補償電荷測定法による極性分子配向薄膜の光誘起脱分極機構の解明と長寿命化

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近年我々は，自発的に配向する極性有機分子を利用することで，荷電処理が一切不要なエレクトレット型振動発電素子を実現した．これら自発的な配向分極を示す極性有機分子群を自己組織化エレクトレット（SAE）と呼ぶ．SAEはセンサやマイクといった様々なエレクトレットデバイスの低コスト化を実現しうる有望な材料であるが，光に対する表面電位の安定性は低い．この電位消失機構を解明するため，本研究では新しく補償電荷測定法を構築する．本手法を用いて表面電位の安定性の制限因子を明らかにするとともに，長寿命なSAEを実現することを本研究の目的としている．本研究を開始した2021年度は，構造を変えたサンプルの表面電位測定から着手した．その結果，基板の種類によっては光照射しても表面電位は減少しにくく，大気中においても高い安定性を示すサンプルが作製できた．そこで二年目の2022年度はこの現象の再現性を確認するとともに，修正した補償電荷測定法を利用して帯電機構の解明にも取り組んだ．修正した補償電荷測定法を利用することで，SAEのイオン化エネルギー以下の光を照射した場合であっても，サンプルに電圧が印加されている場合，電子が外部へ放出されることがわかった．さらに絶縁体上に成膜した極性分子からなるサンプルに光照射と電圧印加を行うことで，この電子放出が高い表面電位安定性を実現する重要な過程であることを見出した．“新しい手法を構築して電位減衰機構を解明，その後長寿命化の検討を行う”という提案時の計画通りには進まなかったものの，当初提案した補償電荷測定法と類似した評価システムを導入することで，結果として安定性の高いサンプルの帯電機構の解明につながる知見を得ることができた．