ナノ～マイクロスケールでのπ分子ワイヤーの電荷輸送特性評価

• 研究領域: 高次π空間の創発と機能開発
• 研究課題/領域番号: 23108710
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 佐伯 昭紀 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (10362625)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2012年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2011年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: π分子ワイヤ / マイクロ波 / ナノ / 電荷輸送特性 / 孤立分子 / 電荷キャリア移動度 / ドナー・アクセプター / 絶縁マトリクス

研究実績の概要

共役高分子は、有機電界効果トランジスタや有機太陽電池への応用が期待されている。フィルム中の電荷キャリア移動度は、分子間スタックやグレインサイズ・バリアに大きく左右されるが、高分子鎖本来が持つ分子内移動度は高いと考えられる。しかし、後者の測定はTime Of Flight (TOF) 法やField Effect Transistor (FET) 法などの従来の直流型測定法では困難である。一方、時間分解マイクロ波伝導度測定法(TRMC)のような交流型測定法では、電極との接触なしに電荷移動度を算出することができる。
π共役分子ナノワイヤーとしてアモルファス性の共重合体を対象とし、TRMCによる１次元分子内電荷移動度を評価した。その結果、２種のπユニットから成る共重合体の導入割合が1:1付近で移動度は0.7から0.3 cm2/Vsまで急激に減少し、その後、１種のホモポリマーでは0.7 cm2/Vsまで回復した。この現象は密度汎関数法で得られるラジカルカチオンの非局在性と分子の“形”と相関があると考えられる。一方、FETでは10-5～10-7 cm2/Vsオーダーの移動度が得られ、さらに全く異なる導入割合依存性を示した。マクロな移動度は重量平均分子量と再配向エネルギーを乗じたパラメータとの間に相関があることが示唆された。このように、評価する空間スケールによって電荷キャリア移動度の値は大きく異なり、さらにそれを決定する要因も変わってくることが分かった。有機トランジスタなどの実際のデバイスでは、長距離並進輸送を反映したマクロな電荷移動度が重要であるが、ミクロスケールの高い電荷移動度をいかに長距離輸送に反映するかが、さらなる性能向上において鍵となる。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Charge Carrier Mobilities in Amorphous Triphenylamine#8211;Fluorene Copolymers: Role of Triphenylamine Unit in Intra- and Intermolecular Charge Transport (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Fukumatsu, A. Saeki, S. Seki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 5 号: 6 ページ: 061701-061701
  • DOI: 10.1143/apex.5.061701
  • 査読あり
• [雑誌論文] p/n Switching of Ambipolar Bithiazole#8211;Benzothiadiazole-Based Polymers in Photovoltaic Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: B. Balan, C. Vijayakumar, A. Saeki, Y. Koizumi, S. Seki
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 45 号: 6 ページ: 2709-2719
  • DOI: 10.1021/ma202778p
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optoelectronic Properties of Dicyanofluorene-Based n-Type Polymers (2012)
  • 著者名/発表者名: C. Vijayakumar, A. Saeki, S. Seki
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 7 号: 8 ページ: 1845-1852
  • DOI: 10.1002/asia.201200082
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fullerene nanowires as a versatile platform for organic electronics (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Maeyoshi, A. Saeki, S. Suwa, M. Omichi, H. Marui, A. Asano, S. Tsukuda, M. Sugimoto, A. Kishimura, K. Kataoka, S. Seki
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 2 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep00600
  • 査読あり
• [雑誌論文] Separation of Intra- and Inter-Molecular Charge Carrier Mobilities of Poly(3-hexylthiophene) in Insulating Polystyrene Matrix (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Fukumatsu, A. Saeki, S. Seki
  • 雑誌名: J. Photopolym. Sci. Tech. 巻: 25 ページ: 665-668
  • NAID: 130004833495
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intramolecular Charge Carrier Mobility in Fluorene-Thiophene Copolymer Films Studied by Microwave Conductivity (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Saeki, T.Fukumatsu, S.Seki
  • 雑誌名: Macromolecules 巻: 44 号: 9 ページ: 3416-3424
  • DOI: 10.1021/ma2004844
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aryl-Perfluoroaryl Substituted Tetracene : Induction of Face-to-Face π-π Stacking and Enhancement of Charge Carrier Properties (2011)
  • 著者名/発表者名: T.Okamoto, K.Nakahara, A.Saeki, S.Seki, J.H.Oh, H.B.Akkerman, Z.Bao, Y.Matsuo
  • 雑誌名: Chem.Mater. 巻: 23 号: 7 ページ: 1646-1649
  • DOI: 10.1021/cm200356y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoconductivity of Self-Assembled Hexabenzocoronene Nanotube : Insight into the Charge Carrier Mobilities on Local and Long-Range Scales (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Saeki, Y.Yamamoto, Y.Koizumi, T.Fukushima, T.Aida, S.Seki
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 2 号: 20 ページ: 2549-2554
  • DOI: 10.1021/jz201223e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron- or Hole-Transporting Nature Selected by Side-Chain-Directed π-stacking Geometry : Liquid Crystalline Fused Metalloporphyrin Dimers (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsuneaki Sakurai, Kentaro Tashiro, Yoshihito Honsho, Akinori Saeki, Shu Seki, Atsuhiro Osuka, Atsuya Muranaka, Masanobu Uchiyama, Jungeun Kim, Sunyeo Ha, Kenichi Kato, Masaki Takata, Takuzo Aida
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 133 号: 17 ページ: 6537-6540
  • DOI: 10.1021/ja201272t
  • 査読あり
• [学会発表] Fullerene nanowires as a versatile platform for organic electronics (2012)
  • 著者名/発表者名: A.Saeki, S. Seki
  • 学会等名: 第４回 高次π空間国際シンポジウム
  • 発表場所: 静岡県浜松市
  • 年月日: 2012-11-13
• [学会発表] ナノ～マイクロスケールでのπ分子ワイヤーの電荷輸送特性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐伯昭紀
  • 学会等名: 第８回 高次π空間公開シンポジウム
  • 発表場所: 石川県金沢市
  • 年月日: 2012-07-19
• [学会発表] 有機薄膜太陽電池のナノスケール電荷キャリア移動度 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐伯昭紀
  • 学会等名: 日本化学会年会
  • 発表場所: 慶応大学日吉キャンパス
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] ナノ～マイクロスケールでのπ分子ワイヤーの電荷輸送特性評価 (2012)
  • 著者名/発表者名: 辻雅司・佐伯昭紀・関修平
  • 学会等名: 第7回高次π空間公開シンポジウム
  • 発表場所: 愛媛県松山市
  • 年月日: 2012-03-13
• [図書] 高次π空間の創発と機能開発, p.151-157 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐伯昭紀, 関修平（分担執筆）
  • 総ページ数: 245
  • 出版者: CMC出版
• [備考] Researcher ID
  • URL: http://www.researcherid.com/rid/B-7756-2011
• [備考] 関研究室ホームページ
  • URL: http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~cmpc-lab/
• [備考]
  • URL: http://www.researcherid.com/rid/B-7756-2011