Exploration and Luminescence-Property Control of Organic Polar-Crystal Materials Exhibiting Triboluminescence

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トリボルミネッセンスは、自発分極をもつ極性結晶材料に機械的刺激を加えることにより発光する現象であり、自発光性の刺激応答性材料としての応用が期待されているものの、材料の合理的な設計指針は確立されていない。本研究課題では高効率なトリボルミネッセンスを示す有機極性結晶材料の創出を目的とし、トリボルミネッセンスを示す新規極性結晶材料の探索と、ホスト-ドーパント系有機極性結晶によるトリボルミネッセンス特性の自在制御を目指す。2022年度は、以下の１）から３）の検討を行った。１）新規トリボルミネッセンス材料として、分子形状と結晶構造の対称性に注目した材料探索を行った。その結果、材料自体は既知であっても、これまでトリボルミネッセンス特性に関して未検討であったいくつかの有機結晶（有機ホウ素錯体、アントラセン誘導体、トリフェニルアミン誘導体など）が、トリボルミネッセンスを示すことを見出した。２）ホスト-ドーパント系で構成される有機トリボルミネッセンス極性結晶を開発した。この結晶では、機械的刺激により生成したホストの励起状態から発光性ドーパントへのエネルギー移動を経由して、ドーパントからの発光が得られる。そのため、トリボルミネッセンスを示さないホストとドーパントの組み合わせからでもトリボルミネッセンスの発光色の制御が可能であることを確認した。３）有機極性結晶の結晶構造モチーフとして「極性層状ヘリンボーン構造」を提案し、その一般性を検証した。その結果、特定の置換基を有する棒状分子において、分子の双極子モーメントの向きを揃えた有機極性結晶が高確率で得られることを見出した。