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  作為新興的無機和有機的雜化材料，金屬有機框架（英語：Metal Organic Framework，縮寫：MOF）是一種由有機配體配位的金屬原子或原子簇構成一維、二維或三維的結構。通常，大多數(shù)關于 MOF 的研究集中在其在氣體儲存，分離，純化以及催化方面的應用，而對其力學性能，壓電和鐵電性質(zhì)的報導卻很少。事實上，大多數(shù)遇水穩(wěn)定的諸如 Zr / Hf / Cr 基的 MOFs 只能制備在納米尺度范圍（50-1000nm）以內(nèi)的微晶顆粒。包括納米壓痕在內(nèi)的常用力學測試方法對這樣小尺寸的微晶粉末變得不再適用。此外，由于有機配體和金屬簇的可調(diào)性以及內(nèi)部主- 客體相互作用，理論上 MOF 可以具備鐵電，磁性和多鐵性，然而，諸如鐵電分析儀等宏觀的測試方法并不適用于 MOF 材料。

  近期，新加坡國立大學機械工程系曾開陽教授的納米尺度多場耦合表征研究組發(fā)表了采用雙頻（振幅調(diào)制-頻率調(diào)制 （AM-FM））原子力顯微鏡技術以及壓電力顯微鏡技術 （PiezoresponseForce Microscope 或 PFM）對 UiO-66 型和 NUS-6 型 MOF 的力學，壓電，鐵電性質(zhì)進行定量化表征的工作：課題組與新加坡國立大學化工與生物分子工程系趙丹教授合作，嘗試將 UiO-66型 MOF 顆粒懸浮液超聲分散并附著在硅片基底上，并用 AM-FM 進行直接的納米力學定量化成像表征。結果表明 UiO-66-Hf 型 MOFs 的彈性模量高于 UiO-66-Zr 型 MOFs（圖 1）, 并且兩者都比文獻報道中鋅/銅基 MOFs 的彈性模量高。

  除此之外，可以通過調(diào)節(jié)配體的化學官能團或使用不同的金屬原子對 MOF 的力學性能進行調(diào)控。數(shù)量多而排布致密的官能團可以提升 MOF 的力學性能，這個結果極有可能是與 MOF 的原子密度的增加有關。這些結果為 MOF 微晶的力學測量鋪平了道路，并為設計具有高機械性能的 MOF 提供了一個切入點。相關研究結果發(fā)表在2017 年新一期的 ACS Applied Materials & Interfaces 雜志上。

  在另一項研究中，研究組通過使用雙頻共振追蹤壓電力顯微鏡技術（DART-PFM）和壓電響應譜（PFS）技術對 NUS-6 型 MOFs 微晶的壓電和鐵電特性進行了表征。 在室溫下，NUS-6-Hf 微晶表現(xiàn)出比 NUS-6-Zr 更強的壓電響應（圖 2）和更優(yōu)異的鐵電極化行為，這是由于配位鍵 HfO鍵比 Zr-O 鍵的極性強。值得注意的是，NUS-6-Hf 的極化（PR）（圖 2）環(huán)路曲線與某些具有高電能密度和小殘留極化，并具有能量應用的合成聚合物的 PR 環(huán)路相似。研究結果還表明，通過選擇金屬原子可以對 MOF 的鐵電性質(zhì)進行調(diào)節(jié)，選擇金屬原子形成更強極性的配位鍵能夠在不對稱晶格中形成電子結構。本研究旨在使用先進的掃描探針顯微術探索 MOF 的鐵電性能，并設計新的基于 MOF 材料的鐵電體。相關研究結果發(fā)表在 2017 年新一期 Nanoscale雜志上。

  這兩篇文章的第一作者均為曾開陽教授研究組的三年級博士生孫瑤。這項工作得到新加坡教育部對新加坡國立大學的學術研究資助（AcRF）R-265-000-495-112 和（AcRF）R-279-000-429-112。并受到新加坡國立大學（CENGAS R-261-508-001-646）的財政支持。

  論文信息及鏈接：

Sun, Y.; Hu, Z. G.; Zhao, D.*; Zeng, K. Y.* Mechanical properties of microcrystalline metal-organicframeworks (MOFs) measured by bimodal amplitude modulated-frequency modulated atomic forcemicroscopy, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, DOI: 10.1021/acsami.7b06809. 

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b06809 

Sun, Y.; Hu, Z. G.; Zhao, D.*; Zeng, K. Y.* Probing nanoscale functionalities of metal-organicframework nanocrystals, Nanoscale, 2017, DOI: 10.1039/C7NR04245K.

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/nr/c7nr04245k#!divAbstract