2017 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 – 2019-03-31
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| Keywords | 機能性高分子 / 光熱変換 / ヘテロ接合 / 集合体形成 / ナノ構造体 / 機能材料 / サーモクロミズム / キラリティー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポリチオフェン，フラーレンナノ粒子，カーボンナノチューブからなる三元ナノ複合体の作製に成功し，この複合体がp/nヘテロ接合に伴う光導電性を示すことを明らかにした。
具体的には，n型半導体である直径 30 nm のフラーレンナノ粒子とカーボンナノチューブを水中に加え，超音波処理を施すと，ナノチューブが水に分散することを見いだした。透過型電子顕微鏡 (TEM) 観察より，フラーレンナノ粒子がカーボンナノチューブ表面に付着することで，ナノチューブの凝集を抑え，水中分散を誘起することがわかった。フラーレンナノ粒子の粒径は，カーボンナノチューブの分散前後で変化せず，安定であった。
この分散液へ p型半導体である水溶性ポリチオフェンを加えると，水中でナノ粒子との間でポリチオフェン―フラーレンナノ粒子ーカーボンナノチューブからなる三元ナノ複合体を自発的に形成することを，エネルギー分散型X線解析より明らかにした。また，複合化に伴い，フラーレンナノ粒子とポリチオフェンとの間でp/nヘテロ接合の形成が示唆された。
そこで，三元複合体の水分散液を基板に塗布したフィルムを作製し，複合体の光応答性をフェムト秒過渡吸収測定より調べた。波長400 nm のレーザー光でポリチオフェンを励起したところ，フラーレンナノ粒子との界面で光誘起電荷分離を生じることがわかった。また，くし形電極へ成膜した三元複合体に擬似太陽光を照射したところ，光電流を観測した。
以上の結果より，p, n型半導体材料からなるヘテロ接合をナノオーダーで形成する手法を見いだした。材料の機能を制御することで，p/nヘテロ接合のパターン化を実現できる成果であると考えている。
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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
これまでに，熱脱離反応を示すパイ共役ポリマーの合成に成功し，成膜化とその熱応答性を確認している。また，p/nヘテロ接合をナノスケールで形成する手法を見いだしている。現状では，これらの技術要素を組み合わせることで，光熱変換反応を利用したp/nヘテロ接合を実現できる可能性が高い。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在，パイ共役ポリマーの光熱変換反応によるパターン描画に関する研究を進めており，光によるポリマーの固定化を見いだしている。今後は，パターン描画の波長依存性や光 強度依存性を詳細に検討し，p/nヘテロ接合化によるエネルギー変換素子を実現する。
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| Causes of Carryover |
一時的な研究の中断があり，予算の執行が難しかったため。材料の合成やサンプルの調製に用いる試薬，成膜に必要な基板等の消耗品に使用する。
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