アモルファス有機薄膜の自発的配向分極現象の機構解明と応用

非晶有机薄膜自发取向极化现象机理及应用

• 批准号: 20H02810
• 负责人: 石井 久夫
• 金额: $ 8.4万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02810/
• 关键词: 有機半導体; 配向分極; エレクトレット; 巨大表面電位; ケルビン法; 有機EL素子; 有機アモルファス膜; 回転型ケルビン法; 分子配向

有機ELディスプレイなどに用いられる電気を流す有機材料を膜にすると，しばしば膜の表と裏に正負の電荷が勝手に発生し，素子の特性を大きく左右することが知られている。しかし，そのような電荷が発生するメカニズムは長年の謎となっていた。この研究では，この現象を精度良くかつ自動で測定できる 回転型ケルビン法装置 を開発し，多くの分子材料に関するデータを蓄積し，AIなども駆使して，発生機構の謎の解明を進める。さらに，膜の作成条件を変えて，電荷量を制御し，素子の特性の向上も試みる。このような技術を用いれば，有機ELディスプレイ・照明，有機太陽電池，振動発電機などの性能を一段と向上させることが可能となる。前年度に完成した回転型ケルビンプローブ測定装置を用いて、Alq3などの有機EL材料の巨大表面電位の測定を蒸着しながらリアルタイム測定を行った。その結果、Alq3膜においては蒸着を終了すると時間とともに表面電位が変動する現象を見出した。これは、蒸着中は分子が配向分極するのに対し、表面では時間とともに分子配向がみだれることを意味している。すなわち、蒸着により表面に積層した分子は、直後は配向秩序を持っており、連続蒸着中はその配向が乱れる前に次の分子が積層するので配向が保たれるが、蒸着終了後は表面で分子構造緩和が生じていることになる。この知見は、自発配向現象の機構解明の鍵を握るものである。そのため、当初、さまざまな分子のGSPを測定して、データ蓄積を行う予定であったが、計画を変更して、この現象の詳細を追うことに集中した。また、膜厚の関数として表面電位を測定できたので、その2回微分をとることで空間電荷分布を決定できることも見出し、Alq3では蒸着速度のゆらぎに伴って空間電荷が発生するなどの知見も見出した。また、新藤発電を念頭にした自発分極の増強・保持時間の拡大などの条件探索も行った。

众所周知，当膜由携带电力的有机材料制成时，例如有机EL显示器中使用的膜时，通常会在膜的前后产生正电荷和负电荷，这极大地影响了设备的特性。但是，多年来，产生这种指控的机制一直是一个谜。在这项研究中，我们将开发一种旋转的开尔文方法设备，该设备可以准确，自动地测量这种现象，在许多分子材料上积累数据，并使用AI和其他方法来解决发电机理的奥秘。此外，更改膜制备条件以控制电荷量，并尝试改进设备的性能。使用此类技术，有可能进一步改善有机EL显示器，照明，有机太阳能电池，振动发生器等的性能。使用上一年完成的旋转开尔文探测器测量装置进行了实时测量，使用蒸发对有机EL材料（例如ALQ3）的巨大表面潜力进行测量。结果，发现在沉积完成后，ALQ3膜的表面电势随时间变化。这意味着分子在沉积过程中变为两极化，而分子方向随着时间的流逝而散落。也就是说，以后通过蒸发在表面上层压的分子立即具有方向顺序，在连续沉积期间，下一个分子在干扰方向之前被层压，因此保持方向，因此蒸发完成后，分子结构在表面上发生。这一发现是阐明自发方向现象机制的关键。因此，最初，我们计划测量各种分子的GSP并积累数据，但我们更改了计划，并专注于遵循这种现象的细节。此外，由于表面电势可以作为膜厚度的函数测量，因此发现可以通过两次分化来确定空间电荷分布，并且发现发现诸如ALQ3沉积速率波动引起的空间电荷产生的发现。此外，搜索条件，例如增加自发的极化和增加的保留时间，并考虑到辛多发电。

项目成果

Examination of Spontaneous Orientation Polarization in Wet‐Processed Tris(8‐hydroxyquinolinato)aluminum Film Measured by Rotary Kelvin Probe Method

用旋转开尔文探针法测量湿法加工的三(8-羟基喹啉)铝膜的自发取向偏振

• DOI: 10.1002/pssa.202000790
• 发表时间: 2021
• 期刊: physica status solidi (a)
• 作者: Ohara Masahiro;Watanabe Tatsuya;Tanaka Yuya;Ishii Hisao
• 通讯作者: Ishii Hisao

Alq3層の自発的配向分極の制御:間欠蒸着法による分極極性反転

Alq3层自发取向极化的控制：间歇沉积法极化反转

• 发表时间: 2020
• 作者: 濵田 北斗，松浦 寛恭;大原 正裕;田中 有弥;石井 久夫
• 通讯作者: 石井 久夫

間欠蒸着法を用いたAlq3蒸着薄膜における自発的配向分極の極性制御"

“使用间歇沉积对 Alq3 沉积薄膜中自发取向偏振的极性控制”

• 发表时间: 2021
• 作者: 濵田 北斗，松浦 寛恭;大原 正裕;田中 有弥;石井 久夫
• 通讯作者: 石井 久夫

Evaluation of Giant Surface Potential during Evaporation of Alq3 Film studied by Rotary Kelvin Prob

旋转开尔文探针研究Alq3薄膜蒸发过程中巨表面电势的评估

• 发表时间: 2021
• 作者: Masahiro Ohara，Yuya Tanaka;Hisao Ishii
• 通讯作者: Hisao Ishii

自発配向する極性有機分子を利用したエレクトレット型振動発電素子の開発

利用自发取向极性有机分子开发驻极体型振动发电元件

• 发表时间: 2021
• 作者: Tanaka Yuya;Takahashi Hiroki;Akita Munetaka;田中有弥，松浦寛恭，石井久夫
• 通讯作者: 田中有弥，松浦寛恭，石井久夫