En gemensam forskargrupp bestående av Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI som ligger på SPring-8-platsen), Kyoto universitet, och National Institute for Materials Science (NIMS) lyckades tillverka en kristallin tunn film med en filmtjocklek av nanometerordning, i vilka molekyler av en 3-dimensionellt stark porös koordinationspolymer (nedan, PCP) är anordnade (orienterade) i en angiven riktning, och visade att denna tunna film har en reversibel gasadsorptions-/desorptionsreaktionsfunktion.
En mängd olika funktioner kan förväntas med PCP, som har höga gasadsorptionsegenskaper och hög regularitet (kristallinitet), inklusive högeffektiv separation och koncentration av gasmolekyler, reaktion i det inre av porerna, etc. Av denna anledning, det är möjligt att tillverka olika typer av energirelaterade enheter, som högeffektiva bränsleceller, etc., genom att integrera PCP med olika funktioner. Vid konstruktion av anordningar av denna typ, tillverkning där orienteringen av kristallerna i flera PCP-filmer är inriktade, med andra ord, orienterad tillväxt, är nödvändigt och oumbärligt för integration av olika typer av PCP med tät vidhäftning. Dock, tills nu, orienterad tillväxt hade bara varit framgångsrik med planstyv PCP. För att förverkliga olika funktioner, hållbarheten hos den tillverkade enheten, och vidhäftning mellan olika typer av PCP under integration, en teknologi som möjliggör orienterad tillväxt av kristaller av PCP med 3-dimensionell styvhet hade önskats.
I det här arbetet, den gemensamma forskargruppen lyckades tillverka en 3-dimensionell PCP nanometerskala tunn film i vilken orienterad tillväxt realiserades genom val av ett lämpligt substrat för orienterad tillväxt, ytbearbetning av det substratet, och val av ett metall-organiskt ramverk (MOF)-material som möjliggör kontroll av tillväxtriktningen samtidigt som det uppvisar 3-dimensionell styvhet. Förutom det faktum att en reversibel gasadsorption-desorption sker i denna tunna film på nanometerskala, styvheten hos den tunna filmen bekräftades också, vilket innebär att adsorption-desorptionsreaktion kan utföras utan åtföljande förändringar i ramstrukturen. Den orienterade tillväxten av dessa tunna filmer i nanometerskala och strukturella förändringar under adsorption och desorption kunde bekräftas för första gången i detaljerade diffraktionsexperiment med de briljanta röntgenstrålarna vid SPring-8.
Eftersom dessa forskningsresultat kommer att tillhandahålla den grundläggande tekniken för tillverkning av nya funktionella enheter genom integration av PCP med olika funktioner, det förväntas att forskning och utveckling på funktionella enheter som använder tunna filmer i nanometerskala och tillämpning på hög prestanda i bränsleceller, etc. kommer att påskyndas kraftigt.
