金屬有機(jī)骨架 (MOF) 是結(jié)晶多孔有機(jī)無(wú)機(jī)雜化材料，通過(guò)用客體分子填充其孔隙，可以通過(guò) MOF(主體)的有機(jī) - 無(wú)機(jī)骨架與其客體分子之間的相互作用產(chǎn)生功能。這種主客體化學(xué)有可能帶來(lái)“可設(shè)計(jì)”的電氣特性，允許以前所未有的方式組織材料——為下一代薄膜智能設(shè)備鋪平道路。

“然而，大多數(shù) MOF 表現(xiàn)出較差的導(dǎo)電性，”Masahide Takahashi 教授說(shuō)，“由于有機(jī)連接體的絕緣性質(zhì)以及構(gòu)成晶體材料的各種形狀之間的間隙。” 他來(lái)自大阪府立大學(xué)工學(xué)研究生院的研究小組開(kāi)發(fā)了一種設(shè)計(jì)和控制多晶材料中電子流動(dòng)路徑的方法，并實(shí)現(xiàn)了一種在可控方向上顯示出高導(dǎo)電性的薄膜材料。他們的工作于 2021 年 6 月 4 日發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A 上。

考慮由主體 MOF 與其客體分子之間的相互作用產(chǎn)生的電子流。想象一下由相同形狀的晶體組成的主體材料——就像原始的單晶導(dǎo)體。由于整個(gè)質(zhì)量是一種形狀，它的客體分子之間不會(huì)有間隙。，因此具有很好的導(dǎo)電性。缺點(diǎn)是加工這種材料以制造其他設(shè)備需要高溫和高壓以及對(duì)大氣的精確控制以保持其均勻的形狀。到目前為止，這被證明是不切實(shí)際的。多晶材料由不同大小和形狀的小晶體組成。這使其在加工過(guò)程中擺脫了保持均勻形狀的相同障礙，使其成為制造各種下一代薄膜器件的候選材料。然而，“為了表現(xiàn)出與單晶相似的導(dǎo)電功能，我們需要一種無(wú)間隙排列晶粒的方法”，岡田賢治副教授說(shuō)。

MOF 中的這些晶粒就像分子大小的孔，可以容納特定方向和間距的特定分子。該團(tuán)隊(duì)沒(méi)有弄清楚如何將每個(gè)孔的形狀與每個(gè)分子對(duì)齊以促進(jìn)導(dǎo)電性，而是專(zhuān)注于金屬氫氧化物表面羥基的規(guī)律性。使用晶格匹配和界面鍵合的組合，該團(tuán)隊(duì)確定了兩種類(lèi)型的取向關(guān)系或?qū)щ娐窂剑?shí)現(xiàn)了一種取向，其中面內(nèi)路徑的導(dǎo)電性是另一種的 10 倍。

“通過(guò)將外延生長(zhǎng)方法與 UV 光刻技術(shù)相結(jié)合，”Takahashi 教授說(shuō)，“無(wú)論單個(gè)晶體的形狀如何，我們都能夠制造出定向的半導(dǎo)體多晶 MOF 薄膜。”