| 研究課題/領域番号 |
17K04999
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| 研究機関 | 地方独立行政法人大阪産業技術研究所 |
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研究代表者 |
渡瀬 星児 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究室長 (60416336)
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| 研究分担者 |
中村 優志 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究員 (70783322)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | ハイブリッド発光材料 / ポリシルセスキオキサン / 発光性金属錯体 / ｄ軌道錯体 / 混合配位子錯体 / 銅錯体 / 配位子設計 / 分子間相互作用 |
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| 研究実績の概要 |
本申請課題では、無機元素の特徴を活かした機能材料を創出するにあたり、無機元素由来の優れた発光機能を示す材料の設計指針を明らかにすることが目的である。具体的には、優れた発光特性を示す金属錯体の発光する能力を損なうことなくマトリックス材料となる高分子材料にハイブリッド化することを目指して、その配位子設計指針の探索を行う。
平成31年度は、新たにｄ軌道錯体である銅錯体を用いて、分子間相互作用を介した超分子型ハイブリッドの形成について検討した。様々な置換基を導入した配位子を用いた銅錯体を合成し、これらをクリック反応によりカルバゾール基を導入したポリシルセスキオキサン（PCTSQ）に銅とケイ素の比が１：１となるようにハイブリッド化し、薄膜発光体を作製した。いずれの薄膜も均一で透明な膜となり、分子間相互作用を介したハイブリッドを形成できているものと考えられた。ハイブリッド薄膜の発光量子効率は結晶状態に比べると約１／５～１/１０程度に減少するものの、カルバゾール基からのエネルギー移動により１．７～３．６倍に発光が増感されることによって、明るい発光を確認することができるとともに、ハイブリッド内においてカルバゾール基と銅錯体とが近接してエネルギーの受け渡しができていることがわかった。このハイブリッド薄膜を発光層に用いた電流注入発光素子を作製したところ、ハイブリッド薄膜と同様の発光スペクトルを与え、電流注入発光を示すことが分かった。このことから、PCTSQのカルバゾール基は電気エネルギーを励起エネルギーへと変換するコンバータとして働き、銅錯体の電流注入発光を可能にしていると考えられた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ｆ軌道錯体であるユーロピウム錯体を用いたハイブリッドでは、発光の起源となるｆ軌道が遮蔽された環境にあるために高分子材料とのハイブリッド化が錯体の発光を弱める直接原因にはなりにくいと考えられる。一方、ｄ軌道錯体である金錯体の場合には、結晶状態に比べてハイブリッドでは発光強度の低下や発光波長の変化が観測された。このことから、d軌道が環境から受ける影響は甚大であり、配位子の配座構造の揺らぎや分子運動の影響を極めて強く受けていると考えられる。
これまでに、錯体分子の構造を剛直にすることによって発光特性が改善されることを報告してきており、錯体分子構造由来の影響も少なくないと考えている。すなわち、ユーロピウム錯体は八配位と多配位構造であり、配位子が混み合うためそれなりに剛直な状態になるのに対して、金錯体は直線二配位と非常に自由度の高い構造であることから、周辺の環境の影響を受け易いものと考えられる。一方、銅錯体は四面体四配位構造を有しており、さらに銅とハロゲンが架橋した四員環構造を有することから、金錯体に比べるとより剛直な構造を有しているといえる。実際に結晶状態では発光量子効率は同等であっても、ハイブリッド化後は金錯体に比べると銅錯体の方が随分と良好な発光量子効率を示すことが分かった。しかしながら、発光波長（発光色）が結晶とハイブリッドでは異なるなど、ハイブリッド化することによる影響はユーロピウム錯体に比べると顕著であり、ハイブリッド化後の錯体分子の構造が結晶状態の構造に比べて幾分変化していることを示唆していると考えられる。これらの結果から、金属錯体分子の構造剛直さがハイブリッドの発光に著しく影響するものと考えられた。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和2年度は、期間を延長してｄ軌道錯体である銅錯体を用いたハイブリッドについて、電流注入発光素子の素子特性におよぼす銅錯体分子の影響やハイブリッドの電気特性に及ぼす影響について追加で検討を行い、有機無機ハイブリッド材料としてのネットワーク型ケイ素系高分子材料の新たな可能性について調査する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
学会等の旅費を所属する機関が負担したため、それらの予定額が概ね余剰金となった。次年度使用額については、取り扱っている材料について追加で調査すべき重要な性質が見つかっており、このデータを取得し、より詳細に調査するために計画の延長申請を行ったところ認められたので、この内容に使用する。
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