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Okamoto, et al., Advanced Science 2018, http://www.k.u-tokyo.ac.jp/info/entry/22_entry610/）。今回、ChDT骨格をモノマーユニットとしてポリマーの主鎖に組み込むことによって、その特異な軌道形態を積極的に活用し、ポリマー鎖の配列様式に関わらず有効な鎖間の軌道の重なりを実現する半導体ポリマーPChDTBTを開発しました（図1）。PChDTBTは、可溶性基であるアルキル側鎖の形状によって、π共役平面の配向様式が基板に対して平行なface-on配向から垂直なedge-on配向へと変化することが分かりました（図2）。基板に平行な方向の電荷輸送について、ポリマー鎖間の電荷輸送が有効に働くedge-on配向を誘起する側鎖を有するPChDTBT誘導体は、ポリマー鎖間の電荷輸送が有効に働かないface-on配向のものと比べて、最大で3桁高い移動度であり、既存の高結晶性半導体ポリマーに匹敵する移動度を示しました。興味深いことに、量子化学計算により、ポリマー鎖内のPChDTBTによる電荷輸送性は既存の半導体ポリマーと比べて、不利であることが明らかとなった一方で、ポリマー鎖間で有効な電荷輸送が実現されることにより、既存の半導体ポリマーに匹敵する良好な移動度が達成されていることがわかりました。これらの結果より、軌道形態に着目することで効率的なポリマー鎖間の電荷輸送性が実現できる新分子設計法を示すことができました。 ＜今後の展開＞ 今回の結果により、これまで切り離されてきたポリマー鎖内とポリマー鎖間の電荷輸送に関わる分子設計を複合的に半導体ポリマー材料開発に反映させることが可能となりました。今後、それぞれの電荷輸送性を同時に高め、低分子半導体に匹敵する高性能半導体ポリマーの開発につながると期待されます。 図1　PChDTBTの分子構造と分子軌道形態。軌道の色の違いは位相の違いを表し、モノマーユニットに組み込まれたChDTにおいては、分子の長軸方向（横方向）に同位相の軌道（青色）が広がっていることが分かる。このChDTの特異な軌道形態によって、ポリマー鎖の配列様式に関わらず有効な鎖間の軌道の重なりを実現する。 図2　アルキル側鎖の形状の違いによって誘起されるPChDTBTの配向様式とポリマー鎖間の電荷輸送方向（青矢印）。基板に平行な電荷輸送について、edge-on配向がポリマー鎖間の電荷輸送を有効に利用できる。   発表者 黒澤 忠法（東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 助教） 岡本 敏宏（東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 准教授／ 　科学技術振興機構（JST）さきがけ研究者 兼務／ 　産業技術総合研究所 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ 研究員 兼務） 竹谷 純一（東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 教授／ 　マテリアルイノベーション研究センター（MIRC）特任教授 兼務／ 　産業技術総合研究所 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ 研究員 兼務／ 　物質・材料研究機構 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点（WPI-MANA）MANA主任研究者（クロスアポイントメント）） 石井 宏幸（筑波大学数理物質系 助教）   発表雑誌 雑誌名：「Macromolecules」（2021年2月28日付） 論文タイトル：“Chrysenodithiophene Based Conjugated Polymer: An Elongated Fused π-Electronic Backbone with a Unique Orbital Structure Toward Efficient Intermolecular Carrier Transport” 著者：Tadanori Kurosawa, Toshihiro Okamoto, Dinghai Cen, Daiji Ikeda, Hiroyuki Ishii, and Jun Takeya 用語解説 （注1）産業技術総合研究所 産総研・東大 先端オペランド計測技術オープンイノベーションラボラトリ 平成28年6月1日、東大柏キャンパス内に設置した産総研と東大の研究拠点。相互のシーズ技術を合わせ、産学官ネットワークの構築による「橋渡し」につながる目的基礎研究の強化や、先端オペランド計測技術を活用した生体機能性材料、新素材、革新デバイスなどの産業化・実用化のための研究開発を行っている。[参照元へ戻る] （注2）分子軌道 分子内を運動する電子の空間分布を表す。隣接する分子間での分子軌道の重なりが大きいほど、軌道の重なりを経由して分子間で電荷が伝導しやすい。[参照元へ戻る] （注3）モノマーユニット 高分子（ポリマー）を構成する構造単位のこと。モノマーユニットを共有結合によって繰返し連結させることでポリマーが形成される。[参照元へ戻る] （注4）π共役系分子 炭素原子による主骨格を有し、一重結合と二重結合が交互に連なった共役二重結合をもつ化合物。特に、環状の共役二重結合を形成し芳香族性を有する化合物は芳香族化合物と呼ばれる。[参照元へ戻る] （注5）分子配列 有機化合物には、分子が整列し、規則正しく並んだ結晶を形成しやすい性質がある。分子配列は結晶内での分子が並ぶ方向、規則性を表す。[参照元へ戻る] （注6）共有結合 原子間で電子を共有して形成する結合。[参照元へ戻る] （注7）大型放射光施設SPring-8 兵庫県の播磨科学公園都市にある世界最高性能の放射光を生み出す理化学研究所が所有する大型放射光施設で、その利用者支援は高輝度光科学研究センター（JASRI）が行っている。SPring-8の名前はSuper Photon ring-8 GeVに由来。放射光とは、電子を光とほぼ等しい速度まで加速し、電磁石によって進行方向を曲げたときに発生する強力な電磁波のこと。SPring-8では、遠赤外光から可視光線、軟X線を経て硬X線に至る幅広い波長域で放射光を得ることができるため、原子核の研究からナノテクノロジー、バイオテクノロジー、産業利用や科学捜査まで幅広い研究が行われている。[参照元へ戻る] （注8）アルキル側鎖 炭素と水素の一重結合で構成された置換基をアルキル基という。側鎖として導入したアルキル基は電荷輸送には関わらないが、有機半導体の溶解性や結晶構造に大きな影響を与える。[参照元へ戻る] （注9）π共役平面 2つ以上の単環芳香族化合物がそれぞれの環の辺を互いに1つだけ共有(縮合するという)してできる縮合多環芳香族化合物が形成する平面。[参照元へ戻る] （注10）face-on配向 π共役平面が基板に対して平行になるように分子が重なる配向様式。この場合、基板に対して垂直な方向に鎖間の電荷輸送が行われる。 [参照元へ戻る] （注11）edge-on配向 π共役平面が基板に対して垂直になるように分子が重なる配向様式。この場合、基板に対して平行な方向に鎖間の電荷輸送が行われる。[参照元へ戻る] （注12）高結晶性半導体ポリマー 分子鎖が不規則に並んだ非晶領域内に一部でも規則的に並んだ結晶領域が存在するポリマーを結晶性ポリマーと呼ぶ。高結晶性半導体ポリマーとは、電荷輸送の律速となる非晶領域が少なく高い性能を示す半導体ポリマーである。[参照元へ戻る] お問い合わせお問い合わせフォーム 産総研について アクセス 調達情報 研究成果検索 採用情報 報道・マスコミの方へ メディアライブラリー お問い合わせ English ニュース お知らせ一覧 研究成果一覧 イベント一覧 受賞一覧 研究者の方へ はじめての方へ 研究成果検索 研究情報データベース お問い合わせ 採用情報 ビジネスの方へ はじめての方へ 研究成果検索 事例紹介 協業・提携のご案内 お問い合わせ AIST Solutions 一般の方へ はじめての方へ イベント情報 スペシャルコンテンツ 採用情報 お問い合わせ 記事検索 産総研マガジンとは 公式SNS @AIST_JP 産総研チャンネル 公式SNS @AIST_JP 産総研 チャンネル サイトマップ このサイトについて プライバシーポリシー 個人情報保護の推進 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Copyright © National Institute of Advanced Industrial Science and Technology （AIST） （Japan Corporate Number 7010005005425）. 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