ポリイミドの電子構造・凝集状態と光学特性の相関解析および光機能材料への応用

本研究では、ボリイミド(PI)の電子状態や分子顕の凝集状態が、その光吸収・蛍光・光電導性なとの光・電気物性に及ぼす影響を明らかにし、高耐熱性光・電気材料の新たな分子設計指針を得ることを目的とした。本年度は、昨年度に開発したPI膜の光電流の照射波長依存性(光電流スペクトル)測定装置を利用して、異なる原料物質を用いて電荷移動(CT)相互作用を系統的に変化させたPI群の暗電流および光電流を測定し、PIの分子構造と光電導性の相関を検討した。PIの暗電流はジアミン部の分子構造により顕著に変化した。これは、ジアミン部の構造により繰り返し単位の双極子モーメントが増大し、双極子の配向に基づく分極(双極子分極)に由来する変位電流が増大したことに起因する。一方、最も高い電子親和力を有するジフルオロピロメリット酸二無水物(P2FDA)とトリフェニルアミン構造を有するジアミン(DATPA)から合成されたP2FDA/DATPAは狭いバンドギャップを有するため、室温においても電荷の熱励起が生じることから他のPIの300倍以上の暗電流を示した。一方、PIの光電流は、酸二無水物部の電子親和力(EA)やジアミン部のイオン化ポテンシャル(IP)が増大し、CT相互作用が強まるに従って増大する傾向にあり、特に高いEAを有するP2FDAおよびトリフルオロメチルピロメリット酸二無水物(P3FDA)とDATPAから合成されたPIは他のPIの5倍以上の光電流が生じた。さらに、PIの光電導性の向上につれて光照射停止後の電荷残存量が増大し、P3FDAIDATPAでは光照射の前後で電流密度が100倍以上変化した。このことから、CT性の増大により光照射による電荷の発生量が顕著に増大することで、PI膜内部や膜と電極との界面に多量の電荷が残存することが示唆された。PI膜への電荷の残存は光書き込み可能なメモリー材料への応用につながる特性であり、P3FDA構造は暗電流を抑制しつつ光電導性を顕著に増大できることから、P3FDA構造の導入は光書き込み可能なメモリー材料の材料設計指針として期待される。

本研究では、ボリイミド(PI)の電子状態や分子顕の凝集状態が、その光吸収・蛍光・光電導性なとの光・電気物性に及ぼす影響を明らかにし、高耐熱性光・電気材料の新たな分子設計指針を得ることを目的とした。本年度は、昨年度に開発したPI膜の光電流の照射波長依存性(光電流スペクトル)測定装置を利用して、異なる原料物質を用いて電荷移動(CT)相互作用を系統的に変化させたPI群の暗電流および光電流を測定し、PIの分子構造と光電導性の相関を検討した。PIの暗電流はジアミン部の分子構造により顕著に変化した。これは、ジアミン部の構造により繰り返し単位の双極子モーメントが増大し、双極子の配向に基づく分極(双極子分極)に由来する変位電流が増大したことに起因する。一方、最も高い電子親和力を有するジフルオロピロメリット酸二無水物(P2FDA)とトリフェニルアミン構造を有するジアミン(DATPA)から合成されたP2FDA/DATPAは狭いバンドギャップを有するため、室温においても電荷の熱励起が生じることから他のPIの300倍以上の暗電流を示した。一方、PIの光電流は、酸二無水物部の電子親和力(EA)やジアミン部のイオン化ポテンシャル(IP)が増大し、CT相互作用が強まるに従って増大する傾向にあり、特に高いEAを有するP2FDAおよびトリフルオロメチルピロメリット酸二無水物(P3FDA)とDATPAから合成されたPIは他のPIの5倍以上の光電流が生じた。さらに、PIの光電導性の向上につれて光照射停止後の電荷残存量が増大し、P3FDAIDATPAでは光照射の前後で電流密度が100倍以上変化した。このことから、CT性の増大により光照射による電荷の発生量が顕著に増大することで、PI膜内部や膜と電極との界面に多量の電荷が残存することが示唆された。PI膜への電荷の残存は光書き込み可能なメモリー材料への応用につながる特性であり、P3FDA構造は暗電流を抑制しつつ光電導性を顕著に増大できることから、P3FDA構造の導入は光書き込み可能なメモリー材料の材料設計指針として期待される。