2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of linearly bis-substituted fullerene semiconductors with high dielectric constants
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17K05984
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
松元 深 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 主任研究員 (50416301)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 貴敏 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究部長 (60416295)
隅野 修平 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究員 (60783272)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | フラーレン誘導体 / 有機半導体 / 誘電率 / 計算化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は二置換フラーレン誘導体のモデル化合物を追加合成し、理論計算および物性評価を行った。モデル化合物に関してC 70上の２つの置換基の相対的な位置関係と誘電率との相関について理論計算を行ったところ、２つの置換基が近接する異性体構造の誘電率は低く、対極上に最も離れた状態で誘電率が高くなる傾向があることが分かった。双極子モーメントは逆に近接する程大きくなる傾向があり、大きな双極子モーメントにより誘電率が高まるという一般的な指針は必ずしも当てはまらないことが明らかになった。一方で分子分極率は誘電率と正の相関があり、直線的な二置換フラーレン誘導体構造が誘電率の増大に寄与している事が確認された。次に分子構造と誘電率の相関性について一置換フラーレン誘導体1000分子の計算結果を用いて解析を行ったところ、回転可能な結合数が少ない分子の誘電率が高い傾向にあることが分かった。これは分子の剛直性が高くなり、密度が増加するためと考えられる。また炭素、水素以外の元素を多く含む構造は分子表面の極性が高くなり、誘電率の向上に寄与することが分かった。
本研究では、高性能な有機半導体を得るため、膨大な既知のフラーレン誘導体構造から効率的に計算スクリーニングを行うことで誘電率が高い構造を抽出し、それらを組み合わせ、高い誘電率を示す二置換フラーレン誘導体を開発した。また分子構造と誘電率の相関性を解析し、高い誘電率を与える分子構造についての設計指針を見出した。得られた二置換フラーレン誘導体の誘電率は従来のフラーレン誘導体に比べ高い値を示したものの、電子移動度は比較的低いものであった。この要因としては、本研究の二置換フラーレン誘導体が構造異性体を含むため、構造的な純度の低さが影響したと考えられる。電子移動度の高い構造を設計し、合成可能性の高い分子構造を効率的に選択することが今後の課題である。
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