我院徐红星院士、江浩庆研究员团队在《Advanced Science》发表重要研究成果 首次提出超快激光在金属有机框架材料上的导电界面直写及调控作用

近日，河南科学院激光制造研究所徐红星院士、江浩庆研究员联合哈尔滨工业大学杨立军教授等合作者，在国际权威学术期刊《Advanced Science》上发表了题为《Instant Writing of Conductive Interface on MOF Single Crystal by Ultrafast Laser》的研究论文。该研究创新性提出在金属有机框架（MOFs）大尺寸单晶上利用超快激光原位诱导导电界面的方法，为在单个MOF晶体上构建功能界面及应用拓展提供了新的制造策略和思路。

单晶材料的内在优势使其在工业领域实现了广泛的应用。金属有机框架（MOF）单晶作为一种具有代表性的晶态多孔材料，在应用层面具备丰富的可能性。完整的MOF单晶自然避免了晶界、缺陷和杂质，独特的大尺寸单体结构使其在微光学和电子器件中具有很高的体性能。这些特性使单晶MOF在集成电器件中极具前景。然而，目前通用的减材制造策略包括激光烧蚀、光刻和电子束刻蚀的靶材主要面向MOF粉末或薄膜，而由于单个单晶MOF的加工和集成挑战，相应的制造策略和应用尚未得到有效探索。

聚焦激光作为精准的高能热源，对MOF诱导衍生出多功能纳米材料方面具有显著优势。这种独特的能力为MOF单晶的新型微/纳米衍生加工提供了可能。为此，本研究首次提出利用超快脉冲激光在MOF单晶尺度上通过超快激光原位写入的方式构建导电界面。在有机配体的热解过程中，配位金属原子被还原为碳包裹的均匀分布的金属纳米颗粒，通过这种方式，可在单个MOF晶体上即时写入碳基金属导电图形化界面而无需额外工艺步骤，同时了保留未加工区域的晶体结构，实现导电界面和晶态多孔结构的协同响应。

研究发现，从表面到内部的有效烧蚀热逐渐耗散，导致界面自然形成了由碳骨架和非晶MOF结构组成的连续过渡结构。通过调制扫描速度和激光功率，热积累引起的碳质材料变性会显著影响碳基金属纳米颗粒层的导电性。同时，在过高热累积下，碳质材料的烧蚀去除导致Cu转变为Cu2O，这个发现有望将单晶与半导体材料相结合。为验证超快激光方法的可行性，本研究针对超快激光在大尺寸HKUST-1（MOF单晶）写入叉指电极（IDE）后的诱导界面进行了湿度传感测试实验和水分子吸附的密度泛函理论计算，解释了激光诱导叉指电极和晶态多孔结构的协同响应过程。HKUST-1单晶式传感器具有5%–90%RH的宽检测范围，最快响应时间仅为2秒，在同类MOF湿度传感材料中表现出更优异的检测性能。基于超快激光诱导导电界面的制造策略的提出为新型单晶式MOF器件的开发奠定了基础，具有重要科学意义。

文章链接为：

Instant Writing of Conductive Interface on MOF Single Crystal by Ultrafast Laser. https://doi.org/10.1002/advs.202500711