Un groupe de recherche conjoint composé du Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI situé sur le site SPring-8), Université de Kyoto, et le National Institute for Materials Science (NIMS) a réussi à fabriquer un film mince cristallin avec une épaisseur de film de l'ordre du nanomètre, dans laquelle les molécules d'un polymère de coordination poreux tridimensionnel fort (ci-après, PCP) sont disposés (orientés) dans une direction désignée, et a démontré que ce film mince a une fonction de réaction réversible d'adsorption/désorption de gaz.
Une variété de fonctions peut être attendue avec PCP, qui possède des caractéristiques d'adsorption de gaz élevées et une grande régularité (cristallinité), y compris la séparation et la concentration à haute efficacité des molécules de gaz, réaction à l'intérieur des pores, etc. Pour cette raison, il est possible de fabriquer différents types d'appareils liés à l'énergie, comme les piles à combustible à haut rendement, etc., en intégrant des PCP ayant des fonctions différentes. Lors de la construction d'appareils de ce type, fabrication dans laquelle les orientations des cristaux dans plusieurs films PCP sont alignées, en d'autres termes, croissance orientée, est nécessaire et indispensable pour l'intégration de différents types de PCP à forte adhérence. Cependant, jusqu'à maintenant, la croissance orientée n'avait réussi qu'avec le PCP planairement rigide. Afin de réaliser diverses fonctions, durabilité de l'appareil fabriqué, et l'adhésion entre différents types de PCP lors de l'intégration, une technologie permettant la croissance orientée de cristaux de PCP avec une rigidité tridimensionnelle avait été souhaitée.
Dans ce travail, le groupe de recherche conjoint a réussi à fabriquer un film mince en PCP tridimensionnel à l'échelle nanométrique dans lequel une croissance orientée a été réalisée par la sélection d'un substrat approprié pour la croissance orientée, traitement de surface de ce substrat, et la sélection d'un matériau de structure métal-organique (MOF) qui permet de contrôler la direction de croissance tout en affichant également une rigidité tridimensionnelle. En plus du fait qu'une adsorption-désorption de gaz réversible se produit dans ce film mince à l'échelle nanométrique, la rigidité du film mince a également été confirmée, ce qui signifie que la réaction d'adsorption-désorption peut être effectuée sans accompagnement de changements dans la structure du cadre. La croissance orientée de ces couches minces à l'échelle nanométrique et les changements structurels au cours de l'adsorption et de la désorption ont pu être confirmés pour la première fois dans des expériences de diffraction détaillées utilisant les rayons X brillants du SPring-8.
Parce que ces résultats de recherche fourniront la technologie de base pour la fabrication de nouveaux dispositifs fonctionnels par intégration de PCP avec différentes fonctions, il est prévu que la recherche et le développement sur des dispositifs fonctionnels utilisant des couches minces à l'échelle nanométrique et application à haute performance dans les piles à combustible, etc. sera grandement accéléré.
