)と道信剛志准教授らは、環境負荷が低い直接アリール化重縮合法を用いて、電子アクセプター性の芳香環構造だけからなる電子輸送型(n型)の有機半導体高分子[用語1]を合成した。従来のn型の有機半導体高分子は、作製したトランジスタなどの安定性の低さが問題となっていた。今回得られた有機半導体高分子では、最低空軌道(LUMO)準位[用語2]が深く、水との副反応が起こりにくいため、大気下での長期保存が可能なn型高分子トランジスタを作製できた。この高分子トランジスタを室温大気下で1ヵ月保存しても、十分な電子移動度を保持していることが確かめられた。引加電圧に対しても優れた安定性を示した。今回、環境負荷が低い経路によって合成された有機半導体高分子は、有機エレクトロニクス研究における新しい標準物質として利用できると期待される。高い有機半導体高分子が開発されるようになっている。した有機半導体高分子は通常、ドナー性モノマーとアクセプター性モノマー[用語3]が交互に連結するような設計になっている。現在市販されている汎用の電子輸送型(n型)高分子「N2200」は、ビチオフェン(ドナー)とナフタレンジイミド(アクセプター)からなる。このアプローチで得られる高分子は、最低空軌道(LUMO)準位が十分に深くないため、有機トランジスタを作製して作動させた際、大気中の水分の影響によって性能が徐々に劣化するという問題があった。この安定性の低さは応用研究の障壁となっており、解決策として、LUMO準位が深い有機半導体高分子の開発が挙げられていた。一般的に、パラジウム(Pd)触媒を用いたクロスカップリング重合[用語4]で合成されることが多いが、本研究のモノマーに含まれるチアゾール部位には、ハロゲンやトリアルキルスズのような官能基を導入することはできなかった。そこで、チアゾールの炭素-水素結合を官能基として利用するクロスカップリング重合である、直接アリール化重縮合[用語5]を試したところ、重合が進行することを見出した。重合条件を最適化した結果、P1とP2の両方で高分子量体を得ることに成功した。このP1とP2は、チアゾールの向きが異なるだけで、他の構造がほぼ等しい異性体であるにも関わらず、吸収スペクトルや結晶性が大きく異なることが確かめられた。nmに短波長シフトしていた(図1(B))。P1の薄膜のX線回折では1次回折しか観測されなかったが、P2の薄膜では5次回折まで見られ、結晶性が高いことが示された(図1(C))。eV以下と非常に深いことも分かった。(A)既存の電子輸送型高分子と本研究で開発したアクセプター骨格のみからなる高分子の比較、(B)P1とP2の吸収スペクトル、(C)P1とP2の薄膜X線回折像さらに、P1とP2の薄膜トランジスタを作製して、電子移動度を評価したところ、結晶性が高いP2の方が高い電子移動度を示した。s-1で、大きな劣化は見られなかった(図2(A)および(B))。Vの電圧を1,000秒間印加した後でも電圧-電流特性に変化は見られず、高い安定性を示した。今回の成果は、環境負荷が低い合成経路を採用しているため、新しい電子輸送型高分子を開発する際の有用な方法論となる。P2は、実験室レベルでの物性研究において、N2200に代わる新しい標準物質として用いることできると期待される。溶液から薄膜デバイスを作製できる有機材料であり、有機エレクトロニクスの鍵になる材料として期待されている。この高分子の薄膜内には、正孔(プラスの電荷)と電子(マイナスの電荷)と呼ばれるキャリアを流すことができ、それによって電流が生じる。キャリアの伝導は分子間のホッピングを介して起こるため、半導体高分子の結晶性を向上させることが重要である。電子は2つずつ対になってエネルギーが低い軌道から占有していくが、電子が入っていない軌道の中で最もエネルギーが低い軌道のことを指す。電子を受け取りやすい性質を持ち、かつ高分子を構成する原料成分のこと。Ni錯体やPd錯体等を触媒として用いるクロスカップリング反応を、2官能性モノマー間の重合に応用し、高分子を得る方法。触媒の設計や重合条件の最適化が高分子量体を得るための鍵となる。クロスカップリング重合の一種であり、芳香環の炭素-水素結合を官能基として用いる点が新しい。東工大の教育に関連するWebサイトの構成です。