金屬有機(jī)框架材料的電致阻變效應(yīng)研究獲系列進(jìn)展
基于電致阻變效應(yīng)的電阻型隨機(jī)存儲器（RRAM）具有非易失性、結(jié)構(gòu)簡單、低功耗、高密度、快速讀寫等優(yōu)勢，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ男屡d存儲技術(shù)之一。同時，隨著可穿戴電子器件的快速發(fā)展，研發(fā)柔性電致阻變材料和柔性阻變存儲器尤其值得關(guān)注。
中國科學(xué)院磁性材料與器件重點實驗室（寧波材料技術(shù)與工程研究所）研究員李潤偉領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊早期分別研究了無機(jī)和有機(jī)材料的阻變效應(yīng)及其機(jī)理，比如在BiFeO3【Appl. Phys. Lett. 97, 042101(2010)】、ZnO【Adv. Mater., 24, 3941 (2012)】、HfO2【Adv. Funct. Mater. 24, 2110（2014）】、氧化石墨烯【Appl. Phys. Lett. 95，232101(2009)， J. Mater. Chem. 22, 16422(2012)】、聚西佛堿（PA-TsOH）【J. Am. Chem. Soc, 134, 17408-17411 (2012)】薄膜等材料體系中，通過電場控制活潑金屬離子或者氧離子遷移、官能團(tuán)吸/脫附、有機(jī)離子摻雜等物理化學(xué)過程都能夠獲得穩(wěn)定的阻變效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，盡管有機(jī)材料具有均一的阻變性能和柔韌性，但熱穩(wěn)定性則比無機(jī)材料差；大部分無機(jī)材料雖然具有較好的熱穩(wěn)定性，但其開關(guān)比以及機(jī)械柔韌性通常不如有機(jī)材料。最近，該團(tuán)隊在有機(jī)-無機(jī)雜化體系的阻變效應(yīng)研究中取得系列進(jìn)展。
金屬有機(jī)框架（MOF）材料是有機(jī)配體與金屬離子或團(tuán)簇通過配位鍵構(gòu)建的有機(jī)-無機(jī)雜化的晶體框架材料，具有結(jié)構(gòu)三維高度有序、物理性質(zhì)穩(wěn)定可調(diào)、化學(xué)結(jié)構(gòu)易于設(shè)計等優(yōu)點。該團(tuán)隊潘亮和研究員劉鋼通過與寧波大學(xué)、中科院物理研究所、瑞典斯德哥爾摩大學(xué)、美國密西根大學(xué)合作，在以金屬銦和對苯二甲酸氨所形成的類石英結(jié)構(gòu)金屬-有機(jī)框架單晶材料(RSMOF-1)中，通過電場控制框架結(jié)構(gòu)中客體水分子的極性翻轉(zhuǎn)得到穩(wěn)定的電致阻變效應(yīng)，且轉(zhuǎn)變電壓和高低阻態(tài)阻值分布均一。該研究工作從原理上證實利用MOF材料制作阻變隨機(jī)存儲器的可能性。基于上述研究結(jié)果，申請中國發(fā)明ZL1項（201210177625.6），論文發(fā)表在J. Am. Chem. Soc. 136, 17477-17483 (2014)。
值得指出的是，微米尺度的RSMOF-1單晶目前尚無法制備成真正的存儲器件，而且機(jī)械柔韌性也無法與薄膜材料相比。為解決上述問題，該團(tuán)隊利用改進(jìn)的液相外延法在柔性Au/PET襯底上制備了納米級高質(zhì)量有機(jī)金屬框架（HKUST-1）薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，該MOF薄膜材料能夠在±70℃的寬溫區(qū)范圍內(nèi)保持均一的阻變特性，更為重要的是，在動態(tài)的彎折測試過程中，Au/HKUST-1/Au/PET器件可在0至2.8%的應(yīng)變情況下仍能保持穩(wěn)定可靠的存儲性能，為探索柔性存儲器件提供了新的材料體系?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果，申請中國發(fā)明ZL1項（201510106614.2），論文近日作為內(nèi)封面文章發(fā)表在Adv. Funct. Mater. DOI: 10.1002/adfm.201500449。
上述研究工作獲得國家“973”子課題、國家自然科學(xué)基金、中科院裝備研制計劃、中科院青年促進(jìn)會等項目支持。
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