電子線加速器を用いた孤立高分子主鎖上での電荷キャリア移動度測定と高機能化

• Project/Area Number: 16760690
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 佐伯 昭紀 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (10362625)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2004: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 時間分解マイクロ波伝導度 / 光過渡吸収分光 / 電荷キャリア / 伝導度・移動度 / 共役系高分子 / 電子線加速器 / 時間分解マイクロ波電導 / 時間分解マイクロ波伝導

Research Abstract

共役(高)分子材料の本質的電気伝導度に関する知見を得るため、マイクロ波による電極レス電気伝導度測定を行い、共役材料中のナノメータースケールでの電荷キャリアのダイナミクスに関する研究を行った。有機低分子薄膜トランジスタ材料として近年特に注目を集めているペンタセン薄膜においてもTRMC測定を行った。疎水処理したものと未処理(親水性)の石英基板にペンタセンを熱蒸着し、厚さ約100nmの薄膜を作成した。照射源にはArFエキシマーレーザーからの193nmのナノ秒パルスを用いた。疎水処理によりグレインサイズが増大していることが原子間力顕微鏡で観測され、これに伴い、ホールのグレイン間での移動と電荷再結合が加速された。マイクロ波伝導度測定でのピークでの値から0.7cm^2/Vs以上という高い電荷移動度が得られ、π・σ共役高分子だけでなく低分子有機薄膜でも高性能な電気特性を持つことが示された。また、AC伝導度を議論するうえで重要な、伝導度の実部と虚部について実験的に分離する手法を開発した。この手法によって得られる伝導度の実部と虚部については、電荷の衝突頻度、運動可能領域などの情報に密接な相関があり、様々な材料・系を測定する上で重要となる。また、電子受容体でラミネートされたナノチューブのマイクロ波伝導度測定を行い、この材料が高効率な光伝導度を持つことを示した。マイクロ波伝導度測定の特性を活用し、ナノチューブの非等方的な伝導度を測定することに成功し、分子間スタックがそろっている方向に電気が流れやすいことを実験的に示すことができた。

Research Products

• [Journal Article] Dynamics of photogenerated charge carrier and morphology dependence in polythiophene films studied by in-situ time-resolved microwave conductivity and transient absorption spectroscopy (2007)
  • Author(s): A.Saeki, S.Seki, Y.Koizumi, S.Tagawa
  • Journal Title: J. Photochem. Photobiol. A 186 Pages: 158-165
• [Journal Article] Photoconductive Coaxial Nanotubes of Molecularly Connected Electron Donor and Acceptor Layers (2006)
  • Author(s): Y.Yamamoto, T.Fukushima, Y.Suna, N.Ishii, A.Saeki, S.Seki, S.Tagawa, M.Taniguchi, T.Kawai, T.Aida
  • Journal Title: Science 314 Pages: 1761-1764
• [Journal Article] Photoconductivity in fullerene-doped polysilane thin films (2006)
  • Author(s): A.Acharya, S.Seki, A.Saeki, S.Tagawa
  • Journal Title: Synth. Met. 156 Pages: 293-297
• [Journal Article] Electronic Structure and Optical Properties of Charged Oligofluorenes Studied by VIS/NIR Spectroscopy and Time-Dependent Density Functional Theory (2006)
  • Author(s): S.Fratiloiu, F.C.Grozema, Y.Koizumi, S.Seki, A.Saeki, S.Tagawa, S.P.Dudek, L.D.A.Siebbeles
  • Journal Title: J. Phys.Chem. B 110 Pages: 5984-5993
• [Journal Article] A Glass Hook Allows Fishing of Hexa-peri-hexabenzocoronene Graphitic Nanotubes : Fabrication of a Macroscopic Fiber with Anisotropic Electrical Conduction (2006)
  • Author(s): Y.Yamamoto, T.Fukushima, W.Jin, A.Kosaka, T.Hara, T.Nakamura, A.Saeki, S.Seki, S.Tagawa, T.Aida
  • Journal Title: Adv. Mater. 18 Pages: 1297-1300
• [Journal Article] Electrodeless measurement of charge carrier mobility in pentacene by microwave and optical spectroscopy techniques (2006)
  • Author(s): A.Saeki, S.Seki, S.Tagawa
  • Journal Title: J. Appl. Phys. 100 Pages: 23703-23708
• [Journal Article] マイクロ波による電極レス電荷キャリア移動度測定 (2006)
  • Author(s): 佐伯昭紀, 関修平, 田川精一
  • Journal Title: 放射線化学 81 Pages: 29-39
  • NAID: 10017437024
• [Journal Article] Photogenerated Hole Mobility in DNA Measured by Time-Resolved Microwave Conductivity (2006)
  • Author(s): R.Yamagami, K.Kobayashi, A.Saeki, S.Seki, S.Tagawa
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 128 Pages: 2212-2213
• [Journal Article] Charge-carrier dynamics in polythiophene films studied by in-situ measurement of flash-photolysis time-resolved microwave conductivity (FP-TRMC) and transient optical spectroscopy (TOS). (2006)
  • Author(s): A.Saeki, S.Seki, T.Sunagawa, K.Ushida, S.Tagawa
  • Journal Title: Phil.Mag 86 Pages: 1261-1276
• [Journal Article] Mobilities of Charge Carriers in Dendrite and Linear Oligogermanes. by Flash Photolysis Time-resolved Microwave Conductivity Technique (2005)
  • Author(s): S.Seki, A.Acharya, Y.Koizumi, A.Saeki, S.Tagawa, K.Mochida
  • Journal Title: Chem.Lett. 34 Pages: 1690-1691
  • NAID: 10016892307
• [Journal Article] Study of transport properties in fullerene-doped polysilane films using flash photolysis time-resolved microwave technique (2005)
  • Author(s): A.Acharya, S.Seki, A.Saeki, Y.Koizumi, S.Tagawa
  • Journal Title: Chem.Phys.Lett. 404 Pages: 356-360
• [Journal Article] Photogeneration of Charge Carriers and Their Transport Properties in Poly[bis(p-n-butylphenyl)silane] (2005)
  • Author(s): A.Acharya, S.Seki, Y.Koizumi, A.Saeki, S.Tagawa
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 109 Pages: 20174-20179
• [Journal Article] Increase of Mobility of Photogenerated Positive Charge Carriers in Polythiophene (2005)
  • Author(s): A.Saeki, S.Seki, Y.Koizumi, T.Sunagawa, K.Ushida, S.Tagawa
  • Journal Title: J.Phys.Chem.B 109 Pages: 10015-10019
• [Journal Article] Study of transport properties in fullerene-doped polysilane films using flash photolysis time-resolved microwave technique (2005)
  • Author(s): A.Acharya, S.Seki, A.Saeki, Y.Koizumi, S.Tagawa
  • Journal Title: Chemical Physics Letter (in press)
• [Journal Article] Synchronization of Femtosecond UV-IR Laser with Electron Beam for Pulse Radiolysis Studies (2005)
  • Author(s): A.Saeki, T.Kozawa, S.Kashiwagi, K.Okamoto, G.Isoyama, Y.Yoshida, S.Tagawa
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods A (in press)
• [Journal Article] Multi Spur Effect on Decay Kinetics of Geminate Ion Recombination Using Monte Carlo Technique (2005)
  • Author(s): A.Saeki, T.Kozawa, Y.Yoshida, S.Tagawa
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods B (in press)
• [Journal Article] Adjacent Effect on Positive Charge Transfer from Radical Cation of n-Dodecane to Scavenger Studied by Picosecond Pulse Radiolysis, Statistical Model, and Monte Carlo Simulation (2004)
  • Author(s): A.Saeki, T.Kozawa, Y.Yoshida, S.Tagawa
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry A 108号 Pages: 1475-1475
• [Journal Article] Inhomogeneous Distribution of Crosslinks in Ion Tracks in Polystylene and Polysilanes (2004)
  • Author(s): S.Seki, S.Tsukuda, K.Maeda, Y.Matsui, A.Saeki, S.Tagawa
  • Journal Title: Physical Review B 70号 Pages: 144203-144203
• [Journal Article] Delocalization of Positive and Negative Charge Carriers on Oligo- and Poly-fluorenes Studied by Low-Temperature Matrix Isolation Technique (2004)
  • Author(s): Y.Koizumi, S.Seki, A.Acharya, A.Saeki, S.Tagawa
  • Journal Title: Chemistry Letter 33号 Pages: 1290-1290
  • NAID: 10013658245
• [Book] 放射線化学のすすめ(分担執筆 : ジェミネート再結合とオンサガー理論) (2006)
  • Author(s): 日本放射線化学会, (分担執筆:佐伯昭紀)
  • Total Pages: 268
  • Publisher: 学会出版センター