| 研究概要 |
π共役電子構造を有する導電性高分子の合成,物性,応用などに関する研究が目覚ましい勢いで進展しているが,最近,特に導電性高分子を光電池,FETあるいはLEDといった電子素子・デバイスへ活用しようとする研究が活発に行われている。これら素子は機能を最大限に発揮させるため基本的に導電性高分子の薄膜を用いて作製することが肝要で,その薄膜作製技術でも規則正しく配列したり,機能分子を組み込んだりして,いわゆる超構造,素構造の薄膜を得ることに関心が持たれている。本研究では,このような観点から超分子構造の薄膜を作製する新しい技術として分子セルフアセンブリ法を用い,分子レベルで膜厚を制御した多層ヘテロ構造薄膜の製膜条件の把握とそれを用いた種々の電子デバイスの作製を試み,その動作機構の検討も行ってきた。本手法は基本的に互いに反応極性に荷電した電荷間の静電引力が製膜の起源となるので,ポリチオフェン-3-酢酸,スルフォン化ポリアニリンなど種々のポリイオンを合成し,それらの製膜条件を確立した。即ち,基板の性質,電解質の濃度,pH,イオン強度などが薄膜の密着性,緻密性,膜質,膜厚などに大きく影響することを明らかにし,ヘテロ界面では基底状態で相互作用はなく,吸光度と層数の間に線形関係が認められることから,分子組成を正確に制御できることを確認した。更に,これら多層ヘテロ構造超薄膜の光照射効果を調べた結果,蛍光スペクトルの消光現象と光電流の増強現象を観測し,ヘテロ界面で有効な光誘起電荷分離が生じていることを明らかにした。また,蛍光の消光は理論解析とも比較的良く一致し,界面での電荷分離がこの素子で重要な働きをしていることが分かった。一方,超薄膜ヘテロ構造の電界発行素子では,薄膜の厚さを種々変化させると発光スペクトルのシフトが観測され顕著な量子サイズ効果が認められた。これら本研究で得られた知見は,特徴的な電子的・光学的性質を分子レベルで制御できる上,有機層の厚さが分子スケールに近づくにつれて量子効果を実現でき,界面の特異な性質が素子全体の性質として発現できるなどの可能性を秘めている。また,分子セルフアセンブリ法を導電性高分子のin situ重合法に適用できることを見出し,絶縁性高分子/導電性高分子複合膜を作製することに成功し,これを用いたバイモルフ型のアクチュエータを提案した。これらの成果は,エレクトロニクス素子機能を分子で代行させようとする将来の分子電子素子を実現する上での基礎研究として大いに貢献できると考える。
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