金属有机骨架 (MOF) 是结晶多孔有机无机杂化材料，通过用客体分子填充其孔隙，可以通过 MOF(主体)的有机 - 无机骨架与其客体分子之间的相互作用产生功能。这种主客体化学有可能带来“可设计”的电气特性，允许以前所未有的方式组织材料——为下一代薄膜智能设备铺平道路。

“然而，大多数 MOF 表现出较差的导电性，”Masahide Takahashi 教授说，“由于有机连接体的绝缘性质以及构成晶体材料的各种形状之间的间隙。” 他来自大阪府立大学工学研究生院的研究小组开发了一种设计和控制多晶材料中电子流动路径的方法，并实现了一种在可控方向上显示出高导电性的薄膜材料。他们的工作于 2021 年 6 月 4 日发表在Journal of Materials Chemistry A 上。

考虑由主体 MOF 与其客体分子之间的相互作用产生的电子流。想象一下由相同形状的晶体组成的主体材料——就像原始的单晶导体。由于整个质量是一种形状，它的客体分子之间不会有间隙。，因此具有很好的导电性。缺点是加工这种材料以制造其他设备需要高温和高压以及对大气的精确控制以保持其均匀的形状。到目前为止，这被证明是不切实际的。多晶材料由不同大小和形状的小晶体组成。这使其在加工过程中摆脱了保持均匀形状的相同障碍，使其成为制造各种下一代薄膜器件的候选材料。然而，“为了表现出与单晶相似的导电功能，我们需要一种无间隙排列晶粒的方法”，冈田贤治副教授说。

MOF 中的这些晶粒就像分子大小的孔，可以容纳特定方向和间距的特定分子。该团队没有弄清楚如何将每个孔的形状与每个分子对齐以促进导电性，而是专注于金属氢氧化物表面羟基的规律性。使用晶格匹配和界面键合的组合，该团队确定了两种类型的取向关系或导电路径，并实现了一种取向，其中面内路径的导电性是另一种的 10 倍。

“通过将外延生长方法与 UV 光刻技术相结合，”Takahashi 教授说，“无论单个晶体的形状如何，我们都能够制造出定向的半导体多晶 MOF 薄膜。”