ナノ～マイクロスケールでのπ分子ワイヤーの電荷輸送特性評価

• Project Area: Emergence of highly elaborated pai-space and its function
• Project/Area Number: 23108710
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 佐伯 昭紀 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10362625)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2012: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2011: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: π分子ワイヤ / マイクロ波 / ナノ / 電荷輸送特性 / 孤立分子 / 電荷キャリア移動度 / ドナー・アクセプター / 絶縁マトリクス

Outline of Annual Research Achievements

共役高分子は、有機電界効果トランジスタや有機太陽電池への応用が期待されている。フィルム中の電荷キャリア移動度は、分子間スタックやグレインサイズ・バリアに大きく左右されるが、高分子鎖本来が持つ分子内移動度は高いと考えられる。しかし、後者の測定はTime Of Flight (TOF) 法やField Effect Transistor (FET) 法などの従来の直流型測定法では困難である。一方、時間分解マイクロ波伝導度測定法(TRMC)のような交流型測定法では、電極との接触なしに電荷移動度を算出することができる。
π共役分子ナノワイヤーとしてアモルファス性の共重合体を対象とし、TRMCによる１次元分子内電荷移動度を評価した。その結果、２種のπユニットから成る共重合体の導入割合が1:1付近で移動度は0.7から0.3 cm2/Vsまで急激に減少し、その後、１種のホモポリマーでは0.7 cm2/Vsまで回復した。この現象は密度汎関数法で得られるラジカルカチオンの非局在性と分子の“形”と相関があると考えられる。一方、FETでは10-5～10-7 cm2/Vsオーダーの移動度が得られ、さらに全く異なる導入割合依存性を示した。マクロな移動度は重量平均分子量と再配向エネルギーを乗じたパラメータとの間に相関があることが示唆された。このように、評価する空間スケールによって電荷キャリア移動度の値は大きく異なり、さらにそれを決定する要因も変わってくることが分かった。有機トランジスタなどの実際のデバイスでは、長距離並進輸送を反映したマクロな電荷移動度が重要であるが、ミクロスケールの高い電荷移動度をいかに長距離輸送に反映するかが、さらなる性能向上において鍵となる。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Charge Carrier Mobilities in Amorphous Triphenylamine#8211;Fluorene Copolymers: Role of Triphenylamine Unit in Intra- and Intermolecular Charge Transport (2012)
  • Author(s): T. Fukumatsu, A. Saeki, S. Seki
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: 5 Issue: 6 Pages: 061701-061701
  • DOI: 10.1143/apex.5.061701
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] p/n Switching of Ambipolar Bithiazole#8211;Benzothiadiazole-Based Polymers in Photovoltaic Cells (2012)
  • Author(s): B. Balan, C. Vijayakumar, A. Saeki, Y. Koizumi, S. Seki
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 45 Issue: 6 Pages: 2709-2719
  • DOI: 10.1021/ma202778p
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optoelectronic Properties of Dicyanofluorene-Based n-Type Polymers (2012)
  • Author(s): C. Vijayakumar, A. Saeki, S. Seki
  • Journal Title: Chem. Asian J. Volume: 7 Issue: 8 Pages: 1845-1852
  • DOI: 10.1002/asia.201200082
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fullerene nanowires as a versatile platform for organic electronics (2012)
  • Author(s): Y. Maeyoshi, A. Saeki, S. Suwa, M. Omichi, H. Marui, A. Asano, S. Tsukuda, M. Sugimoto, A. Kishimura, K. Kataoka, S. Seki
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 2 Issue: 1
  • DOI: 10.1038/srep00600
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Separation of Intra- and Inter-Molecular Charge Carrier Mobilities of Poly(3-hexylthiophene) in Insulating Polystyrene Matrix (2012)
  • Author(s): T. Fukumatsu, A. Saeki, S. Seki
  • Journal Title: J. Photopolym. Sci. Tech. Volume: 25 Pages: 665-668
  • NAID: 130004833495
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intramolecular Charge Carrier Mobility in Fluorene-Thiophene Copolymer Films Studied by Microwave Conductivity (2011)
  • Author(s): A.Saeki, T.Fukumatsu, S.Seki
  • Journal Title: Macromolecules Volume: 44 Issue: 9 Pages: 3416-3424
  • DOI: 10.1021/ma2004844
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Aryl-Perfluoroaryl Substituted Tetracene : Induction of Face-to-Face π-π Stacking and Enhancement of Charge Carrier Properties (2011)
  • Author(s): T.Okamoto, K.Nakahara, A.Saeki, S.Seki, J.H.Oh, H.B.Akkerman, Z.Bao, Y.Matsuo
  • Journal Title: Chem.Mater. Volume: 23 Issue: 7 Pages: 1646-1649
  • DOI: 10.1021/cm200356y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoconductivity of Self-Assembled Hexabenzocoronene Nanotube : Insight into the Charge Carrier Mobilities on Local and Long-Range Scales (2011)
  • Author(s): A.Saeki, Y.Yamamoto, Y.Koizumi, T.Fukushima, T.Aida, S.Seki
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry Letters Volume: 2 Issue: 20 Pages: 2549-2554
  • DOI: 10.1021/jz201223e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electron- or Hole-Transporting Nature Selected by Side-Chain-Directed π-stacking Geometry : Liquid Crystalline Fused Metalloporphyrin Dimers (2011)
  • Author(s): Tsuneaki Sakurai, Kentaro Tashiro, Yoshihito Honsho, Akinori Saeki, Shu Seki, Atsuhiro Osuka, Atsuya Muranaka, Masanobu Uchiyama, Jungeun Kim, Sunyeo Ha, Kenichi Kato, Masaki Takata, Takuzo Aida
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 133 Issue: 17 Pages: 6537-6540
  • DOI: 10.1021/ja201272t
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Fullerene nanowires as a versatile platform for organic electronics (2012)
  • Author(s): A.Saeki, S. Seki
  • Organizer: 第４回 高次π空間国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 静岡県浜松市
  • Year and Date: 2012-11-13
• [Presentation] ナノ～マイクロスケールでのπ分子ワイヤーの電荷輸送特性評価 (2012)
  • Author(s): 佐伯昭紀
  • Organizer: 第８回 高次π空間公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 石川県金沢市
  • Year and Date: 2012-07-19
• [Presentation] 有機薄膜太陽電池のナノスケール電荷キャリア移動度 (2012)
  • Author(s): 佐伯昭紀
  • Organizer: 日本化学会年会
  • Place of Presentation: 慶応大学日吉キャンパス
  • Year and Date: 2012-03-26
• [Presentation] ナノ～マイクロスケールでのπ分子ワイヤーの電荷輸送特性評価 (2012)
  • Author(s): 辻雅司・佐伯昭紀・関修平
  • Organizer: 第7回高次π空間公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 愛媛県松山市
  • Year and Date: 2012-03-13
• [Book] 高次π空間の創発と機能開発, p.151-157 (2013)
  • Author(s): 佐伯昭紀, 関修平（分担執筆）
  • Total Pages: 245
  • Publisher: CMC出版
• [Remarks] Researcher ID
  • URL: http://www.researcherid.com/rid/B-7756-2011
• [Remarks] 関研究室ホームページ
  • URL: http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~cmpc-lab/
• [Remarks]
  • URL: http://www.researcherid.com/rid/B-7756-2011