Fabrication of free-standing metal-organic framework oriented film toward anisotropic thermal conductivity

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15292
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: Okada Kenji 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30750301)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 熱伝導 / 有機-無機ハイブリッド / 配向 / 独立膜 / Metal Organic Framework / 熱拡散 / 異方的

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have established a method for the fabrication of large-scale oriented freestanding films of crystalline and porous metal organic frameworks (MOFs). In the oriented freestanding films, the micropores and the framework of the MOFs are also oriented with sufficient size to measure the thermal diffusivity. Oriented freestanding films of two different types of MOFs with different structures were prepared and the angular dependence of the in-plane thermal diffusivity was investigated. As a result, the oriented freestanding film of MOFs with one-dimensional pores showed about 1.46 times higher thermal diffusivity in the direction parallel to the one-dimensional pores. In the future, it is expected to synthesize materials with controlled thermal transport properties by changing the lattice/framework structure of MOFs and the introduced substances.

Free Research Field

無機材料

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、スマートフォン、コンピュータの電子機器においてチップの集積化に伴う発熱密度の上昇が大きな問題となっており、断熱、スイッチング、異方性、熱フィルターなど新しい熱制御技術の開発のためには新材料の合成は必須となる。本研究では、分子・ナノスケールの構造を自在に設計できる金属有機構造体(MOF)を新規熱輸送媒体として研究を行った。欧米、中国を中心にMOFを用いて異方的な熱輸送が可能であるといった理論研究はあったが、実現はされていなかった。今回の研究でMOFの配向独立膜の合成に成功した結果、初めてMOFを用いた異方的熱輸送を実現した。MOFの構造多様性から今後の進展が期待できる。