2020 Fiscal Year Annual Research Report
機能性高分子の階層的分子鎖ダイナミクスおよび電荷特性
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20H02802
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
川口 大輔 九州大学, 工学研究院, 准教授 (70362267)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 分子鎖ダイナミクス / 電荷移動 / 電荷生成 / 凝集状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高分子半導体や高分子電解質などの機能性有機・高分子の電荷特性は学術的興味はもちろんのこと、エレクトロニクス・エネルギーデバイスの設計などとも関連して極めて重要である。機能性高分子は薄膜状態で使用されることにより界面の影響を強く受けるため、その凝集状態および熱運動性はバルクとは異なることが予想される。本研究は、機能性高分子鎖の凝集状態およびダイナミクスとその制御因子を明らかにし、電荷特性の関係を明らかにすることを目的とした基盤研究である。
今年度は①代表的な高分子半導体であるポリ（3-ヘキシルチオフェン）（P3HT）の正孔移動度に及ぼす薄膜化効果、および、②ペンタセンの正孔移動度に及ぼすゲート絶縁層の凝集状態の効果について明らかにした。具体的には次のとおりである。
1．P3HTの面外方向に対する正孔移動度を過渡光電流測定に基づきに評価した。無電場における正孔移動度は薄膜化に伴い減少した。これは、ホッピングサイトのエネルギー的および空間的乱れが増加することにより説明できる。斜入射広角X線回折測定に基づき、このようなホッピングサイトの乱れは、薄膜中のP3HTの結晶学的歪みによって引き起こされることを明らかにした。
２．ゲート絶縁層として、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)に星型構造を有するかご型シルセスキオキサン(s-POSS)を添加したブレンド膜を用いた。ゲート絶縁層の表面にはs-POSSが偏析し、PMMA単独膜と比較して高い表面弾性率および高い撥水性を示した。s-POSS/PMMAブレンド膜をゲート絶縁層として用いた有機電界効果トランジスタの正孔移動度はs-POSSの添加量に依存した。この結果は、s-POSS表面偏析層による濡れ性および表面弾性率がペンタセンの凝集構造に影響を及ぼしたと考えることにより説明できる。
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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
本年度までの進捗で、高分子・有機半導体の面外および面内方向の正孔移動度に及ぼす界面効果に関する理解が進んだ。特に、界面における濡れ性や弾性率が電荷特性の制御因子になることが明らかになった。これは、界面における階層的な分子鎖ダイナミクスと電荷特性の関係を系統的に理解していく上で重要な知見である。以上のことから、本年度の進捗状況はおおむね順調であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、機能性高分子のバルクおよび界面におけるセグメントおよび官能基レベルの凝集状態、熱運動性および電荷特性を明らかにすることに注力する。特に、環境変化に伴う各官能基の振動モードを温度可変フーリエ変換赤外・近赤外分光(FT-IR)測定および和周波発生(SFG)分光測定に基づき明らかにする。さらに、温度変化に伴う強度変化から局所コンフォメーションの緩和過程について明らかにする。以上の方針により、機能性高分子の界面における特異性に関する知見を得るための基盤研究を実施する。
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