2019 Fiscal Year Annual Research Report
光電子特性制御と一次構造制御を両立した高性能半導体高分子の創成
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18J21080
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
落合 優登 山形大学, 有機材料システム研究科, 特別研究員(DC1)
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2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 高分子合成 / 半導体高分子 / ポリチオフェン / ストレッチャブルエレクトロニクス / 精密合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は昨年度の研究により,汎用的で精密重合可能なポリチオフェン(PT)主鎖に電子欠損性の含フッ素芳香環側鎖基を導入することで,光電子特性を調整と一次構造制御を両立可能な半導体高分子の合成に成功した。しかしながら,それらの嵩高い側鎖基の影響で分子間のパッキング,主鎖の平面性が阻害され、薄膜にした際の結晶性,および吸光係数の低下が誘発された。その結果、期待されるような電子デバイス特性の向上は見られなかった。その一方で,申請者はこの一見デメリットとなる現象に深く着目し,逆に利用することで近年注目を集める伸縮性を有する半導体高分子開発に向けた,新たな分子設計指針の構築を起草した。そこで本年度は,分子の平面性,結晶性を阻害するような共役系分子構造を可塑剤ユニットとして用い,高性能結晶性半導体高分子の主鎖への導入を試み,それらが機械的特性,電気的特性に対してどのような影響を与えるのかを調査した。
共役構造を有するソフトスペーサーの構造として,精密重合法,および逐次的カップリング反応によりその分子鎖長,およびレジオレギュラリティーの制御が可能な3-hexylthiophene（3HT）構造を選択した。主鎖骨格としては,有機薄膜トランジスタへの応用で高いホール輸送性能を示すことが報告されているdiketopyrrolopyrrole (DPP)誘導体を選択した。種々の異なるレギオレギュラリティー、および鎖長を有する3HTオリゴマー(O3HT)を合成したのち、それらの両端をスタニル化、スティレカップリング重縮合により共重合することで目的とする共役オリゴマースペーサーを主鎖に有するポリマーを得た。結果として、よりフレキシブルなO3HTを導入したポリマーは標準サンプルと比較して遜色ない良好なホール移動度を維持しつつ、伸長に対する耐久性が大幅に向上することが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
申請者は現在ストレッチャブルエレクトロニクスデバイス分野において世界最先端の研究を行なっているアメリカ合衆国スタンフォード大学のProf. Zhenan Bao研究室に留学中である。日本での研究成果を活かしながら、それを留学先の研究室の強みと融合させ、共役系オリゴマーを半導体高分子に導入することで主鎖の共役構造を阻害せずに伸縮性半導体高分子を設計するという、新たな研究テーマを開拓。得られた結果は非常に興味深いものであり、その研究成果は昨年シンガポールで開催された国際学会The 16th pacific polymer conferenceにて発表を行った。また、アメリカでの研究を元に複数の論文を筆頭著者として投稿準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は、共役オリゴマーの半導体高分子主鎖への導入に関して、伸長下における分子レベルの変化を光学物性、およびX線を用いた物性評価により探求する。また、異なる主鎖骨格を用いて本分子設計指針のさらなる一般化、および汎用性の拡張を試みる。
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