2016 Fiscal Year Annual Research Report
Functional Pi-Assembly Figuration by Macroscopic Control of Structural Order
| Project Area | pi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions |
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26102008
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福島 孝典 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70281970)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
庄子 良晃 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (40525573)
石割 文崇 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (00635807)
梶谷 孝 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任講師 (20469927)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | π電子系科学 / 自己組織化 / ソフトマテリアル / 有機薄膜 / 有機エレクトロニクス / 有機化学 / 超分子化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、独自に設計した二次元集合化能力をもつ分子モチーフを基盤とし、巨視的にも構造異方性と完全性を有するπシステムを造形する。こうして得られる大規模分子集積体に様々なπ電子ユニットを組み込み、それらの機能を異方的に集約・増幅させることで発現する新現象・新機能を探求する。平成28年度は、大面積二次元集積化を可能にする「三脚型トリプチセン」を基盤とした研究を展開した。申請者らはすでに、三脚型トリプチセンに長鎖アルキル基を導入した誘導体が、基板の種類に依らず自己集合により高秩序大面積薄膜を与えることを見出している。このトリプチセン集合体を「超分子足場」として利用するアプローチにより、フラーレンなどの有機半導体の二次元集積化に成功した。得られた薄膜は高度に異方的な電荷キャリア伝導性を示すことも明らかにした。本成果はアメリカ化学会誌（J. Am. Chem. Soc. 誌）に報告した。また、誘電応答性を有する分子ユニットの二次元集積化にも成功しており、現在機能を検討している。トリプチセン薄膜状集合体の関連研究として、ナノインプリントによるパターニング用の低分子系レジスト、および有機デバイスの性能向上のための修飾剤や添加剤への応用展開を見出し、これらの成果をまとめ論文発表を行った。上記に加えて、特異な湾曲π共役分子をワンポットで一挙に構築する革新的な反応を見出し、Nature Communications 誌に報告した他、湾曲π共役系分子をコアとするユニークな力学特性を有する新規液晶材料の開発にも成功している。また、ボリニウムイオンが二次元物質グラフェンに対する強力かつクリーンなホールドーパントとして作用することを見出し、大面積グラフェンの高電導化に成功した。以上の成果は、学術論文17件、および学会発表36件（内招待講演12件）によって公表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成28年度には、三脚型トリプチセンによる高秩序大面積有機薄膜の機能発現に関して複数の論文発表を行い、国内外で高い評価を受けた。また、この有機薄膜を基盤とした様々な応用研究を活発に展開している。加えて、従来の手法では合成困難な骨格を有するπ電子系分子の革新的構築法の発見や、湾曲π共役系分子を用いた新たな液晶材料の創製など、基礎化学から物質科学に至る様々な分野にインパクトを与える大きな可能性を秘めた成果が続々と得られている。以上より、本研究は「当初の計画以上に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は、平成28年度に引き続き、種々のπ電子ユニットを三脚型トリプチセンに導入した分子を中心に、それらを用いた大面積集積化薄膜ならびに単分子膜を構築する。これまでに開発した分子や分子集積体について、領域内研究者やπHUB関連研究者を中心に、計測系、合成系、国内外を問わず、幅広い専門分野の研究者と多角的かつ多面的な共同研究を推進し、造形した巨視的πシステムの物性評価と機能開拓を行う。例えば、物質合成は櫻井・田中ら（A01）との協働により、電子機能を有する大面積薄膜の物性評価は関（A03）との協働により、大面積ローターアレイや湾曲π共役分子の誘電応答評価は芥川（A02）との共同研究により実施することを計画している。開発した巨視的π造形システムは、竹延（A03）との協働によりデバイスに実装し、素子特性を評価する。ユニークな構造化挙動を示す物質の構造解析を足立（A03）との協働により実施する。また、新手法により合成されたπ電子系分子および集合体の電子物性の理論予測は多田・杉本（A03）らと協働する。さらに、巨視的π造形システムの光学過程ダイナミクスを羽曾部（A02）と、熱電特性評価を中村（A03）とともに進める。得られた成果は学会や論文発表を通じて積極的に発信する。
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[Journal Article] High-fidelity self-assembly pathways for hydrogen-bonding molecular semiconductors2017
Author(s)
X. Lin, M. Suzuki, M. Gushiken, M. Yamauchi, T. Karatsu, T. Kizaki, Y. Tani, K. Nakayama, M. Suzuki, H. Yamada, T. Kajitani, T. Fukushima, Y. Kikkawa, S. Yagai
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 7
Pages: 43098
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Highly air- and moisture-stable hole-doped carbon nanotube films achieved by a boron-based oxidant2017
Author(s)
K. Funahashi, N. Tanaka, Y. Shoji, N. Imazu, K. Nakayama, K. Kanahashi, H. Shirae, S. Noda, H. Ohta,T. Fukushima, T. Takenobu
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 10
Pages: 035101
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Ultraflexible organic amplifier with biocompatible gel electrodes2016
Author(s)
T. Sekitani, T. Yokota, K. Kuribara, M. Kaltenbrunner, T. Fukushima, Y. Inoue, M. Sekino, T. Isoyama, Y. Abe, H. Onodera, T. Someya
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 7
Pages: 11425
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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