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

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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。