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2018 年度 実施状況報告書

光で動く有機半導体液晶とデバイス応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K05897
研究機関埼玉工業大学

研究代表者

木下 基  埼玉工業大学, 工学部, 准教授 (40361761)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2020-03-31
キーワード光配向 / 液晶 / 有機半導体
研究実績の概要

有機半導体を用いるデバイスは分子配列を揃えることにより電荷移動度特性が大きく向上することから、配向制御に関する研究が盛んである。われわれは有機半導体がエネルギー的に安定な配置をとりうる結晶構造では高性能化できない材料系に対しても、光配向によって高性能化可能な分子集合体の創製を目的として、光配向性の有機半導体材料の探索を進めている。これまでに、オリゴチオフェン誘導体に加えて、有機半導体であるジケトピロロピロール誘導2,5-di-(2-ethylhexyl)-3,6-bis-(5''-n-hexyl-[2,2',5',2'']terthiophen-5-yl)-pyrrolo[3,4-c]pyrrole-1,4-dione (SMDPPEH)がネマチック液晶中において、レーザー光で配向応答性を示すことを明確にしている。今年度は、有機半導体として実績のあるペリレン誘導体について検討を行ったところ、N,N'-bis(2,5-di-tert-butylphenyl)-3,4,9,10-perylenedicarboxyimide(DtBPhPI)を各種濃度で含む液晶サンプルにおいて、レーザー光照射により、ある一定の光強度以上でゆらぎを伴った干渉縞が観測された。また、プローブ光を用いて、配向特性について詳細に調べたところ、プローブ光がポンプ光と平行方向になる時に干渉縞が出現し、垂直方向になるときに消失することが明らかとなった。光照射によって誘起される液晶の配向方向は、照射偏波面と平行方向であることが示唆された。それゆえ、DtBPhPIはこれまでの光配向性色素と同様な配向様式で光により配向可能なことがわかった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究においては、従来の有機半導体から光配向性を示す分子骨格を見つけることが重要課題であり、いくつかの有機色素について光配向性を評価・検討し、液晶分散系において光配向性を示す有機半導体をいくつか見出すことに成功している。今年度は、有機半導体として実績のあるペリレン系有機半導体に着目して、光配向性について検討した。液晶と相溶性の低いN,N'-dipentyl-3,4,9,10-perylenedicarboximide (DnBPI)においては光配向性については検討できなかったが、非平面構造をもつ有するN,N'-bis(2,5-di-tert-butylphenyl)-3,4,9,10-perylenedicarboxyimide (DtBPhPI)は、液晶との相溶性が高いため液晶中に分散でき、光によって液晶の配向変化を誘起可能なことが明らかとなった。従来のオリゴチオフェン系よりも長波長光源による光配向が可能なことから、省エネルギーかつ、化合物へのダメージの軽減化にも寄与できる材料系として意義ある結果であることが示唆される。

今後の研究の推進方策

これまでに、光配向性有機半導体の候補として、いくつかのπ共役系色素が液晶中で光配向可能なことを見出していることから、それらの光応答挙動を詳細に調べることを試みる。特に、波長選択性がある色素が多いことから、必要に応じて半導体レーザーを導入し、Z-Scan法を用いて、色素の基本骨格が非線形光学効果に及ぼす効果などを検討する。また、分子構造計算を積極的に利用して、光配向性有機半導体に共通する特徴を浮き彫りにし、光配向特性と分子構造との相関関係について明確にする。さらに、電極を付けたデバイスの電場応答挙動の検討を行い、本系の電子デバイスへの有用性について示す。

次年度使用額が生じた理由

昨年度、色素の探索と併せて、スメクチック液晶を用いた光応答挙動の高速化について検討を行っていたところ、温度変化による調光特性が観察されたことから、調光素子への展開も図り、簡便な方法で低分子液晶を用いて感温型調光デバイスとして機能することを見出した。それらの結果が、高分子学会パブリシティー賞に選出され、新聞やTVの取材を受けることになり、想定外に時間と労力を要した。このため、予定していた有機半導体色素やレーザーおよび光学部品の購入に費用がかからず未使用額が生じた。本年度は、サンプル調製のための試薬類、ガラス基板、スペーサーおよび光学素子の購入を予定している。また、展示会、シンポジウムおよび学会などにおける発表、情報収集、および論文投稿を計画している。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2018

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Near-Infrared-Light-Responsive Liquid-Crystalline Composite Gelswith Photo-Healing Ability2018

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, J. Noguchi, M. Kinoshita, Y. Takenaka, H. Kihara
    • 雑誌名

      Mol. Cyst. Liq. Cyst.

      巻: 662 ページ: 38-45

    • 査読あり
  • [学会発表] 共役系色素ドープ液晶を用いる光配向材料2018

    • 著者名/発表者名
      木下基, 持田哲郎, 横倉悠人, 摂津魁, 唯岡俊希, 佐藤悠貴
    • 学会等名
      第35回国際フォトポリマーコンファレンス
    • 国際学会
  • [学会発表] hotoresponse Behavior of Liquid Crystals with Ni dithiolene Complexs2018

    • 著者名/発表者名
      Motoi Kinoshita, Motoyuki Furukawa
    • 学会等名
      27th International Liquid Crystal Conference (ILCC2018)
    • 国際学会
  • [学会発表] 液晶調光材料の熱および光応答挙動2018

    • 著者名/発表者名
      木下基, 大野秀和, 杉山茉奈, 関口雄大, 細沼大樹
    • 学会等名
      2018年度色材研究発表会
  • [学会発表] 赤色蛍光色素を用いた液晶の光応答挙動2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤悠貴, 北沢朋也, 古川元行, 小野峻弥, 木下基
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] リエントラント液晶を用いる感温型調光材料のキラル剤効果2018

    • 著者名/発表者名
      大野秀和, 河辺友貴, 木下基
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 色素含有液晶の波長選択的光応答挙動2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤悠貴, 北沢朋也, 古川元行, 小野峻弥, 木下基
    • 学会等名
      第8回CSJ化学フェスタ2018
  • [学会発表] 熱応答型リエントラント液晶調光材料の開発2018

    • 著者名/発表者名
      大野秀和, 山本悟, 杉山茉奈, 細沼大樹, 河辺友貴, 木下基
    • 学会等名
      第8回CSJ化学フェスタ2018
  • [学会発表] リエントラント液晶を用いた感温型調光素子の開発2018

    • 著者名/発表者名
      木下基, 山本悟, 大野秀和, 杉山茉奈, 河辺友貴, 細沼大樹
    • 学会等名
      第27回ポリマー材料フォーラム
  • [学会発表] フレキシブル透明液晶セルにおける液晶の光応答挙動2018

    • 著者名/発表者名
      関根一博, 佐藤悠貴, 岡野夏希, 古川元行, 木下基
    • 学会等名
      日本化学会関東支部群馬地区研究交流発表会
  • [学会発表] キラル剤含有リエントラント液晶の感温型調光挙動2018

    • 著者名/発表者名
      水沼亮桐, 大野秀和, 山本悟, 渡辺智紀, 河辺友貴, 木下基
    • 学会等名
      日本化学会関東支部群馬地区研究交流発表会
  • [学会発表] 赤色蛍光色素を含む液晶の非線形光学的応答挙動2018

    • 著者名/発表者名
      五月女彰太, 村上将大, 佐藤悠貴, 北沢朋也, 古川元行, 木下基
    • 学会等名
      日本化学会関東支部群馬地区研究交流発表会
  • [学会発表] 感温型リエントラント液晶調光素子に及ぼすキラル剤濃度の効果2018

    • 著者名/発表者名
      水沼亮桐, 大野秀和, 河辺友貴, 木下基
    • 学会等名
      高分子学会関東支部 第30回埼玉地区懇話会
  • [学会発表] 液晶中におけるジケトピロロピロール骨格含有オリゴチオフェン誘導体の光配向挙動2018

    • 著者名/発表者名
      五月女彰太, 小野峻弥, 古川元行, 木下基
    • 学会等名
      高分子学会関東支部 第30回埼玉地区懇話会,
  • [学会発表] ジケトピロロピロール骨格含有オリゴチオフェンの液晶中における光配向挙動2018

    • 著者名/発表者名
      木下基, 小野峻弥, 古川元行, 佐藤悠貴
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春期学術講演会

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公開日: 2019-12-27  

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