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透明性が高く高品質のMOF膜を作製 センサー応用に期待大阪公立大の研究グループ

大阪公立大学の研究グループは、金属有機構造体(MOF)結晶の向きを揃え規則正しく並べることで、高品質な薄膜を作製することに成功した。高い透明性が求められるセンサーや光学素子、ガス吸着シートなどへの応用が期待される。

» 2024年08月20日 09時30分 公開
[馬本隆綱EE Times Japan]

結晶の形状を制御し、結晶の向きを揃え結晶間の隙間をなくす

 大阪公立大学大学院工学研究科の小関友香大学院生(博士前期課程2年)や岡田健司准教授、深津亜里紗助教、高橋雅英教授らによる研究グループは2024年7月、金属有機構造体(MOF)結晶の向きを揃え規則正しく並べることで、高品質な薄膜を作製することに成功したと発表した。高い透明性が求められるセンサーや光学素子、ガス吸着シートなどへの応用が期待される。

 MOFは、多数の小さい穴(ミクロ細孔)がある結晶構造の物質で、その穴には分子やナノ材料を収納できる。ただ、MOF材料を高機能化するには単結晶にする必要がある。しかし、結晶サイズを大きくすることは極めて難しかったという。

 研究グループは、金属水酸化物における表面水酸基の規則性に着目した。そして、MOFをエピタキシャル成長させ、大面積でMOF結晶を配向させた薄膜を実現してきた。ただ、結晶と結晶の間には隙間があり、光が膜表面で散乱し半透明の膜となっていた。

 そこで今回は、MOFのエピタキシャル成長技術をベースに、成長過程で結晶の形状を制御した。実験では添加剤(モジュレーター)を合成溶液に入れて、合成を行った。モジュレーターを反応溶液に入れることで、銅イオンとカルボン酸の結合形成速度を相対的に遅らせた。これにより、特定方向の優先成長を抑制した。この結果、結晶と結晶の間に生じる隙間が結晶成長とともに消失し、膜表面で生じる光の散乱を大幅に抑制できたという。

左は従来手法で合成したMOF膜、右は開発した手法で合成したMOF膜の一例 左は従来手法で合成したMOF膜、右は開発した手法で合成したMOF膜の一例[クリックで拡大] 出所:大阪公立大学
MOFの模式図 MOFの模式図[クリックで拡大] 出所:大阪公立大学

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