導電性高分子液晶の合成と配向制御

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07241208
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 赤木 和夫 筑波大学, 物質工学系, 助教授 (20150964)
• 研究分担者: 白川 英樹 筑波大学, 物質工学系, 教授 (40016720)
• キーワード: 導電性高分子 / 液晶高分子 / ポリアセチレン誘導体 / ポリチオフェン誘導体 / 自発配向 / 磁場配向 / 配向制御 / 電気伝導度

研究概要

本研究では、側鎖に液晶性置換基を導入して、導電性の高分子液晶を合成し、これまでにない特性をもった新しい機能性高分子を開発した。具体的には、次に述べる二つの系について、導電性側鎖型高分子液晶を合成し、その液晶性と導電性を評価、検討した。
[1]ポリアセチレン誘導体:フェニルシクロヘキサン(PCH)系およびビフェニル(BP)系液晶基を有するアセチレン誘導体モノマーを合成し、これをチグラー・ナッタ触媒あるいはメタセシス触媒で化学重合することにより、液晶基を側鎖にもつ可溶性かつ可融性の一置換ポリアセチレンを合成した。偏光顕微鏡観察と示差走査熱量計の測定を通じて、合成したポリマーはスメクチック液晶相を発現することを明かにした。次に、剪断応力あるいは外部磁場の印加により液晶性側鎖を配向させ、ひいてはポリエン主鎖を配向させることで、巨視的に液晶ドメインが一方向に配向したモノドメイン構造を構築した。有機溶媒からキャストしたポリマーの薄膜を作り、磁場配向したフィルムにヨウ素ド-ピングを施し電機伝導度の測定を行った。その結果、電気的異方性の確認と共に、配向方向の伝導度が最大2桁上昇する結果を得た。さらに、溶融^<13>C-NMRの測定を通じて、等方相のみならず液晶相での当該ポリマーの磁場配向挙動と秩序度を明かにした。
[2]ポリチオフェン誘導体:3位をPCH系液晶基で置換したチオフェン誘導体モノマーを合成し、さらに、チオフェン環の2、5位の水素を臭素で置換し、これを脱ハロゲン化縮重合することにより、可溶性、可融性のポリチオフェン誘導体の合成を行った。偏光顕微鏡観察および示差走査熱量計による測定を通じて、このポリチオフェン誘導体はネマティック液晶を示すことを確認した。
以上、本研究により、液晶性置換基を側鎖に導入することで、電場や磁場などの外力で共役系主鎖の分子配向を制御することが可能となり、2桁以上の導電性の向上も達成できた。導電性と液晶性を併せもつ導電性高分子液晶は、今後、電気的および光学的見地から様々な応用が期待できる。

研究成果

• [文献書誌] Kazuo Akagi: "Side-Chain Liquid Crystalline Conjugated Polymers, Poly (Mono-Substituted Acetylenes)" Trans. Mat. Res. Soc. Jpn.15A. 259-262 (1994)
• [文献書誌] Kazuo Akagi: "Syntheses of Thiophene Derivatives with Liquid Crystalline Substituents and Their Polymerizations" Trans. Mat. Res. Soc. Jpn.15A. 513-516 (1994)
• [文献書誌] Hideki Shirakawa: "Various Factors Affecting the Synthesis of Highly Conducting Polyacetlene" Synthetic Metals. 60. 93-101 (1994)
• [文献書誌] Hideki Shirakawa: "Synthesis of Liquid Crystalline Polyacetylene Derivatives" Mol. Cryst. Liq. Cryst.255. 132-219 (1994)
• [文献書誌] Kazuo Akagi: "Synthesis and Properties of Liquid Crystalline Polyacetylene Derivatives" Synthetic Metals. 69. 13-16 (1995)
• [文献書誌] Kazuo Akagi: "Fused State ^<13>C-NMR Study on Liquid Crystalline Polyacetylene Derivatives-Magnetically Forced Alignment and Orientational Behavior." Synthetic Metals. 69. 33-34 (1995)
• [文献書誌] Ryouichi Toyoshima: "Synthesis and Properties of Polythiophenes Derivatives with Liquid Crystalline Substituents." Synthetic Metals. 69. 289-290 (1995)
• [文献書誌] Katsumi Yoshino: "Unique Electrical and Optical Properties of Polyacetylene Derivatives in Liquid Crystal Phase" Synthetic Metals. 69. 49-50 (1995)
• [文献書誌] Hiromasa Goto: "Thermotropic Liquid Crystalline Conjugated Polymers,Poly (cyclohexylphenoxyacetylenes) -Synthesis and Properties." Synthetic Metals. 71. 1899-1990 (1995)
• [文献書誌] Kazuo Akagi: "Electrically Conducting Liquid Crystalline Polymers, Mono-Substituted Polyacetylene Derivatives." Mol. Cryst.Liq. Cryst.267. 277-282 (1995)
• [文献書誌] Kazuo Akagi: "Polyacetylene Films Prepared by Intrinsic Non-Solvent Polymerization Method-Mechanical Properties and Electrical Conductivities." Synthetic Metals. 69. 29-30 (1995)
• [文献書誌] Kouichi Sakamaki: "Thermodynamic Behavior of Cis-Trans Isomerization in S- and N-type Polyacetylene Films. DSC study." Synthetic Metals. 69. 57-58 (1995)
• [文献書誌] C. O. Yoon: "Effect of Anisotropy on the Temperature Dependence of Conductivity and Magnetoconductance in Heavily Doped Polyacetylene" Synthetic Metals. 69. 79-80 (1995)
• [文献書誌] Yoshikazu Tanabe: "Isothermal Cis-Trans Iaomerization of Polyacetylene" Synthetic Metals. 69. 45-46 (1995)
• [文献書誌] E. B. Park: "Positive Thermoelectric Power of Alkali-Metal-Doped Polyacetylene" Synthetic Metals. 69. 61-62 (1995)
• [文献書誌] Kenji Mizoguchi: "Analysis of the ESR Linewidth in Pristine Trans-Polyacetylene" Phys. Rev. B. 51. 8864-8873 (1995)
• [文献書誌] Katsumi Yoshino: "Unique Liquid Crystalline Behavior of Conducting Polyacetylene Derivatives" Mol. Cryst. Liq. Cryst.(in press). (1995)
• [文献書誌] Hiroko Kyotani: "Isothermal Cis-Trans Isomerization Behavior of Polyacetylene Films" J. Polym. Sci. Part B, Polym. Phys.32. 581-585 (1995)
• [文献書誌] Hiroko Kyotani: "Thermal Isoerization and Morphology of Various Polyacetylene Films" J. Polym. Sci. Part B, Polym. Phys.32. 587-593 (1995)
• [文献書誌] Yoshikazu Tanabe: "Machanism of Cis-Trans Thermal Isomerization of Polyacetylene" Macromolecules. 28. 4173-4178 (1995)
• [文献書誌] Kazuo Akagi: "Morphological Alignment of Liquid Crystalline Conducting Polyacetylene Derivatives," Macromolecular Symposia. (in press). (1996)
• [文献書誌] 赤木和夫: "導電性ポリアセチレン類の配向制御" 表面. 32. 32-45 (1994)
• [文献書誌] 赤木和夫: "導電性液晶高分子" 高分子. 43. 741- (1994)
• [文献書誌] 赤木和夫: "一番導電性の高い高分子は?" 高分子. 44. 456-457 (1995)
• [文献書誌] 赤木和夫: "液晶性をもつ導電性高分子の開発と展開" 応用物理. 65. 265-269 (1996)
• [文献書誌] Kazuo Akagi: "The Polymeric Materials Encyclopedia. Synthesis, Properties and Applications" Liquid Crystalline Polyacetylene Derivatives CRC Press,Inc., in press (1996)
• [文献書誌] Kazuo Akagi: "The Polymeric Materials Encyclopedia. Synthesis, Properties and Applications" Polyacetylene Films CRC Press, Inc., in press (1996)
• [文献書誌] 赤木和夫: "光・電子機能有機材料ハンドブック" 編集代表、堀江一之、谷口彬雄 朝倉書店, 20 (1995)