光電子特性制御と一次構造制御を両立した高性能半導体高分子の創成

精密重合性と光電子特性制御を両立する新奇π共役ビルディングブロックの開発に成功した。令和２年度はm-alkoxy-substituted fluoro-aryl側鎖基を導入した明確な一次構造を有するポリチオフェン誘導体群の特異な温度依存性モルフォロジー変異メカニズムを明らかにした。本研究成果はACS OMEGA誌に掲載された。含フッ素芳香環を有するポリチオフェン誘導体は主鎖立体配座のねじれと側鎖の電子求引性により、一般的なアルキル側鎖基を導入したポリ(3-ヘキシルチオフェン)(-4.9 eV)よりも深いHOMOエネルギー準位(-5.62 eV ~ -5.21 eV)を示した。加えて、ねじれの大きな主鎖立体配座は薄膜状態でも熱処理により簡単に共平面化することを光電子分光法、熱分析、光学特性解析および射入射見広角X線測定により見出した。この熱依存性のモルフォロジー転移挙動は芳香環側鎖上に導入されたアルキル鎖長により決定され、より短いアルキル鎖を有する試料では熱処理による分子間相互貫入の促進に起因したラメラ間隔の縮小が確認された。この考察として、高分子薄膜の熱アニール処理により主鎖立体配座のねじれが増大し、より密なパッキング構造を形成するためであると推測した。一方で、より長いアルキル鎖を有する試料では分子間相互貫入が薄膜の熱処理により減衰し、それに起因したと考えられるラメラ間隔の拡大と主鎖立体配座ねじれの共平面による有効共役長の拡大が観測された。長いアルキル鎖はそれらの立体障害により物理的なスペーサーとして働き、分子間の相互貫入構造の形成が阻害することで主鎖のねじれの緩和と平滑化が熱処理により進行したと考えられる。以上の実証実験およびモルフォロジー変異メカニズムの解明は、半導体高分子の相転移挙動の本質を理解する上で重要なマイルストーンとなることが期待される。

精密重合性と光電子特性制御を両立する新奇π共役ビルディングブロックの開発に成功した。令和２年度はm-alkoxy-substituted fluoro-aryl側鎖基を導入した明確な一次構造を有するポリチオフェン誘導体群の特異な温度依存性モルフォロジー変異メカニズムを明らかにした。本研究成果はACS OMEGA誌に掲載された。含フッ素芳香環を有するポリチオフェン誘導体は主鎖立体配座のねじれと側鎖の電子求引性により、一般的なアルキル側鎖基を導入したポリ(3-ヘキシルチオフェン)(-4.9 eV)よりも深いHOMOエネルギー準位(-5.62 eV ~ -5.21 eV)を示した。加えて、ねじれの大きな主鎖立体配座は薄膜状態でも熱処理により簡単に共平面化することを光電子分光法、熱分析、光学特性解析および射入射見広角X線測定により見出した。この熱依存性のモルフォロジー転移挙動は芳香環側鎖上に導入されたアルキル鎖長により決定され、より短いアルキル鎖を有する試料では熱処理による分子間相互貫入の促進に起因したラメラ間隔の縮小が確認された。この考察として、高分子薄膜の熱アニール処理により主鎖立体配座のねじれが増大し、より密なパッキング構造を形成するためであると推測した。一方で、より長いアルキル鎖を有する試料では分子間相互貫入が薄膜の熱処理により減衰し、それに起因したと考えられるラメラ間隔の拡大と主鎖立体配座ねじれの共平面による有効共役長の拡大が観測された。長いアルキル鎖はそれらの立体障害により物理的なスペーサーとして働き、分子間の相互貫入構造の形成が阻害することで主鎖のねじれの緩和と平滑化が熱処理により進行したと考えられる。以上の実証実験およびモルフォロジー変異メカニズムの解明は、半導体高分子の相転移挙動の本質を理解する上で重要なマイルストーンとなることが期待される。