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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から合成した。続いて、ATRPによる重合により両末端にアリル基を持つ直鎖状ポリブチルアクリレートの合成を行い、メタセシス環化反応により環状高分子の合成を行った。これらのポリマーは強酸による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。次に、層構成がAl/polymer layer/LiF/Alとなるelectron-only deviceを蒸着及びスピンコートにより作成したところ、環状高分子の方が直鎖状高分子より高い電子移動度を持つことが明らかとなった。また、高分子の単膜を用いて、それぞれの膜密度を測定したところ、環状高分子の方がより高い膜密度を有することが明らかとなった。
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