MOF-2的水相合成及其热稳定和介电性能研究

程蕾; 闫普选; 杜博豪; 叶思; 邹华红

doi:10.16088/j.issn.1001-6600.2022111401

广西师范大学学报（自然科学版） ›› 2023, Vol. 41 ›› Issue (05) : 86 -95. DOI: 10.16088/j.issn.1001-6600.2022111401

MOF-2的水相合成及其热稳定和介电性能研究

程蕾, 闫普选, 杜博豪, 叶思, 邹华红

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摘要

金属有机框架材料（metal-organic frameworks, MOFs）作为超低介电层间介质（ILD）材料，在满足高端芯片等微电子器件的大规模集成化发展方面显现出巨大的应用潜力。本文在常温常压水相中制备结晶性良好的MOF-2晶体，采用Rietveld精修分析MOF-2晶体的晶胞参数；研究MOF-2晶体在受热脱水过程中结构的变化，发现分子结构发生重排生成[Zn（BDC）(DMF)]和[Zn（BDC）(H₂O)] 2种结构，100℃加热6 h后，这2种产物的物相占比分别为89%和11%;采用介电频谱研究其介电性能，发现水相制备的MOF-2介电常数随频率变化较大，高频时相对介电常数稳定在4～5（>1 MHz）,中频、低频时表现出较大的介电响应，这主要是由水分子和DMF的协同作用产生，受热脱去部分溶剂分子后产物的相对介电常数不再随频率发生变化并保持在约3.39（0.1～1 MHz）;MOF-2脱去所有溶剂分子后生成片状结构的[Zn（BDC）],相对介电常数为3.91（0.1～1 MHz）。基于介电弛豫理论分析，MOF-2的介电响应主要由低频的直流电导、中频时水分子和DMF的协同极化作用、高频时的电子/离子位移极化以及普适介电响应（UDR）等4方面的弛豫机制贡献。本研究阐明了水相合成MOF-2及其受热脱溶剂产物的结构特征、介电性能和极化弛豫机制，为MOF-2在电学领域的应用提供了理论依据。