新一代半導體:雙螺旋有機金屬框架材料

（Sourav Saha，Clemson College of Science）

研究人員利用近年來熱門的金屬有機框架（MOF）結構造出一種雙螺旋結構材料，是下一代半導體可用的新材料，其導電性能更好，而且生產過程無需現代半導體所需的高溫技術，室溫下可以生產。

MOF材料是近年來越發熱門的多功能材料，已逐步走出實驗室投入實際應用。這類材料可以吸收有毒氣體、加快化學反應，控制藥性釋放速度，還可以用在充電電池和太陽能電池上。

MOF是由金屬離子通過有機配位體連接在一起組成的矩陣結構。利用高精確度原子製造工藝，它們以非常有序的重複性單元結構排列，多數呈現孔狀結構。

自從20年前首個MOF材料出現以來，至今研究人員用各種各樣的金屬和有機配位體已造出了二萬多種這類材料。

主要研究員美國克萊姆森大學（Clemson University）的薩哈（Sourav Saha）說，現有的多數MOF材料多採用線形或平面配位體，而這項研究採用了蝴蝶狀、不規則多邊形的配位體，造出雙螺旋結構的材料，最後通過碘分子部分氧化後增強導電性。

薩哈介紹說：「化學界早就注意到蝶形配位體，可是以前從未有人把它用在MOF材料中。用它搭建而成的雙螺旋結構，在相鄰單元之間造出了獨特的S形帶電通路。當蝶形配位體的一邊被碘氧化的時候，另一邊仍是中性，組成了分子間接縫電荷轉移鏈。電子可以在分子間的S形通道上移動，讓這種MOF材料導電性更好。」

研究人員先把鋅鹽溶劑和蝶形配位體以一定比例混合後放入烤箱，在約65攝氏度中烘烤24小時。「得到漂亮的板狀橙色晶體。」研究員戈迪略（Monica Gordillo）說，為了達到最好的效果，他們不斷調整溶液的配方、配位體與鋅鹽離子的比例以及溫度等各種條件。

最後，把碘蒸汽注入孔狀MOF材料，造成一邊缺電子、另一邊充滿電子的獨特通路。

現在的半導體材料通常要在500～1000攝氏度高溫下製造。這種MOF半導體可以在室溫至150攝氏度下製造，節省很多能源。

薩哈表示，他們的研究組將繼續使用不同形狀的配位體、不同的配比製造其它MOF材料。它們在未來電子業、能源轉換和儲能設備上都有潛在用途。

這份研究1月7日發表在《美國化學學會應用材料與界面》（ACS Applied Materials&Interfaces）期刊上，作為封面推薦研究。