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Jun 24, 2025

금속-유기 구조체, 금속 전도성 향상 | 미라지 뉴스

금속-유기 구조체(MOF)는 높은 다공성과 구조적 다양성을 특징으로 합니다. 예를 들어 전자 분야 응용 분야에서 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다. 그러나 낮은 전기적 특성으로 인해

금속-유기 구조체(MOF)는 높은 다공성과 구조적 다양성을 특징으로 합니다. 전자 분야 등에서 엄청난 잠재력을 가지고 있지만, 낮은 전기 전도도는 지금까지 적용에 큰 제약을 주었습니다. 카를스루에 공과대학(KIT) 연구진은 자율주행 실험실에서 AI와 로봇 보조 합성 기술을 활용하여 독일 및 브라질 연구진과 협력하여 금속처럼 전기를 전도하는 MOF 박막을 개발하는 데 성공했습니다. 이는 센서, 양자 재료부터 기능성 재료에 이르기까지 전자 및 에너지 저장 분야에 새로운 가능성을 열어줍니다. 연구팀은 Materials Horizons 저널에 보고했습니다. (DOI: 10.1039/d5mh00813a)

MOF(금속-유기 골격체)는 금속 클러스터와 유기 링커로 구성됩니다. 촉매, 물질 분리, 기체 저장 등에 활용될 수 있습니다. KIT 산하 기능 계면 연구소(IFG)와 나노기술 연구소(INT), 그리고 괴팅겐 대학교, 베를린 자유대학교, 브라질 상파울루 주립대학교의 연구진은 획기적인 성과를 달성했습니다. 최초로 금속 전도성을 갖는 박막 형태의 MOF를 개발했습니다.

새로운 제조 공정으로 MOF의 결함 최소화

MOF의 금속 전도성은 이론적으로 예측되었지만, 지금까지 예외적인 경우에만 실제 적용되었으며, MOF 박막을 기판에 적용하는 기술적 응용 분야에 필요한 박막 형태로는 이전에는 구현된 적이 없습니다. KIT의 IFG 책임자인 크리스토프 뵐 교수는 "낮은 전기 전도성은 결정 영역 간의 경계와 같은 결함으로 인해 발생합니다."라고 설명했습니다. "이러한 구조적 결함은 전자 전달을 방해합니다. 우리의 새로운 제조 공정은 이러한 결함의 밀도를 크게 줄이는 데 도움이 되었습니다."

국제 연구팀은 자율주행 실험실에서 AI 및 로봇 지원 합성을 사용하여 Cu3(HHTP)2 MOF 소재 박막을 최적화했습니다. 이 접근법은 결정성과 도메인 크기를 정밀하게 제어할 수 있게 해줍니다. Cu3(HHTP)2 박막은 실온에서 200S/m 이상의 전도도를 달성했으며, 영하 173.15°C의 저온에서는 그보다 더 높은 전도도를 보였습니다. 이는 금속 거동의 특징이며, 전자 부품에 MOF 박막을 사용할 수 있는 길을 열어주었습니다.

최적화된 MOF로 특이한 수송 현상 탐색 가능

이론 분석 결과 Cu3(HHTP)2 MOF 소재는 그래핀에서 발견되는 것과 같은 특수한 전자 상태인 디랙 콘(Dirac cone)을 특징으로 한다는 것이 밝혀졌습니다. 뵐(Wöll)은 "이는 저온에서도 양자 스핀이 무질서하게 유지되는 스핀 액체나, 매우 빠른 입자가 장벽을 통과하는 클라인 터널링과 같은 특이한 수송 현상의 실험적 탐구에 완전히 새로운 가능성을 열어줍니다."라고 말했습니다.

연구진은 이 연구를 통해 전자 부품에 통합하기 위한 전도성 MOF 필름을 생산하는 새로운 방법을 제시할 뿐만 아니라, MOF를 다양한 새로운 응용 분야에서 새로운 선택지로 만들고 있습니다. 뵐(Wöll)은 "자동 합성, 예측 가능한 재료 특성 분석, 그리고 이론적 모델링의 결합은 센서와 양자 재료부터 특수하게 조절 가능한 전자적 특성을 가진 맞춤형 기능성 재료에 이르기까지 미래 전자 분야에서 MOF를 활용할 수 있는 새로운 가능성을 열어줍니다."라고 말합니다. (또는)

원본 출판(오픈 액세스)

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: Cu3(HHTP)2에서 디랙콘 유도 금속 전도도: 머신러닝 기반 로봇 합성을 통해 제조된 고품질 MOF 박막. Materials Horizons, 2025.

DOI: 10.1039/d5mh00813a

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헬름홀츠 협회 소속 연구 대학인 KIT는 사회와 환경을 위한 지식을 창출하고 전파합니다. 에너지, 이동성, 정보 분야의 세계적 과제 해결에 크게 기여하는 것을 목표로 합니다. 이를 위해 약 1만 명의 직원들이 자연과학, 공학, 경제학, 인문학 및 사회과학 등 다양한 분야에서 협력하고 있습니다. KIT는 연구 기반 학습 프로그램을 제공하여 22,800명의 학생들이 사회, 산업, 과학 분야에서 책임감 있는 업무를 수행할 수 있도록 지원합니다. KIT의 혁신 노력은 중요한 과학적 발견과 사회 발전, 경제적 번영, 그리고 자연적 생명 기반 보존을 위한 활용 사이의 가교 역할을 합니다. KIT는 독일 우수 대학 중 하나입니다.