| 研究課題/領域番号 |
21K05208
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分35030:有機機能材料関連
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| 研究機関 | 群馬大学 (2022-2023)
千葉大学 (2021) |
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研究代表者 |
田中 有弥 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (90780065)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 有機半導体 / 極性分子 / 配向分極 / エレクトレット / 有機EL / 振動発電 / センサ / 表面電位 / 巨大表面電位 / 有機エレクトロニクス / エネルギーハーベスティング / 極性有機分子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
エレクトレットはセンサやマイク，発電素子など様々なデバイスの根幹を成す材料であるが，その作製には絶縁体への荷電処理が必須であった．近年我々は「自発的に配向する極性有機分子は，荷電処理が一切不要なエレクトレットとして機能する」ことを実証した．これは上記デバイスの低コスト化につながる新しいエレクトレットであるが，光に対する表面電位の安定性は低く，従来の評価手法の時間分解能が秒オーダーと低いことも相まって，その電位消失機構は完全には理解されていない．そこで本研究では時間分解能を高めた補償電荷測定法を構築する．本手法を用いて表面電位の安定性の制限因子を明らかにするとともに，長寿命化を実現する．
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| 研究実績の概要 |
2020年に我々は，自発的に配向する極性有機分子を利用することで，荷電処理が一切不要なエレクトレット型振動発電素子を実現した．これら自発的な配向分極を示す極性有機分子群を自己組織化エレクトレット（SAE）と呼ぶ．SAEはセンサやマイクといった様々なエレクトレットデバイスの低コスト化を実現しうる有望な材料であるが，光に対する表面電位の安定性は低い．この電位消失機構を解明するため，本研究では新しく補償電荷測定法を構築する．本手法を用いて表面電位の安定性の制限因子を明らかにするとともに，長寿命なSAEを実現することを本研究の目的としている．
2021年度は，構造を変えたサンプルの表面電位測定から着手した．その結果，基板の種類によっては光照射しても表面電位は減少しにくく，大気中においても高い安定性を示すサンプルが作製できた．そこで2022年度はこの現象の再現性を確認するとともに，修正した補償電荷測定法を利用して帯電機構の解明にも取り組んだ．その結果SAEのイオン化エネルギー以下の光を照射した場合であっても，サンプルに電圧が印加されている場合，電子が外部へ放出されることがわかった．
2023年度は，どのエネルギー位置から光電子放出が生じているかを推定するため，本研究を通じて構築した測定系を利用し，光電子放出による電流の印加電圧に対する依存性を調べた．その結果光電子放出が最低空軌道から生じていることを示唆するような結果が得られた．これはサンプルの帯電が補償電荷の放出に起因していることを示している．
“新しい手法を構築して電位減衰機構を解明，その後長寿命化の検討を行う”という提案時の計画通りには進まなかったものの，当初提案した補償電荷測定法と類似した評価システムを導入することで，大気安定性の高いサンプルの作製に成功し，さらにはその帯電機構の解明につながる知見を得ることができた．
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