| 研究課題/領域番号 |
25286022
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
臼井 博明 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60176667)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | ナノ加工・成形プロセス / 自己組織化 / 表面・界面物性 / 複合材料・物性 / ポリマーブラシ / 蒸着重合 |
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| 研究概要 |
新規材料及びデバイスの研究においては、有機・無機複合的要素の取り入れが有用な手段の一つであるが、一般に有機／無機界面は強固な化学結合を持たず、これが力学的・電気的欠陥を生じる一因となっている。そこで本研究では、自己組織化膜（SAM）を利用することで、安定な共有結合で無機基板表面に結合した高分子層を形成し、このような問題を解決することを目的としている。本年度は、ポリマーブラシを成長させる始点となる最適な自己組織化膜の検討を行い、この概念に基づいて熱的・機械的安定性の高い高分子薄膜を真空中で形成することを試みた。
酸化インジウムスズ（ITO）表面に、ベンゾフェノン、エポキシド及びビニル基を持つ異なった種類のSAMを作製した。この表面にアリルアミンジビニル誘導体を真空蒸着し、その後加熱することでポリマー薄膜を成長させた。その結果、ビニルポリマーを成長させるためには、ビニル末端を持つSAMで基板表面を修飾することが適当であることが判明した。
次に、ポリマーブラシ形成による蒸着膜の熱的安定性改善を目的として、単純な直鎖アルケンを蒸着材料に用い、ビニル末端を持つSAM表面に製膜を行った。ここでは製膜と同時に電子照射を行うことでラジカル重合を促進させ、ポリマー膜を形成した。その結果、単純な蒸着膜は50℃程度の加熱で構造が破壊されるのに対し、電子照射によってポリマー化することによって耐熱性が150℃以上に向上すること、さらにビニル末端SAMを介してポリマーブラシを成長することによって、超音波処理によっても剥離しない強固な薄膜が得られることが見出された。また、膜表面のモルフォロジーに関しても、ポリマー化することによって顕著な改善がみられた。
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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
従来のポリマー合成は液相中で行われてきたが、ビニルモノマーを高真空中で蒸着し、熱あるいは電子照射などで活性化することにより、無溶媒でポリマー薄膜を形成できることが確認された。さらに、末端に反応性部位を持つ自己組織化膜で基板表面を修飾すると、基板表面に安定に結合したポリマーとなり、耐溶媒性、耐熱性、表面モルフォロジーなどが向上したことから、ポリマーブラシ状の薄膜であることが推察され、本研究で提案する原理を検証するころができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
(1) 難溶性材料のポリマーブラシ形成の探索
本年度用いたビニルモノマーからのポリマーブラシ成長は、原理的には溶媒中でも進行する可能性がある。本研究では、無溶媒環境でのポリマーブラシ形成を一つの観点として挙げており、その特性を優位に活かすためには、溶媒中での取り扱いが困難な材料のポリマーブラシを形成する点に興味が持たれる。そこで今後はポリイミドあるいはポリアゾメチンなどの難溶性機能材料を用い、半導体性あるいは導電性ポリマーブラシ及び剛直性を有すポリマーブラシの形成を検討する。
(2) ポリマーブラシを用いた有機電子デバイスの界面制御
ポリマーブラシは無機表面に共有結合で固定されるため、安定性が高く、構造的な欠陥の少ない界面を形成する。これは接合が密接で、電荷注入特性に優れた電極界面の形成に好適である。そこで本研究では、高真空環境で半導体性あるいは導電性ポリマーブラシを形成し、これを有機電子デバイスの電極／高分子の接合形成に応用する。これによりポリマーブラシが持つ界面電子物性を明らかにするとともに、有機デバイスの電荷注入・電荷分離特性の改善に応用する。
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