Technik zur Herstellung funktioneller Materialien auf der Grundlage von Polymeren von Metallclustern

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Forscher an den Universitäten von Jyvaskyla (Finnland) und Xiamen (China) haben einen neuartigen Weg entdeckt, um funktionelle makroskopische kristalline Materialien aus nanometergroßen 34-atomigen intermetallischen Silber-Gold-Clustern herzustellen.

Das Clustermaterial hat eine stark anisotrope elektrische Leitfähigkeit, da es in einer Richtung ein Halbleiter und in anderen Richtungen ein elektrischer Isolator ist.

Die Synthese des Materials und seine elektrischen Eigenschaften wurden in Xiamen untersucht, und die theoretische Charakterisierung des Materials wurde in Jyvaskyla durchgeführt.

Die Forschung wurde am 6.

Mai 2020 in Nature Communications online veröffentlicht.Die Metallcluster wurden mittels Nasschemie unter Zugabe von Gold- und Silbersalzen und Ethynyladamantan-Molekülen in einer Mischung aus Methanol und entweder Chloroform oder Dichlormethan synthetisiert.

Alle Synthesen ergaben die gleichen 34-atomigen Silber-Gold-Cluster mit einer identischen Atomstruktur, aber überraschenderweise löste die Verwendung von Dichlormethan/Methanol als Lösungsmittel nach der Clusterbildung in Lösung und dem Wachstum von menschenhaardicken Einkristallen, die aus ausgerichteten Polymerketten der Cluster bestehen, eine Polymerisationsreaktion aus.Die Kristalle verhielten sich in der Richtung des Polymers als Halbleitermaterial und in den Querrichtungen als elektrischer Isolator.

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Dieses Verhalten entsteht durch atomare Metall-Metall-Bindungen in der Polymerrichtung, während in den Querrichtungen die Metallcluster durch eine Schicht des Ethynyladamantans voneinander isoliert sind.Die theoretische Modellierung des Clustermaterials durch computerintensive Simulationen unter Verwendung der Dichtefunktionaltheorie sagte voraus, dass das Material eine Energielücke von 1,3 eV für elektronische Anregungen aufweist.

Dies wurde durch Messungen der optischen Absorption und elektrischen Leitfähigkeit in einem Layout bestätigt, in dem wir Einkristalle als Teil eines Feldeffekttransistors montierten, die eine p-Typ-Halbleitereigenschaft des Materials zeigten.

Die elektrische Leitfähigkeit entlang der Polymerrichtung war etwa 1800-fach im Vergleich zu….

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