異種固体界面における高分子半導体の分子鎖熱運動性と電荷形成過程

异种固态界面聚合物半导体的分子链热迁移率和电荷形成过程

• 批准号: 15J03110
• 负责人: 緒方 雄大
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J03110/
• 关键词: 高分子半導体; ポリマーブラシ; 表面開始重合; 界面; 光物性; 凝集構造; エネルギーデバイス; 偏光解析測定; 分子運動; 電荷生成; ポリ（3-アルキルチオフェン）; エバネッセント波; 過渡吸収分光測定

本年度は、ポリ(3-ヘキシルチオフェン) (P3HT)をモデル高分子半導体として、異種固体界面における分子鎖凝集構造が光電荷生成過程に及ぼす効果を検討した。界面におけるP3HTの分子鎖凝集構造を系統的に制御するために、ポリマーブラシ構造に着目した。一般に、基板表面に分子鎖の末端がグラフトされた高分子は、グラフト密度の上昇とともに基板面に対して垂直方向に伸長したコンフォメーションをとることが知られている。このような分子鎖コンフォメーションの変化はP3HTブラシの共役系にも影響すると考えられる。したがって、P3HTブラシを合成し、グラフト密度を系統的に変化させることで、P3HTの分子鎖凝集構造ひいては光電荷形成過程が制御できると予想した。P3HTブラシは、塩化鉄を用いた酸化重合に基づき、開始剤を固定化したシリコン基板上に調製した。P3HTブラシの分子量は、良溶媒で洗浄した試料を新たに調製した反応溶液に再び浸漬する操作を繰り返すことで制御できることを見出した。また、P3HTブラシのグラフト密度は、フッ化テトラ-n-ブチルアンモニウム(TBAF)を用いたdegraft法を用いることにより制御できることを見出した。P3HTブラシの光物性は偏光解析測定に基づき評価した。その結果、グラフト密度の減少とともにP3HTの共役長が低下し、あるグラフト密度以下では一定になることを見出した。また、このグラフト密度は分子量の-1乗に比例して減少した。この結果は、ポリマーブラシに特有なマッシュルーム-ブラシ転移がP3HTブラシの共役構造に影響を及ぼすことを示唆している。以上の結果から、グラフト密度に依存して変化したP3HTブラシの共役長は、ポリマーブラシに特有なマッシュルーム-ブラシ転移に由来する分子鎖のコンフォメーションの変化によって説明できると結論した。

今年，我们使用聚（3-己基噻吩）（P3HT）作为模型聚合物半导体，研究了不同固体界面的分子链聚集结构对光电荷产生过程的影响。为了系统地控制P3HT在界面处的分子链聚集结构，我们重点研究了聚合物刷结构。通常，已知分子链末端接枝到基材表面上的聚合物随着接枝密度的增加而呈现在垂直于基材表面的方向上延伸的构象。人们认为分子链构象的这种变化也会影响P3HT刷的共轭系统。因此，我们期望通过合成P3HT刷并系统地改变接枝密度，我们可以控制P3HT的分子链聚集结构，进而控制光电荷的形成过程。 P3HT 刷是在硅基底上通过氯化铁氧化聚合的固定引发剂制备的。我们发现，通过将用良溶剂洗涤的样品重复浸入新制备的反应溶液中的过程，可以控制P3HT刷的分子量。我们还发现，可以通过使用四正丁基氟化铵（TBAF）的脱接枝方法来控制 P3HT 刷的接枝密度。 P3HT 刷的光学特性根据椭圆光度测量进行评估。结果，我们发现P3HT的共轭长度随着接枝密度的降低而减小，并且在低于一定接枝密度时变得恒定。此外，该接枝密度与分子量的-1次方成比例地降低。这一结果表明，聚合物刷所特有的蘑菇-刷转变会影响 P3HT 刷的共轭结构。根据以上结果，我们得出结论，P3HT刷的共轭长度根据接枝密度而变化，可以通过蘑菇-刷状转变衍生的分子链构象的变化来解释，这是聚合物所特有的刷子。

项目成果

ポリ(3-ヘキシルチオフェン)の光電荷形成過程と分子鎖熱運動特性

聚(3-己基噻吩)光电荷形成过程及分子链热动力学性质

• 发表时间: 2015
• 作者: Yudai Ogata;Daisuke Kawaguchi;Jan Genzer;Keiji Tanaka;緒方雄大;Yudai Ogata;緒方雄大
• 通讯作者: 緒方雄大

Multi-Step Swelling of Thin Nafion Films Studied by Neutron and Optical Reflectivity

通过中子和光反射率研究 Nafion 薄膜的多步膨胀

• 发表时间: 2015
• 作者: Y. Ogata;D. Kawaguchi;N. L. Yamada;and K. Tanaka
• 通讯作者: and K. Tanaka

Optical Properties of Surface-grafted Poly(3-hexylthiophene) by Oxidative Coupling Polymerization

氧化偶联聚合表面接枝聚(3-己基噻吩)的光学性质

• 发表时间: 2017
• 作者: Yudai Ogata;Daisuke Kawaguchi;Jan Genzer;Keiji Tanaka
• 通讯作者: Keiji Tanaka

Impact of Alkoxy Chain Length on Carbazole-based, Visible Light-driven, Dye Sensitized Photocatalytic Hydrogen Production

烷氧基链长对咔唑基、可见光驱动、染料敏化光催化制氢的影响

• DOI: 10.1039/c5ta04991a
• 发表时间: 2015
• 期刊: Journal of Materials Chemistry A
• 影响因子: 11.9
• 作者: Motonori Watanabe;Hidehisa Hagiwara;Yudai Ogata;Aleksandar Staykov;Sean R. Bishop;Nicola H. Perry;Yuan Jay Chang;Shintaro Ida;Keiji Tanaka;Tatsumi Ishihara
• 通讯作者: Tatsumi Ishihara

Confinement Effect on the Effective Viscosity of Plasticized Polymer Films

• DOI: 10.1021/acs.macromol.5b01780
• 发表时间: 2015-10-27
• 期刊: MACROMOLECULES
• 影响因子: 5.5
• 作者: Chen, F.;Peng, D.;Tsui, O. K. C.
• 通讯作者: Tsui, O. K. C.