自己組織能を有する液晶性有機半導体材料の創製と機能開拓

具有自组织能力的液晶有机半导体材料的创建及功能开发

基本信息

批准号：
06J09863
负责人：
安田琢麿
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

液晶のもつ異方性や動的特性を利用した機能性ソフトマテリアルの構築が近年注目を集めている。本研究では、π共役分子のもつ優れた電子・光・レドックス機能と液晶の特性を融合することにより、高次の秩序構造を保持した機能性有機半導体材料を構築することを目的とした。拡張π共役構造を有するオリゴチオフェンをモチーフにした機能性液晶分子の自己組織化ナノ構造の制御と電子・光機能について検討を行った。分子両末端に複数のアルキル基を導入したπ共役ポリカテナーオリゴチオフェンを有機金属カップリング反応を用いて合成した。得られたオリゴチオフェンのサーモトロピック液晶性を偏光顕微鏡観察、示差走査熱量測定およびX線回折測定により調べたところ、スメクチック相、カラムナー相、キュービック相などの多様な液晶相を発現した。これらの液晶ナノ構造はπ共役部位とアルキル部位の体積比の違い基づいて、自己組織的に形成することがわかった。π共役部位の集合構造に基づく特異的な電子・光機能の発現を指向し、液晶状態における電荷輸送特性を調べた。その結果、拡張π共役部位からなるレイヤーおよびカラム状構造が、有効な電子伝導パスとして機能することが明らかとなった。また、これらのポリカテナーオリゴチオフェン液晶を一軸的に配向させて作製した薄膜は、高い偏光発光特性を示した。偏光比は約11であり、赤色発光が観測された。さらに、オリゴチオフェンの薄膜は、電気化学的酸化還元に伴い顕著な色調変化(エレクトロクロミズム)を示すことがわかった。また、オリゴチオフェン以外にもレドックス活性π共役分子であるテトラシアノアントラキノジメタンや双安定性[2]ロタキサンの液晶化および物性評価についても検討を行った。特に、液晶性[2]ロタキサンにおいては、レドックス刺激によって環状部位が軸部位を可逆的に移動(シヤトリング)することをサイクリックボルタンメトリーおよび紫外可視吸収スペクトルにより明らかにした。非共有結合性相互作用や分子のトポロジーを制御し、超分子化学的な特性を利用することにより、分子のバルク状態における集合構造を制御し、その諸物性を明らかにすることができた。

近年来，利用液晶的各向异性和动态特性构建功能性软材料引起了人们的关注。在这项研究中，我们的目标是通过将π共轭分子优异的电子、光学和氧化还原功能与液晶的特性相结合，构建一种保持高度有序结构的功能性有机半导体材料。我们研究了基于具有扩展π共轭结构的低聚噻吩基序的功能液晶分子的自组装纳米结构和电子/光学功能的控制。采用有机金属偶联反应合成了分子两端引入多个烷基的π-共轭多链低聚噻吩。当通过偏光显微镜、差示扫描量热法和X射线衍射测量研究所获得的低聚噻吩的热致液晶性时，其揭示了各种液晶相，例如近晶相、柱状相和立方相。发现这些液晶纳米结构是基于π共轭位点和烷基位点之间的体积比差异而自组织的。我们研究了液晶态下的电荷传输特性，旨在基于π共轭位点的聚集结构表达特定的电子和光学功能。结果表明，由扩展的π共轭位点组成的层状和柱状结构起到了有效的电子传导路径的作用。此外，通过单轴取向这些多链低聚噻吩液晶制备的薄膜表现出高偏振光发射特性。偏振比约为11，观察到红光发射。此外，发现低聚噻吩薄膜在电化学氧化还原时表现出显着的颜色变化（电致变色）。除了低聚噻吩之外，我们还研究了四氰基蒽醌二甲烷和双稳态[2]轮烷等氧化还原活性π共轭分子的液晶和物理性质评价。特别是，在液晶[2]轮烷中，通过循环伏安法和紫外可见吸收光谱表明，在氧化还原刺激下，环状部分围绕轴向部分可逆地移动（穿梭）。通过控制非共价相互作用和分子拓扑结构并利用超分子化学性质，我们能够控制块体状态下分子的聚集结构并阐明其物理性质。