研究課題
本研究の目的は、紫外電気化学発光(UV-ECL)溶液の開発を光物理および酸化還元特性の観点から追究し、さらに当該溶液の発光特性を最大限に引き出すマイクロ流体ECLデバイスを微細加工技術により構築する。ECL素子は一般的に、有機発光性分子を溶解した溶液を2枚の電極で挟むことで作製され、電圧印加により生成されるラジカルアニオンとラジカルカチオンが衝突することで発光が得られる。従来研究は主に、可視光域で発光する材料が研究対象となっていた。本研究により、エネルギーギャップの広いUV-ECL溶液が実現できれば、当該溶液をホストとし、ゲスト分子を添加することにより様々な波長のECL発光が得られ、ディスプレイや照明に限らず、蛍光分析用励起光源としての応用展開も期待される。目的の実現に向け、令和3年度は以下の項目を実施した。(1)近紫外ECL溶液用の有機発光性分子の検討。フルオレン誘導体の光物理特性および電気化学特性を検証した結果、最大ピーク波長が400nmほどのフォトルミネッセンスが観測され、サイクリックボルタンメトリー評価では明確な酸化波と還元波が観測された。これまで研究代表者は、最大ピーク波長が435mほどのアントラセン誘導体(TBADN)をホストとして、白色ECLおよび緑色ECLを実証しているが、フルオレン誘導体はTBADNより広いエネルギーギャップを有していることが明らかになった。(2)発光性溶液へのキャリア注入を促進するデバイスの試作。アルミニウム添加酸化亜鉛ナノ粒子を電子注入層として組み込んだマイクロ流体ECLデバイスを、MEMSプロセスと真空紫外線処理を用いた直接接合法により作製し、発光特性を評価した。ECL材料として最も研究されているルテニウム錯体を用いた。その結果、従来デバイスと比べて、電流密度と輝度の増加に加え、発光寿命が改善されることが明らかになった。
2: おおむね順調に進展している
令和3年度の研究計画、(1)近紫外ECL溶液用の有機発光性分子の検討および(2)発光性溶液へのキャリア注入を促進するデバイスの試作を計画通り実施しており、その結果、UV-ECLの候補材料の選定とマイクロ流体ECLデバイスの性能向上が進んでいる。以上から、おおむね順調に進展していると捉えている。
令和4年度は、フルオレン誘導体溶液およびゲスト分子を添加した溶液のECL特性をマイクロ流体デバイスにより評価する計画である。
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Sensors and Actuators A: Physical
巻: 334 ページ: 113329～113329
10.1016/j.sna.2021.113329
