| 研究課題/領域番号 |
18K14295
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
黒澤 忠法 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (30720940)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | ラダー構造 / 半導体高分子 / π共役高分子 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、π共役半導体高分子骨格に主鎖中の分子回転軸を排したラダー構造を付与することで、π共役高分子が持つ半導体能を大幅に向上させることを目的とする。すなわち、優れた半導体性能を示す多縮環構造をビルディングブロックとする主鎖骨格に対して汎用性の高い環化反応を適応することで、回転軸を完全に配したラダー構造の構築および高移動度化を図る。今年度は、ラダー構造構築の基軸となる主鎖骨格の開発を主に行った。具体的には、多縮環構造としてクリセノジチオフェン（ChDT）骨格に着目し、ベンゾチアジアゾール（BT）との共重合体であるドナー・アクセプター型π共役高分子（P(ChDTBT)）の合成、薄膜中の集合体構造解析およびその半導体性能の評価を行った。ChDTの剛直で大きなπ共役構造のため、P(ChDTBT)は高い結晶性を有し、これまでに報告されているπ共役高分子において最高クラスの短いπ平面間距離（0.34 nm）を実現する共に、主鎖の配向性がアルキル側鎖の密度に強く依存することが明らかとなった。半導体性能評価によって、キャリア輸送に最適な配向性を誘起するアルキル側鎖を有するP(ChDTBT)は、アモルファスシリコンに匹敵する正孔輸送特性を示すことが分かり、ラダー構造を構築するための有望な主鎖骨格であることが示唆された。また、種々のアルキル側鎖を有するChDTユニットを合成する過程で、全反応工程を半分に短縮する合成法を確立するとともに、ラダー構造を構築するための高汎用性・高収率な環化反応を見出すことにも成功した。
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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
研究計画では既存の高性能な主鎖骨格に対して、メトキシビニル基を介した環化反応を適応することでラダー構造の構築を目指していた。しかし、本官能基の導入は基質依存性が高く汎用性に欠けることが早期の段階で明らかとなり、ラダー構造構築に適した独自の主鎖骨格の探索から行うこととなった。上述の通り、今年度の研究実績として有望な主鎖骨格の開発、最適なアルキル側鎖の選定、さらには主鎖骨格の開発過程で高汎用性・高収率な環化反応を見出すことに成功しており、当初の目的である「ラダー構造の付与によるπ共役高分子の半導体能の大幅な向上」を実現するための条件をそろえることができている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度は、主鎖中に分子回転軸が存在する高分子の合成およびその物性評価を行った。今後は、この主鎖骨格を基軸として、これまでに見出した高収率な環化反応を用いてラダー構造の構築を行う。また、当初の計画通り主鎖中の回転軸密度が半導体能に与える影響を調査するために、環化反応を誘起しないモノマーを含めた共重合体の合成も行う。さらに、密度汎関数計算を駆使して電子軌道の広がりが大きくなるビルディングブロックへの適応も検討する。
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