トップ雑誌：武漢大学が協力し、金属ナノ結晶チップの高速印刷を実現

出典：武漢大学最近、トップクラスの国際学術誌「アメリカ化学会誌（JACS）」に、鄧和祥教授と程家瑞教授の共同研究成果が掲載されました。「MOF を使用した空気中のナノスケールレーザー冶金とパターン形成」と題されたこの論文は、雑誌の表紙に選ばれました。この論文の第一著者は、ポスドク研究員の Jiang Haoqing 氏です。

論文リンク: https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b00355

実験装置の概略図金属ナノ結晶は、光電子デバイスを製造するための重要な原材料です。しかし、金属ナノ結晶は活性が高く酸化されやすく、製造工程では溶液、真空、不活性雰囲気の保護が必要になることが多く、製造工程が複雑で大規模に適用することが困難です。化学・分子科学学院の鄧和祥教授は、工業科学研究所の程家瑞教授のチームと協力し、レーザーを用いて金属有機構造体（MOF）を原料として均一な粒子サイズの金属ナノ結晶を製造することに成功しました。パターンは、レーザーのオン/オフと光点の移動をプログラム制御することで作成されます。金属ナノ結晶で構成されたウェハーサイズのチップは、わずか数十秒で印刷できます。プロセス全体は完全に空気中で行われ、必要なレーザー出力は5ワット未満であるため、大規模生産に非常に適しています。

金属有機構造体（MOF）へのレーザー照射による金属ナノ結晶の生成とチップ印刷
MOF は金属と炭素含有有機リガンドから構成されます。現在、ほとんどの研究は MOF 内の有機成分に焦点を当てており、構造内に豊富に含まれる金属イオンは十分に活用されていません。本研究では、レーザーナノ冶金およびパターン形成法（ナノスケールレーザー冶金およびパターン形成、nano-LaMPと呼ばれる）を提案し、MOFを原料として、空気環境での金属ナノ粒子の調製と同期パターン印刷を実現しました。反応中、MOF 結晶内の整然と並んだ金属イオンと有機リガンドは、それぞれ金属源と還元剤として機能します。ナノ秒パルスレーザーは、指定された場所にエネルギーを正確に送り、金属の還元に必要なエネルギーを提供します。 MOF 結晶はレーザー光を効率的に吸収し、局所的に高温を生成します。金属イオンは急速に還元され、MOF の豊富な細孔から放出され、基板上に堆積して急速に冷却され、金属ナノ結晶を形成します。

実験結果の顕微鏡図
ナノLaMP法は優れた汎用性を示し、さまざまな金属イオンを含むMOF結晶に基づいて、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、カドミウム、インジウム、鉛、ビスマスを含む9種類の金属ナノ結晶とそのパターンを調製できます。中でも、銅ナノ粒子をベースにした表面増強ラマン効果チップは、さまざまな生物学的分子の検出において極めて低い検出限界（10-12 M）を提供します。 Nano-LaMP はレーザーと MOF 材料の利点を組み合わせ、省エネ、環境に優しく、高速かつ柔軟なチップ製造の新しい方法を提供します。

ナノLaMPを使用して調製されたさまざまな金属のナノ結晶。この研究は、中国国家自然科学基金、武漢大学国家重点研究開発プログラムイノベーションチームプロジェクトの資金提供を受け、上海光源（SSRF）、武漢大学大型機器共有プラットフォームおよび試験センターの支援を受けて行われました。

出典：武漢大学

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