今年诺奖成果曾遭质疑无用，但华人团队用它研制了未来芯片的「钥匙」

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文章摘要

2025年诺贝尔化学奖授予了金属有机框架（MOF）材料的开创者，这种材料因其独特的纳米级孔洞结构被誉为「分子筛」或「纳米乐高积木」。MOF材料虽然在过去因稳定性差、成本高等问题被质疑实用性，但近期一项由海外华人科研团队主导的研究突破性地将其应用于「流体芯片」制造，相关成果发表在Science子刊上。这项研究可能突破当前半导体芯片的瓶颈，为MOF材料的实际应用开辟了新路径。

研究团队设计了一种以MOF为核心的纳米流体晶体管，其结构精巧，大小如硬币。科研人员通过在聚合物膜的纳米孔道内原位生长MOF晶体，形成了一种分级孔道结构——大孔如「公路」，小孔如「小巷」，构成了复杂的「离子迷宫」。这种结构利用含锆金属簇和对苯二甲酸衍生物的MOF材料，通过精心控制的生长过程，在晶体内部形成了多尺度界面和次级孔道，为离子传输提供了独特的环境。

该MOF流体芯片展现出类似电子三极管的特性，能够选择性控制质子传输。实验表明，在盐酸溶液中，质子流随电压变化呈现非线性特征，存在明显的阈值效应：低电压时电流迅速上升，中等电压时趋缓，高电压时趋于饱和。这种「三极管式」的质子传输行为与其他金属离子的线性传导形成鲜明对比，证明MOF的分级孔道结构能够实现对质子流的精准调控。

更引人注目的是，这种MOF离子晶体管表现出类脑的记忆效应。在循环电压测试中，电流响应不仅取决于瞬时电压，还受此前电压历史影响，形成滞后环。这种记忆效应可持续数秒，且对快速连续刺激更为敏感，类似于神经突触的短期可塑性。研究人员进一步将多个这样的晶体管并联，成功模拟了更复杂的信号处理，展现出构建仿脑计算系统的潜力。

这项研究不仅验证了MOF材料在信息技术领域的实用价值，也为「液态电子学」的发展提供了新思路。通过MOF这种「纳米积木」，科学家在分子尺度实现了电路功能，未来可能开发出运行在液体介质中的「类脑」芯片。这类芯片利用离子流动处理信息，有望更高效地模拟生物神经网络，甚至实现与生物体的直接接口。这项突破性工作预示着信息技术可能迎来超越传统半导体局限的新时代。