Chemische dampfase depositie van metaal-organische roosters voor sensoren toepassingen

Metaal-organische roosters (MOFs) zijn kristallijne poreuze materialen, bestaande uit metaalion noden die geïnterconnecteerd zijn via organische linker moleculen. Dankzij hun uniforme poriën en zeer hoog specifiek oppervlak zijn MOFs aantrekkelijk voor zowel toepassingen op grote schaal (bv. adsorptie, gas opslag, katalyse) als voor hoogwaardige applicaties (bv. gas sensoren en low-k diëlecktrica). Het ontwikkelen van geschikte synthese methoden voor MOFs als poeders en als dunne films is noodzakelijk om hun toepassingsmogelijkheden te verwezenlijken. Traditionele solvothermale processen kunnen moeilijk gebruikt worden voor de microfabricatie van toestellen, o.a. door het gebruik van toxische organische solventen, corrosie van de elektrische circuits, partikel contaminatie,… Deze problemen kunnen echter overkomen worden door de MOF synthese te laten plaatsvinden vanuit de damp fase, in plaats van in oplossing.

MOF synthese vanuit de damp fase vertegenwoordigt een belangrijke technologische doorbraak. Verscheidene solvent-vrije en damp-geassisteerde synthese procedures voor MOF poeders werden reeds ontwikkeld. Het is echter pas recent dat een MOF volledig vanuit de damp fase succesvol werd afgezet als dunne film. Deze methode, MOF chemische damp afzetting (MOF-CVD) genaamd, werd enkel aangetoond voor een prototypische MOF die bestaat uit zink ionen en imidazolaat linkers.

In dit werk werd de damp fase synthese van poeders en MOF-CVD uitgebreid tot materialen die gebaseerd zijn op andere soorten chemie, waaronder zink (bipyridyl-)imidazolaten, koper en aluminium dicarboxylaten. Voor de eerste keer werden dunne films van een mesoporeus kristallijn materiaal volledig afgezet vanuit de damp fase, evenals dunne films met een preferentiële oriëntatie van de kristallieten op het oppervlak. Deze verwezenlijkingen waren mogelijk, enerzijds dankzij het gebruik van nieuwe types van reactie kamers die toelaten om de reactie temperatuur en atmosferische condities te controleren, en anderzijds dankzij de extensieve in en ex situ karakterisatie met zowel conventionele als gevorderde technieken, waarvan sommige voor de eerste keer in dit werk toegepast werden op MOFs.