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2011 Fiscal Year Research-status Report

プリンタブルエレクトロニクス用耐熱性高分子の機能化

Research Project

Project/Area Number 23550251
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

山下 俊  東京理科大学, 理工学部, 准教授 (70210416)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2014-03-31
Keywordsポリイミド / 濡れ性 / プリンタブルエレクトロニクス / フレキシブルエレクトロニクス / 太陽電池 / 熱伝導性 / インクジェット
Research Abstract

光照射によって表面の濡れ性を変化させられるポリイミドを合成し、その物性評価を行った。ポリイミドに保護基を導入したもの、べンゾフェノン基を導入したもの、それらを複合化したものを合成し、製膜フィルムに光照射したところ、水滴の接触角が70度以上も変化し、非常に大きな極性変換を示すことが分かった。反応機構を詳細に調べたところ、化学増幅反応によって脱保護が誘起されることによる極性変換に加え、オニウム塩の分解、べンゾフェノンによる水素引き抜きが効果的に作用していることが分かった。また、ポリイミド骨格として脂肪族を導入することにより得られる透明ポリイミドでも同様の極性変換が得られたが、全芳香族ポリイミドでも極性変換の効率は低下せず、効率よく極性を変えられることが分かった。これは、ポリイミドの電荷移動形成が光化学反応に影響を及ぼすことが既に我々の研究によって明らかにされているが、ポリイミド表面の領域で反応が局所的におこるため電荷移動の影響はないと考えられた。並行してポリイミドに粘土を複合化した材料の合成を行った。ポリイミドに粘土を複合化することによって、従来のポリイミドよりも格段に耐熱性、力学物性等に優れた基材を合成することに成功した。このポリイミドを用いて同様に光照射すると、表面濡れ性が向上することが分かった。これは添加した無機物により表面状態が変化したためであると考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

表面濡れ性を光制御できるポリイミド材料を合成したところ、その極性変化特性はインクジェット法によるプリンタブルエレクトロニクス基板としてさらなる応用に用いるのに十分な値であることが分かった。今後引き続き別の分子設計戦略に基づいた材料開発を行うが、今回得られた結果だけでも十分良い材料が得られたことになる。また、反応機構を詳細に検討し極性変換のメカニズムも明らかになった。したがって、単に優れた材料が得られたというだけではなく、今後様々な材料を開発してゆくための分子設計の指針を提案することができた。この知見に基づいて今後さらなる高性能化を図ることができる。また、無機物をポリイミドに複合化することにより極性変化の効率が増加した。この効果は当初は想定していなかった。ポリイミドー粘土の複合化を行うことにより表面濡れ性を向上させるばかりではなく、耐熱性、力学物性などの材料特性が向上し、プリンタブルエレクトロニクス基板として興味を集めている。これは予想外の成果であり、さらなる発展が期待できる。

Strategy for Future Research Activity

(1)今回得られた材料の基礎物性評価を終え、さらにプリンタブルエレクトロニクスへの応用に則した評価を進める。得られたポリイミドに光リソグラフィーにより疎水、親水領域のパターンを描画し、それにインクジェット法によるプリンタブルエレクトロニクス用インクを用いて描画を行う。得られた回路の解像度を評価し、基板の分子構造との相関を明らかにする。(2)今回合成した材料の分子設計とは異なる、新しい分子設計に基づいたプリンタブルエレクトロニクス用ポリイミドを合成し、その光反応について検討する。これまで化学増幅型のポリイミドを合成し十分な極性変換がおこることを明らかにしたが、新たに光転移型、水素引き抜き型のポリイミドを合成する。光照射による極性変換とその機能評価を行う。とくに光反応の効率の向上を目指して分子設計を行い、その反応条件の確立と、材料構造との相関を明らかにする。(3)ポリイミドー粘土複合材料を合成し、その光照射による極性変換性能の評価およびプリンタブルエレクトロニクス用材料としての物性評価を行う。ポリマー構造、無機物の構造と、複合化条件を検討する。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

ポリイミドの光リソグラフィーによる疎水/親水パターニングとインクジェットを組み合わせたデバイス構築という新しいアイデアを実現するポリイミド材料は現在のところ少数の例を除いてあまり知られていない。そこで、本研究においては初年度に様々な分子設計のアイデアを提案し、それに基づいた材料を合成しその中から有効な材料を選ぶ予定であった。ところが、予想に反して、最初に合成した材料が十分な極性変換性能をもつことが分かったので方針を変更し、その材料の特性評価と反応機構の詳細の検討を集中的に行った。その結果として反応機構に基づいて材料を発展させる分子設計を明らかにすることができたので十分な意義があった。当初の予定と異なり合成の比重が減ったため、合成試薬等の購入費を次年度に繰り越すこととなった。一方で、本研究は単なる実用化のための材料の開発を目指すのではなく、光によりポリイミドの極性変換を行うという新しいアイデアを実現するための材料設計の基礎を解明することが重要であるので、今回偶然よい材料が得られたといってもそれでこの分野の研究が完結したわけではない。次年度には当初計画した反応設計によるポリイミド材料の合成を継続しておこない、それらの設計によってどのような反応設計が有効であるか大局的に明らかにする必要があり、またその中から本年度の成果を凌ぐ(たとえば反応性、感度など)材料が得られる可能性があると期待される。そこで、今年度余った予算を繰り越し、合成を継続して行う一方で、より進んだ機能評価を平衡して行う。また、初年度の成果を学会で発表する。

  • Research Products

    (46 results)

All 2011

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (37 results)

  • [Journal Article] Inhomogeneous quantum yield distribution of PAG or PBGs in solid state polymer matrix,2011

    • Author(s)
      T. Yamashita, K Tomitazu, T. Kato, K. Okano
    • Journal Title

      J. Photopolym., Sci. Tech

      Volume: 23 Pages: 609-10

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Extraordinary Large Refractive Index Change of Poly(phenylene vinylene) derivatives induced by photo- or quantum beam irradiation2011

    • Author(s)
      T. Yamashita, K. Shinohara, Y. Nakatoh, K. Okano
    • Journal Title

      J. Photopolym., Sci. Tech

      Volume: 23 Pages: 607-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Degradation manner of polymer grafts chemically attached on thermally stable polymer films: swelling-induced detachment of hydrophilic grafts from polymer substrates in aqueous media2011

    • Author(s)
      K. Enomoto, S. Takahashi, T. Iwase, T, Yamashita, Y. Maekawa
    • Journal Title

      J. Mater. Chem

      Volume: 21 Pages: 9343-9349

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photoresponsive Liquid-Crystalline Polymers Containing a Block Mesogenic Side-Chain: Systematic Studies on Structural Parameters for Nanophase-Separated Structures2011

    • Author(s)
      K. Okano, Y. Mikami, M. Hidaka, T. Yamashita
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 44 Pages: 5605-5611

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Emergence of Chiral Environments by Effect of Flows; The Case of an Ionic Oligomer and Congo Red Dye2011

    • Author(s)
      K. Okano, O. Arteaga, J. M. Ribo, T. Yamashita
    • Journal Title

      Chem. Eur. J

      Volume: 17 Pages: 9288-9292

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selective Chiral Handedness Induced in Spin-Coated Polyaramide Films2011

    • Author(s)
      K. Okano, T. Yamashita
    • Journal Title

      Polym. J

      Volume: 43 Pages: 941-943

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Circularly Polarized Luminescence of Rhodamine B in a Supramolecular Chiral Medium Formed by a Vortex Flow2011

    • Author(s)
      K. Okano, M. Taguchi, M. Fujiki, T. Yamashita
    • Journal Title

      Angew. Chemie. Int. Ed.

      Volume: 50 Pages: 12474-12477

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Mass Migration on a Polymer Surface Caused by Photoinduced Molecular Rotation2011

    • Author(s)
      K. Okano, S. Ogino, M. Kawamoto, T. Yamashita
    • Journal Title

      Chem. Commun

      Volume: 47 Pages: 11891-11893

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 生命の起源 不斉はどのようにして作られたか?2011

    • Author(s)
      山下 俊
    • Journal Title

      化学と教育

      Volume: 59 Pages: 504-505

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] KPFM imaging and HPLC analysis for photo-assisted formation of donor-acceptor spatial distribution in organic photovoltaic devices2011

    • Author(s)
      M.Fukasawa, S.Watanabe, Y.Tajima, Y.Fukuchi, K.Takaishi, T.Sassa, M.Matsumoto, T.Yamashita, M.Uchiyama, T.Aoyama
    • Organizer
      European Conference on Molecular Electronics
    • Place of Presentation
      Barcelona, Spain
    • Year and Date
      2011年9月7日
  • [Presentation] 自己機能形成材料によるパターン構築への応用2011

    • Author(s)
      山下 俊,小寺 史晃,蓑 基史,岡野 久仁彦
    • Organizer
      第60回高分子学会討論会(招待講演)
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2011年9月28日
  • [Presentation] 撹拌によるイオン性ポリアラミド溶液のキラリティー制御2011

    • Author(s)
      岡野 久仁彦,紫垣 将彦,山下 俊
    • Organizer
      第60回高分子学会討論会
    • Place of Presentation
      岡山
    • Year and Date
      2011年9月28日
  • [Presentation] フォトポリマーの特性評価2011

    • Author(s)
      山下俊
    • Organizer
      フォトポリマー懇話会講習会(招待講演)
    • Place of Presentation
      東京理科大学
    • Year and Date
      2011年8月24日
  • [Presentation] Photo Chemically induced surface free energy control of polyimide2011

    • Author(s)
      Fumiaki Kodera, Kunihiko Okano, Takashi Yamashita
    • Organizer
      10th material chemistry
    • Place of Presentation
      Manchester, UK
    • Year and Date
      2011年7月6日
  • [Presentation] Inhomogeneous Distribution of Solid state Photochromic Reaction of Diarylethene Dervatives and their Memory Effect2011

    • Author(s)
      T. Kato, K. Okano, T. Yamashita
    • Organizer
      10th material chemistry
    • Place of Presentation
      Manchester, UK
    • Year and Date
      2011年7月6日
  • [Presentation] Sulfonated Polyaramide Exhibiting a Lyotropic Liquid Crystal for a Template Material2011

    • Author(s)
      K. Okano, T. Yamashita
    • Organizer
      International Conference on Material Chemistry
    • Place of Presentation
      Manchester, UK
    • Year and Date
      2011年7月5日
  • [Presentation] Inhomogeneous quantum yield distribution of photochromic reactions in solid state polymers and their Activation volume dependency2011

    • Author(s)
      T. Yamashita, T. Kato, K. Okano
    • Organizer
      International Conference on Material Chemistry
    • Place of Presentation
      Manchester, UK
    • Year and Date
      2011年7月5日
  • [Presentation] Photo induced refractive index change of poly(phenylene vinylene) derivatives2011

    • Author(s)
      T. Yamashita, K. Shinohara, Y. Nakatoh and K. Okano
    • Organizer
      Prague Meeting
    • Place of Presentation
      Prague, Chezk
    • Year and Date
      2011年7月12日
  • [Presentation] 耐熱性高分子の構造設計と機能制御2011

    • Author(s)
      山下俊
    • Organizer
      新潟化工懇話会講演会(招待講演)
    • Place of Presentation
      新潟大学
    • Year and Date
      2011年6月16日
  • [Presentation] ジスチリルアレーン誘導体のフォトオプティカル効果2011

    • Author(s)
      篠原 浩太,岡野 久仁彦,山下 俊
    • Organizer
      第60回高分子学会討論会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2011年5月25日
  • [Presentation] ポリベンゾイミダゾールの表面光レリーフパターニング2011

    • Author(s)
      蓑 基史,小寺 史晃,松沢 康史,岡野 久仁彦,山下 俊
    • Organizer
      第60回高分子学会討論会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2011年5月25日
  • [Presentation] ジアリールエテン誘導体の高分子固相中におけるフォトクロミック反応の不均一反応分布とメモリ効果2011

    • Author(s)
      加藤 俊彦,岡野 久仁彦,山下 俊
    • Organizer
      第60回高分子学会討論会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2011年5月25日
  • [Presentation] ポリイミドの光表面自由エネルギー制御2011

    • Author(s)
      小寺 史晃,岡野 久仁彦,山下 俊
    • Organizer
      第60回高分子学会討論会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2011年5月25日
  • [Presentation] カーボンナノチューブを含有する高強度ゲルの作製と評価2011

    • Author(s)
      鈴木 啓祐,岡野 久仁彦,山下 俊
    • Organizer
      第60回高分子学会討論会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2011年5月25日
  • [Presentation] 異なるイオン種で置換したイオン性オリゴマー溶液の調製と攪拌によって生じるキラリティーの測定2011

    • Author(s)
      紫垣 将彦,岡野 久仁彦,山下 俊
    • Organizer
      第60回高分子学会討論会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2011年5月25日
  • [Presentation] 分子モーターをドープしたPMMAフィルムの表面レリーフグレーティング形成挙動2011

    • Author(s)
      荻野 昇平,川本 益揮,岡野 久仁彦,山下 俊
    • Organizer
      第60回高分子学会討論会
    • Place of Presentation
      大阪
    • Year and Date
      2011年5月25日
  • [Presentation] 高分子固体中におけるロフィン二量体のフォトクロミック反応の不均一分布2011

    • Author(s)
      加藤 俊彦・岡野 久仁彦・山下 俊
    • Organizer
      2011年 材料技術研究討論会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011年12月3日
  • [Presentation] 光機能を利用したポリイミドの表面機能制御2011

    • Author(s)
      小寺史晃, 岡野久仁彦, 山下俊
    • Organizer
      2011年材料技術研究会討論会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011年12月3
  • [Presentation] イオン種の異なるイオン性オリゴマー溶液の調製と撹拌によって生じるキラリティー特性の検討2011

    • Author(s)
      紫垣 将彦, 岡野 久仁彦, 山下 俊,
    • Organizer
      2011年材料技術研究会討論会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011年12月3
  • [Presentation] 光駆動分子モーターによる高分子表面でのレリーフ形成2011

    • Author(s)
      荻野昇平, 川本益輝, 岡野久仁彦, 山下俊
    • Organizer
      2011年材料技術研究会討論会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011年12月3
  • [Presentation] ポリベンゾオキサゾールの光表面パターニング2011

    • Author(s)
      蓑基史, 岡野久仁彦 , 山下俊
    • Organizer
      2011年材料技術研究会討論会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011年12月3
  • [Presentation] 共役ポリマーの光照射による屈折率変化と光記録材料への応用2011

    • Author(s)
      篠原浩太, 岡野久仁彦, 山下俊
    • Organizer
      2011年材料技術研究会討論会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011年12月3
  • [Presentation] カーボンナノチューブ分散型ダブルネットワークゲルの作製および評価2011

    • Author(s)
      鈴木 啓祐, 岡野 久仁彦, 山下 俊
    • Organizer
      2011年材料技術研究会討論会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011年12月3
  • [Presentation] Novel Photofunctional Materials for Electronics and Photonics,2011

    • Author(s)
      T. Yamashita
    • Organizer
      Lectureat KRIST(招待講演)
    • Place of Presentation
      Daejon, Korea
    • Year and Date
      2011年12月16日
  • [Presentation] Design and function of polyimide2011

    • Author(s)
      T. Yamashita
    • Organizer
      Takoma(招待講演)
    • Place of Presentation
      Daejon, Korea
    • Year and Date
      2011年12月15日
  • [Presentation] フェニレンビニレン誘導体のフォトオプティカル効果2011

    • Author(s)
      篠原浩太, 岡野久仁彦, 山下俊
    • Organizer
      第一回 CSJ化学フェスタ 2011世界化学年記念大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011年11月13日
  • [Presentation] ポリイミドの光表面修飾2011

    • Author(s)
      小寺史晃, 山下俊
    • Organizer
      第一回 CSJ化学フェスタ 2011世界化学年記念大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011年11月13日
  • [Presentation] 有機光起電力素子におけるKPFMイメージングとHPLC分析によるDA空間分布過程の検討2011

    • Author(s)
      深澤雅子,渡邉智,田島右副,福地康正,高石和人,佐々高史,松本睦良,山下俊
    • Organizer
      第一回 CSJ化学フェスタ 2011世界化学年記念大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2011年11月13日
  • [Presentation] Novel photo chemically induced function of polyimide2011

    • Author(s)
      Fumiaki Kodera, Kunihiko Okano, Takashi Yamashita
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Advanced Composite Materials
    • Place of Presentation
      Tokyo. JAPAN
    • Year and Date
      2011年10月11日
  • [Presentation] Inhomogeneous Distribution of Photochromic Reaction of Diarylethene Derivatives in solid state PMMA2011

    • Author(s)
      T. Kato, K. Okano, T. Yamashita
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Advanced Composite Materials
    • Place of Presentation
      Tokyo. JAPAN
    • Year and Date
      2011年10月11日
  • [Presentation] Surface Relief and Porous Structure Patterning of Polybenzimidazoles2011

    • Author(s)
      M. Mino, K. Okano, T. Yamashita
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Advanced Composite Materials
    • Place of Presentation
      Tokyo. JAPAN
    • Year and Date
      2011年10月11日
  • [Presentation] Formation of a surface relief grating on films comprising a photochromic molecular motor2011

    • Author(s)
      S. Ogino, M. Kawamoto, K. Okano, T. Yamashita
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Advanced Composite Materials
    • Place of Presentation
      Tokyo. JAPAN
    • Year and Date
      2011年10月11日
  • [Presentation] Photo-Optical Effect of PPV Derivatives and the Application2011

    • Author(s)
      K. Shinohara, K. Okano, T. Yamashita
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Advanced Composite Materials
    • Place of Presentation
      Tokyo. JAPAN
    • Year and Date
      2011年10月11日
  • [Presentation] Preparation of Double-Network Gel containing Carbon nanotube2011

    • Author(s)
      K. Suzuki, K. Okano, T. Yamashita
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Advanced Composite Materials
    • Place of Presentation
      Tokyo. JAPAN
    • Year and Date
      2011年10月11日
  • [Presentation] Stir-induced chirality of solution containing achiral ionic oligomers2011

    • Author(s)
      M. Shigaki, K. Okano, T. Yamashita
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Advanced Composite Materials
    • Place of Presentation
      Tokyo. JAPAN
    • Year and Date
      2011年10月11日
  • [Presentation] HPLC analysis and the surface potential change in the process of photopolymerization.2011

    • Author(s)
      M. Fukazawa, S. Watanabe, Y. Tajima, Y. Fukuchi, K. Takaishi, T. Sasa, M. Matsumoto, T. Yamashita
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Advanced Composite Materials
    • Place of Presentation
      Tokyo. JAPAN
    • Year and Date
      2011年10月11日

URL: 

Published: 2013-07-10  

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