超分子金属-有机骨架材料、其制备方法、模制品和电子器件的制作方法_4

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>[0156] 第二高的电导率是在G ] ACN ( 2.5 125 S/m)中观察到的,和接下来的是在 G]ETH (1.1367S/m)中。
[0157] 尽管对于查明(确定)相对低的电导率(2.5125S/m),但是令人惊讶地,由 该相同凝胶样品获得的粘弹性材料(VEZ)ACN)呈现出在9.8583S/m处的明显更高的电导 率,运表现为~300%的改善。如在要点#3中所描述的,该材料可被切割成不同的形状并且 压制W模制成薄的片材和膜,因此其相对高的电导率值使得该材料可应用于潜在的电子器 件应用。
[0158] 另一方面,图12A中的±5V之间的平坦区域看起来与Keithl巧2614B数字源表的 侣电极的膝点电压有关系。
[0159] 另外,还由A邱且抗的测量理解,所述有机-金属凝胶具有独特的作为频率的函数的 电特性。
[0160] 在所有获得的凝胶样品中观察到具有小的隆起的典型的沃伯格(Warburg)阻抗。 运表明相对于M0F纳米颗粒潜在地产生的强的电荷迁移和弱相互作用的离子材料。
[0161] 使用奈奎斯特图,样品的离子电导率的测量结果显示W下。
[0162] (表 1)
[0163]
[0164] 另外,图13A和13B显示G ] ΕΤΗ的奈奎斯特图,其具有在插入的较高频率处的延 伸区域,其中图13Β为将图13Α的局部区域放大的图。
[01化]图14Α和14Β显示由G三ACN导致的粘弹性杂化材料的奈奎斯特图,其中图14Β为 将图14Α的局部区域放大的图。
[0166] 7.对于杂化物纳米颗粒的受控生长的快速合成
[0167] 用于制造超分子M0F杂化材料的根据本实施方式的方法可同时容许对从凝胶纤维 状组装体出现超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗粒的控制。
[0168] 根据本实施方式,可制备具有约30nm-约150nm的粒度的纳米颗粒。
[0169] 图20显示使用AFM和光学图像对所获得的M0F的粒度进行分析的结果。
[0170] 根据本实施方式的方法表明纳米尺寸的超分子金属-有机骨架杂化物材料的快速 合成,运表明用于工业大规模生产的新型开发的方法。
[0171] 图15为显示当将由实施方式获得的金属-有机骨架杂化物凝胶(M0G)在室溫下长 时间干燥时凝胶变成渗透到杂化物纤维中的球形的纳米尺寸的金属-有机骨架杂化物颗粒 的照片。
[0172] 图16为显示当将图15中所示的凝胶浸溃在极性有机溶剂例如甲醇中少于1分钟 时,凝胶纤维均断裂W产生纯的金属-有机骨架纳米晶体的照片。
[0173] 换而言之,当根据本实施方式制造金属-有机骨架杂化物凝胶,然后将其干燥或者 在干燥之后清洁时,可快速且容易地制造金属-有机骨架杂化物纳米颗粒。
[0174] 8.通过超分子金属-有机凝胶能够实现的薄膜制造
[0175] 除了 W上讨论的超分子M0F杂化材料的独特的物理性质之外,溶胶-凝胶相的另一 优点在于超分子M0F杂化物薄膜的制造的容易。
[0176] 纳米尺寸的晶体尺寸的均匀性对于均匀的、紧密的和平坦的薄膜有贡献。
[0177] 所述薄膜可在任何载体上使用已知的涂布方法例如浸涂、旋涂和刮刀膜涂布方法 容易地形成。作为所述载体,可使用玻璃、娃、IT0(氧化铜锡)、或FT0基底,但是不限于此。 [017引例如,通过将溶剂例如甲醇添加到所获得的G]MEH凝胶中,所述凝胶的纤维 状网络断裂W提供纯的纳米颗粒,并且可通过将所获得的包括纳米颗粒的溶液浸涂到玻璃 基底等的表面上而获得纳米颗粒的薄膜。
[0179]另一方面,所述薄膜可根据纳米颗粒悬浮液的浓度W不同的厚度(lOOnm-10皿的 厚度)制造。
[0180] 在一种实施方式中,在调节浓度的同时,通过刮刀方法将所述纳米颗粒悬浮液涂 布在玻璃基底上,W提供具有化111、24111、54111、和10^1的厚度的薄膜,并且所获得的膜各自的 照片示于图17中。
[0181] 另一方面,G=)DMSO的溶胶相可容易地制造运些杂化材料的非常紧密且均匀 的薄涂层。将经空气干燥的涂层通过小屯、地浸在甲醇中约10-15分钟W除去不期望的水溶 性前体而快速地清洁,W获得纯的金属-有机骨架纳米颗粒膜。由此,所获得的薄膜的照片 示于图18中。图18的标记为A的部分是形成于玻璃基底上的薄膜。
[0182] 当未对图18的标记为A的薄膜进行清洁时,当在高溫下加热时其被着色为绿色;另 一方面,通过从中屯、铜除去配位水,经清洁的薄膜的颜色从蓝绿色变为深蓝色,运是在 HKUST-1薄膜中预期的典型的颜色变化(参照图19)。
[0183] 所获得的薄膜具有高的均匀性,例如,在小于或等于约lOOnm例如小于或等于约 30nm的平均粒径中lOnm-约30nm的表面粗糖度。
[0184] 特别地,所述薄膜的表面形貌示于图20中。
[0185] 由图20理解,存在于所述薄膜中的纳米颗粒具有小于或等于约30nm的尺寸。
[0186] 图21为显示通过AFM形貌术扫描测量的图20的W水平线显示的区域的表面粗糖度 的图。
[0187] 由图21理解,所获得的膜具有约lOnm-约30nm的表面粗糖度,运显示形成了非常均 匀的薄膜。
[0188] 图22为确认所述薄膜中的纳米颗粒的结晶结构的2D X-射线衍射图,其中下部图 为其中未沉积纳米颗粒的薄膜本身的2D X-射线衍射图,和用1标记的图为模拟用纳米颗粒 沉积的薄膜的2D X-射线衍射的图。
[0189] W下实施例更详细地说明本公开内容。然而,理解,本公开内容不受运些实施例限 制。
[0190] 在本申请中,为了说明超分子金属-有机骨架(M0F)材料而使用的金属-有机凝胶、 超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗粒等的样品是根据W下实施例制造的,并且测试和分 析各自是根据W下实验实施例进行的,除非在本申请中另有描述。然而,本发明不限于此。
[0191] 实施例
[0192] 实施例1:金属-有机凝胶(GzdMEH)W及其超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗 粒的制造
[0193] 将1,3,5-苯Ξ甲酸(BTC)溶解在甲醇中成为2mM溶液,然后向其添加 Ξ乙基胺成为 6mM溶液,W实现在溶剂中的完全溶解的配体。将该溶液超声处理5分钟。然后,通过如下在 甲醇中制备硝酸铜溶液成为3mM溶液:将硝酸铜溶解在甲醇中并施加超声处理1-2分钟。
[0194] 通过将所述硝酸铜溶液添加至具有完全溶解的配体的溶液并且剧烈摇动几秒而 制得混合物。然后,将所述混合物放置,直至其显示出类凝胶(凝胶状)行为,如通过管颠倒 方法所确认的。该混合物在其放置约2分钟时显示出类凝胶行为。之后,制造了金属-有机凝 胶(GidMEH)。
[0195] 将所述金属-有机凝胶(G=)ME巧在室溫下干燥。将经干燥的金属-有机凝胶 (GoMEH)浸溃在甲醇中少于1分钟,然后洗涂。之后,形成了由G]MEH获得的超分子金 属-有机骨架杂化物纳米颗粒。
[0196] 实施例2:金属-有机凝胶(G=)ETH)和其超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗粒的 制造
[0197] 通过与实施例1中相同的过程得到金属-有机凝胶(Ct]ETH)和由G3ET贷获得 的超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗粒,除了如下之外:当制备具有完全溶解的配体的溶 液时和当制备硝酸铜溶液时使用乙醇代替甲醇。此处,所述混合物在其放置约5分钟时显示 出类凝胶行为。
[0198] 实施例3:金属-有机凝胶(G]ACN)和其超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗粒 的制造
[0199] 通过与实施例1中相同的过程得到金属-有机凝胶(GzsACN)和由GzdACN获得 的超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗粒,除了如下之外:当制备具有完全溶解的配体的溶 液时和当制备硝酸铜溶液时使用乙腊代替甲醇。此处,所述混合物在其放置约5分钟时显示 出类凝胶行为。
[0200] 实施例4:金属-有机凝胶(Gz)DMF巧日其超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗粒 的制造
[0201] 通过与实施例1中相同的过程得到金属-有机凝胶仍过)Μ巧和由G过况畑获得 的超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗粒,除了如下之外:当制备具有完全溶解的配体的溶 液时和当制备硝酸铜溶液时使用Ν,Ν-二甲基甲酯胺代替甲醇。
[0202] 此处,所述混合物在其放置约10分钟时显示出类凝胶行为。
[0203] 实施例5:金属-有机凝胶(G]DMS0巧日其超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗粒 的制造
[0204] 通过与实施例1中相同的过程得到金属-有机凝胶(CbDMSO巧日由GidDMSO 获得的超分子金属-有机骨架杂化物纳米颗粒,除了如下之外:当制备具有完全溶解的配体 的溶液时和当制备硝酸铜溶液时使用二甲亚讽代替甲醇。
[0205] 此处,所述混合物在其放置约20分钟时显示出类凝胶行为。
[0206] 实施例6:薄膜的制造
[0207] 使用由实施例1获得的金属-有机凝胶(GzjMEH)材料作为用于制造 M0F薄膜的前 体。将所述金属-有机凝胶(GidM EH)材料使用20ml甲醇洗涂Ξ次,然后离屯、W收集NM0F颗 粒。
[0208] 收集剩留在离屯、管的底部处的悬浮液并且将其随后用于经由刮刀技术在玻璃基 底上沉积M0F的薄膜,其中使刮刀的尖端和玻璃基底的表面之间设置的间隙尺寸从几微米 到数10微米、特别地从4μπι到50μπι
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