Un grupo de investigación conjunto formado por el Instituto de Investigación de Radiación Sincrotrón de Japón (JASRI ubicado en el sitio SPring-8), Universidad de Kyoto, y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) logró fabricar una película delgada cristalina con un espesor de película del orden de nanómetros, en el que las moléculas de un polímero de coordinación poroso fuerte tridimensional (en adelante, PCP) están dispuestos (orientados) en una dirección designada, y demostró que esta película delgada tiene una función de reacción de adsorción / desorción de gas reversible.
Se puede esperar una variedad de funciones con PCP, que posee altas características de adsorción de gas y alta regularidad (cristalinidad), incluyendo separación y concentración de moléculas de gas de alta eficiencia, reacción en el interior de los poros, etc. Por esta razón, es posible fabricar varios tipos de dispositivos relacionados con la energía, como las pilas de combustible de alta eficiencia, etc., integrando PCP con diferentes funciones. Al construir dispositivos de este tipo, Fabricación en la que se alinean las orientaciones de los cristales en múltiples películas de PCP, en otras palabras, crecimiento orientado, es necesario e indispensable para la integración de diferentes tipos de PCP con una adherencia firme. Sin embargo, hasta ahora, el crecimiento orientado sólo había tenido éxito con PCP planarmente rígido. Para realizar diversas funciones, durabilidad del dispositivo fabricado, y adhesión entre diferentes tipos de PCP durante la integración, Se deseaba una tecnología que permitiera el crecimiento orientado de cristales de PCP con rigidez tridimensional.
En este trabajo, el grupo de investigación conjunto logró la fabricación de una película delgada de PCP tridimensional a escala nanométrica en la que el crecimiento orientado se realizó mediante la selección de un sustrato apropiado para el crecimiento orientado, procesamiento de la superficie de ese sustrato, y selección de un material de estructura organometálica (MOF) que permite el control de la dirección de crecimiento al mismo tiempo que muestra rigidez tridimensional. Además del hecho de que se produce una adsorción-desorción de gas reversible en esta película delgada a escala nanométrica, También se confirmó la rigidez de la película delgada, lo que significa que la reacción de adsorción-desorción se puede realizar sin cambios acompañantes en la estructura del marco. El crecimiento orientado de estas películas delgadas a escala nanométrica y los cambios estructurales durante la adsorción y desorción podrían confirmarse por primera vez en experimentos de difracción detallados utilizando los rayos X brillantes en el SPring-8.
Debido a que los resultados de esta investigación proporcionarán la tecnología básica para la fabricación de nuevos dispositivos funcionales mediante la integración de PCP con diferentes funciones, Se espera que la investigación y el desarrollo de dispositivos funcionales que utilicen películas delgadas a escala nanométrica y su aplicación a un alto rendimiento en pilas de combustible, etc. se acelerará enormemente.
