2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Ferroelectric Pi-Conjugated Liquid Crystals that Exhibit Chiral Photovoltaic Effects
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21K19013
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
吉尾 正史 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (60345098)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 液晶 / 半導体 / 自発分極 / 光電変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、キラル光起電力効果を発現する強誘電性パイ共役液晶材料を開発することである。以下の新材料を開発した。
楔形分子骨格を有するパーフルオロベンゼン部位を有するオリゴチオフェン誘導体を合成し、ジャイロイドキュービック液晶相を発現させることに成功した。これらの分子は、電子およびホールの両電荷輸送性（キャリア移動度10-4 cm2/Vs）を示すことを飛行時間法によって明らかにした。さらに、フッ素置換基の自発分極によって、光ダイオード特性が発現することを見出した。キラルドーパントとしてイソソルビド誘導体を添加することによって、さらに自発分極値が増大し、開放電圧1Vを有する光電変換素子を構築することに成功した。
ヘテロ環オキサジアゾールとオリゴチオフェンが共役したヘキサカテナール型構造のカラムナー液晶を開発した。アルキル鎖長が液晶相形成に及ぼす効果を明らかにした。機械的なせん断によって一軸配向を達成した。X 線回折像の逆フーリエ変換によって電子密度マップを構築し、共役分子がカラムナー相においてダイマー構造を形成しながら積層していることを明らかにした。さらに、液晶状態でポーリング処理することで、オキサジアゾールの分子内回転に由来した分極が起こり、光ダイオード特性が誘起される新現象を見出した。液晶状態から急冷して形成した結晶状態において、分極状態が長期間保持されることが明らかとなった。本研究を通して、強誘電性を発現させる新しい分子集積化法を開拓し、これに基づく新原理の光電変換素子の開発に成功した。
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