高秩序高分子ナノ組織体における光機能プロセスの基礎解析

高度有序聚合物纳米组件中光学功能过程的基础分析

• 批准号: 00J06267
• 负责人: 松井 淳
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J06267/
• 关键词: Langmuir-Blodgett膜; ナノデバイス; 論理演算素子; 光誘起電子移動

本研究では高分子Langmuir-Blodgett(LB)膜を分子素子への応用が可能な材料ととらえ、その基礎的性質に関して検討を行っている。高分子LB膜は分子レベルでの積層体の構築であるため様々な機能を有する薄膜を順次積層することにより新規な機能発現が期待できる。そこで今年度はヘテロ積層体を用いた光機能素子の作製を試みた。前年度までの研究結果より優れた高分子LB膜を示しかつ膜厚が1nmと非常に薄いために層間の相互作用が起こりやすいtert-ペンチルアクリルアミド(tPA)またはneo-ペンチルメタクリルアミド(nPMA)をベースとして用い、芳香族色素としてピレン、フェナンスレンおよびアントラセンを共重合により導入した高分子p(tPA/PyMA),p(tPA/Phen),p(nPMA/AMMA)を合成した。また電子ドナー性を有するジメチルアニリン(DMA)、アクセプター性を有するジニトロベンゼン(DNB)を有する高分子p(tPA/DMA)、p(tPA/DNB)合成した。これらすべての高分子は水面上で安定な単分子膜を形成しLB法により基板に転写することが可能であった。そこで芳香族LB膜と電子ドナー、アクセプターLB膜との光誘起電子移動を応用した、光スイッチング素子、光駆動型論理演算素子の作製を試みた。1.光スイッチング素子;p(tPA/PyMA),p(tPA/DMA),p(tPA/DNB)のヘテロ積層膜を銀基板上に作製し、ピレンの励起にともなうヘテロ積層膜の光学的変化を利用することにより、銀の表面プラズモンを励起している光の強度をコントロールすることができた。プラズモンの解析よりこれはヘテロ膜において形成されたラジカル種がプラズモン励起波長において吸収を示すためであることが示唆された。2.光駆動型論理演算素子;フェナンスレンとアントラセンの励起波長を入力信号、p(tPA/Phen)とp(tPA/DNB)層間およびp(nPMA/AMMA)とp(tPA/DMA)層間での光誘起電子移動にともなう光電流を出力信号とした新規な光駆動型AND論理回路、EXOR論理回路を提案し作製を試みた。AND論理ではHighとLowの出力が約3倍離れた素子を作製することに成功した。また電流値の絶対値を出力としたEXOR論理回路ではHighとLowの出力が100倍以上離れた素子を作製することができた。

In this paper, we discuss the possible applications of polymer Langmuir-Blodgett(LB) films and their fundamental properties. The polymer LB film has the function of sequentially laminating the polymer LB film, and the new function is expected to develop. This year's photo functional element manufacturing process The results of the previous year's research showed that the polymer LB film thickness was 1nm, the film thickness was very thin, and the interlayer interaction was caused by the interaction between the layers. The interaction between the layers was caused by the interaction between the layers.(tPA/PyMA),p(tPA/Phen),p(nPMA/AMMA) The synthesis of polymer p(tPA/DMA) and p(tPA/DNB) was studied. The polymer film is stable on the water surface. The operation of photoinduced electron movement in aromatic LB films, photoelectron elements, and photodynamic logic elements was studied. 1. The optical properties of p(tPA/PyMA), p (tPA/DMA), p (tPA/DNB) multilayer films on silver substrates are controlled and excited. The optical properties of multilayer films are controlled and utilized. The surface of silver is excited and the intensity of light is controlled. For example, if the wavelength of the excitation wave is greater than the wavelength of the excitation wave, the wavelength of the excitation wave will be greater than the wavelength of the excitation wave. 2. Photodynamic logic elements: excitation wavelength input signal, p(tPA/Phen) and p(tPA/DNB) interlayer transition p(nPMA/AMMA) and p (tPA/DMA) interlayer photoinduced electron movement, photocurrent input signal, new photodynamic AND logic circuit, EXOR logic circuit, proposal and operation test. AND logic is High and Low, and the output is about 3 times higher than that of the control element. The output of the current is High and the output of the current is Low.

项目成果

Jun Matsui, Masaya Mitsuishi, Tokuji Miyashita: "A Study on Fluorescence Behavior of Pyrene at the Interface of Polymer Langmuir-Blodgett Films"The Journal of Physical Chemistry B. 106. 2468 (2002)

Jun Matsui、Masaya Mitsuishi、Tokuji Miyashita：“聚合物 Langmuir-Blodgett 薄膜界面上芘荧光行为的研究”物理化学杂志 B. 106. 2468 (2002)

Jun Matsui, Masaya Mitsuishi, Atsushi Aoki, Tokuji Miyashita: "Optical Logic Operation Based on Polymer Langmuir-Blodgett Film Assembly"Angewandte Chemie International Edition. (accepted).

Jun Matsui、Masaya Mitsuishi、Atsushi Aoki、Tokuji Miyashita：《基于聚合物 Langmuir-Blodgett 薄膜组件的光逻辑运算》Angewandte Chemie 国际版。