2014 Fiscal Year Research-status Report
両親媒性チエノイソインジゴポリマーの開発とファイバー化に基づくデバイス特性の解明
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26410087
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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, 理工学研究科, 助教 (80391845)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 英俊 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (40345393)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 機能性有機半導体 / 有機デバイス / 有機電界効果トランジスタ / 有機薄膜太陽電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はポリマーの溶解性の向上と分子間パッキングを制御する様々な側鎖形状のアルキル鎖を導入するチエノイソインジゴ骨格の合成法の検討から始めた。アルキル側鎖と同様にUllmannカップリングを用いてアルケン部位を末端に持つ側鎖を導入し、ハイドロシリレーション反応を用いて、シロキサン鎖を末端に導入することに成功した。この合成法をもとにして、2種類の側鎖（アルキル側鎖とシロキサン側鎖）とチエノイソインジゴ骨格を用いた3種類の繰り返し骨格を持つ、6種類の新規ポリマーを合成した。
これらのポリマーの酸化還元特性や電気化学的特性を調べた。チエノイソインジゴ骨格をポリマー鎖に導入することでHOMOレベルは上昇し、LUMOレベルは低下する。特にチエノイソインジゴホモポリマーにおいては、紫外-可視-近赤外吸収スペクトルの最大吸収端から求めた光学的エネルギーギャップは0.6eV程度と非常に小さくなることを明らかにした。
合成したポリマーのキャリア輸送特性を調べるために電界効果トランジスタを作成し、キャリア移動度を見積もった。チエノイソインジゴホモポリマーは、オフ電流の大きなノーマルONのp型のキャリア輸送特性を示し、その他のポリマーはアンバイポーラ特性を示した。最大でホール移動度0.1cm2/Vs、電子移動度0.1cm2/Vsのバランスのとれた良好なトランジスタ特性を示した。これらの輸送特性の違いを電子構造、薄膜構造の観点から詳細に解析し、ポリマー鎖及び側鎖形状が輸送特性に及ぼす影響を明らかにした。
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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
本研究課題のターゲットはチエノイソインジゴ骨格の高い平面性を活かしたポリマー骨格の設計と、疎水、親水、両親媒性などの様々な機能を持つ側鎖を導入したポリマーの合成である。この点において本年度得られた実績は、新規のチエノイソインジゴ骨格を持つポリマーの合成に成功し、さらに側鎖の導入経路について多様性を持つ側鎖を導入する合成法を開拓した点について、おおむね順調に進展していると判断した。またファイバー化した分子集合体形成についても、側鎖の形状とポリマーの主骨格を変化させることで、分子配向がどのように変化するかを明らかにしており、本研究課題を遂行するための基礎的な知見が得られた。
本年度の研究成果で得られた大きな実績は、チエノイソインジゴホモポリマーが著しく小さなエネルギーギャップを持つことである。これは本研究課題を遂行することによって得られた新しい発見であり、今後詳細な電子構造の解析を含めて、モデル化合物の合成を検討し学術的に明らかにすることが重要だと考えている。
合成したポリマーのデバイス化についても、電界効果トランジスタを作成しその特性を調べ、薄膜構造の解析から分子構造にフィードバックして特性と分子構造の相関を解明しており、この点においても当初の計画にたいしておおむね順調であると評価した
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| Strategy for Future Research Activity |
新規分子の合成は引き続き行うとともに、合成と物性解明の進捗に合わせてトランジスタや太陽電池への応用を進めていく。薄膜作成のプロセスとして本研究課題にあるソリューションシェアリング法を用いてデバイス活性層を作成し、従来のスピンコート法と比べて、プロセスの違いによる分子配向の違いとデバイス特性の相関について解明していく。
今年度の実績をもとに明らかになったチエノイソインジゴポリマーの、狭いエネルギーギャップの起源を調べることも並行して進める。すでに密度汎関数法を用いて計算を行っており、モノマーであるチエノイソインジゴ骨格に対してヘキサマーまでオリゴマー化を進めるとHOMOの上昇とLUMOの低下は一定となり、エネルギーギャップは最少になることが導かれた。したがってチエノイソインジゴポリマーにおける狭いエネルギーギャップはヘキサマーで実現できるという分子設計の指針が得られた。今後はモノマーからヘキサマーまでのチエノイソインジゴオリゴマーの合成も試み、分子物性を解明していく。またこれらのオリゴマーについてもトランジスタ構造を用いてキャリア輸送特性を明らかにする。さらにこれらの単結晶を作成し、単結晶構造解析を行うことによって分子構造や分子積層を明らかにし、ポリマーにおける薄膜構造解析と合わせて評価する予定である。
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| Causes of Carryover |
国際会議への参加をとりやめたため
合成した化合物を精製するためのフラッシュカラムクロマトグラフィーに用いる、カラム管、送液ポンプ、UVディテクターなどの備品を当初予定より安く購入できたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初の合成予定に加えて、オリゴマーの合成を行うための試薬購入費に充てる。
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