I ricercatori dell'Istituto di ingegneria di processo (IPE) dell'Accademia cinese delle scienze e dell'Università di Kyoto hanno proposto una strategia per far crescere nanofilm di strutture metallo-organiche conduttive (cMOF) "fronte" e "edge-on" sui substrati controllando la comportamenti "stand-up" dei ligandi su varie superfici per superare la difficoltà nel controllo dell'orientamento di tali film.
Hanno stabilito una metodologia di caratterizzazione operando utilizzando la microscopia a forza atomica e i raggi X per dimostrare la morbidezza dei nanofilm cristallini e rivelare le loro funzioni conduttive uniche. Lo studio è stato pubblicato in Proceedings of the National Academy of Sciences il 25 settembre.
I cMOF hanno un grande potenziale per l'uso nei moderni dispositivi elettrici grazie alla loro natura porosa e alla capacità di condurre cariche in una rete regolare. I cMOF applicati nei dispositivi elettrici normalmente si ibridano con altri materiali, in particolare substrati. Pertanto, è fondamentale controllare con precisione l'interfaccia tra un cMOF e un substrato.
Tuttavia, la chimica dell'interfaccia inesplorata dei cMOF rende particolarmente impegnativa la sintesi controllata e la caratterizzazione avanzata di film sottili di alta qualità. Nello specifico, in contrasto con l'allineamento "frontale" previsto dei piani 2D derivante dal bordo idrofilo -OH e dal nucleo idrofobico di trifenilene, l'orientamento osservato sperimentalmente è, infatti, la configurazione "frontale" dei piani 2D sui substrati.
"La sfida sta nell'indurre l'elevata pressione superficiale necessaria per ottenere una configurazione 'in piedi' del nucleo", ha affermato il prof. Yao Mingshui dell'IPE, primo autore dello studio.
Nella tecnica Langmuir-Blodgett (LB), i ligandi con un nucleo idrofobo e un bordo idrofilo possono adottare un orientamento verticale su superfici idrofile quando sottoposti ad elevata pressione superficiale.
"Ispirati dai comportamenti di 'alzarsi', utilizziamo una concentrazione ultra elevata, insieme ad una vigorosa evaporazione durante la spruzzatura, per creare un'elevata pressione superficiale locale unica che può indurre l'"alzarsi" di HHTP (HHTP =2,3,6 ,7,10,11-esaidrotrifenilene) Di conseguenza, è possibile fabbricare film sottili "frontali" e "edge-on", ha affermato il prof. Kenichi Otake dell'Università di Kyoto, autore corrispondente dello studio.>
Sono state condotte varie analisi affidabili per verificare la cristallinità e l'orientamento dei film con uno spessore ultrasottile che va da pochi nanometri a decine di nanometri.
"L'imaging e il monitoraggio elettrico operando GIWAXS hanno rivelato la morbidezza della struttura anisotropa associata alla conduttività elettrica sul nanofilm cMOF. Risponde alla domanda se il Cu-HHTP rigido generalmente considerato può essere morbido", ha affermato il Prof. Susumu Kitagawa dell'Università di Kyoto, autore corrispondente. dello studio. Oltre alle interazioni redox, è stato confermato che la morbidezza strutturale modula la conduttività elettrica in modo anisotropo.
Ulteriori informazioni: Ming-Shui Yao et al, Meccanismi di crescita e conduttività anisotropica dipendente dalla morbidezza di nanofilm con struttura metallo-organica controllabile dall'orientamento, Atti dell'Accademia nazionale delle scienze (2023). DOI:10.1073/pnas.2305125120
Informazioni sul giornale: Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze
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