Development of D-A ladder type conjugated polymer for high charge carrier mobility

开发具有高载流子迁移率的D-A梯型共轭聚合物

基本信息

批准号：
18K14295
负责人：
黒澤忠法
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 Early-Career Scientists
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、π共役半導体高分子骨格に主鎖中の分子回転軸を排したラダー構造を付与することで、π共役高分子が持つ半導体能を大幅に向上させることを目的とする。昨年度は、アルコキシ側鎖をポリチオフェン骨格に導入することで高分子主鎖の平面性、剛直性、結晶性、延いてはキャリア移動度が高まり、高ドープ時の電気伝導度は300 S/cmを超える高い値であり、この電気伝導度は大気中で2ヶ月以上劣化することがないほど高い安定性を示すことを見出した。今年度は、側鎖の構造や導入位置を調整した数種のポリチオフェン誘導体を合成し、伝導特性評価・分光測定・薄膜構造解析を通じてアルコキシ側鎖が大気安定性に及ぼす影響の解明を行った。その結果、主鎖に直結した酸素原子の電子供与性が高ドープ時の主鎖の仕事関数を高め、大気中の水からの還元が抑制されることで高い大気安定性が獲得できることを見出した。また、本知見を基に高いドープ能と大気安定性を両立したドーパント分子の開発も行った。強力な酸化力を有するテトラアリルベンジジンジカチオンとフッ素含有アニオンの対からなるイオン性分子から成る分子性ドーパントは、これまでに報告されている中でも最高レベルのドープ能を示しつつ、固体状態では大気中での劣化が見られないほど高い大気安定性を示すことが分かった。構造解析の結果、ドーピングの役割を担うジカチオン種を疎水性のアニオン分子が密に囲むような集合体構造が本ドーパント分子の高い安定性を誘起することが強く示唆された。本結果は、国際誌に受理された。

这项研究旨在通过分配梯子结构来显着提高π共轭聚合物的半导体能力，该阶梯结构将主链中的分子旋转轴消除到π共轭的半导体聚合物骨架上。去年，我们发现，通过将烷氧基侧链引入聚噻吩骨架中，平面，刚度，结晶度，并且依次，聚合物主链的载载迁移率增加了，高掺杂的高掺杂的电导率高于300 s/cm，并且这种电导率高于两个月的氛围。今年，通过侧链引入的结构和位置合成了几种聚噻吩衍生物，并通过传导特征评估，光谱测量和薄膜结构分析来阐明烷氧基侧链对大气稳定性的影响。结果，发现直接连接到主链的氧原子的电子捐赠会在高掺杂时增加主链的功能，并且抑制了大气中水的减少，从而导致高大气的稳定性。基于这一发现，我们还开发了结合高掺杂能力和大气稳定性的掺杂分子。已经发现，由一个由一对四甲苯二苯胺的离子分子组成的分子掺杂剂和具有较强氧化能力的掺杂能力的最高水平的掺杂能力，因此它在固态中表现出高大气稳定性，这些掺杂能力具有最高的水平。结构分析的结果强烈表明，疏水阴离子分子围绕二核物种的组装结构在掺杂中发挥作用会导致掺杂剂分子的高稳定性。结果被国际杂志接受。