金屬有機框架材料的電致阻變效應研究獲系列進展

　　基于電致阻變效應的電阻型隨機存儲器（RRAM）具有非易失性、結構簡單、低功耗、高密度、快速讀寫等優勢，被認為是最具發展潛力的新興存儲技術之一。同時，隨著可穿戴電子器件的快速發展，研發柔性電致阻變材料和柔性阻變存儲器尤其值得關注。

　　中國科學院磁性材料與器件重點實驗室（寧波材料技術與工程研究所）研究員李潤偉領導的研究團隊早期分別研究了無機和有機材料的阻變效應及其機理，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、官能團吸/脫附、有機離子摻雜等物理化學過程都能夠獲得穩定的阻變效應。研究發現，盡管有機材料具有均一的阻變性能和柔韌性，但熱穩定性則比無機材料差；大部分無機材料雖然具有較好的熱穩定性，但其開關比以及機械柔韌性通常不如有機材料。最近，該團隊在有機-無機雜化體系的阻變效應研究中取得系列進展。

　　金屬有機框架（MOF）材料是有機配體與金屬離子或團簇通過配位鍵構建的有機-無機雜化的晶體框架材料，具有結構三維高度有序、物理性質穩定可調、化學結構易于設計等優點。該團隊潘亮和研究員劉鋼通過與寧波大學、中科院物理研究所、瑞典斯德哥爾摩大學、美國密西根大學合作，在以金屬銦和對苯二甲酸氨所形成的類石英結構金屬-有機框架單晶材料(RSMOF-1)中，通過電場控制框架結構中客體水分子的極性翻轉得到穩定的電致阻變效應，且轉變電壓和高低阻態阻值分布均一。該研究工作從原理上證實利用MOF材料制作阻變隨機存儲器的可能性。基于上述研究結果，申請中國發明專利1項（201210177625.6），論文發表在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，而且機械柔韌性也無法與薄膜材料相比。為解決上述問題，該團隊利用改進的液相外延法在柔性Au/PET襯底上制備了納米級高質量有機金屬框架（HKUST-1）薄膜。研究發現，該MOF薄膜材料能夠在±70℃的寬溫區范圍內保持均一的阻變特性，更為重要的是，在動態的彎折測試過程中，Au/HKUST-1/Au/PET器件可在0至2.8%的應變情況下仍能保持穩定可靠的存儲性能，為探索柔性存儲器件提供了新的材料體系。基于上述研究結果，申請中國發明專利1項（201510106614.2），論文近日作為內封面文章發表在Adv. Funct. Mater. DOI: 10.1002/adfm.201500449。

　　上述研究工作獲得國家“973”子課題、國家自然科學基金、中科院裝備研制計劃、中科院青年促進會等項目支持。