Un gruppo di ricerca congiunto costituito dal Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI situato nel sito SPring-8), Università di Kyoto, e il National Institute for Materials Science (NIMS) è riuscito a fabbricare un film sottile cristallino con uno spessore del film dell'ordine dei nanometri, in cui le molecole di un polimero di coordinazione poroso tridimensionalmente forte (di seguito, PCP) sono disposti (orientati) in una direzione designata, e dimostrato che questo film sottile ha una funzione di reazione di adsorbimento/desorbimento di gas reversibile.
Ci si può aspettare una varietà di funzioni con PCP, che possiede elevate caratteristiche di adsorbimento di gas ed elevata regolarità (cristallinità), compresa la separazione e la concentrazione ad alta efficienza delle molecole di gas, reazione all'interno dei pori, ecc. Per questo motivo, è possibile fabbricare vari tipi di dispositivi legati all'energia, come celle a combustibile ad alta efficienza, eccetera., integrando PCP con funzioni diverse. Quando si costruiscono dispositivi di questo tipo, fabbricazione in cui sono allineati gli orientamenti dei cristalli in più film di PCP, in altre parole, crescita orientata, è necessario ed indispensabile per l'integrazione di diversi tipi di PCP a forte adesione. Però, fino ad ora, la crescita orientata aveva avuto successo solo con PCP planarmente rigido. Per realizzare diverse funzioni, durata del dispositivo fabbricato, e adesione tra diversi tipi di PCP durante l'integrazione, si desiderava una tecnologia che consentisse la crescita orientata di cristalli di PCP con rigidità tridimensionale.
In questo lavoro, il gruppo di ricerca congiunto è riuscito a fabbricare un film sottile tridimensionale su scala nanometrica PCP in cui la crescita orientata è stata realizzata mediante la selezione di un substrato appropriato per la crescita orientata, lavorazione superficiale di quel substrato, e selezione di un materiale di struttura metallo-organica (MOF) che consente il controllo della direzione di crescita e allo stesso tempo mostra rigidità tridimensionale. Oltre al fatto che in questo film sottile su scala nanometrica si verifica un adsorbimento-desorbimento reversibile di gas, confermata anche la rigidità del film sottile, il che significa che la reazione di adsorbimento-desorbimento può essere eseguita senza cambiamenti di accompagnamento nella struttura del telaio. La crescita orientata di questi film sottili su scala nanometrica e i cambiamenti strutturali durante l'adsorbimento e il desorbimento potrebbero essere confermati per la prima volta in esperimenti di diffrazione dettagliati utilizzando i raggi X brillanti dell'SPring-8.
Poiché questi risultati della ricerca forniranno la tecnologia di base per la fabbricazione di nuovi dispositivi funzionali mediante l'integrazione di PCP con diverse funzioni, si prevede che la ricerca e lo sviluppo su dispositivi funzionali che utilizzano film sottili su scala nanometrica e l'applicazione ad alte prestazioni nelle celle a combustibile, ecc sarà notevolmente accelerato.
