高分子多次元構造における光・電子プロセスの解明

• 研究課題/領域番号: 16750187
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 高分子・繊維材料
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 大北 英生 京大, 工学(系)研究科(研究院), 助手 (50301239)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2005年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2004年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
• キーワード: 高密度グラフト膜 / 交互吸着膜 / 原子移動ラジカル重合 / 電気化学測定 / ホール輸送 / ヘテロ構造 / 光電流 / 化学修飾

研究概要

電子機能を有する高密度グラフト膜を作製するため、まずレドックス能を有するフェロセンモノマーを合成し、原子移動ラジカル重合を行った。その結果、合成した機能モノマーはリビング重合性を示すことを明らかにした。また、石英基板上において表面開始グラフト重合を行ったところ、1nm^2あたり0.2本の高密度グラフト膜を作製できた。そこで、同モノマーを用いてITO透明電極上に高密度グラフト膜を作製し、電解質溶液中において電気化学測定を行ったところ、フェロセン基の可逆な酸化還元波が明瞭に観測され、レドックス活性な膜として機能することが分かった。この高密度グラフト膜中における一次元ホール輸送特性を電位ステップ法により評価したところ、溶液系や薄膜系に対して一般に用いられるコットレル式にはしたがわないことを見出した。この結果は、フェロセンの酸化にともない膜厚が大きく変化するという高密度グラフト膜の特異な物性を示している。このような膜厚の変化は、溶媒の種類を変えることによっても観測され、同様に一次元ホール輸送特性に大きく影響を及ぼすことが分かった。
交互吸着膜では、異なる種類の擬二次元高分子薄膜をヘテロ積層することにより三次元多層膜を構築した。ヘテロ積層により機能分子のポテンシャル勾配を構築することによって、二次元界面において発生した電子・正孔対をそれぞれ反対電極へ導き効率よく光電流として取り出すことができた。また、SnO_2ナノ多孔膜と導電性高分子からなる有機-無機ハイブリッド膜の界面にフラーレンを化学修飾することにより、三次元界面において発生した電子・正孔対に対しても効率よく光電流として取り出すことができた。
また、本年度に備品として申請したタングステンランプは、光量安定化装置と組み合わせることにより超高安定なモニター光源とすることができた。これにより、薄膜系に対する過渡分光測定装置を構築することができた。