らせん状液晶性共役系高分子の創成とキラル発光材料の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205135
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 赤木 和夫 筑波大学, 物質工学系, 教授 (20150964)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 後藤 博正 筑波大学, 物質工学系, 講師 (40292528)
• Keywords: 液晶性 / らせん構造 / 共役系高分子 / キラルネマティック液晶 / 光学活性 / キラル発光 / 直線偏光 / 円偏光

Research Abstract

芳香族共役系高分子に液晶性とらせん構造を付与し、発光時に直線偏光および円偏光二色性を発現させるべく、二通りのアプローチを開発した。
(1)ポリパラフェニレンの側鎖に液晶基を一置換あるいは二置換した側鎖型液晶性共役系高分子を合成した。液晶相は流動性のあるネマティック相であることを利用して、これに軸不斉のキラルバイナフチル誘導体を添加してキラルネマティック相を誘起した。この混合系をフィルム化してキラルネマティック相を固定化し、蛍光円偏光スペクトルを測定した。その結果、キラリティーの度合いを示す非対称因子は、低分子キラル化合物で報告されていたものより2桁から3桁大きい値(10のマイナス1乗オーダー)を示した。これにより、従来にない大きな円偏光性をもつキラル発光は実現した。
(2)フェニレン環の複数個を繰り返し単位とするホモポリマー(ポリビフェニル、ポリターフェニル)、あるいはフェニレン環とチエニレン環を複数個連結した繰り返し単位をもつコポリマーを対象として、その側鎖にキラル置換基を導入した。芳香族環をメソゲン部位とする主鎖型液晶性を発現させるとともに、キラル置換基の効果により主鎖にらせん構造を付与した。これにより、蛍光発光時に液晶配向に基づく直線偏光性と、らせん構造にもとづく円偏光二色性をあわせもたせることを可能とした。円偏光発光における非対称因子は、ポリマーを有機溶媒に溶解した場合でも保持されるばかりか、フィルム化するとポリマー鎖間のスタッキングが強められ、さらに増大することがわかった。
また、コポリマーの場合、繰り返し単位におけるフェニレン環とチエニレン環の割合や数を変えることで、光の三原色である赤緑青(RGB)や白色の発光を発現させることができた。これらは、電界発光(EL)や高分子光発光ダイオード(LED)としてデバイス化されることで、エネルギー消費が半分の低消費型の次世代偏光発光材料として適用されるであろうと期待される。

Research Products

• [Publications] S.Yorozuya: "Synthesis and Properties of Chiral Thienylene-Phenylene Copolymers"Synthetic Metals. 135-136. 93-94 (2003)
• [Publications] H.Iida: "Induction of Helicity on Liquid Crystalline Po1y(para-phenylene) Derivatives by Means of Chiral Dopant"Synthetic Metals. 135-136. 91-92 (2003)
• [Publications] T.Mori: "Synthesis of Vertically Aligned Helical Polyacetylene under Homeotropic Chiral Nematic Liquid Crystal Field"Synthetic Metals. 135-136. 83-84 (2003)
• [Publications] S.J.Zheng: "Synthesis of Shish-Kebab-Type Liquid Crystalline Polyfluorene Derivatives"Synthetic Metals. 135-136. 135-136 (2003)
• [Publications] M.Kyotani: "Synchrotron Radiation Ablation of Polymers Having Double Bonds in Their Main Chains"Synthetic Metals. 135-136. 785-786 (2003)
• [Publications] Y.Kurauchi: "Nanostructural Properties of Pyrolytic Carbon from Polyacetylene Thin Film"Polymers. 45. 303-312 (2004)
• [Publications] H.Goto: "Synthesis of Polythiophene Derivatives Bearing Ferroelectric Liquid Crystalline Substituents"Macromolecules. (in press). (2004)
• [Publications] H.Goto: "Synthesis and Properties of Mono-Substituted Polyacetylene Derivatives Bearing Ferroelectric Liquid Crystalline Groups"Macromolecules. (in press). (2004)
• [Publications] H.Goto: "Synthesis and Magnetic Property of Polydiphenylamine Derivative Bearing Stable Radical Groups"Polymer. (in press). (2004)
• [Publications] 赤木和夫: "有機エレクトロニクスを支える共役系高分子と材料技術"MATERIAL STAGE. 3. 5-8 (2003)
• [Publications] 赤木和夫: "マジカルポリマー:進化する導電性高分子-赤木和夫・筑波大学教授にきく"高分子. 52. 916-917 (2003)
• [Publications] 赤木和夫: "発光性と液晶性の融合を目指した高分子の設計と制御"機能性材料. 24. 71-82 (2004)
• [Publications] 赤木和夫(分担執筆): "21世紀版・薄膜作製応用ハンドブック"ポリアセチレン,エヌ・ティー・エス社. 1222-1227 (2003)
• [Publications] 赤木和夫(分担執筆): "化学ってそういうこと!-夢が広がる分子の世界"プラスチックに電気を流す,日本化学会編. 154-155 (2003)
• [Publications] K.Akagi(分担執筆): "The Chemical Society of Japan : 125 Years to the future"Metallic Luster of Polyacetylene Film Drawing Gold Medal of Nobel Prize,日本化学会. 47-49 (2003)
• [Publications] 赤木和夫(分担執筆): "ナノ・IT時代の分子機能材料と素子開発"ポリアセチレン系,エヌ・ティー・エス社. 40-52 (2003)
• [Publications] 赤木和夫(分担執筆): "ナノ・IT時代の分子機能材料と素子開発"液晶性導電性高分子の作製,エヌ・ティー・エス社. 84-92 (2003)
• [Publications] 赤木和夫(分担執筆): "高分子辞典(第三版)"高分子学会編(印刷中). (2004)