有機・無機ナノハイブリッドガラスの新機能性と光電デバイス応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15360172
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 内藤 裕義 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (90172254)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松川 公洋 大阪市立工業研究所, プラスチック課, 研究主任 ; 金光 義彦 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成研究科, 教授 (30185954)
• Keywords: 有機ポリシラン / ゾル-ゲル法 / シリカナノ粒子 / 光誘起電荷分離 / 光伝導 / サーモクロミズム / 熱光学係数 / 有効共役長

Research Abstract

本年度は有機・無機ナノハイブリッドガラス薄膜の作成、有機・無機ナノハイブリッドガラス薄膜の光電機能性の評価を目的とした。
有機ポリシランと無機ガラスマトリクスを共有結合で結びつけ有機・無機ナノハイブリッドガラスを構築するために、有機ポリシランブロックコポリマ[poly(methylphenylsilane-co-maethacryloxypropyltriethoxysilane),P(MPS-co-MPTES)]、を用いた。このP(MPS-co-MPTES)により、ゾル-ゲル法で、ポリメチルフェニルシラン-TiO_2ハイブリッド薄膜、類似なポリジヘキシルシランコポリマーを用い、ポリジヘキシルシラン-ZrO_2ハイブリッド薄膜、さらには、表面をフェニル基で化学修飾したSiO_2ナノ粒子(粒径約10nm)とポリメチルフェニルシランとのテトラハイドロフラン溶液からスピンコート法によりポリメチルフェニルシラン-SiO_2ナノ粒子ハイブリッド薄膜を作成した。
ポリメチルフェニルシラン-TiO_2ハイブリッド薄膜(光触媒活性を示すTiO_2マトリクス中に分散させたポリメチルフェニルシラン)ではTiO_2-ポリメチルフェニルシラン界面での光誘起電荷分離により高い光伝導性が期待できる。実際、SiO_2に分散させたポリメチルフェニルシランハイブリッド薄膜に比べ光伝導度が約1000倍に向上していることを明らかにし、光電デバイス応用の可能を示した。ポリジヘキシルシラン-ZrO_2ハイブリッド薄膜においては、ポリジヘキシルシランに特有なサーモクロミズムが、ZrO_2マトリクスによるケージ効果により消失することを光吸収、蛍光スペクトル測定から見出した。このハイブリッド薄膜の温度(T)に対する屈折率(n)の変化割合である熱光学(TO)係数(dn/dT)を求めたところ、約-10^<-3>1/Kなる大きなTO係数を有することが判明した。この結果よりTOスイッチ、TO光偏向器などの光デバイスの高速化、小型化の可能を示すことができた。ポリメチルフェニルシラン-SiO_2ナノ粒子ハイブリッド薄膜では、溶液のスピンコートのみで容易に薄膜形成ができ、かつ、ポリメチルフェニルシラン-SiO_2ナノ粒子の組成を制御することで、屈折率を0.1以上制御することが可能である。これにより様々な屈折率を有する薄膜が必要となる光集積回路形成などへの応用が可能となった。さらに、光吸収スペクトル測定によりポリメチルフェニルシラン-SiO_2ナノ粒子ハイブリッド薄膜中ではポリメチルフェニルシランの有効共役長が3倍程度になる現象を見出した。これは、極めて簡単な手法でポリメチルフェニルシラン鎖のコンフォメーション制御が可能であることを意味し、その起源はポリメチルフェニルシランと化学修飾したSiO_2ナノ粒子のフェニル基間のπ-π相互作用によると考えられる。

Research Products

• [Publications] S.Miura, A.Kobayashi, H.Naito, Y.Matsuura, K.Matsukawa: "Photoinduced refractive index changes in organic polysilane-inorganic hybrid thin films"Synth.Met.. 137. 1405-1406 (2003)
• [Publications] S.Miura, H.Naito, Y.Kanemitsu, Y.Matsuura, K.Matsukawa: "Photocarrier Generation at Nano-Interfaces in (Organic Polysilane)-(Titania Matrix) Hybrid Thin Films"Thin Solid Films. 438-439. 253-256 (2003)
• [Publications] K.Matsukawa, T.Nanba, Y.Matsuura, H.Naito: "Photoinduced Surface Relief Grating on Polysilane Thin Films and its Application to Alignment Layer for Liquid Crystal Cells"J.Photopolym.Sci.Tech.. 18. 97-100 (2003)
• [Publications] M.Ando, Y.Ohsawa, H.Naito, Y.Kanemitsu: "Photoconduction of (silicon nanocrystals)-(organic polysilane) composites"J.Organomet.Chem.. 685. 243-248 (2003)
• [Publications] Y.Matsuura, S.Miura, H.Naito, H.Inoue, K.Matsukawa: "Nanostructured polysilane-titania hybrids and their application to porous titania thin films"J.Organomet.Chem.. 685. 230-234 (2003)
• [Publications] Y.Matsuura, H.Inoue, K.Matsukawa: "Suppression of Thermochromism in Poly(di-n-hexylsilane)-Zirconia Hybrid"Macromil.Rapid Commun.. 25. 623-627 (2004)
• [Publications] 内藤裕義: "有機ELディスプレイの最新技術動向"情報機構. 12 (2003)