外場による高速の機能応答性を有する有機半導体材料の創製

创造对外部场具有高速功能响应的有机半导体材料

基本信息

批准号：
14655317
负责人：
半那純一
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655317/
关键词：
液晶有機半導体強誘電性移動度液晶性有機半導体自発分極

项目摘要

液晶性有機半導体の化学修飾により、SmC^*相を利用して強誘電性を発現させ、高速のスウイッチング機能を有する液晶性有機半導体をを開発が可能であるかどうかを、材料面と物性面から検証することを目的として、(1)2-phenylnaphthalene、及び、Pyrimidinylbiphenyl誘導体を基本構造として、光学活性部位をもつ側鎖部に導入しSmC^*相の発現を検討した。6-(R)-methyloctyl基、6-(R)-methyloctanoyloxy基、あるいは、2-(R)-methylbutyloxy基をnaphthaleneの2位に側鎖部に導入し、それそれ負の誘電異方性を示すSmC^*相(それぞれ、114℃-131℃、115℃〜128℃、117℃〜123℃)の発現に成功した。この相では電場の印加による液晶ドメインの応答と、セル厚2〜4μmが薄いセルでは外部電場を取り除いてもその配向を維持するメモリー性が確認できた。さらに、Time-of-flight法による電荷輸送特性の評価から、これらの相では分子配向秩序が同等のSmA相と同じ10^<-4>cm^2/Vs台の移動度を示すことが確認できた。このことは、原理的に高速のスイッチング機能を有する液晶性有機半導体をを開発が可能であることを示唆している。一方、これらの材料系の負電荷の輸送は高速の電子伝導が消失し、10^<-5>cm^2/Vs程度のイオン伝導と考えられ遅い伝導のみが観測された。これは、本来、これらの物質がイオン伝導をするということではなく、むしろ、合成の際の不純物の混入が原因であろうと推測される。つぎにこれらの物質の自発分極を三角波法による測定から見積もったところ、いずれも1[nC/cm^2]以下と極めて小さいことが分かった。これは、不斉炭素における置換基が双極子モーメントの小さいmethyl基であるため、小さな負の誘電異方性しか実現できていないことによるものと考えられた。基本原理を確認できたことから、強誘電性液晶として入手可能な4'-2-(R)-Fluorooctyloxy pyrimidiny-4' -pentylbiphenylを用いて、SmC^*相での自発分極、及び、電荷輸送特性を検討した。この材料物質は106℃〜156.2℃でsmC^*相を示し、三角波法により測定から286nC/cm^2の大きな自発分極を示すことが分かった。しかしながら、正、及び、負の電荷輸送は、いずれも、10^<-5>cm^2/Vs程度の遅い伝導しか観測されず、また、この移動度はこの物質の示すN相での移動度に比べても小さいことから、この伝導はイオン伝導によるものと考えられ、不純物の混入が疑われた。そこで、この物質をさらに、再度、カラムクロマトグラフィー、及び、再結晶により精製を繰り返したが、移動度の改善は認められなった。大きな自発分極を有する強誘電性液晶材料については今後さらに検討をすすめる必要があるものの、本研究の当初の目的は達成できたものと思われる。

我们将研究是否可以通过使用SmC^*相对液晶有机半导体进行化学修饰以开发出铁电性来开发具有高速开关功能的液晶有机半导体，以从侧面进行验证。为了本研究的目的，(1)将2-苯基萘和嘧啶基联苯衍生物引入具有光学活性位点的侧链部分，并研究SmC^*相的表达。通过在萘的2位侧链上引入6-(R)-甲基辛基、6-(R)-甲基辛酰氧基或2-(R)-甲基丁氧基，它们各自具有负介电各向异性我们成功地表达了如下所示的SmC^*相（分别为114℃-131℃、115℃-128℃和117℃-123℃）。在此阶段，我们确认了液晶畴对施加电场的响应，以及在单元厚度为2至4μm的薄单元中即使去除外部电场也保持其取向的存储特性。此外，使用飞行时间法评估电荷传输性质证实这些相表现出10^-4cm^2/Vs量级的迁移率，与具有等效分子取向级数I的SmA相相同。能够做到。这表明原则上可以开发具有高速开关功能的液晶有机半导体。另一方面，在这些材料中的负电荷传输中，高速电子传导消失，仅观察到被认为是约10^-5cm^2/Vs的离子传导的慢速传导。这并不一定意味着这些物质本质上传导离子，而是被认为是由于在合成过程中包含了杂质。接下来，我们利用三角波法测量了这些材料的自发极化，发现它们都非常小，小于1 [nC/cm^2]。这被认为是由于不对称碳上的取代基是具有小偶极矩的甲基，因此只能实现小的负介电各向异性。确认了基本原理后，我们使用 4'-2-(R)-氟辛氧基嘧啶-4'-戊基联苯（可作为铁电液晶）演示了 SmC^* 相中的自发极化和电荷传输。特征。该材料在106℃至156.2℃之间呈现出smC^*相，使用三角波法测量表明其表现出286nC/cm^2的大自发极化。然而，对于正电荷传输和负电荷传输，仅观察到约10^-5cm^2/Vs的缓慢传导，并且该迁移率被认为低于该材料所表现出的N相的迁移率。这是由于离子传导，并且怀疑有杂质污染。因此，通过柱色谱和重结晶再次进一步纯化该物质，但没有观察到迁移率的改善。虽然未来还需要进一步研究具有大自发极化的铁电液晶材料，但看来这项研究的最初目的已经达到了。