolla on samanlaisia lämpösähköisiä ominaisuuksia.

MOF-materiaaleja haaveillaan myös molekyylielektroniikan tarpeisiin. Mutta esimerkiksi aurinkokennotekniikka sekä erilaiset sähköiset ja optiset laitteet voisivat olla pikemmin realisoituvia sovelluksia.