本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
八十年前，世界上很少有人聽說過塑膠。但在 1939 年，在紐約世界博覽會上首次亮相後，一種塑膠——尼龍——在不到一年的時間裡就成為了家喻戶曉的詞語。雖然尼龍風靡襪子市場，但塑膠逐漸普及到服裝以及其他領域——廚房用品、電子產品、建築材料、醫藥等等——還需要幾十年。我們現在知道，塑膠實際上成為了定義 20 世紀的材料。
展望未來，金屬有機框架 (MOF) 有望成為 21 世紀的定義性材料。雖然這種 3-D 奈米晶體結構群仍處於早期階段，但其商業應用正在迅速加速。你可能從未聽說過 MOF，但我們相信，從現在起 50 年後，它們將像今天的塑膠一樣，成為人類生活中無處不在的一部分。
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塑膠之所以能在社會上如此普及，是因為它們的通用性。塑膠是聚合物，是單體的長重複鏈，可以替換單體以賦予它們不同的特性。透過簡單地改變單體，聚合物可以變得更小或更大、更軟或更硬、更硬或更有彈性、不透明或透明，甚至可以導電。
與聚合物一樣，MOF 是一組材料，具有數百萬種變體，適用於不同的應用，它們由小結構的重複單元組成。在這種情況下，這些結構是奈米尺寸的金屬簇，並用有機分子連線它們。與僅在一個方向上生長的聚合物不同，MOF 以晶體的形式向各個方向擴充套件。它們具有非常剛性、均勻和精確的原子排列。
這種獨特的均勻性使科學家能夠以前所未有的精度設計和工程化 MOF。透過精確瞭解每個原子在 MOF 中的位置，計算工具可以在實驗室合成之前快速建模和模擬不同的可能結構。MOF 目前正被用於小眾應用，例如穩定用於製造電子產品（如智慧手機中的矽晶片）的有毒氣體，但我們相信它們正處於臨界點，就像 80 年前的塑膠一樣。
邁向“特氟龍時刻”
20 世紀早期是合成聚合物發現的鼎盛時期。但許多早期聚合物不穩定，溶於水，並且缺乏廣泛應用的靈活性。
尼龍是第一個廣為人知的、商業上可用的合成聚合物。尼龍襪上市後，這種材料接下來出現在第二次世界大戰的帳篷和降落傘中。大約在同一時間，在也發現了尼龍的杜邦公司，一位科學家意外地發現了聚合物聚四氟乙烯 (PTFE)。這種以特氟龍為商標的氟化塑膠，早期用於塗覆曼哈頓計劃中用於放射性材料的管道的閥門和密封件，但相對不為人知。這一切在 1954 年發生了變化，當時一位法國工程師和他的妻子嘗試在炊具上使用特氟龍，從而在 1960 年代首次出現了塗有 PTFE 的不粘鍋。
因此，塑膠大約花了 60 年的時間才在多個行業中普及到消費者大眾。對於 MOF 來說，這意味著我們正走在正確的軌道上。
經過二十年的實驗室實驗，產生了許多不穩定、不可靠和不切實際的結構後，MOF 現在首次出現在商業應用中。但 MOF 尚未迎來它們的“特氟龍時刻”。
隨著越來越多的公司採用 MOF，他們將繼續使製造支援 MOF 的產品更容易、成本更低，並且它們的應用將進一步擴充套件。基於 MOF 的絕緣材料、隔音耳機和先進感測器都可能在不久的將來出現。在更遠的將來，我們可能會使用 MOF 從大氣中提取碳或幫助為新一代燃料箱提供動力。
就像特氟龍的意外發現一樣，我們可能會在途中看到一些意外的 MOF 發現。我們可以想象用於房間隔音的 DIY 塗料，因為 MOF 可以產生非常薄的絕緣層；或者基於 MOF 的人造肌肉，可以沿每個晶軸獨立膨脹或收縮。但正如特氟龍在 100 年前無法預測一樣，我們無法預測 MOF 可能性的全部範圍
規劃未來之路
雖然塑膠確立了 MOF 的明確歷史和化學先例，但奈米材料普及的商業路徑卻鮮為人知。正如塑膠發生的情況一樣，我們不認為 MOF 的商業化會有一個急劇的轉折點；相反，如果成本能夠充分降低，它就會像水找到它的水平一樣——MOF 將找到廣泛的應用。
在此之前，科學家們每天都在發明製造具有重要現實應用的新型 MOF 的方法。他們正在為使 MOF 成為 21 世紀的塑膠鋪平道路。