2017 Fiscal Year Research-status Report
有機半導体の板状ナノ粒子の生成機構解明に基づく連続製造プロセスの最適化
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16K06840
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
竹林 良浩 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (70357416)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
三浦 俊明 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20358071)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ナノ粒子 / マイクロミキサー / 有機半導体 / 貧溶媒晶析 / 結晶構造 / 結晶成長 / 計算化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、薄膜形成に適した薄い板状の有機半導体ナノ粒子を連続製造するための、実験的・理論的基盤の確立を目的とする。具体的には、研究代表者らがこれまで開発してきた２つの技術（①マイクロミキサーを用いて貧溶媒を急速混合することにより有機半導体ナノ粒子の分散液を連続的に製造する技術と②計算化学を用いて有機半導体の結晶構造を理論予測する技術）を相補的に発展させて、ナノ粒子の異方的な成長機構を明らかにしつつ、それに基づいて、板状ナノ粒子分散液の連続製造条件の最適化と、ナノ粒子の成長異方性の理論予測手法を確立することを目的とする。
２０１７年度は、板状ナノ粒子が得られた有機半導体ＮＰＢとテトラセンを対象として、各結晶面での表面エネルギーの計算をおこなった。 単位格子を積み重ねたバルク結晶と、それを切断したスラブを作成し、そのエネルギー差から表面エネルギーを計算した。ＮＰＢでは（１０１）面、テトラセンでは（００１）面の表面エネルギーだけが、他の結晶面に比べて有意に小さいことが示された。この結果は、これらの面が広がるように粒子が板状に異方成長するという実験結果と整合していると言える。
さらに表面エネルギーをＬＪ相互作用と静電相互作用に分割したところ、９割近くをＬＪ相互作用が占めており、近接的な原子配置の影響が大きいことが分かった。また、相互作用を分子ペアごとに分割したところ、テトラセン結晶内ではπ-πスタッキングに相当する平行配置した分子間よりも、Ｃ－Ｈ・・πに相当するＴ字配置した分子間の相互作用が大きかった。ＮＰＢでも同様に８つの芳香環が分子間で複雑にＴ字配置しながら相互作用し、層状のネットワークを形成していることが、板状成長の原因であると分かった。
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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
当初の計画通り、板状ナノ粒子の異方的な成長機構を解明するため、結晶構造と分子間相互作用に基づいて各結晶面での表面エネルギーをモデル計算し、実験結果を説明する結果を得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、実験的には、種々の有機半導体ナノ粒子の連続調製とその粒子形状の分析を進め、理論計算に提供する検証用データを蓄積するとともに、ナノ粒子分散液を用いた成膜を試みる。一方、理論的には、対応した表面エネルギーの計算をおこない、実験結果との比較を進める。
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| Causes of Carryover |
当該年度は計算化学的な手法開発を優先して進めたため、実験用の試薬の購入の一部を次年度に行うことにした。次年度使用額分は、当初の予定通り、実験用の有機半導体化合物など試薬の購入に使用する。
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Research Products
(3 results)
