Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
ホウ素原子の空ｐ軌道を活用する有機半導体材料は、次世代のオプトエレスト二クス素材として有望である。本研究では、従来の有機半導体では実現できないメカニカルな刺激による電荷輸送制御を目指す。このために、ホウ素原子の一次元積層が期待できる新規の光重合性カラムナー液晶を設計・合成する。均一な液晶分子配向状態において光重合を達成することにより、伸縮自在な半導体高分子エラストマーを構築する。特に、未踏科学である高分子エラストマーの力学変形による電荷輸送制御およびホウ素一次元鎖の可視化に挑戦する。これらの研究を通して、高密度共役材料における学術変革に繋げる基礎・基盤技術を確立する。
本研究では、力学や電場などの外部刺激によって電荷輸送特性が変化する平面π電子共役系液晶を構築することを目的とした。特に、ホウ素含有液晶性半導体エラストマーの開発を目指した。光架橋性部位としてアルケンおよびアクリレート基を有する酸素原子架橋の平面固定化トリアリールボラン誘導体の合成法を確立した。π共役トリアリールボラン骨格の三方位にフェニル基を導入した化合物において、室温でカラムナー液晶相を発現させることに成功した。光ラジカル開始剤を添加した液晶試料に紫外線を照射し、部分的に架橋構造を形成させることで、伸縮性を示すエラストマーが得られることを見出した。自作の延伸機を用いて、液晶エラストマーを延伸した。ITO電極で挟んだ延伸試料に対して、飛行時間法によって電荷移動度の計測を行った。140％延伸したエラストマーにおいて、ホール移動度が2倍に上昇する新現象を見出した。新原理の力学・光センサーとして、人工皮膚などへの応用が期待される。ヘテロ環オキサジアゾールとオリゴチオフェンの共役カラムナー液晶を開発し、近赤外光二光子励起による高輝度発光および光ダイオード特性を明らかにした。X線回折像の逆フーリエ変換によって電子密度マップを構築し、共役分子がオブリークカラムナー相においてダイマー構造を形成しながら積層構造を形成していることを明らかにした。さらに、液晶状態でポーリング処理することで、オキサジアゾールの分子内回転に由来した分極が起こり、光ダイオード特性が誘起される新現象を見出した。分極方向を反転させることで、電流の向きが反転した。結晶状態でも分極構造が長期間維持できることから、新たな光電変換素子への展開が期待できる。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Chem. Commun.
Volume: -
Mater. Chem. Frontiers
Volume: - Issue: 14 Pages: 2828-2838
10.1039/d3qm00192j
Adv. Funct. Mater.
Volume: - Issue: 25
10.1002/adfm.202300538
ACS Appl. Mater. Interfaces
Volume: 14 Issue: 38 Pages: 43701-43710
10.1021/acsami.2c11029
Volume: 15 Issue: 3 Pages: 4995-4504
10.1021/acsami.2c19382
https://www.nims.go.jp/research/group/molecular-mechatronics/
https://www.nims.go.jp/group/molmechatro/index.html
