| 研究課題/領域番号 |
21K14698
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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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 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 (2023)
東京理科大学 (2021-2022) |
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研究代表者 |
佐藤 友哉 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (80836370)
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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 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 絶縁性高分子 / 導電性高分子 / 高分子混合薄膜 / コンフォメーション変化 / 電荷輸送特性 / 高分子薄膜 / キャリア輸送特性 / 電子状態 / 電子トラップ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
大量の絶縁性高分子を用いて導電性高分子を希釈し薄膜を形成すると、導電性高分子の電子トラップが減少し電子輸送特性が改善されることが報告されている。しかしながら、希釈薄膜中で大部分を占めている絶縁性高分子が導電性高分子の電子輸送特性の改善に対しどのような役割を担っているのかについては未解明である。本研究では、導電性高分子だけでなく絶縁性高分子および希釈薄膜の電子状態や希釈度合による膜構造の変化、希釈薄膜を用いたデバイスの電気特性などを包括的に検討することで希釈薄膜中で絶縁性高分子が担う役割を明らかにする。さらに希釈に用いる絶縁性高分子の自由度についての検討することで希釈法の最適条件の探索も行う。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、絶縁性高分子を用いた希釈法による導電性高分子の電荷輸送特性の改善機構を解明することを目的とし実施した。導電性高分子であるポリフルオレン（PFO）と絶縁性高分子のポリスチレン（PS）を混合した場合に形成されるPFOのβ相について、PSの重量平均分子量依存性や混合比率とβ相形成量の関係について検討した。数種類のPSとPFOをそれぞれ混合した結果、低分子量PS（Mw＝607）と混合した場合でのみβ相由来の吸収ピークが観測された。混合比率とβ相形成量の関係についてPFOの凝集とβ相それぞれに由来する吸収ピークの強度比を用いて評価した結果、PSの割合が70%の時に混合膜に含まれるPFOのコンフォメーション変化量およびβ相形成量が最大となることが確認された。原子間力顕微鏡（AFM）や示差走査熱量測定（DSC）から得られた結果に基づくと、低分子量PSのガラス転移温度（Tg）が室温以下であり、PFOとの相溶性が高いことが混合に伴うβ相形成の鍵となっていると推測される。PSの混合比率が増加しPFOの周りに多く存在するようになると、室温でのPS鎖の運動性の影響を受けてPFO鎖の運動性も改善すると考えられ、その結果としてコンフォメーションが変化しやすくなることからPFO鎖同士の相互作用が促進されβ相が形成されやすくなったと考えられる。
β相形成と電気特性の相関を検証するために混合比率を変えた複数のPFO:PS混合膜を用いて電子オンリー素子（EOD）を作製し電流－電圧測定を行った。その結果、β相形成量の増加に伴う電流密度の増加が確認され、PFOのみの場合に比べ電流密度が最大で3桁ほど向上することが確認された。
さらに、炭素数が22、28、36の直鎖状アルカン分子とPFOを混合した場合でも、低分子量PSの場合と同様にβ相が形成されることが明らかとなった。PFO:直鎖アルカン分子混合膜を用いたEODを作製し電流－電圧測定を行った結果、約4桁の電流密度の増加が確認された。
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