2015 Fiscal Year Research-status Report
光熱変換反応を利用した pn ヘテロ接合薄膜の作製に関する研究
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15K05639
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
川本 益揮 国立研究開発法人理化学研究所, 伊藤ナノ医工学研究室, 専任研究員 (70391927)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | パイ共役ポリマー / 光熱変換 / ヘテロ接合 / ナノ粒子 / クロミズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光熱変換反応を示すパイ共役ポリマーの開発を試みた。材料の機能探索の過程で，偶然にもポリチオフェン誘導体が水中で自発的にナノ粒子を形成し，様々な外場刺激に対してクロミズム応答を示すことを見いだした。合成したポリチオフェン誘導体は，数平均分子量 40,500, 分子量分散 1.9 のポリマーであった。ポリマーはテトラヒドロフラン，アセトン，N,N-ジメチルホルムアミド等の汎用性有機溶媒に可溶であるものの，エタノールや水に対しては不溶であった。ポリマーのテトラヒドロフラン溶液に貧溶媒である水を加えると，ナノ粒子の生成とともに溶液の色が黄色から紫色へと変化した。色の変化は溶媒濃度に応じて顕著であり，吸収スペクトル測定の結果より，極大吸収波長は最大で 160 nm シフトすることがわかった。また，得られた粒子のサイズを透過型電子顕微鏡，動的光散乱法より確認した。その結果，粒径は調製する濃度によって変化すること，粒径分布の狭い均一なナノ粒子であることがわかった。さらにナノ粒子の分散溶液を加熱すると，20-90 度の間でサーモクロミズムを示すことがわかった。加熱前後のナノ粒子の粒径はほぼ同じであること，昇温，降温を繰り返した場合，吸収スペクトルは可逆的に変化することから，ナノ粒子は凝集することなく安定なサーモクロミズムを示すことを明らかにした。さらに最近では pH に対しても可逆的な色変化を示すことを見いだしており，多機能性クロミックポリマーとしての展開が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初より計画していた光熱変換反応を示すパイ共役ポリマーの合成に加え，水中で自発的にナノ粒子を形成するパイ共役ポリマーの開発に成功した。特にナノ粒子のクロミズム応答は，外場刺激に伴うポリマー主鎖のコンフォメーション変化によって生じることを明らかにした。パイ共役ポリマーのナノ粒子形成は予期していなかった成果であり，当初の目的である太陽電池，熱電変換等のエネルギー変換素子への応用だけでなく，様々な外場に対してナノ粒子がクロミズム応答を示すセンサーとしての応用も検討する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き，パイ共役ポリマーの開発し，光熱変換応答を利用したレーザー走引による導電パターンの形成と，pn ヘテロ接合化を検討する。前駆体ポリマーを成膜した基板へレーザー光を照射し，位置選択的に光熱変換反応を誘起する。未照射部を除去したのち，キャリア輸送，光吸収特性の異なるポリマーをスピンコートすることで pn ヘテロ構造を作製する。ヘテロ構造の確認に X 線回折装置，X 線光電子分光装置，ケルビンプローブフォース顕微鏡，共焦点レーザー顕微鏡，透過型電子顕微鏡を活用し，膜表面，内部の構造観察をおこなう。
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| Causes of Carryover |
当初購入予定であった装置の装備を精査したところ，本研究課題の遂行には適していない仕様であるため，購入を取りやめた。そのため，次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
本課題で最大限活用できる装置を再度選定し，早急に購入する。また，課題遂行中に新しい知見を得たクロミズム性を示すポリマーナノ粒子の研究についても，測定装置の導入を進める予定である。
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[Journal Article] Updatable Holographic Diffraction of Monolithic Carbazole-Azobenzene Compound in Poly(methyl methacrylate) Matrix2015
Author(s)
Tsutsumi, Naoto; Kinashi, Kenji; Ogo, Kanako; Fukami, Takahiro; Yabuhara, Yuuki; Kawabe, Yutaka; Tada, Kazuhiro; Fukuzawa, Kodai; Kawamoto, Masuki; Sassa, Takafumi; Fujihara, Takashi; Sasaki, Takeo; Naka, Yumiko
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Journal Title
Journal of Physical Chemistry C
Volume: 119
Pages: 18567-18572
DOI
Peer Reviewed
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