高精度なナノスケール細孔を有する「ナノシート」を作製

大阪府立大学 大学院工学研究科 牧浦理恵 准教授らは、JST戦略的創造研究推進事業 個
人型研究（さきがけ）「分子技術と新機能創出」領域の研究課題「液相界面を利用した高配向性機能分子膜の創製」において、水面上に有機分子の溶液を滴下するという極めて簡便な方法で、細孔の形状とサイズがナノスケールで揃った多孔質ナノシートの作製に成功した。研究成果は、米国科学誌「ACS Nano」電子版に掲載された。

厚さが数ナノから十数ナノメートルのシート状のナノ材料は「ナノシート」と呼ばれ、究極に薄い機能材料として小型化や省資源性の観点から注目を集めている。これまでに報告されている多くのナノシートは、マクロスケールの材料を剥離することで製造されているが、高温・高圧下でのマクロ材料の合成、剥離、剥離体（ナノシート）の分散液の調整、剥離体の製膜など多くのプロセスを要する。また、超音波などの刺激を必要とする剥離の過程でナノシートが劣化したり、再凝集が起きたりする問題があった。

研究グループは、常温常圧下で水面上にナノシートの構成要素となる有機分子を含む溶液を滴下するという極めて簡便な方法で、結晶性かつ多孔質のナノシートを作製することに成功した。分子を積み木に見たてると、同じ形の積み木が連結することで、規則正しく穴が空いたシートができ上がる。

ナノシートの構造解析は、大型放射光施設「SPring-8」および欧州シンクロトロン放射光研究所「ESRF」で行われた。水面におけるその場X線回折測定により、ナノシートが多孔性のハニカム構造を有し、さらに水面に垂直方向に積層した構造であることを確認した。また、シリコン、ガラス、グラファイト、金属多孔質基板など様々な基板にナノシートを転写した後も、ナノシート形状と規則構造が保持されていることを確認した。

このナノシートは、水面で凝集することなく安定に存在し、多孔質構造を保持したまま、用途に応じて様々な基板に転写することが可能。分子が規則正しく配列し、形状とサイズが揃った細孔を有するナノシートは、高性能な分離膜や有機薄膜太陽電池への応用が期待される。