2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Electron-rich Thiophene Oligomer-type Highly conducitive Materials: Dimensionality Expansion Strategy via Hydrogen-bond Formation
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21K05018
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
藤野 智子 東京大学, 物性研究所, 助教 (70463768)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | オリゴマー / 有機伝導体 / 単結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、オリゴマー型有機伝導体による良導性材料の開発を目的とし、特に水素結合形成による伝導次元性拡張法の開発を目指すものである。有機エレクトロニクスデバイスの主流となっているポリマー材料は、その混合物性ゆえに詳細な構造情報の入手が困難であり伝導機構が不明瞭であるため，高伝導化のための指針が未だ確立されていない。そこでポリマーの基礎骨格を維持した単分子性オリゴマー材料が注目されている。中分子領域のオリゴマーは結晶構造解析により詳細な構造情報を入手可能であり、かつ単分子性ゆえにπ積層境界面の平滑化・膜均質化による高伝導化を可能としうるが、その難溶性・中間構造の不安定性などの合成的制約により未だ良導性オリゴマーの実現例はない。本研究では，水素結合性基の導入やドナーの配列に注目したドナー構造の多様化をおこなうなかで，拡張π共役系における合成的制約を回避する手法を確立した．ユニット同士の立体的な反発を利用して中性ドナーに捩れ構造を導入することで，オリゴマードナーに溶解性と安定性を付与する手法である．この手法によりオリゴマー４量体を新規合成した．捩れ構造は電解酸化によって解消されて平面ドナー分子はハの字型に積層した擬１次元的な電子構造をもつ単結晶構造が得られた．この積層中には，ドナーに対して１当量分のアニオンだけでなく，積層中の空隙に入り込んだ0.2当量分の余剰アニオンが存在し，これがバンドフィリングを変調させ，36 S/cmという高い室温伝導度を達成した．室温以上では金属的な伝導性も見出しており，高伝導性のオリゴマー型伝導体材料を実現することができた．
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