科学家用一种非常规液体填充脆弱材料的微小孔道，从而找到一种在不破坏其结构的情况下制造复杂图案的方法。

金属有机框架（MOFs）包含微小孔道网络，可捕获气体、吸附污染物并支撑化学反应。这些特性使其适用于先进传感器和电子器件，但其脆弱结构容易被器件制造工艺损伤。日本研究人员开发出一种在室温下在这些材料中刻蚀精确图案的方法，且不会造成该工艺通常带来的大范围结构损伤。

该技术由东京理科大学（TUS）开发，过程是先用离子液体填充 MOF 的孔道，再将其暴露于聚焦离子束。实验中，该液体增强了铜基 MOF，并大幅降低损伤，使研究人员能够制造宽度仅数百纳米的精细特征。

这些多孔材料为何难以成形

MOF 的起源可追溯至 1974 年，当时墨尔本大学化学教授 Richard Robson 开始探索分子和化学键能否替代结构模型中的木球和金属杆。他用由四臂有机分子连接的铜离子进行实验，帮助奠定了一类新型多孔材料的基础。如今已知的 MOF 约有 10 万种，潜在应用涵盖气体储存、化学分离和污染控制。

要将这些材料转化为功能器件，需要精确制造，通常涉及干法刻蚀，即利用离子等高能粒子去除材料。然而，离子束会破坏精细的晶体骨架并产生不需要的空腔。低温刻蚀提供了一种限制这种损伤的方法，但需要专用冷却设备和液氮。

用离子液体保护 MOF

在东京理科大学应用物理系助理教授 Yumeng Zheng 和教授 Kentaro Kinoshita 的领导下，研究人员探究了离子液体能否使 MOF 更耐离子束损伤。该方法建立在 Kinoshita 团队此前的发现之上：这些液体可提高 MOF 的机械稳定性。该研究计划发表于 Communications Materials。

团队测试了四种咪唑鎓基离子液体在 Cu3BTC2 中的效果。Cu3BTC2 是一种含苯-1,3,5-三羧酸（BTC）的铜基 MOF。每种液体占据材料孔体积的约 50% 至 60%。随后，研究人员在室温下使用聚焦镓离子束在样品中刻蚀图案。

未处理的 MOF 遭受显著结构损伤，包括形成大空腔。在相同条件下，含离子液体的样品可见微结构损伤明显更少。研究人员成功刻蚀出 5 × 5 微米（约 0.0002 × 0.0002 英寸）的方形、一个柱状结构，以及线宽仅 130 至 300 纳米（约百万分之 5 至 12 英寸）的汉字。

“在这项研究中，我们开发了一种对这类脆弱材料进行室温干法刻蚀的简单方法。通过用离子液体浸润 MOF，其机械稳定性大幅提高，电子束和离子束造成的损伤降低，实现了无害的离子束刻蚀，”Zheng 博士说。

离子液体如何帮助防止结构损伤

研究人员提出，离子液体通过热效应和电效应的组合保护 MOF。液体可能吸收离子轰击产生的热量，减小局部温度变化；其可移动离子可能有助于重新分布积累的电荷并屏蔽局部电场。这些机制仍是提出的解释，而非已直接确立的损伤降低原因。

其他测量证实，所有四种离子液体处理都提高了 MOF 的硬度，而未显著改变其刚度。热分析还显示，处理样品在比未处理材料更高的温度下分解，表明热稳定性提高。

尽管实验仅针对一种铜基 MOF，研究人员认为该方法可能适用于其他框架。如果其有效性可扩展到更多材料，室温刻蚀有望提供一条更易实施的途径来制造基于 MOF 的器件，而无需低温工艺的冷却要求。

“我们可以预见其在高灵敏度传感器、分离与分析器件以及催化器件中的应用。这项技术有潜力成为一项基础技术，将 MOF 的优异材料功能与其实际器件应用连接起来，”Kinoshita 教授说。

Yumeng Zheng、Momoka Muraoka、Koki Egawa、Kentaro Kinoshita，Ionic-liquid-assisted room-temperature dry etching of metal–organic frameworks，2026 年 11 月 10 日，Communications Materials。DOI: 10.1038/s43246-026-01396-3