高電気伝導性ポリアセチレンの合成と構造の研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02453010
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 田中 二朗 名古屋大学, 理学部, 教授 (70022514)
• 研究分担者: 清水 正昭 名古屋大学, 理学部, 助手 (10154303)
• キーワード: 電導性高分子 / ポリアセチレン / ポーラロン / ソリトン / ポルソン

研究概要

ポリアセチレンが、ドーピングによって絶縁体から金属へ変化する過程を研究するために、薄膜のポリアセチレンの吸収スペクトル、光電子スペクトル、および厚膜の反射スペクトルを研究した。過塩素酸イオン或いはカリウムでドープすると、ドーパント濃度が小さい初期の時には、荷電ソリトン構造によるスペクトルが現れ、次にドーパント濃度が高くなって、初めて金属的なスペクトルの特長が見出された。
金属的なポリアセチレンが出きるためには、ポルソン構造とよぶ、新しい構造をもつ久要があることが、実験的研究と、次に述べる理論的な研究によって明らかになった。
すなわち、25種類のドープしたポリアセチレンのモデル分子について、最適化した分子構造を求め、その分子軌道を計算した。Na原子、或いはCl原子をドーパントとして計算すると、アリル基とは安定な閉殻構造のコンプレックスを作る。荷電ソリトン構造は、このコンプレックスの両側に、ポリエン鎖の連った構造である。ポルソン構造は、アリルラジカルの両側に、このコンプレックスが連った構造であり、その中に1個の不対電子をふくむ。多数の荷電ソクトン構造が、一次元的に連った鎖では、ミツド、ギャップ準位とよぶエネルギー準位が出現するが、これによっては電気伝導性は現れない。これに対しポルソン構造が一次元的に連結した鎖では、半分満ちたエネルギー バンドが出現して、金属的な高分子鎖が出きることが明らかになった。
このようにして、長い間の謎であった、ポリアセチレンで高い電気伝導性が出現するメカニズムが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] S.Hasegawa,M.Oku,M.Shimizu and J.Tanaka: "Polarized Reflection Spectra of Iodine Doped New Type Polyacetylene" Synthetic Metals. 38. 37-51 (1990)
• [文献書誌] J.Tanaka,S.Hasegawa T.Miyamae and M.Shimizu: "Spectial Characteization of Electronic Structue of New Type Polyacetyleve" Synthetic Metals. 41. 1199-1204 (1991)
• [文献書誌] C.Tanaka and J.Tanaka: "Energy Band Struchue of Metallic polyacetylene" Materiul Research Sociery Symposium Proceeding. 247. 577-582 (1992)
• [文献書誌] C.Tanaka and J.Tanaka: "Molecular and Electronic Structures of Model Compounds of Doped Polyacetylene" Bull.Chem.Sor.Jpn.
• [文献書誌] J.Tanaka,C.Tanaka,T.Miyama,K.kamiya,M.Shimizu,M.Oku,K.seki,J.tsukamoto,S.Hasegawa,H.Inokuchi: "Spectral Characteinstic of Metallic Stale of Polyacethlene" Synthetic Metals.
• [文献書誌] C.Tanaka and J.Tanaka: "Molecular Orbital Studies on the Model Compounds of Doped Polyacetylene" Synthetic Metals.
• [文献書誌] J.Tanaka and C.Tanaka: "Conjugated Polymers and Related Materials:The Interconnection of Chemical and Electronic structure" Oxford Univ.Press,