分子設計による半導体ポリマーの機能制御と機能性電極への応用

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今年度行った研究の成果は、導電性ポリマー薄膜を圧電結晶上に感応マトリックスとして用いる高選択性ガスセンサに関して得られた以下に示す新しい知見である。圧電結晶上に電気化学的に酸化重合させたポリマー薄膜の質量変化および電気抵抗変化を同時に測定できるようセンサチップの構造を設計、加工することにより、導電性ポリマー薄膜を感応マトリックスとして用いる高選択性有機ガスセンサを構築することができた。また、このセンサを用いて同時に得られる質量変化と抵抗変化の情報は有機ガス分子とポリマー膜との相互作用機構を解明するに大変有用であることが判明した。電気化学的にBF_4あるいはClO_4でドープしたポリプロール(PP)膜を感応膜に用いたセンサチップをアセトンや各種アルコールについて種々の濃度の蒸気に曝したとき、同時に測定される相対的な抵抗変化(ΔR/R_0)を相対質量変化(ΔM/M_0)に対してプロットすると、いずれの試料についても原点を通る良好な直線が得られた。ここで、R_0およびM_0は、それぞれPP膜の初期抵抗および初期質量である。得られた各直線の傾き(ΔR/R_0)/(ΔM/M_0)の値と吸着1分子に対する抵抗変化(ΔR/R_0)/(N_<ad>/M_0)、ここでN_<ad>はPP膜に吸着した分子数、の結果から、それぞれの分子は(ΔR/R_0)(ΔM/M_0)の値により認識できること、またガス分子は(ΔR/R_0)、あるいは(ΔM/M_0)より定量することが可能であることが判明した。さらに第一級アルコールの(ΔR/R_0)/(N_<ad>/M_0)は、それぞれほぼ等しい値であるが、(ΔR/R_0)/(ΔM/M_0)値の方は分子量が増加するにつれて減少することからアルコールの官能基(OH基)が電気伝導度に与える効果が、アルコールの種類に因らず、ほぼ同じであること、換言するとOH基の効果は、アルコール分子のアルキル基の種類にほとんど依存しないことがわかった。