2020 Fiscal Year Research-status Report
Innovative Polymer/Hybrid Materials with Flexibility and Ultralong Room-Temperature Phosphorescence
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20K21221
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
生越 友樹 京都大学, 工学研究科, 教授 (00447682)
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2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ポリスチレンスルホン酸 / 長寿命リン光 / ブロックポリマー / 相分離 / 水素結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者は、市販されている高分子、ポリスチレンスルホン酸（PSS）が室温大気下で1秒を超える長寿命リン光を示すことを偶然見出した。（T. Ogoshi et al. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1707369）。ポイントは、加熱真空によりPSSから水分を除去することである。水分を除去することで、高度に水素結合ネットワークが発達し、高分子鎖の運動性が大幅に減少するとともに、ベンゼン環でのスタッキングが促進され、リン光発光のパスができることが明らかとなった。そこで本研究では、「PSSの長寿命リン光」＋「柔軟性・成膜性など高分子としての特徴」を併せ持つ共重合体・ハイブリッド材料の創製を目的とする。本年度は、フレキシブル/剛直な室温リン光発光を示す共重合体の合成を行った。その結果、PSSを有するブロックポリマーを用いると、従来のPSS由来の長寿命リン光を示すことを見出した。一方で、PSSと他ポリマーとのブレンド体では、リン光を示しづらくなることが分かった。ブロックポリマーについてXRD測定を行うと、PSSはアモルファスなポリマーであるが、ブロックポリマー化した他ポリマーが結晶性である場合は、他ポリマーの結晶性に由来するピークが確認された。一方でブレンド体の場合はPXRDでピークは確認されなかった。これよりリン光発光には、ブロックポリマー化によるPSSと他ポリマーとの相分離構造の形成が重要であることが分かる。他ポリマーと完全に相溶してしまうと、リン光発光に重要なPSS間の水素結合が切断させてしまうためだといえる。またPSS単体、PSSのブレンド体と比べて、ブロックポリマーとして柔軟なポリマーを用いた場合は、そのポリマーに由来する柔軟性を有したフィルムが得られた。PSSでは剛直であることから、ブロックポリマー化により、柔軟でありながらも長寿命リン光を示す材料を創成することができた。
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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
PSS単体、PSSのブレンド体と比べて、ブロックポリマーを合成する際に柔軟なポリマーを用いた場合は、そのポリマーに由来する柔軟性を有していた。PSSは剛直であることから、ブロックポリマー化により、柔軟でありながらも長寿命リン光を示す材料を創成することができた。これまでにフィルム化できる長寿命リン光材料はほとんどない。さらに柔軟性を有するような長寿命リン光フィルムはこれまでに皆無であり、大きなパラダイムシフトをもたらす成果であるといえる。以上のことから、当初の計画以上に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
フレキシブル/剛直な室温リン光発光を示すブロックポリマーの合成
ポリスチレンスルホン酸（PSS）を基にしたリン光発光には、PSS間の高度に発達した水素結合ネットワークの形成が重要である。そのため、PSSとの水素結合を形成するような水酸基を有したポリマーとのブレンドフィルムを形成する。PSSとの水素接合形成により、リン光がどのように変化するかを調査する。また昨年度の結果から、相分離構造が重要であることが明らかとなった。これより、Layer-by-Layer法によって、PSSとカチオン性ポリマーが相分離した複合フィルムを作成することで、リン光発光を示すような薄膜の形成を試みる。
異種材料との接着、剛直性を調整可能な室温リン光ハイブリッド材料
PSSのスルホン酸基は、ガラス成分のシラノール基との間で水素結合が可能と予想される。そこで、ガラス形成を溶液から行うことができるゾル―ゲル反応中にPSSを共存させ、PSS/ガラスハイブリッドフィルムを作成する。ガラス成分との複合化により、ガラス基板など異種材料へのPSSの接着が可能となる。一方で、シリカガラス成分が多くなるとリン光発光に必要な水素結合ネットワークが切断されてしまうと予測される。PSSとガラス成分との割合を調整し、接着性、剛直性、長寿命リン光を併せ持ったハイブリッドフィルムを作成する。
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| Causes of Carryover |
次年度に本研究で必要となる高速液体クロマトグラフHPLCシステムを導入するために、次年度使用額が生じた。
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