| 研究課題/領域番号 |
14J07474
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
木村 彰宏 東京工業大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-25 – 2016-03-31
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| キーワード | 環状高分子 / ペリレンジイミド / ESA-CF法 / 電子移動度 |
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| 研究実績の概要 |
導電性有機材料は有機薄膜太陽電池や有機EL等に応用できることから様々な研究が行われている一方、アクセプタ性材料の開発・性能向上がより要求されるようになっている。その中でも、導電性能の根源的パラメータとなる電子移動度の向上は急務であり、上記デバイスの性能向上に大きく貢献すると期待されている。
本研究では、直鎖状および環状ポリアクリル酸ナトリウムの側鎖へ、電子アクセプタ性材料であるペリレンジイミド(PDI)を高効率かつ高密度に導入することに成功した。加えて、直鎖状高分子と環状高分子を用いてelectron-only deviceを作成したところ、環状高分子の方がより高い電子移動度を持つことが明らかとなり、高分子の「かたち」の違いからくるトポロジーエフェクトの発現に成功している。
具体的には、まず環状アンモニウム塩基を有するPDIを、ヒドロキシ基を持つPDIからトリフレートエステルを経由し、環状アミンと反応させることで新規に合成した。続いて、アリル-2-ブロモ-2-プロピオネートを開始剤としたATRPによる重合により直鎖状ポリt-ブチルアクリレートの合成を行い、アリルトリブチルスタナンにより末端変換を行うことで、両末端にアリル基を持つ直鎖状高分子を合成した。次に、Hoveyda-Grubbs第二世代を用いた閉環メタセシス反応により環状のポリt-ブチルアクリレートの合成に成功した。これらの直鎖状および環状高分子は、強酸によるt-Bu基の脱保護および炭酸水素ナトリウムによる中和反応により、ポリアクリル酸ナトリウムへ変換した。さらに、ESA-CF法を用いることで直鎖状または環状高分子側鎖へPDIを約90%の導入率で高密度に導入することに成功し、加えて、これらの高分子はクロロホルム溶液中で球状の自己組織体を構築することが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度の目的としては、１．環状アンモニウム塩を有するペリレンジイミドを合成すること、２．直鎖状および環状のポリアクリル酸ナトリウムを合成すること、３．ESA-CF法に依りペリレンジイミドを直鎖状および環状高分子に導入すること、４．ペリレンジイミドを導入した直鎖状および環状高分子で自己組織化を行うことの4つであった。本年度ではこのすべてを達成することができた。１．においてはヒドロキシ基の環状アンモニウム塩への変換に関する汎用的知見を得ることができた。２．においてはt-ブチルアクリル酸の重合条件の選定、環状高分子の精製方法、ナトリウム塩化とエステルの加水分解の競合反応の解消を全て達成することができた。３．においては、ペリレンジイミドの高密度導入法の探索を広く行い、約90%という高い導入率で導入する手法を見出した。また、ESA-CF法における共有結合化反応条件についても定量的に反応が進行する条件を見出すことに成功した。４．については、直鎖状および環状高分子ともに自己組織化を行えたものの、当初見込んでいたひも状のものとは異なる球状の構造体を構築していたため、さらなる検討が必要である。一方で、膜密度や耐熱性といった諸性能で、環状高分子と直鎖状高分子は異なる性能を有していることを示唆するデータが現れたため、こちらについてもさらなる検討を行う必要性がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず、直鎖状および環状の高分子について、それぞれ分子量の異なるものを合成し、ESA-CF法による側鎖導入の効果を分子量毎で検討する。今回用いた分子量では直鎖状体と環状体でその導入率に差がほとんど現れなかったものの、分子量が異なる場合でも同様の傾向が見られるかを観察する。次に、観察した自己組織化体について、さらなる詳細な解析をTEM・SEM・光学顕微鏡・UV-vis・DLSを用いて行っていくことで、自己組織化体の詳細な様態とそれに伴う光学特性について調査を進めていく。それと同時に、直鎖状および環状高分子を用いた単膜の作成を行い、膜密度・単膜UV-vis・膜厚・膜重量の測定を行っていくことで、膜としての性能評価を行っていく。とくに本高分子では、直鎖状と環状というトポロジーの違いにより、膜質の違いが現れることが期待されるため、それらの調査を行っていく。その上で、アクセプタ材料としての機能を期待している電子移動度について、Electron－only deviceを作成することに依り評価を行って、トポロジーエフェクトの発現を行っていく。
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