異種固体界面における高分子半導体の分子鎖熱運動性と電荷形成過程

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本年度は、ポリ(3-ヘキシルチオフェン) (P3HT)をモデル高分子半導体として、異種固体界面における分子鎖凝集構造が光電荷生成過程に及ぼす効果を検討した。界面におけるP3HTの分子鎖凝集構造を系統的に制御するために、ポリマーブラシ構造に着目した。一般に、基板表面に分子鎖の末端がグラフトされた高分子は、グラフト密度の上昇とともに基板面に対して垂直方向に伸長したコンフォメーションをとることが知られている。このような分子鎖コンフォメーションの変化はP3HTブラシの共役系にも影響すると考えられる。したがって、P3HTブラシを合成し、グラフト密度を系統的に変化させることで、P3HTの分子鎖凝集構造ひいては光電荷形成過程が制御できると予想した。P3HTブラシは、塩化鉄を用いた酸化重合に基づき、開始剤を固定化したシリコン基板上に調製した。P3HTブラシの分子量は、良溶媒で洗浄した試料を新たに調製した反応溶液に再び浸漬する操作を繰り返すことで制御できることを見出した。また、P3HTブラシのグラフト密度は、フッ化テトラ-n-ブチルアンモニウム(TBAF)を用いたdegraft法を用いることにより制御できることを見出した。P3HTブラシの光物性は偏光解析測定に基づき評価した。その結果、グラフト密度の減少とともにP3HTの共役長が低下し、あるグラフト密度以下では一定になることを見出した。また、このグラフト密度は分子量の-1乗に比例して減少した。この結果は、ポリマーブラシに特有なマッシュルーム-ブラシ転移がP3HTブラシの共役構造に影響を及ぼすことを示唆している。以上の結果から、グラフト密度に依存して変化したP3HTブラシの共役長は、ポリマーブラシに特有なマッシュルーム-ブラシ転移に由来する分子鎖のコンフォメーションの変化によって説明できると結論した。