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陆羽娜 发表者：奥飞斯量子比特 |公众号Qbitai 谁说获得诺贝尔化学奖的MOF（金属有机框架）“没用”？这种几十年前被删除为“仅理论而缺乏实际应用”的新材料，在获得诺贝尔奖认可后，仅制成芯片！ 。与传统芯片不同的是，它不仅完成常规计算，还能记录之前的电压变化，形成类似于大脑神经元的短期记忆。正如那些确定的人所说，这可能会成为新一代计算机的范例：如果我们能够设计出功能材料，例如只有几个较厚纳米的 MOF，我们就可以制造出适合甚至克服一些毫克极限的先进流体芯片。具有“大脑”记忆路径的纳米流控芯片在纳米约束条件下选择性传输离子显示了在生物模拟机制、离子分离、电学等方面的潜力。然而，由于纳米通道非线性预防措施的制备困难，实现非线性传输确实困难重重。 MOF材料制成的纳米流体芯片解决了这个问题。 MOF本身具有清晰的通道结构，易于适应各种化学成分，可以在输运和离子输运过程中实现原子级精度的调节。基于此，研究人员构建了层状纳米流体晶体管器件H-MOFNT。该装置首先通过在聚合物单纳米通道（NCS）中积累分层ZR-MOF-so₃h晶体，制备了基于具有许多异质结的纳米流体装置的分层youF。具体来说，纳米通道形状的子弹（宠物数控电影）被夹在两个细胞之间。面向尖端的单元充满配体水溶液，而另一个单元则使用金属前体水溶液放置。当金属前体和配体分子在金属内相遇时e pet NC，形成核并进一步聚合尖端侧的 MOF 晶体。 H-MOFNT 包含两种类型的异质通道结： 一维 (1D) 异质结：100 nm 宽，位于聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 纳米孔 (pet NCS) 和 mof 密相之间。三维（3D）内部MOF相连接：不同类型nG连接（9个连接、12个连接）的ZR-O团簇组件相连，通道表面与硫对苯二甲酸（H2BDC-so₃h）作用形成次级通道。随后研究人员将H-MOFNT置于不同偏压下的0.1 m氯金属离子溶液中进行电流-电压测试（I-V），以观察离子（尤其是质子）在器件上的输运特性。其中，在HCL溶液中，电流在低电压（0～0.2V）时快速增加，适度增加到中间范围（0.3～0.8V），在高电压（0.9～2V）时达到电流饱和水平。）。当前增长放缓。与标准二极管型（校正）行为校正不同，该器件整体表现出类似于三极管的质子传输特性。在Madal的话中，表明此时质子的传递并不是简单的电压线性增加，而是在一定范围内“阈值”或“门控”。经过测年实验，证实HCL和KCL的阳离子转移数分别为0.86和0.81，表明这一特性来自于质子和K+离子运动行为的非线性阻力。研究人员随后研究了其传递浓度的影响，进一步证实了质子的通用 H-Mofnt 非线性传递特性。为了解释这一特性，研究人员通过并行编程，使用五个 H-MOFNT 构建了一个小型液体回路。实验发现，虽然并联的H-MOFNT数量从1个增加到5个，但1个制作了一系列非线性 I-V 曲线，模仿通过增加栅极电压实现的电子 FET 的输出电流特性。同时，当H-Mofnt扫描环路电压时，表现出明显的磁滞回线效应并挤压磁滞回线，降低扫描速率，表明非线性质子输运依赖于电压扫描的频率。当在示波器的两次电压扫描之后进行反向扫描时，例如从-2V到2V，然后返回到-2V，H-MOFNT显示出流体记忆和研究的研究，即在某些条件下，可以注意到该设备。原因是在MOF层状相中，施加boltahe后，内部电势颠倒以携带质子。当电压在-2V和0V之间时，由于质子的跨相传导，局部电势ΔE迅速形成。转换能级后，δE也会短时间保持较高水平，然后逐渐降低。y 腐烂。剩余的ΔE将继续沿同一方向从0V到+2V进行质子输运，并逐渐产生反向局部电势δE′。当+2V到0V时，δE完全消失。此时质子输运受ΔE′影响，电流始终处于低状态。当0V到-2V时，剩余的ΔE′与负电压叠加，再次建立了类似于0V到+2V的δE。建立的δE和δE'分别约为10秒，并且高bo扫描频率Ltaage可以增强该液态离子的记忆，证明纳米流体晶体管具有短期记忆特性和可塑性的可塑性研究方法。因此，有可能在基于单单元或多单元厚度的MOF的液态芯片中，它们的过渡、记忆等功能在液态系统上都呈现出类似于电子器件的替代效果。未来，或许可以通过合理设计hete自然强迫系统、存储基于流体的信息甚至大脑计算都是可能的。 “无用”的mof 在此之前，mof通常被认为是“无用的”。甚至在诺贝尔奖公布的当天，安排委员会在解释获奖原因时也用了非常委婉的话语：MOF潜力巨大，可以为具有新功能的定制材料提供前所未有的年份。没有其他原因，就是 MOF 理论和应用之间存在明显的联系。如今，2018年化学奖获得者、MOF创始人Susumu Kitakawa、Richard Robson和Omar M. Yaghi提出这种材料后，MOF一度被认为是造纸的“神奇机器”。 MOF几乎可以插入到任何领域：氢气、甲烷存储、二氧化碳提取、电池电极、超级电容器、传感、光电器件……相关论文数量一度高达10万篇，但真正能实现工业应用的却寥寥无几。主要重新原因是MOFs的结构稳定性较差。许多微生物会在水或空气中腐烂。而且合成过程复杂、昂贵，且难以保持批量生产结构的一致性。因此，尽管MOF在实验室中表现良好，但在实践中却常常失败。但如今MOF芯片的出现也证明了这种观点是有偏见的：MOF未必“一无是处”，只是还没有被真正合适的场景找到。参考链接：[2] https://www.science.org/dii/10.1126/Sciadv.adw7882
