Forskere dyrker regelmæssigt bestilt nanometer-skala krystallinsk tynd film ved hjælp af porøst 3D-materiale

En fælles forskningsgruppe bestående af Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI placeret på SPring-8-stedet), Kyoto Universitet, og National Institute for Materials Science (NIMS) lykkedes at fremstille en krystallinsk tynd film med en filmtykkelse på nanometer rækkefølge, hvor molekyler af en 3-dimensionelt stærk porøs koordinationspolymer (i det følgende PCP) er arrangeret (orienteret) i en bestemt retning, og demonstreret, at denne tynde film har en reversibel gasadsorption/desorptionsreaktionsfunktion.

Der kan forventes en række funktioner med PCP, som besidder høje gasadsorptionsegenskaber og høj regelmæssighed (krystallinitet), herunder højeffektiv separation og koncentration af gasmolekyler, reaktion i det indre af porerne, osv. Af denne grund, det er muligt at fremstille forskellige typer energirelaterede enheder, såsom højeffektive brændselsceller, etc., ved at integrere PCP med forskellige funktioner. Ved konstruktion af anordninger af denne type, fremstilling, hvor krystallernes orienteringer i flere PCP -film er justeret, med andre ord, orienteret vækst, er nødvendig og uundværlig for integration af forskellige typer PCP med tæt vedhæftning. Imidlertid, indtil nu, orienteret vækst havde kun været vellykket med plan-stiv PCP. For at realisere forskellige funktioner, holdbarheden af ​​den fremstillede enhed, og vedhæftning mellem forskellige typer PCP under integration, en teknologi, der muliggør orienteret vækst af krystaller af PCP med 3-dimensionel stivhed, havde været ønsket.

I dette arbejde, det lykkedes den fælles forskningsgruppe at fremstille en tredimensionel tyndfilm på nanometer i PCP, hvor orienteret vækst blev realiseret ved at vælge et passende substrat til orienteret vækst, overfladebehandling af dette substrat, og valg af et metal-organisk framework (MOF) materiale, der muliggør kontrol af vækstretningen, samtidig med at den viser 3-dimensionel stivhed. Ud over det faktum, at en reversibel gasadsorptions-desorption forekommer i denne tynde film i nanometerskala, tyndfilmens stivhed blev også bekræftet, hvilket betyder, at adsorptions-desorptionsreaktion kan udføres uden ledsagende ændringer i rammestrukturen. Den orienterede vækst af disse tynde film på nanometerskala og strukturelle ændringer under adsorption og desorption kunne for første gang bekræftes i detaljerede diffraktionsforsøg ved hjælp af de strålende røntgenstråler ved SPring-8.

Fordi disse forskningsresultater vil give den grundlæggende teknologi til fremstilling af nye funktionelle enheder ved integration af PCP med forskellige funktioner, det forventes, at forskning og udvikling på funktionelle enheder, der anvender tynde film i nanometerskala og applikation til høj ydeevne i brændselsceller, etc. vil blive stærkt accelereret.