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リン光発光物質は有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子などの光学デバイスやケモセンシング・バイオセンシングデバイスへの応用面で近年注目を集めている。しかし、現在実用化に有望なリン光発光性材料はIrやPtなどのレアメタルの重原子効果を利用したもので、それら希少な金属に依存しないリン光発光性材料の開発には大きな意義がある。
本研究では、有機固体の物性が構成分子の集合様式に大きく依存することに着目した。一般に有機物のリン光発光は室温においては観測されず、その集合状態との相関について研究した例は見られない。そこで、有機分子の集合様式を固体中で制御することによって、レアメタルを用いずともリン光発光を高効率で発現させ、さらにはその相関を明らかにすることを目的とした。発光性分子の集合制御法としては、当研究室で有効性を報告している有機塩を用いた手法を採用した。三重項遷移が許容であるベンゾフェノン骨格に関してこの手法を応用したところ、結晶中で新たに4種類のベンゾフェノンの配列が得られ、その配列に応じてリン光発光の強度や色調が変化した。一次元カラム状にスタックした配列においては、三重項エキシマー発光様の挙動も見られた。また、電気的特性にも優れたカルバゾール骨格の配列を制御したところ、平面状に配列したときに室温下においてもリン光発光が確認された。
このように、本年度の研究では有機分子の配列制御によってリン光発光特性を多様に変化させることができることを実証し、レアメタルを用いない有機リン光発光性材料の開発の可能性を示した。小分子を包説した結晶も得られており、化学刺激によってリン光発光特性を変化させるようなセンシングシステムの構築にも期待が持てる。
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