東北大ら,プラスチック表面に多孔質コーティング

東北大学,岩手大学,高輝度光科学研究センターは,アクリル樹脂などの高分子材料の表面にMOFの薄膜を簡便に作製する手法の開発に成功した(ニュースリリース)。

「多孔質材料」は,微細な大きさの空孔を持つ材料で,様々な物質を吸着しやすい性質を持つ。多孔質材料の多くは無機物だが,最近では,無機物と有機物を組み合わせた、「有機―無機ハイブリッド材料」からなる多孔質材料も開発されている。

その代表例に「金属有機構造体(MOF)」が挙げられる。MOFは金属イオンと有機分子がジャングルジムのように規則的に結合した物質で,内部に規則的なナノメートルサイズの空孔を持つ。また,数多くの金属と有機分子の組み合わせでMOFを組み上げることができ,自在な構造を設計・合成できるという特長もある。

これまでMOFの多くは粉末として得られてきた。これはMOFを合成する際に,原料となる金属イオンと有機分子を含む二種類の溶液を直接混合していたため。この手法は簡便かつ大量のMOF粉末を合成するのに適した方法であり,この手法を使ってMOFの研究は飛躍的に進んできた。

しかし,例えば「プラスチックの表面をMOFの薄い膜でコーティングしたい」など,「MOFを粉ではなく膜として作りたい」場面では利用しにくい手法だった。そこで研究グループは,高分子の薄膜を得るのに使われる交互吸着法に注目し,この手法がMOF薄膜の作製に適用できないか検討した。

これは基板を別々の二種類の溶液に交互に浸漬することで,基板表面に分子レベルの極めて薄い膜を連続的に作製できる手法。研究では,金属イオンの溶液と有機分子の溶液の二種類の溶液をそれぞれ用意し,これらに基板を交互に浸漬してMOF薄膜の作製を試みた。

基板の材料として,家庭でも用いられる一般的な高分子材料を四種類選んだ。得られたMOF薄膜の構造を放射光施設SPring-8を利用して分析した結果,高分子材料の極性に応じて異なる構造のMOF薄膜が得られることが分かったという。

具体的には極性の低いポリスチレンの表面にはMOF膜はあまり成長しなかったが,極性の高いアクリル樹脂や,ポリビニルアルコール,ナイロンの表面にはMOF膜を規則的に成長させることができた。

さらに,MOFが薄膜として得られたことで電子機能素子への利用の道が拓けた。例として,研究では活性層としてMOF薄膜を組み込んだ抵抗変化スイッチを動作させることに成功した。今後はMOF膜の成長原理のさらなる解明に向けた基礎研究と,電子素子への展開に向けた応用研究の両面から研究展開が期待されるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 京大など、有機半導体薄膜の構造を分子レベルで正確に解明

    京都大学とオーストラリア グラーツ工科大学は、有機半導体が基板上でつくる厚さ数nmの超薄膜の構造を分子レベルで正確に解明することに成功した(ニュースリリース)。 有機材料は同じ化合物でも複数の異なる結晶構造をとることがで…

    2026.01.30
  • 東大と理研、量子センシングの応用に期待される薄膜振動子の作製に成功

    東京大学と理化学研究所は、エピタキシャル成長した高品質な窒化チタン薄膜を用いて、損失の少ない高性能な薄膜振動子を作製することに成功した(ニュースリリース)。 微細加工技術によって作製された機械振動子は、光やマイクロ波を用…

    2025.12.17
  • 筑波大,発光スペクトルで鉄酸化物薄膜の作成中解析

    筑波大学の研究グループは,電子デバイスなどの材料に用いる鉄酸化物薄膜の作製において,反応性スパッタ中に生じるプラズマ発光スペクトルの全波長データを機械学習で解析し,生成する薄膜の価数状態と成長速度をリアルタイムに推定する…

    2025.09.17
  • 北大,簡便な圧力制御で高性能薄膜トランジスタ開発

    北海道大学の研究グループは,危険な水素ガスや複雑な圧力制御を用いずに,電界効果移動度約90cm2 /V·sの高性能薄膜トランジスタの開発に成功した(ニュースリリース)。 近年,次世代ディスプレー用薄膜トランジスタとして,…

    2025.08.21
  • 理科大ら,薄膜生成時の枝分かれ現象をAIで解明

    東京理科大学,岡山大学,京都大学,筑波大学は,トポロジーと自由エネルギーを活用した機械学習(AI)解析を実施し,薄膜結晶の電気的特性に大きな影響を与える樹枝状構造の枝分かれメカニズムを明らかにした(ニュースリリース)。 …

    2025.04.16

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア