自己組織化共役高分子マイクロ球体による革新的光電子機能発現

• Project/Area Number: 16J00960
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Nanomaterials chemistry
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 櫛田 創 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2017-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 共役高分子 / WGM共振器 / 自己組織化

Outline of Annual Research Achievements

[A] 電荷注入による電界誘起WGM発光：本研究に差し掛かるに当たって申請書に記載されているデバイス構造ではアクティブ層が厚すぎるために電荷を球体内で再結合させることは難しいと判断した。そこで100 nm のギャップを持つチタンを電極をEbeamリソグラフィによって作成することを検討した。レジストの種類・膜厚やドーズ量の検討を行った結果、100 nm のギャップをもつ電極作製に成功した。また、その他方でポリマー球体からの光励起によるレーザー発振の観測にも成功している。共役高分子のみからなる球体からのレーザー発振は未だに報告されておらず電荷注入による電界誘起WGMレーザーに向けた大きな一歩であると考えられる。本研究結果は現在論文提出中である。
[C] 高分子マイクロ球体による光捕集系の構築：Forster型エネルギー移動 (FRET) は近距離では非常に高効率にエネルギー移動が起こる一方、数十ナノメートル以上離れるとその効率は著しく低下する。一方で放射型エネルギー移動 (RET) は光の再吸収・再発光によるエネルギー伝達機構であり、マイクロメートルを超える距離でも起こる。しかしながら、エネルギードナーの発光が放射状に広がるために効率が非常に悪い。しかし光は理想的な真空場ではエネルギーのロスなく進むことから、ドナーの発光に方向性をもたせることができれば長距離・高効率なエネルギー移動が実現できると考えられる。本研究ではエネルギードナー・アクセプターの関係にある共役高分子をそれぞれ自己集合化させて作製したマイクロキャビティを連結させることでドナーの放射を選択的にアクセプターに誘導し高効率・長距離のRETを実現した。本研究は論文としてまとめられACS Nano 2016, 10, 5543－5549.に掲載されている。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Duisburg-Essen University/Heidelberg University(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] National Tsing hua University(台湾)
• [Journal Article] Conjugated Polymer Blend Microspheres for Efficient, Long-Range Light Energy Transfer (2016)
  • Author(s): Soh Kushida, Daniel Braam, Thang Duy Dao, Hitoshi Saito, Kosuke Shibasaki, Satoshi Ishii, Tadaaki Nagao, Akinori Saeki, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara, Masashi Kijima, Axel Lorke, Yohei Yamamoto
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 10 Issue: 5 Pages: 5543-5549
  • DOI: 10.1021/acsnano.6b02100
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 共役高分子ブレンド球体の構築とWGMを介した高効率放射エネルギー移動 (2016)
  • Author(s): 櫛田創、Daniel Braam、Dao Thang、柴崎浩輔、齋藤仁志、石井智、長尾忠昭、佐伯昭紀、桑原純平、神原貴樹、木島正志、Axel Lorke、山本洋平
  • Organizer: 第65回高分子学会年次大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2016-05-27
• [Remarks] 高効率エネルギー移動を実現する有機フォトニクス材料を開発均一にブレンドされた共役ポリマー球体共振器
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201605111400.html
• [Remarks]
  • URL: http://pi-figuration.jp/foryoung/interview/