成 ５ ７日 国立大学法人 名古屋大学
電性高分子の微 結晶内 実現する金属状態を解明
― 機エ ニ への応用 期待―
本研究成果のポイン
電性高分子 おい 高い電気伝 性を たらす金属状態を実現 高分子の結晶性 金属転移の関係を世界 初 解明
キ 機エ ニ 素子への応用 期待
概要
古屋大学 学研究科 黒田新一教授 田中久暁助教 ン 大学 ン ュ研究所 渡邉峻一郎博士 共 機分子 あ 電性高分 子 微結晶 い 高い電気伝 性 金属状態 解明 成
電性高分子 軽量性や柔軟性 低い環境 荷 利点 世代 機エ 料 期待さ 電気伝 度 向 目指 料開発 世界中 推進さ い 高分子 料 電気伝 阻害 構造 不規則性 生 や い
う 高伝 度 実現 明 さ い
回 研究 高分子 結晶 う 規則的 配列 領域 持 薄膜 電子 授 行う パン 分子 自己組織化単分子膜 ※1 形成 高分子 料 い 高い電気伝 度 安定的 実現 高分子内 生 ※2 電 子状態 高感度 測定手法 あ 電子 ン共鳴(ESR)法 ※3 用い 調べ 結果
金属 特 伝 電子 振 舞い 伴い高い伝 性 実現
明 う 高分子 金属状態 高分子 結晶化 領域
選択的 高分子 料 結晶性 金属状態 形成 相関性 持 世界
初 明 成果 高性能 機エ 素子 開発
進 期待さ
本研究成果 文部科学省 科学研究費補助金 び 田学術振興 団 助成 得 成25 12 11日 科学 Advanced Materials ン ン版(Early View) 公開さ
Press Release
背景
近 電性高分子や低分子 機分子 用い エ 軽量 安価
環境 荷 さい 世代技術 注目さ 機 ン タや 機太陽電池 機EL素子 素子開発 世界的 展開さ い 電性高分子 研究 白川博士
行わ チ ン薄膜 合成や 化学 ン ※4 高い電
気伝 性 発現 2000 ノ 化学賞 端 発 現 従来 比べ 高い 電気的性能 示 料 創出さ い 特 高分子 結晶 う 規則的 配列さ 高い電気伝 性 期待さ 高分子 配列制御 素子 高性能化 重 要 指針 い
一方 高分子 構造的 乱 完全 抑制 困 特
化学 ン パン 分子 高 分子 構造乱 引 起 伝 性 低
招 う 高分子 構造乱 構造 電子状態 関 読 解く
困 例え 電気伝 測定 高分子 電子状態 正確 知
高分子 高伝 化 解明 観点
構造や電子状態 知 不可 さ 従来 化学 ン 指摘さ
パン 分子 脱 伴う伝 度 低 問題点 克服 必要 あ
研究の経緯
古屋大 電子 持 磁気 ン ン 高感度
検出 電子 ン共鳴 ESR 法 用い 機エ 素子内
電子状態 解明 新 い手法 開発 手法 高分子
構造乱 影響さ 分子 向 配向 電子状態 時 決定
最近 米国 化 ン FTS 分子 用い 新
い ン 手法 提案さ 機分子 安定的 電荷生成 行う 可能 図1 本研究 極 結晶性 高い高分子 あ PBTTT FTS ン 行い 電気伝 度 ESR 一試料 測定 結果 高伝 状態 起 源 配向 結晶領域 生成さ 金属状態 あ 初 解明
研究成果の内容
本研究 作製 高分子薄膜 基板 数十 ノ サ 微結晶
形成 ン 前 分子面 基板 垂直 立 エ ン配向 呼 配列構造 高分子薄膜 FTS分子 蒸気 曝露 高分子 FTS分子 凝集 自己組織的 薄膜 形成 図1 高分子 FTS 間 高効率 電子移動 起
高分子薄膜 正電荷 生 FTS ン 高分子薄膜 電気
伝 度 5桁 10万倍 以 増 図2 真空中 高伝 度 長時間持続
ESR 測定 結果 ン 生 信号 明瞭 検出さ
図3 ESR信号 分裂 形状 示 ュ ョン 異
g値 共鳴磁場 持 2種類 信号 分 さ 信号 分子面
基板 垂直 立 エ ン配向 領域 行 倒 ン配向 領域 生 い 図3右図 ン配向 FTS 高分子 構造乱 起因
割合 全体 わ 1%未満 あ FTS ン 高分子 結晶性
保持さ 分
ESR信号 解析 得 ン磁化率 ※5 ESR線幅 電子状 態 読 解く重要 手掛 金属 伝 電子 う 非局 化
場合 ン磁化率() 温度 依存 い一定値 パウ 磁化率 示
ESR信号 線幅 温度 共 増大 知 い 回 FTS 高濃 度 ン 明瞭 パウ 磁化率や線幅 増大 観測さ 高分子 金属化
い 明 さ パ タ 温度依存性 異
配向領域 表 信号 間 比較 エ ン配向 領域 パウ 磁化 率や ESR線幅 増大 確 さ 図4 以 結果 高分子 金属状態 結
晶領域 い 選択的 起 高い電気伝 性 初 明
成果の意義 今後の展望
本研究 結果 明 さ い 電性高分子 配列構造 金属
状態 相関性 明確 示 高伝 性 発現 結晶性 制御 重要 あ
明 さ 電気伝 度 詳細 測定 単 ン 濃度
く 微結晶 サ 大 く 高分子薄膜 均一性 向 さ
高い伝 性 得 効 あ 分 指針 基 後
高性能 機エ 素子 実現可能 期待さ 例え 電
性高分子 ン 脱色 透明 性質 利用 折 曲 可能
透明電極 利用 用途 考え 後 多様 高分子 料や低分子
料 本手法 適用 記 う 応用 進さ 期待さ
参考図
図1 図 電性高分子(PBTTT) びFTS 分子構造 び ン 機構 模式図 高分子 FTS 自己組織化膜 形成さ 接合面 電子 e 移動 起
高分子 正 電荷 生 高分子 基板 数十 ノ
サ 微結晶 形成 右図 ESR 電気伝 測定 時 行う 試料 模式図 ン ESR試料管内 高分子薄膜 FTS 気体分子 作用さ
簡便 行う
図2 FTS ン 電流-電 特性 変化 対数表示 図中 数値 室温 電 気伝 度 表 ン 条件 明瞭 電流値 増大 見 最大 ン 前 10万倍以 増大
-0.4 -0.2 0 0.2 0.4
10
-1010
-910
-810
-710
-610
-510
-410
-310
-2電 流 値 (A )
電 圧 (V)
0.26 S cm-1
ン 前 3.3 S cm-1 48 S cm-1
4.5 S cm-1
図3 図 FTS ン さ 高分子薄膜 ESR信号 ュ ョン 信号分 測定温度：4 K 磁場 基板 垂直 印 い ESR信号 異
g値 共鳴磁場 持 2 成分 分 さ 低磁場側 エ ン配向 高磁場 側 ン配向 領域 生 右図 FTS ン 後 分子配向 模式図 大部分 分子 エ ン配向 保 少数 分子 1%未満 FTS分子 作用
分子面 基板 倒 ン配向
図3 (a) ESR信号 得 ン磁化 率() 温度(T)依存性 金属状態
ン 磁 化 率 温 度 依 存 い パ ウ 磁 化 率 T 積 温度 比例 増大
一方 局 場合 T
積 温度 依存 い一定値 ュ 磁化率 エ ン配向 領域
金 属 特 パ ウ 磁 化 率 出 い 分
(b) ESR信号 線幅 温度依存性 エ ン領域 伝 電子 特 高温 線幅
増大 観測さ エ 機構
3420 3430
-1 0 1
印加磁場 (G)
ESR信号強度任意目盛 実 験
ミ ュ ョ ン
T = 4 K
gx = 2.00303
gz = 2.00181 ッ オ ン 配 向
エ ッ オ ン 配 向
2 3 4 5
磁化率 温度
(a)
(10-6 emu K/cm3 )
0 50 100 150
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
温度 (K)
ESR線幅 (G)
(b)
エッジオン配向 金属領域
エッジオン配向
フラットオン配向 フラットオン配向
用語説明
※1 自己組織化単分子膜
分子 外場等 自然 凝集 組織化 結果形成さ 一分子 厚さ 持 薄 膜 指 FTS 分子 サン結合 重合 自己組織化単分子膜 形成
知 い
※2 キャ ア
物質中 電流 担う 電荷 帯び 粒子 指
※3 電子 ン共鳴 ESR 法
電子 持 磁気的 性質 ン 磁場中 電子 電磁波 照射 ン 向 転 伴う電磁波 共鳴吸 起 う 磁気共鳴現象 電子 ン共 鳴 呼び 非接触 非破壊 電子状態 情報 微視的 得
共鳴磁場 g値 手掛 分子 向 決定
※4 化学 ン
あ 料 電子 や い あ い 放出 や い分子 混 電子
授 行い 料 中 正 電荷 生成 手法 電子授 え 分
子 パン 呼ぶ
※5 ン磁化率
磁気的性質 強さ 指標 磁場 印 際 電子 ン 方向 揃う程度 表 金属 伝 電子 場合 温度 依存 い性質 持 パウ 磁化率 一方 局 電 子 場合 温度 比例 性質 示 キュ 磁化率 従 磁化率() 温度(T)
積 ュ 磁化率 T 対 一定 パウ 磁化率 傾 持 直
線 両者 明瞭 区別
論文名
“Microscopic Signature of Metallic State in Semicrystalline Conjugated Polymer Doped with Fluoroalkylsilane Molecules”
( ン分子 ン さ 結晶性共役高分子 金属状態
微視的兆候)
：Advanced Materials ン ン掲載日：2013 12 11日
