Development of Electron-rich Thiophene Oligomer-type Highly conducitive Materials: Dimensionality Expansion Strategy via Hydrogen-bond Formation

富电子噻吩低聚物型高导电材料的开发：通过氢键形成的维数扩展策略

• 批准号: 21K05018
• 负责人: 藤野 智子
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05018/
• 关键词: オリゴマー; 水素結合; 電荷移動塩; バンドフィリング変調; クーロン反発; 有機伝導体; 鎖伸長効果; バンド構造; チオフェン; オリゴマー; 水素結合; 電荷移動塩; バンドフィリング変調; クーロン反発; 有機伝導体; 鎖伸長効果; バンド構造; チオフェン

本研究では、オリゴマー型有機伝導体による良導性材料の開発を目的とし、特に水素結合形成による伝導次元性拡張法の開発を目指すものである。有機エレクトロニクスデバイスの主流となっているポリマー材料は、その混合物性ゆえに構造が不明瞭であり、良導化・高機能化のための指針が確立されていない。そこでポリマーの基礎骨格を維持した単分子性オリゴマー材料が注目されている。中分子領域のオリゴマーは結晶構造解析により詳細な構造情報を入手可能であり、かつ単分子性ゆえにπ積層境界面の平滑化・膜均質化による高伝導化を可能としうるが、その難溶性・中間構造の不安定性などの合成的制約により未だ良導性オリゴマーの実現例はない。これまでに、エチレンジオキシチオフェン（EDOT）２量体の電荷移動塩の単結晶を合成し、その１次元積層カラム内で、金属・超伝導体に匹敵する強い分子間相互作用が見つかった。しかし、その伝導性は0.003 S/cm以下と高くなく分子間相互作用を凌駕する強いクーロン反発Uの存在するモット絶縁体状態の形成が示唆されていた。昨年度は、Uを減らす戦略として共役長を拡張した３量体の電荷移動塩を合成し、実際に伝導度が20倍向上することを見出し、論文報告した。研究二年度となる本年度は、Uを減らすもう一つの戦略として、バンドフィリングの変調効果を検討した。ハーフフィルドの電子状態から逸脱させることで、伝導度の向上を狙ったものである。これにより、室温伝導度を0.3 S cm-1と100倍向上させることができた。

这项研究旨在开发由寡聚有机导体制成的良好导电材料，尤其是它旨在开发一种通过形成氢键扩大电导率的方法。由于它们的混合特性，聚合物材料的结构是有机电子设备的主流，并且尚未确定改善电导率和高功能的指南。因此，维持聚合物基本骨架的单分子寡聚材料引起了人们的注意。可以通过晶体结构分析获得中等分子区域中的低聚物的详细结构信息，并且由于它们的单分子特性，可以通过平滑π层压边界表面并使膜匀浆来使它们成为可能，但是由于它们的合成约束，例如较差的杂物性和中间结构的不稳定性，因此无法实现良好的导态。到目前为止，已经合成了乙二基二苯乙烯（EDOT）二聚体的电荷转移盐的单晶，并且在一维层压柱中发现了与金属和超导体相当的强分子间相互作用。然而，它的电导率在0.003 s/cm或更少时不高，它表明存在莫特绝缘体状态的形成，具有强大的库仑抑制u，它超过了分子间相互作用。去年，我们合成了一个三聚体的转移盐，其偶联长度作为减少U的策略，并发现电导率实际上增加了20倍，并在论文中进行了报告。今年，这是研究的第二年，我们调查了带填充作为减少U的另一种策略的调制效应。目的是通过偏离半填充的电子状态来提高电导率。这使室温电导率提高了100倍，提高到0.3 s cm-1。