Estruturas metal-orgânicas com condutividade metálica
Investigadores do KIT produzem pela primeira vez uma película fina de MOF com verdadeira condutividade metálica - perspectivas para a eletrónica do futuro
As estruturas metal-orgânicas (MOF) caracterizam-se por uma elevada porosidade e uma estrutura personalizável. Têm um enorme potencial, por exemplo, para aplicações em eletrónica. Até agora, no entanto, a sua baixa condutividade eléctrica tem limitado seriamente a sua utilização. Com a ajuda da síntese assistida por IA e robôs num laboratório autónomo, os investigadores do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (KIT), juntamente com colegas da Alemanha e do Brasil, conseguiram produzir uma película fina de MOF que conduz eletricidade como os metais. Isto abre novas possibilidades na eletrónica e no armazenamento de energia - desde sensores e materiais quânticos a materiais funcionais. A equipa publicou um relatório na revista científica Materials Horizons.
Os MOFs (estruturas metal-orgânicas) são constituídos por junções metálicas e suportes orgânicos. Podem ser utilizados para a catálise, a separação de materiais e o armazenamento de gases, entre outras aplicações. Investigadores do Instituto de Interfaces Funcionais (IFG) e do Instituto de Nanotecnologia (INT) do KIT, bem como da Universidade de Göttingen, da Freie Universität Berlin e da Universidade Estadual de São Paulo, no Brasil, conseguiram agora um avanço decisivo: Pela primeira vez, produziram um MOF sob a forma de uma película fina que se comporta como um metal e apresenta uma elevada condutividade.
Novo processo de fabrico minimiza os defeitos dos MOFs
A condutividade metálica em MOFs já foi prevista em teoria, mas até agora só foi concretizada na prática em casos excepcionais - e nunca sob a forma de película fina, que é crucial para aplicações técnicas. Nesta forma, camadas finas de MOF são aplicadas a um substrato. "A razão para a baixa condutividade eléctrica são os defeitos, tais como as interfaces entre os domínios cristalinos", explica o Professor Christof Wöll, diretor do IFG no KIT. "Estes defeitos estruturais impedem o transporte de electrões. Com o nosso novo processo de fabrico, reduzimos significativamente a densidade destes defeitos".
A equipa internacional de investigação utilizou a síntese assistida por IA e robôs num laboratório autónomo para otimizar as películas finas do material MOF Cu3(HHTP)2 . Esta abordagem permite um controlo preciso da cristalinidade e da dimensão dos domínios. Foi possível obter condutividades de mais de 200 Siemens por metro empelículas finasde Cu3(HHTP)2 à temperatura ambiente - e ainda mais elevadas a baixas temperaturas de 173,15 graus Celsius negativos. Esta é uma caraterística clara do comportamento metálico que abre caminho à utilização de películas finas de MOF em componentes electrónicos.
O MOF optimizado permite a investigação de fenómenos de transporte invulgares
As investigações teóricas mostram também que o material MOF Cu3(HHTP)2 apresenta cones de Dirac - estados electrónicos especiais que também se encontram no grafeno, por exemplo. "Isto abre possibilidades completamente novas para a investigação experimental de fenómenos de transporte invulgares, como os líquidos de spin, nos quais os spins quânticos permanecem desordenados mesmo a baixas temperaturas, ou o chamado tunelamento de Klein, ou seja, o tunelamento através de barreiras por partículas muito rápidas", diz Wöll.
Com o seu estudo, os investigadores não só apresentam um novo processo de produção de filmes condutores de MOF para incorporação em componentes electrónicos. Estão também a abrir os MOFs a muitos novos campos de aplicação. "A combinação de síntese automatizada, caraterização preditiva de materiais e modelização teórica abre novas perspectivas para a utilização de MOFs na eletrónica do futuro - desde a tecnologia de sensores e materiais quânticos até materiais funcionais feitos à medida com propriedades electrónicas especificamente ajustáveis", diz Wöll.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Chatrawee Scheiger, Jonas F. Pöhls, Mersad Mostaghimi, Lena Pilz, Mariana Kozlowska, Yidong Liu, Lars Heinke, Carlos Cesar Bof Bufon, R. Thomas Weitz, Wolfgang Wenzel, Christof Wöll; "Dirac-cone induced metallic conductivity in Cu3(HHTP)2: high-quality MOF thin films fabricated via ML-driven robotic synthesis"; Materials Horizons, 2025
Outras notícias do departamento ciência
