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2萬多種這類材料。

主要研究員美國克青檸森大學（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，最後通過碘分子部份氧化後增強導電性。

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焗爐，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500～1,000攝氏度高溫下製造。這種MOF半導體可以在室溫～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、不同的配比製造其他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。◇

 

 

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