27 ottobre 2023 (Faretto Nanowerk) I ricercatori sono molto interessati a sfruttare le proprietà utili dei materiali cristallini nanoporosi per applicazioni elettroniche. Quadri ordinati come strutture metallo-organiche (MOF), le strutture organiche covalenti (COF) e le strutture organiche legate a idrogeno (HOF) hanno strutture altamente periodiche e funzionalità sintonizzabili. Le loro caratteristiche uniche li rendono promettenti come strati attivi in dispositivi come la memoria resistiva, un tipo di memoria del computer che memorizza i dati passando da uno stato di resistenza elettrica all'altro. La struttura porosa periodica e l’ambiente dei pori modificabili delle strutture cristalline potrebbero contribuire a miglioramenti eccezionali nelle prestazioni della memoria resistiva, che offre un’archiviazione di memoria più veloce e ad alta densità rispetto ai dischi rigidi convenzionali. Tuttavia, una limitazione fondamentale per un uso più ampio di questi materiali nella memoria resistiva e in altri dispositivi elettronici è stata l’incapacità di trasformarli in film sottili lisci e uniformi necessari per l’incorporazione nei dispositivi. Per superare questa barriera, gli scienziati del Fujian Institute of Research on the Structure of Matter in Cina hanno ora dimostrato un modo controllato per cristallizzare gli HOF in nanofilm utilizzando soluzioni liquide. Questa elaborazione della soluzione sfrutta la natura reversibile dei legami idrogeno che tengono insieme gli HOF, consentendo ai materiali di essere sciolti e solidificati nuovamente con facilità. Il team presenta i risultati in Materiale avanzato ("Nanofilm di strutture organiche legate a idrogeno processate in soluzione per dispositivi di memoria resistiva ad alte prestazioni").
Fabbricazione mediante soluzione di film sottili HOF e immagine fotografica di un tipico dispositivo di memoria di resistenza Ag/PFC-73/ITO. (Ristampato con il permesso di Wiley-VCH Verlag) I ricercatori hanno utilizzato una soluzione composta da specifici cristalli HOF chiamata PFC-73 per fabbricare film con spessore, ruvidità e allineamento dei cristalli ottimizzati. I test hanno dimostrato che le pellicole avevano superfici lisce, buona conduttività e stabilità termica fino a 200 °C, proprietà essenziali per l'uso pratico in elettronica. Per dimostrare le potenziali applicazioni, il team ha incorporato le pellicole HOF in dispositivi di memoria resistiva sperimentale che memorizzano i dati passando dallo stato di resistenza elettrica bassa a quella alta. I prototipi hanno mostrato prestazioni eccellenti tra cui commutazione rapida, conservazione dei dati per oltre 16 ore e capacità di resistere a oltre 60 cicli di scrittura/cancellazione. È importante sottolineare che i dispositivi funzionavano a basse tensioni e senza una fase iniziale di “formazione” comunemente necessaria per le memorie resistive. Secondo i ricercatori, le pellicole HOF potrebbero consentire di realizzare componenti elettronici riutilizzabili e riparabili. Questo perché i film HOF danneggiati possono essere facilmente sciolti e ricristallizzati, consentendo il recupero e la rifabbricazione dei materiali in nuovi dispositivi, una capacità che manca alla maggior parte dei materiali elettronici. Per testarlo, il team ha sciolto le pellicole graffiate e le ha trasformate in dispositivi di memoria funzionanti, confermando il potenziale di riciclabilità. Le proprietà personalizzabili, la fabbricazione a basso costo e le capacità rigenerative degli HOF li rendono adatti per offrire prestazioni, sostenibilità e funzionalità migliorate alle applicazioni elettroniche. Sebbene siano ancora necessari ulteriori sviluppi, queste prime ricerche dimostrano che l’elaborazione delle soluzioni è un percorso promettente per sfruttare i vantaggi degli HOF e di altre strutture nanoporose cristalline. Più in generale, la capacità di produrre in modo economicamente vantaggioso componenti elettronici organici di alta qualità potrebbe contribuire a realizzare la prossima generazione di dispositivi flessibili, efficienti e resilienti.
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Michael
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- Michael è autore di tre libri della Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: spingendo i confini della tecnologia,
Nanotecnologia: il futuro è minuscoloe
Nanoingegneria: abilità e strumenti che rendono invisibile la tecnologia
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