自己組織能を有する液晶性有機半導体材料の創製と機能開拓

• Project/Area Number: 06J09863
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Polymer chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 安田 琢麿 The University of Tokyo, 大学院・工学系研究科, 助教
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2008: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2007: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2006: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 液晶 / 自己組織化 / 有機半導体 / π共役分子 / オリゴチオフェン / レドックス / 光機能 / ソフトマテリアル / 共役分子

Research Abstract

液晶のもつ異方性や動的特性を利用した機能性ソフトマテリアルの構築が近年注目を集めている。本研究では、π共役分子のもつ優れた電子・光・レドックス機能と液晶の特性を融合することにより、高次の秩序構造を保持した機能性有機半導体材料を構築することを目的とした。
拡張π共役構造を有するオリゴチオフェンをモチーフにした機能性液晶分子の自己組織化ナノ構造の制御と電子・光機能について検討を行った。分子両末端に複数のアルキル基を導入したπ共役ポリカテナーオリゴチオフェンを有機金属カップリング反応を用いて合成した。得られたオリゴチオフェンのサーモトロピック液晶性を偏光顕微鏡観察、示差走査熱量測定およびX線回折測定により調べたところ、スメクチック相、カラムナー相、キュービック相などの多様な液晶相を発現した。これらの液晶ナノ構造はπ共役部位とアルキル部位の体積比の違い基づいて、自己組織的に形成することがわかった。π共役部位の集合構造に基づく特異的な電子・光機能の発現を指向し、液晶状態における電荷輸送特性を調べた。その結果、拡張π共役部位からなるレイヤーおよびカラム状構造が、有効な電子伝導パスとして機能することが明らかとなった。また、これらのポリカテナーオリゴチオフェン液晶を一軸的に配向させて作製した薄膜は、高い偏光発光特性を示した。偏光比は約11であり、赤色発光が観測された。さらに、オリゴチオフェンの薄膜は、電気化学的酸化還元に伴い顕著な色調変化(エレクトロクロミズム)を示すことがわかった。
また、オリゴチオフェン以外にもレドックス活性π共役分子であるテトラシアノアントラキノジメタンや双安定性[2]ロタキサンの液晶化および物性評価についても検討を行った。特に、液晶性[2]ロタキサンにおいては、レドックス刺激によって環状部位が軸部位を可逆的に移動(シヤトリング)することをサイクリックボルタンメトリーおよび紫外可視吸収スペクトルにより明らかにした。非共有結合性相互作用や分子のトポロジーを制御し、超分子化学的な特性を利用することにより、分子のバルク状態における集合構造を制御し、その諸物性を明らかにすることができた。

Research Products

• [Journal Article] π-Conjugated Oligothiophene-Based Polycatenar Liquid Crystals : Self-Organization and Photoconductive, Luminescent, and Redox Properties (2009)
  • Author(s): T. Yasuda, T. Kato, et al.
  • Journal Title: Advanced Functional Materials 19 Pages: 411-419
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-Assembly of Functional Columnar Liquid Crystals (2009)
  • Author(s): T. Kato, T. Yasuda, Y. Kamikawa, M. Yoshio
  • Journal Title: Chemical Communications 1 Pages: 729-739
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dipole-Driven Self-Assembly of Redox-Active Mesogenic Tetracyanoanthraquinodimethanes (2008)
  • Author(s): K. Isoda, T. Yasuda, T. Kato
  • Journal Title: Journal of Materials Chemistry 18 Pages: 4522-4528
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Luminescent Ionic Liquid Crystals Based on Tripodal Pyridinium Salts (2008)
  • Author(s): K. Tanabe, T. Yasuda, T. Kato
  • Journal Title: Chemistry Letters 37 Pages: 1208-1209
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Liquid-Crystalline Bistable [2] Rotaxane (2007)
  • Author(s): I.Aprahamian, et. al.
  • Journal Title: Angewandte Chemie, International Edition 46 Pages: 4675-4679
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Liquid・Crystaline [2]Catenane and Its Copper(1) Complex (2007)
  • Author(s): E.D.Baranoff, et. al.
  • Journal Title: Angewandte Chemie, International Edition 46 Pages: 4680-4683
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Viologen-Based Redox-Active Ionic Liquid Crystals Forming Columnar Phases (2007)
  • Author(s): K.Tanabe, et. al.
  • Journal Title: Organic Letters 9 Pages: 4271-4274
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clicked Interlocked Molecules (2007)
  • Author(s): I.Aprahamian, et. al.
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan 80 Pages: 1856-1869
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Columnar Liquid Crystalline π-Conjugated Oligothiophenes (2006)
  • Author(s): Takuma Yasuda et al.
  • Journal Title: Chemical Communications Pages: 3399-3401
• [Journal Article] Oligothiophene-Based Liquid Crystals Exhibiting Smectic A Phases in Wider Temperature Ranges (2006)
  • Author(s): Masaomi Kimura et al.
  • Journal Title: Chemistry Letters 35 Pages: 1150-1151
• [Presentation] 拡張π共役液晶材料のナノ構造制御と電子・光機能 (2009)
  • Author(s): 安田琢麿, 他6名
  • Organizer: 日本化学会第89春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学船橋キャンパス
  • Year and Date: 2009-03-28
• [Presentation] 液晶性[2]ロタキサンの合成と性質 (2008)
  • Author(s): 安田琢麿, 他8名
  • Organizer: 2008年日本液晶学会討論会
  • Place of Presentation: キャンパスプラザ京都
  • Year and Date: 2008-09-17
• [Presentation] Polycatenar π-Conjugated Oligothiophenes (2008)
  • Author(s): T. Yasuda, et al.
  • Organizer: The 22nd International Liquid Crystal Conference
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 2008-06-01
• [Presentation] カラムナー液晶性オリゴチオフェンの合成と性質 (2008)
  • Author(s): 安田琢麿, 他6名
  • Organizer: 第57回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2008-05-29
• [Presentation] 液晶性[2]ロタキサンの開発 (2008)
  • Author(s): 安田琢麿, 他8名
  • Organizer: 第57回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2008-05-28
• [Presentation] 液晶性[2]ロタキサンの合成と性質 (2008)
  • Author(s): 安田 琢麿, 他7名
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学 池袋キャンパス
• [Presentation] カラムナー液晶性オリゴチオフェンの合成と光学的・電気化学的特性 (2007)
  • Author(s): 安田 琢麿, 他5名
  • Organizer: 日本化学会第1回関東支部大会
  • Place of Presentation: 首都大学東京南大沢キャンパス
• [Book] 電子共役系有機材料の創製・機能開発・応用(檜山爲次郎 監修、分担執筆) (2008)
  • Author(s): 安田 琢麿・加藤 隆史
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Patent(Industrial Property Rights)] オリゴチオフェン系液晶化合物、カラムナー液晶材料およびその用途 (2006)
  • Inventor(s): 加藤隆史ほか6名
  • Industrial Property Rights Holder: 加藤隆史ほか6名
  • Industrial Property Number: 2006-356341
  • Filing Date: 2006-12-28