2023 Fiscal Year Research-status Report
Development of polymer semiconductors and study of thin film morphology in high-temperature organic devices
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22K05047
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
芦沢 実 東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (80391845)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
間中 孝彰 東京工業大学, 工学院, 教授 (20323800)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 高温有機半導体 / 金属錯体ポリマー / ジチオレン配位子 / 電気伝導度 / 熱起電力 / パワーファクター |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は高温下で安定に動作する有機デバイスを実現する新規な金属錯体ポリマーを開発し、高温下において安定にデバイス駆動するポリマー薄膜のモルフォロジーをモデル化することを目的とする。昨年、合成に成功した鍵となるジチオレン系テトラチアフルバレン配位子を用いて、塩基を用いて保護基であるシアノエチル基を脱保護することによってニッケル錯体ポリマーの合成を行った。ここで種々の塩基及び反応溶媒を検討しナトリウムメトキシド及びカリウムメトキシドを用い、溶媒としてテトラヒドロフラン及びジメチルホルムアミドを用いた場合に化学量論的に理想値に近い硫黄原子とニッケル原子の比となることを見出した。この反応条件を用いて、テトラチアフルバレン骨格にチオフェン及びチエノチオフェンを挿入したジチオレン系配位子からニッケル錯体を同様に作成した。作成した3種類のジチオレン系ニッケル錯体の分解温度を調べた結果、いずれの錯体も200℃においても安定であることが分かった。これらの錯体は有機溶媒に対する溶解性が低かったため、粉末状サンプルを加圧してペレット状のサンプルを作成し、電気伝導率と熱起電力の測定を行った。チオフェン及びチエノチオフェンを挿入したニッケル錯体に比べて、これらの骨格を挿入しないテトラチアフルバレン骨格からなるニッケル錯体は室温で最大で876 S/cmと優れた電気伝導率を示した。また室温での熱起電力の測定からキャリアがホールであることを見出し、熱電変換デバイスの性能指標となるパワーファクターを見積もったところ、比較的良好な～10 マイクロW/mK2の値を示した。
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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
理由
当初の予定では中心金属としてニッケルの他に、パラジウムや銅を予定していたがニッケル錯体が再現性良く得られたので現在はニッケル錯体のみを評価することとした。またカウンターカチオンとしてナトリウム及びカリウム塩が得られている。したがって3種類のジチオレン系配位子からなるニッケル錯体を合計6種類作成することに成功している。またバッチ依存性のない合成条件の探索にも成功している。本年度は室温における電気伝導度に加えて熱起電力の測定を行い、テトラチアフルバレンを主骨格とするジチオレン系ニッケル錯体のナトリウム塩で良好な熱電特性を得ている。すでに高温下での電気伝導率及び熱起電力の測定を行う準備はできている。したがって本研究の進捗状況について、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は合成に成功したニッケル錯体の電気伝導率や熱起電力のバッチ依存性を調べるとともにカウンターカチオンとして含まれるナトリウム塩及びカリウム塩の違いが輸送特性に及ぼす影響を明らかにする。また酸化還元電位の測定及び紫外可視近赤外吸収スペクトルの測定を行い基礎物性について明らかにする。さらに光電子分光測定を行い錯体の電子状態を調べる。本研究で合成に成功したジチオレン系テトラチアフルバレン配位子は新規分子であるため、同様の測定を行う。またテトラチアフルバレン骨格にチオフェン及びチエノチオフェンを挿入した配位子は構造異性体が存在する。したがって単結晶の作成を試みてX線単結晶構造解析を行い、エネルギー的に安定な異性体の分子構造を求める。本研究で得られた粉末またはフィルム状の錯体は、溶媒に対して溶解度が低く塗布法による成膜が難しい。したがって今後の物性測定はペレットを作成して行う。また微小角入射広角X線散乱法を用いて、ペレットサンプル中のニッケル錯体の分子配向の評価を試みる。本研究は高温下で安定に動作する金属錯体ポリマーの開発を目指しており、室温からニッケル錯体の分解温度付近（200℃）までの温度可変の電気伝導率及び熱起電力の測定を行う。得られた温度変化による挙動を明らかにすることで、熱電デバイスとしての性能を評価する。得られた結果は、配位子設計へフィードバックし構造の最適化を行う。
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| Causes of Carryover |
研究の進捗状況を鑑みて、次年度の支出額が多くなると判断したため次年度使用額が生じた。次年度は温度可変の輸送特性を測定するための装置の消耗品の他、分子設計へフィードバックした新規の錯体を合成するための高額の試薬や器具を購入する必要があるため、この費用として使用する。
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