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

超高分辨率近场光学显微镜研制及基于分子链图像的聚合物纳米结构研究

• 批准号: 10J04790
• 负责人: 玉井 康成
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J04790/
• 关键词: 共役高分子; 高分子構造; 励起子; 励起子拡散; annihilation; singlet fission; P3HT; PFO; 高分子ナノ構造; 高分子結晶; H-会合体; 表面・界面; 顕微分光

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。

这项研究从聚合物纳米结构的角度检查了共轭聚合物激发状态中的光物理元件过程。总结如下：（1）晶体共轭共轭聚合物区域斑goly（3-己基噻吩）（P3HT）薄膜的单元激子扩散动力学的研究表明，Singlet激素的扩散长度为7.9×10^<-3> cmm^<-2s^<-2s^<-2s^<-2s^<-2s^<-2s^2s^<-2s^<-2s^^<-1^^^<2s^^^<2s。此外，分析了双莫勒分子停用速率的时​​间依赖性，表明激子在p3HT晶体相内扩散一维。 （2）研究了一个单线裂变，其中一个单曲子激子产生了两个三胞胎激子。尽管三重态聚（9,9'-di-n-辛基氟烯）（PFO）薄膜的三重态形成效率很高，但由于三胞胎解离效率较低，但产生的激子的大约一半消失了。另一方面，在PFO主链和分子链的高平面性的β-PFO薄膜中，尽管三胞胎的产生效率较低，但由于电荷分离是一个竞争过程，因此激发子的扩散常数很大，并且可以获得高分离效率。 （3）研究了两种聚合物薄膜中的三重态激子动力学，其中研究了带有不同结构的芳族胺将其引入PFOS中。结果，在具有低平面芳香胺的F8-PDA中，激子可以在膜内扩散，而三胞胎能量低的F8-ADA的激子无法扩散。据揭示了激子动力学的差异是由于氟烯基和芳香胺的相对三重能水平引起的。以上结果不仅在聚合物摄影和光化学的学术领域中很有趣，而且有望为诸如有机薄膜太阳能电池和有机LED等应用做出贡献。

项目成果

結晶性共役高分子における一重項励起子拡散

结晶共轭聚合物中的单线态激子扩散

• 发表时间: 2012
• 作者: Masayuki Kobayashi;Shigeyuki Masaoka;Ken Sakai;Yasunari TAMAI;大北英生;大北英生
• 通讯作者: 大北英生

Singlet Excitons in Highly Ordered Poly(3-hexylthiophene) Crystals Studied by Transient Absorption Spoctroscopy

通过瞬态吸收光谱研究高度有序聚（3-己基噻吩）晶体中的单线态激子

• 发表时间: 2011
• 作者: Masayuki Kobayashi;Shigeyuki Masaoka;Ken Sakai;Yasunari TAMAI;大北英生;大北英生;津田一樹;玉井康成;Yasunari TAMAI
• 通讯作者: Yasunari TAMAI

Non-Diffusion Limited Singlet Exciton Annihilation in Fluorene-Amine Copolymer Films

芴胺共聚物薄膜中的非扩散有限单线态激子湮灭

• 发表时间: 2013
• 作者: Masayuki Kobayashi;Shigeyuki Masaoka;Ken Sakai;Yasunari TAMAI
• 通讯作者: Yasunari TAMAI

Crystalline Nanostructure and Photophysical Properties of Regioregular Poly(3-hexylthiophene)

立体规则聚(3-己基噻吩)的晶体纳米结构和光物理性质

• 发表时间: 2011
• 作者: Masayuki Kobayashi;Shigeyuki Masaoka;Ken Sakai;Yasunari TAMAI;大北英生;大北英生;津田一樹;玉井康成;Yasunari TAMAI;Hiroaki BENTEN
• 通讯作者: Hiroaki BENTEN

Poly (3-hexylthiophene) のブレンド薄膜における表面構造と結晶化

聚(3-己基噻吩)共混薄膜的表面结构和结晶

• 发表时间: 2011
• 作者: Masayuki Kobayashi;Shigeyuki Masaoka;Ken Sakai;Yasunari TAMAI;大北英生;大北英生;津田一樹;玉井康成;Yasunari TAMAI;Hiroaki BENTEN;玉井康成;玉井康成;玉井康成
• 通讯作者: 玉井康成