2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of thin films with pn heterojunctions using photo and thermal responsive behavior
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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, 開拓研究本部, 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 / 集合体形成 / カーボンナノチューブ / エネルギー変換 / 光電変換 / 熱電変換 / クロミズム / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光や熱に対して応答する機能性高分子材料の開発と，ヘテロ接合薄膜の作製に関する検討をおこなってきた。研究期間内に，いくつかの新しい機能性材料を発見することができた。
水中で自発的にナノ粒子を形成する，ポリチオフェンを見いだした。このナノ粒子は，異なる外場刺激 (溶媒，熱，pH) に対して可逆的に色が変化する，多刺激応答クロミックナノ粒子であることがわかった。また，ナノ粒子分散液を用い，溶液プロセスでナノ粒子をフィルム化することに成功した。ナノ粒子フィルムの外場応答性を利用した，環境センサーへの応用が期待できる。
ナノ粒子化するフラーレン誘導体が，単層カーボンナノチューブ (SWCNT) の水中分散剤として機能することを見いだした。n型半導体であるフラーレンナノ粒子が，パイーパイ相互作用によって SWCNT 表面に付着すると，安定な分散状態を維持することがわかった。さらに，p型半導体特性を示す水溶性ポリチオフェンをフラーレンナノ粒子/SWCNT 複合体と水中で混ぜ合わせると，ポリチオフェンーフラーレンナノ粒子界面で， pnヘテロ接合を形成した。得られたポリチオフェン/フラーレンナノ粒子/SWCNT 分散水溶液を用いて成膜したフィルムは，擬似太陽光による光電変換応答を示した。
今年度は，熱によって可溶部位が脱離するポリチオフェンを合成し，溶液プロセスによる基板フリーSWCNTフィルムの作製に成功した。ポリチオフェンは，SWCNT 分散能を有しており，容易にSWCNTと複合化した分散液を得た。この分散液から溶媒をゆっくりと蒸発すると，SWCNTを成膜化できることを発見した。得られたフィルムを加熱すると，可溶部位の固相熱脱離反応が進行し，不溶性の基板フリーSWCNTフィルムとなった。フィルムの熱電変換性を検討したところ，熱電変換の指標である性能指数 (zT) は 0.03 と高い変換効率を示した。
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