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国立大学法人東海国立大学機構 黑料网ITbMの山口 茂弘 教授、広島大学大学院先進理工系科学研究科応用化学プログラムの尾坂 格 教授、三木江 翼 助教、京都大学アイセムスの深澤 愛子 教授、東京大学大学院新領域創成科学研究科の石井 宏幸 特任研究員、物質?材料研究機構の角谷 正友 主席研究員、高輝度光科学研究センターの小金澤 智之 研究員らの共同研究チームは、ポリマー半导体^[1]の化学构造を少し组み替えるだけで、电荷となる&辫颈;电子が主锁に沿って高度に非局在化し、半导体性能の一つである电荷移动度^[2]が20倍以上向上することを発见しました。
ポリマー半导体は、印刷プロセスで簡便に薄膜化できる半導体であり、有機トランジスタや有機薄膜太陽電池などの次世代のプリンテッドデバイス^[3]への応用が期待されています。しかし、これらデバイスの性能を左右する電荷移動度は、シリコン半導体などに比べて著しく低い値を示します。そのため、高い電荷移動度を示すポリマー半导体の開発が強く求められています。
ポリマー半导体には、ポリマー主锁に沿った「主鎖内」とポリマー主锁同士の重なりを介した「主鎖間」の２つの電荷輸送パスがあります。従来は、律速である「主鎖間」の電荷輸送性を改善することが材料開発の指針でしたが、研究の進展とともに「主鎖間」の電荷輸送性の改善だけでは電荷移動度を向上させることは難しくなっていました。共同研究チームは今回、以前に開発していたポリマー半导体の化学構造を少し組み替えてやることで、電荷となるπ電子が主鎖に沿って高度に非局在化し、これまで着目されていなかった「主鎖内」の電荷輸送性が高まることを発見しました。その結果、ポリマー半导体の電荷移動度を著しく向上させることに成功しました。
本研究で見出した「主鎖内」の電荷輸送性を高める新たな分子デザイン手法を応用することで、さらに電荷移動度の高いポリマー半导体の開発が期待できます。

本研究成果は、2021年10月22日１３時（日本時間）にアメリカ化学会の科学誌「Chemistry of Materials」にオンライン掲載されました。

【ポイント】

?ポリマー半导体の化学構造を少し組み替えるだけで、π電子がポリマー主锁に沿って高度に広がることを発見した。
?これまで着目されていなかったポリマー主锁内の電荷輸送性の向上に成功し、ポリマー半导体の電荷移動度が著しく向上した。

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【用语説明】

[1] ポリマー半导体
炭素―炭素単结合と二重结合が交互に连なった&辫颈;共役构造を主锁にもつ有机高分子化合物（プラスチック）。&辫颈;共役系ポリマーとも呼ばれ、起源は白川英树（2000年ノーベル化学赏受赏）らにより开発されたポリアセチレンにあり、日本発祥の材料である。プラスチックでありながら半导体の性质を持つ。有机溶剤に溶けて、薄膜を形成するため、印刷できる半导体として、プリンテッドデバイスに応用されている。

[2] 電荷移動度
半导体中を电荷（ホールまたは电子）が移动する速さを示す。一般に、肠尘2/痴蝉の単位を用いる。电界効果トランジスタの电流―电圧特性からその値を求めることができる。

[3] プリンテッドデバイス
インク化した半导体材料を印刷プロセスにより、大面积の电子デバイス作製を可能にする技术。特に、有机半导体を用いると、安価かつ軽量で柔らかいといった特长を持つことから、滨辞罢センサーやモバイル?ウェアラブル电源など、新しい応用を切り开く次世代の电子デバイスとして注目を集めている。代表的なものとして、有机トランジスタや有机薄膜太阳电池がある。

【论文情报】

?論文のタイトル：“Extended π-Electron Delocalization in Quinoid-Based Conjugated Polymers Boosts Intrachain Charge Carrier Transport ”
?著者：Tsubasa Mikie, Masahiro Hayakawa, Kenta Okamoto, Keitaro Iguchi, Shuhei Yashiro, Tomoyuki Koganezawa, Masatomo Sumiya, Hiroyuki Ishii, Shigehiro Yamaguchi, Aiko Fukazawa, Itaru Osaka
?掲載雑誌：Chemistry of Materials
?DOI : 10.1021/acs.chemmater.1c02072
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【研究代表者】