Innovation in Control of Physical Properties of Polymer Thin-Film Materials by Micro-Morphology Analysis of Amorphous
| Project/Area Number |
21K18979
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
長谷川 健 京都大学, 化学研究所, 教授 (30258123)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 非晶モルフォロジー / MAIRS法 / フォノン / 非晶 / モルフォロジー / 高分子薄膜 / MAIRS / 構造パラメータ / 高分子 / 物性制御 / 微小モルフォロジー |
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| Outline of Research at the Start |
最先端の分子デバイスの機能発現を“薄膜”が担っている。薄膜の分子集合構造は，分子配向，配向分布，結晶多形などの“構造パラメータ”を通じて表され，それらは膜展開溶媒，蒸着条件，基板表面の性質などの“実験条件”に依存する。分光学および結晶学のいずれにとっても“非晶”の解析は難しく，解析に必要な“構造パラメータ”すら定まっていない状態にある。本研究では，非晶の解析に必要な新たな構造パラメータとして“微小モルフォロジー表面”に狙いを絞って分光学的に定量解析できるようにし，分子設計や実験条件にフィードバックした非晶の物性制御に革新をもたらす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子材料の微小モルフォロジー表面を読み解く重要なカギが，フォノン／ポラリトンの表面モードである。振動スペクトルに現れる有機物の表面モード由来のバンドは，一見して基準振動バンドと区別がつかず，非晶の多い高分子材料の解析に使える状況ではない。しかし，振動スペクトルの表面モードは微小なモルフォロジーの違いを強く反映し，またその量がバンド強度に反映されることは活用すべきである。本研究では，独自開発の多角入射分解分光法(MAIRS)を利用して，有機材料の表面モード解析が容易にできる状況に変える。MAIRSは，薄膜中の遷移モーメントを面内(IP)および面外(OP)成分に分けた二つのスペクトルにして，同一縦軸スケールで取り出せる唯一の吸収分光法であり，主としてFT-IRと組み合わせて用いられる。数ある表面モードのうち，光導波路を必要とせずに測れる平滑平面のBerremanモードと，粒子由来の多重極子モードは偏光特性が大きく異なることから，IPおよびOPスペクトルに現れる比率が大きく異なり，これを表面選択律と見ることでMAIRSだけで容易に識別でき，また配向が異なる基準振動との識別を実現させる。
戦略として，強い双極子モーメントを持つC-F結合からなるパーフルオロアルキル化合物（PFAS）を用いて，フォノンの有無を制御できる物質系を考えた．通常，単一化合物を分子集合させると，PFAS同士の双極子間相互作用が強く働き，フォノンが生じる．一方，炭化水素で同様の実験をするとフォノンが生じない．PFASと炭化水素を混ぜると，それぞれがドメインを形成して，フォノンの程度を調整できない問題がある．そこで，群馬大学の園山研と共同研究により，一分子の中にパーフルオロアルキル鎖と炭化水素鎖を両方持つ化合物を合成し，それを水面上の展開単分子膜として実験したところ，フォノンを適度に調整することに成功し，MAIRSスペクトルからその変化を読み取れることを実証できた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
合成に時間がかかったが，その後は測定が順調に進み，予定していた成果にほぼ近いものが得られている．
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| Strategy for Future Research Activity |
フォノンの程度を制御することに成功したため，今後はモルフォロジーとの関係を突き止める研究を行う．AFM-IRによる局所解析も検討したい．
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Report
(2 results)
Research Products
(73 results)
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[Journal Article] Synergistic Surface Modification of Tin?Lead Perovskite Solar Cells2023
Author(s)
Hu Shuaifeng、Zhao Pei、Nakano Kyohei、Oliver Robert D. J.、Pascual Jorge、Smith Joel A.、Yamada Takumi、Truong Minh Anh、Murdey Richard、Shioya Nobutaka、Hasegawa Takeshi、Ehara Masahiro、Johnston Michael B.、Tajima Keisuke、Kanemitsu Yoshihiko、Snaith Henry J.、Wakamiya Atsushi
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Journal Title
Advanced Materials
Volume: 35
Issue: 9
Pages: 2208320-2208320
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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