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Visualization of Monolayer Structures Specifically Formed by Functional Organic Materials at the Substrate Interface

Research Project

Project/Area Number 22K14604
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

塩谷 暢貴  京都大学, 化学研究所, 助教 (60822963)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords赤外分光法 / 高分解能 / 有機半導体 / 薄膜 / 分子パッキング / 結晶多形 / アルカン / 伸縮振動 / 薄膜相 / X線回折
Outline of Research at the Start

有機エレクトロニクスの分野では,優れた電荷輸送特性を示す有機半導体の開発は活発に行われている一方で,デバイス特性に直結する薄膜中の凝集構造の理解は出遅れている.特に,電荷輸送にとって最も重要な“基板界面に存在する単分子膜の構造”は未だに想像の域を脱していない.実際に,このような単分子膜の構造を解析した研究例はいくつかあるものの,基板界面で特異的に生じる結晶相(単分子膜相)の存在の有無は未解決問題として残っている.本課題では,種々の機能性有機材料に対して単分子膜相の存在を実証すること目指す.

Outline of Annual Research Achievements

本年度は,昨年度に構築した赤外分光法を用いた高分解測定を高性能有機半導体材料であるベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体(Ph-BTBT-C10)の構造解析に応用した.その結果,この化合物が"バルク相"と呼ばれる結晶構造をとるとき,フェニル基のCH面外変角振動バンドが2本に分裂することを観測した.他方,別の結晶構造である"薄膜相"を形成するときには,このバンド分裂は起こらないことも観測した.詳しく解析することによって,このバンド分裂がバルク相のヘリングボーン構造に由来するDavydov分裂であることを明らかにした.この発見により,Ph-BTBT-C10の結晶多形をスペクトル解析に基づいて識別できるようになった.実際に,CH面外変角振動バンドの形状に着目した解析によって,Ph-BTBT-C10のスピンコート薄膜を大気中に放置すると,わずか数時間以内に結晶構造が変化し始めることを突き止めた.この構造変化は従来のX線回折を用いた測定では捉え切れないほどわずかなものであり,高分解能の赤外分光法を用いたからこそ解析できたといえる.これらの結果は,高分解能の赤外分光法が分子パッキングの構造解析に有用であることを示すとともに,本課題の目標である単分子膜構造を可視化するための道を開くものである.
以上のようにして,本年度は高分解能の赤外分光法を機能性有機材料に応用することで,本手法の有用性を実証するとともに,分光学に基づく構造解析の基礎を固めた.これにより,単分子膜の構造を分子パッキングの観点から明らかにするための道筋をつけることができた.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当該年度に構築した解析手法が薄膜構造の解析に有用であることを示すことができ,本課題を遂行する目処が立ったため.

Strategy for Future Research Activity

これまでに構築した解析手法に基づいて,機能性有機材料の単分子膜構造を解明する.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (50 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (42 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Phonon modes controlled by primary chemical structure of partially fluorinated dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC) revealed by multiple-angle incidence resolution spectrometry (MAIRS)2024

    • Author(s)
      Hasegawa Takeshi、Nakagawara Ai、Takagi Toshiyuki、Shimoaka Takafumi、Shioya Nobutaka、Sonoyama Masashi
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 160 Issue: 6 Pages: 064704-064704

    • DOI

      10.1063/5.0190441

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      Shioya Nobutaka、Fang Tao、Fujii Masamichi、Fujiwara Ryoi、Hayashi Hironobu、Yamada Hiroko、Hasegawa Takeshi
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 40 Issue: 1 Pages: 1137-1142

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.3c03594

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    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 127 Issue: 15 Pages: 7560-7564

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c01003

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    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 39 Issue: 19 Pages: 6846-6854

    • DOI

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      Volume: 48 Issue: 4 Pages: 160-162

    • DOI

      10.5360/membrane.48.160

    • ISSN
      0385-1036, 1884-6440
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    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 145 Issue: 13 Pages: 7528-7539

    • DOI

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    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 35 Issue: 9 Pages: 2208320-2208320

    • DOI

      10.1002/adma.202208320

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      The Journal of Physical Chemistry Letters

      Volume: 13 Issue: 51 Pages: 11918-11924

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.2c03399

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      FT-IR・ラマン バーチャルユーザーズフォーラム2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Variation of crystalline polymorphs of dinaphthothienothiophene: From monolayer to bulk2022

    • Author(s)
      Nobutaka Shioya, Takafumi Shimoaka, Takeshi Hasegawa
    • Organizer
      2022 MRS Spring Meeting
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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