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潜在的液晶性を活かした塗布型薄膜ソフトクリスタル電子デバイスの開発

Publicly Offered Research

Project AreaSoft Crystals: Science and Photofunctions of Easy-Responsive Systems with Felxibility and Higher-Ordering
Project/Area Number 20H04672
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

尾崎 雅則  大阪大学, 工学研究科, 教授 (50204186)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords液晶 / 有機半導体 / ソフトクリスタル
Outline of Research at the Start

液晶は流動性と自己組織性に基づく方位秩序を同時に兼ね備えており、ディスプレイ応用で成功を収めている。一方、近年、液晶の自己組織的な分子配向性を電子デバイスへ応用する研究が盛んになっている。しかし、オングストロームオーダーの秩序が求められる電子デバイスでは、液晶のナノオーダーの分子配列秩序では不十分である。そこで、本研究では、分子間相互作用と運動性の精密制御に焦点を当て、液晶を、その柔軟さを担保したまま結晶化することにより、電子材料として求められる高いÅオーダー秩序と、自己組織化による大面積分子配列秩序を両立するソフトクリスタルを実現し、高性能プリンタブル電子デバイスの実現を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

液晶の柔軟さと運動性を担保したまま「結晶化」することにより、オングストロームオーダーの精緻な配向・配列秩序と、自己組織化によるメートルオーダーの分子配列秩序とを両立したソフトクリスタル電子デバイスの実現を目的して、液晶性フタロシアニン同族体を用いて下記の成果を得た。
(1) バーコート法による2D/3Dへテロ薄膜上の2Dペロヴスカイト構造方位の制御
有機無機ペロヴスカイトは、塗布法で成膜可能な高効率太陽電池材料として注目されているが、最大の課題は大気中での安定性である。その解決法の一つに三次元(3D)構造の表面に二次元(2D)構造を積層する方法がある。しかし、2D層が薄膜面に平行に配列した構造では、キャリアの膜厚方向の伝導を阻害し高効率化の妨げとなる。そこで、我々は下地層の3Dペロヴスカイト構造をテンプレートとして、上部2D層の配列制御を試みた。その結果、3D格子配列を制御することにより、層が45度傾いた2D構造を得ることに成功した。
(2) バーコート法によるD-A型π共役高分子の方位選択性超配向薄膜構造
塗布法で作製する有機電子デバイスにおいて優れた特性を実現するためには、有機半導体薄膜を高度に配向させる必要がある。しかし、高品質な塗布薄膜が実現できるπ共役高分子では、ワンステップで分子鎖が高度に配向した薄膜を得ることは困難であった。そこで、主鎖間相互作用が強く凝集性の高いドナー-アクセプター型高分子の塗布成膜条件の最適化により、秩序パラメータが0.9に達する超高配向高分子薄膜の実現に成功した。さらに、溶液濃度や塗布掃引速度などを調整することにより、主鎖配向方向を制御することに成功した。この配向現象は、成膜過程で主鎖凝集により発現するリオトロピック・ネマチック液晶性が重要な働きをしているものと考えられる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (53 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 8 results) Presentation (42 results) (of which Int'l Joint Research: 15 results,  Invited: 6 results)

  • [Journal Article] Orientation control of 2D perovskite in 2D/3D heterostructure by templated growth on 3D perovskite2022

    • Author(s)
      Genya Uzurano, Nao Kuwahara, Tomoki Saito, Akihiko Fujii, and Masanori Ozaki
    • Journal Title

      ACS Materials Letters

      Volume: Vol. 4, No. 2 Issue: 2 Pages: 378-384

    • DOI

      10.1021/acsmaterialslett.1c00709

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Thickness control and photovoltaic properties of CH3NH3PbI3 bar-coated thin film2022

    • Author(s)
      Akihiko Fujii, Tomohisa Oizumi, Nao Kuwahara, Genya Uzurano, Tomoki Saito, Yuta Yabuuchi, and Masanori Ozaki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: Vol. 61, No. SB1032 Issue: SB Pages: SB1032-SB1032

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac211c

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Generation of a focused optical vortex beam using a liquid crystal spiral zone plate2022

    • Author(s)
      Yuji Tsukamoto, Hiroyuki Yoshida, and Masanori Ozaki
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: Vol. 30, No. 6 Issue: 6 Pages: 8667-8675

    • DOI

      10.1364/oe.451293

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Direction-Selectable Ultra-Highly Oriented State of Donor-Acceptor Conjugated Polymer Induced by Slow Bar-Coating Process2021

    • Author(s)
      Yuta Yabuuchi, Yu Minowa, Hirotake Kajii, Shusaku Nagano, Akihiko Fujii, and Masanori Ozaki
    • Journal Title

      Advanced Electronic Materials

      Volume: Vol. 7, No. 9, Id. 2100313 Issue: 9 Pages: 2100313-2100313

    • DOI

      10.1002/aelm.202100313

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Mesoporous TiO2 electron transport layer engineering for efficient inorganic-organic hybrid perovskite solar cells using hydrochloric acid treatment2021

    • Author(s)
      Quang-Duy Dao, Akihiko Fujii, Ryotaro Tsuji, Nguyen Hai Pham, Hong Van Bui, Cong Doanh Sai, Duy Thien Nguyen, Thi Huong Vu, and Masanori Ozaki
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: Vol. 732, Id. 138768 Pages: 138768-138768

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2021.138768

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evaluation of hole mobility in non-peripherally alkyl-substituted tetrabenzotriazaporphyrin thin films by MIS-CELIV method2021

    • Author(s)
      Yusuke Nakayama, WooJin Kim, Yuki Nishikawa, Akihiko Fujii, and Masanori Ozaki
    • Journal Title

      Molecular Crystals and Liquid Crystals

      Volume: Vol. 727, No. 1 Issue: 1 Pages: 42-51

    • DOI

      10.1080/15421406.2021.1946965

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Generation of coaxial vortex beams with doubled topological charges using a stacked liquid crystal structure2021

    • Author(s)
      Yuji Tsukamoto, Hiroyuki Yoshida, and Masanori Ozaki
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: Vol. 60, No. 120906 Issue: 12 Pages: 120906-120906

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac3182

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      2021 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Dynamics of Pre-Aggregation and Film Formation of Donor-Acceptor π-Conjugated Polymer2021

    • Author(s)
      Yuta Yabuuchi, Yu Minowa, Shuichi Nagamatsu, Akihiko Fujii, and Masanori Ozaki
    • Journal Title

      ACS Materials Letters

      Volume: Vol. 4, No. 2 Issue: 2 Pages: 205-211

    • DOI

      10.1021/acsmaterialslett.1c00734

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Alkyl chain length dependence of carrier transport in solution-processed phthalocyanine thin films evaluated via MIS-CELIV method2021

    • Author(s)
      Kim WooJin、Nishikawa Yuki、Nakayama Yusuke、Fujii Akihiko、Ozaki Masanori
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 60 Issue: 3 Pages: 031004-031004

    • DOI

      10.35848/1347-4065/abdf7b

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effects of thermal expansion and degeneracy on ambipolar carrier mobility of non-peripherally hexyl-substituted phthalocyanine2021

    • Author(s)
      Fujisaki Masataka、Fujii Akihiko、Yoneya Makoto、Tohnai Norimitsu、Ozaki Masanori
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 14 Issue: 4 Pages: 041001-041001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abe98c

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Directed self-assembly of soft 3D photonic crystals for holograms with omnidirectional circular-polarization selectivity2021

    • Author(s)
      Cho SeongYong、Takahashi Misaki、Fukuda Jun-ichi、Yoshida Hiroyuki、Ozaki Masanori
    • Journal Title

      Communications Materials

      Volume: 2 Issue: 1 Pages: 39-39

    • DOI

      10.1038/s43246-021-00146-x

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      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] D-A型共役高分子の液中凝集性を利用した一軸コーティング法による超高配向薄膜の作製2022

    • Author(s)
      籔内湧太、蓑輪裕、藤井彰彦、永松秀一、永野修作、梶井博武、尾﨑雅則
    • Organizer
      令和4年有機エレクトロニクス研究会(OME)中央電気倶楽部、大阪市北区、大阪府
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] π共役高分子の塗布薄膜コーティングにおける分子配向メカニズム2022

    • Author(s)
      籔内湧太、蓑輪裕、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • Organizer
      第333回電気材料技術懇談会大阪北関電ビル、大阪市北区、大阪府
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Lattice Orientation of Cholesteric Blue Phase on Patterned Alignment Surface2022

    • Author(s)
      Kazuma Nakajima, Ryo Hasegawa, Shogo Mitsuhashi, Yuji Tsukamoto, and Masanori Ozaki
    • Organizer
      Global Nanophotonics 2022 (GNP 2022), P-5, Osaka International Convention Center, Osaka, Japan
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Coaxial Optical Vortex Generator based on Stacked Structure with Photo-aligned Nematic and Planar Cholesteric Liquid Crystal Layers2022

    • Author(s)
      Yuji Tsukamoto, Hiroyuki Yoshida, and Masanori Ozaki
    • Organizer
      Global Nanophotonics 2022 (GNP 2022), P-6, Osaka International Convention Center, Osaka, Japan
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] [Invited] Organic-inorganic Halide Perovskite Solar Cells Fabricated by Uniaxial Coating Process2022

    • Author(s)
      Akihiko Fujii, Genya Uzurano, Nao Kuwahara, Tomoki Saito, Kentaro Abe, and Masanori Ozaki
    • Organizer
      Global Nanophotonics 2022 (GNP 2022), I-12, Osaka International Convention Center, Osaka, Japan
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Organic-inorganic Halide Perovskite Solar Cells Fabricated by Uniaxial Coating Process2022

    • Author(s)
      Genya Uzurano, Kentaro Abe, Nao Kuwahara, Tomoki Saito, Shusaku Nagano, Akihiko Fujii, and Masanori Ozaki
    • Organizer
      Global Nanophotonics 2022 (GNP 2022), P-7, Osaka International Convention Center, Osaka, Japan
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 液晶積層構造を用いた同軸光線上に異なるトポロジカルチャージを持つ光渦の生成2022

    • Author(s)
      塚本脩仁、吉田浩之、尾﨑雅則
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      第69回応用物理学会春季学術講演会、22p-D315-13、ハイブリッド開催(青山学院大学 相模原キャンパス+オンライン)
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  • [Presentation] SnO2電子輸送層上のCH3NH3PbI3バーコート薄膜における結晶方位と太陽電池特性2022

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      桑原直、鶉野弦也、齋藤智樹、阿部健太郎、藤井彰彦、尾﨑雅則
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      第69回応用物理学会春季学術講演会、24a-E206-4、ハイブリッド開催(青山学院大学 相模原キャンパス+オンライン)
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 2D/3Dヘテロ構造中のDion-Jacobson型2Dペロブスカイトの配向制御2022

    • Author(s)
      鶉野弦也、阿部健太郎、桑原直、齋藤智樹、永野修作、藤井彰彦、尾﨑雅則
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      第69回応用物理学会春季学術講演会、24p-E206-9、ハイブリッド開催(青山学院大学 相模原キャンパス+オンライン)
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  • [Presentation] Non-peripheral型オクタブチル置換フタロシアニンのキャリア伝導特性とバーコート配向薄膜の作製2022

    • Author(s)
      西本江里、正能拓馬、鶉野弦也、籔内湧太、藤井彰彦、尾崎雅則
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      第69回応用物理学会春季学術講演会、25a-E205-6、ハイブリッド開催(青山学院大学 相模原キャンパス+オンライン)
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  • [Presentation] In-situ微小角入射小角X線散乱法を用いた塗布型π共役高分子の薄膜形成ダイナミクスの検討Ⅱ2022

    • Author(s)
      籔内湧太、蓑輪裕、永松秀一、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会、25a-E205-7、ハイブリッド開催(青山学院大学 相模原キャンパス+オンライン)
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  • [Presentation] D-A型π共役高分子の溶液中における凝集体形成と高速バーコート法による高配向薄膜2022

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      蓑輪裕、籔内湧太、永野修作、永松秀一、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会、25a-E205-8、ハイブリッド開催(青山学院大学 相模原キャンパス+オンライン)
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  • [Presentation] [Invited] Hetero-epitaxial thin film growth of mesogenic organic semiconductor by freezing process from supercooled liquid crystal state2021

    • Author(s)
      Akihiko Fujii and Masanori Ozaki
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      The Eighth International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO2021), A2-1-1, Online
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] フタロシアニン誘導体分子配向薄膜の塗布製膜における結晶多形制御[発表奨励賞]2021

    • Author(s)
      西本江里、籔内湧太、鶉野弦也、藤井彰彦、尾崎雅則
    • Organizer
      第330回電気材料技術懇談会、330-08、オンライン
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  • [Presentation] 有機無機ハイブリッドペロブスカイトのバーコート製膜における膜厚制御と光電変換特性2021

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      桑原直、大泉朋久、鶉野弦也、齋藤智樹、籔内湧太、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • Organizer
      第330回電気材料技術懇談会、330-12、オンライン
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  • [Presentation] [Invited] Fabrication of molecularly oriented organic semiconductor thin film utilizing its potential as a liquid crystal2021

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      Masanori Ozaki and Akihiko Fujii
    • Organizer
      SPIE Optics+Photonics, Liquid Crystals XXVOnline
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Thickness Control and Photovoltaic Properties of CH3NH3PbI3 Thin Film Fabricated by Bar-Coating Method2021

    • Author(s)
      Nao Kuwahara, Tomohisa Oizumi, Genya Uzurano, Tomoki Saito, Yuta Yabuuchi, Akihiko Fujii, and Masanori Ozaki
    • Organizer
      2021 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2021), G-1-05, Online
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ultra-High Oriented Thin Film of Donor-Acceptor Conjugated Polymerby Slow Bar Coating Process2021

    • Author(s)
      Yuta Yabuuchi, Yu Minowa, Hirotake Kajii, Syusaku Nagano, Akihiko Fujii, and Masanori Ozaki
    • Organizer
      2021 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2021), G-2-04, Online
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] (100)配向CH3NH3PbI3をテンプレートとした2次元ペロブスカイトの配向制御2021

    • Author(s)
      鶉野弦也、桑原直、齋藤智樹、藤井彰彦、尾﨑雅則
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会、11p-N322-5、オンライン
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  • [Presentation] CH3NH3PbI3バーコート薄膜の膜厚制御と光電変換特性2021

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      藤井彰彦、大泉朋久、籔内湧太、鶉野弦也、桑原直、齋藤智樹、尾﨑雅則
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      第82回応用物理学会秋季学術講演会、12a-N322-2、オンライン
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  • [Presentation] In-situ微小角入射小角X線散乱法を用いた塗布型π共役高分子の薄膜形成ダイナミクスの検討2021

    • Author(s)
      籔内湧太、蓑輪裕、永松秀一、藤井彰彦、尾﨑雅則
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      第82回応用物理学会秋季学術講演会、12a-N302-1、オンライン
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  • [Presentation] くさび型セルを用いたコレステリックブルー相の相転移挙動に及ぼす界面効果に関する研究2021

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      三橋將吾、長谷川遼、趙成龍、尾﨑雅則
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      2021年日本液晶学会討論会、PE16、オンライン
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  • [Presentation] ネマティック液晶のツイストウォールを利用した点欠陥の生成2021

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      中山雄介、吉田浩之、鍛冶静雄、横山知郎、尾﨑雅則
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      日本物理学会 2021年秋季大会、20aM2、オンライン
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  • [Presentation] Generation of Focused Vortex Beam by Liquid Crystal Spiral Zone Plate with Homeotropic and Planer Patterned Alignment Layer2021

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      Yuji Tsukamoto, Hiroyuki Yoshida, and Masanori Ozaki
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      Optics of Liquid Crystal 2021 (OLC2021), P47, Online + The Busena Terrace, Okinawa, Japan
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  • [Presentation] [Invited] High Molecular Orientation and Selective Crystal Polymorphism in Uniaxially Bar-Coated Thin-Films of Solution-Processable Organic Materials2021

    • Author(s)
      Akihiko Fujii and Masanori Ozaki
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      2021 International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE2021), 2Rm201-05-02, Online
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      Akihiko Fujii and Masanori Ozaki
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      India-Japan Workshop on Biomolecular Electronics & Organic Nanotechnology for Environment Preservation (IJWBME2020), O-05, Nagoya University, Nagoya, Japan
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  • [Presentation] Non-peripheral型ブチルフタロシアニンのキャリア伝導特性とバーコート法による配向薄膜の作製2021

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      令和3年電気関係学会関西連合大会、G6-4、オンライン
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      第68回応用物理学会春季学術講演会,オンライン
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  • [Presentation] Lattice orientation control of cholesteric blue phase and Its hologram application2020

    • Author(s)
      Masanori Ozaki, SeongYong Cho, Hiroyuki Yoshida
    • Organizer
      SPIE Optics and Photonics, Liquid Crystals XX, on line
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Evaluation of Hole Mobility in Non-peripherally Alkyl-substituted Tetrabenzotriazaporphyrin Thin Films Utilizing MIS-CELIV Method2020

    • Author(s)
      Yusuke Nakayama, WooJin Kim, Yuki Nishikawa, Akihiko Fujii, Masanori Ozaki
    • Organizer
      2020 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2020)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Temperature Dependence Simulation of Carrier Mobility for Ambipolar Hexyl-substituted Phthalocyanine2020

    • Author(s)
      Masataka Fujisaki, Akihiko Fujii, Makoto Yoneya, and Masanori Ozaki
    • Organizer
      2020 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2020), online
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 低速バーコート法によるドナーアクセプタ型共役高分子の超配向薄膜作製および配向方向制御2020

    • Author(s)
      籔内湧太,鶉野弦也,藤井彰彦,尾﨑雅則
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会,オンライン
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  • [Presentation] ケルビンプローブフォース顕微鏡によるアルキルフタロシアニン塗布薄膜の界面物性評価Ⅲ2020

    • Author(s)
      正能拓馬,石裏遼,藤井彰彦,有田誠,須藤孝一,尾﨑雅則
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会,オンライン
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  • [Presentation] バーコート法により作製したtert-ブチル置換フタロシアニン薄膜における電気特性II2020

    • Author(s)
      鶉野弦也,籔内湧太,石裏遼,米谷慎,永野修作,梶井博武,藤井彰彦,尾﨑雅則
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会,オンライン
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  • [Presentation] バーコート法で作製したCH3NH3PbI3薄膜の結晶方位と太陽電池特性2020

    • Author(s)
      大泉朋久,村田将司,魏銘源,辻良太良,有田誠
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会,オンライン
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  • [Presentation] フタロシアニン誘導体の電荷輸送における温度依存性シミュレーション2020

    • Author(s)
      藤﨑雅隆、米谷慎、藤井彰彦、尾崎雅則
    • Organizer
      第81回応用物理学会秋季学術講演会,オンライン
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  • [Presentation] 低速バーコート法により誘起されるドナー・アクセプタ型共役高分子の高配向凝集形態2020

    • Author(s)
      籔内湧太,鶉野弦也,梶井博武,藤井彰彦,尾﨑雅則
    • Organizer
      第69回高分子討論会,オンライン
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  • [Presentation] CH3NH3PbI3バーコート薄膜の厚膜制御と太陽電池特性2020

    • Author(s)
      大泉朋久,村田将司,桑原直,藤井彰彦,尾﨑雅則
    • Organizer
      令和2年度電気関係学会関西連合大会、立命館大学びわこ・くさつキャンパス(滋賀県草津市)
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Published: 2020-04-28   Modified: 2022-12-28  

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