超高分解能近接場光学顕微鏡の開発と分子鎖像に基づく高分子ナノ構造の研究

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本研究は共役高分子の励起状態における光物理素過程を高分子ナノ構造の観点から考察したものである。当該年度に得られた成果は以下のように要約される。(1)結晶性共役高分子regioregular poly (3-hexylthiophene) (P3HT)薄膜内での一重項励起子拡散ダイナミクスについて研究した結果、一重項励起子の拡散定数および拡散長がそれぞれ7.9×10^<-3>cm^2s^<-1>および20nmであることを明らかにした。また二分子失活速度の時間依存性を解析し、P3HT結晶相内では励起子は一次元的に拡散していることを明らかにした。(2)一つの一重項励起子から二つの三重項励起子が生成する多重励起子生成反応(singlet fission)について研究した。アモルファスなpoly(9,9'-di-n-octylfluorene) (PFO)薄膜では三重項生成効率は高いが、三重項解離効率が低いため、生成した励起子の約半分が消滅した。一方、PFO主鎖の平面性が高く、分子鎖が配列した構造をとるβ-PFO薄膜では、電荷分離が競合過程となるため三重項生成効率は低いものの、励起子の拡散定数が大きいため、高い解離効率が得られることを明らかにした。(3)PFOに構造の異なる芳香族アミンをそれぞれ導入した2種の高分子薄膜での三重項励起子ダイナミクスを調べた。その結果、平面性の低い芳香族アミンを有するF8-PDAでは、励起子は膜内を拡散できるのに対し、三重項エネルギーの低いF8-ADAの励起子は拡散できなかった。このような励起子ダイナミクスの違いは、フルオレン基と芳香族アミンの相対的な三重項エネルギー準位の違いによることを明らかにした。以上の成果は高分子光物理・光化学の学問上興味深いばかりでなく、有機薄膜太陽電池や有機LEDなどの応用分野においても寄与するものと期待される。