Tsukuba University, Collaborative Research Institute의 자재 혁신 연구 센터, 도쿄 대학교 새로운 지역 제작 과학 대학원연례 고급 산업 과학 및 기술 연구소 AIST 및 University of Tokyo Advanced Openand Measurement Technology Open Innovation Laboratory (주 1)단수입니다분자 궤도 (주 2)모노머 유닛 (주 3)를 통합함으로써, 우리는 그것이 스피드 바카라체 중합체 사슬 사이에 우수한 전하 수송 특성을 나타낸다는 것을 보여 주었다
유기 스피드 바카라체는 저 분자량 스피드 바카라체 및 중합체 스피드 바카라체 (이와의 스피드 바카라체 중합체라고 함)의 두 가지 범주로 광범위하게 나눌 수 있습니다 소분자 스피드 바카라체에서의 전하 수송π- 접합 분자 (주 4)궤적 사이의 겹침 정도는 큰 영향을 미칩니다 따라서, 분자 조립 구조에서 궤도의 겹침을 증가시키기 위해 분자 설계가 수행되고있다 즉, 원자 레벨 정확도로분자 서열 (주 5)반면에, 반합 조합 된 중합체는 π- 접합 된 분자가 공유 결합에 의해 연결되는 거대한 분자 구조를 가지고있어서 중합체 사슬 내에서공유 본드 (주 6)를 통해 중합체 체인 내에서 전하 수송이 가능합니다 그러나, 이들 거대한 분자는 비 전통적인 방식으로 얽혀 있기 때문에, 중합체 사슬 사이의 궤도 중첩이 커지는 배열을 형성하는 것은 쉽지 않다 따라서, 주요 초점은 중합체 사슬 사이의 전하 수송을 증가시키기 위해 사슬 사이의 거리를 방향과 감소시키는 데 중점을 두었다
연구 그룹은 세로 방향으로 넓어진 π- 접합 분자 인 새로운 스피드 바카라체 중합체 PCHDTBT를 개발하여 서열을 제어하기 어려운 스피드 바카라체 폴리머에서도 전하 수송을 개선 할 수있는 중첩 궤도를 실현하기 위해 개발했다 (도 1)대형 싱크로트론 방사선 시설 Spring-8 (주 7)어셈블리 구조 분석에 의한 분기 유형 (Beamline BL46XU, BL19B2)알킬 측쇄 (주 8)의 분지 위치는 중합체 백본에서 멀어졌습니다π- 접합 평면 (주 9)방향 스타일은 기판과 평행합니다Face-on 방향 (주 10)수직Edge-on 방향 (참고 11)(그림 2)로 변경되는 것으로 밝혀졌습니다 기판과 평행 한 방향으로의 전하 수송의 경우, 중합체 사슬 사이의 전하 수송을 효과적으로 작동시킬 수있게하는 에지 온 방향을 유도하는 PCHDTBT 유도체는 중합체 체인 사이의 전하 수송을 효과적으로 작동시키지 못하게하는 얼굴 온 방향보다 최대 3 배 더 높은 이동성을 가질 수있게하는 측쇄를 유도합니다고 결정질 스피드 바카라성 중합체 (주 12)와 비슷한 이동성을 보여주었습니다 양자 화학 계산은 중합체 사슬 사이의 전하 수송이 지배적이며 스피드 바카라체 중합체 사슬 사이의 전하 수송을 향상시키는 새로운 분자 설계 기술을 개발했습니다
이 연구 결과는 2021 년 2 월 28 일 American Chemical Society (ACS)의 Academic Journal "ACS"에 발표 될 것입니다거대 분자"의 온라인 브레이킹 버전에서 출시되었습니다
이 연구는 사다리 D-A 공액 폴리머의 제휴 과학을위한 일본 과학 촉진 협회 (JSPS) 보조금 및 고 이동성 재료 (문제 번호 18K14295, Investigator : Kurosawa Tadato)를 기반으로합니다 수사관 : Okamoto Toshihiro), "첫 번째 원칙 및 조사자에 기초한 열전 변환 계산 이론 개발 : 유기 재료 유기 재료 연구 영역"응용 프로그램 "(문제 번호 18H01856, 조사관 : ISHII Hiroyuki) 및 JST) 연구 세대 (JST) 연구 영역을 활성화하는 전략적 세대 연구 기관 (JST) 연구 영역을 활성화하는 것" Microenergy "(Research General : Taniguchi Kenji) 연구 주제"유기 스피드 바카라체를위한 구조 제어 기술을 사용하여 혁신적인 열전 재료 만들기 "(문제 번호 18H01856, Investigator : Okamoto Toshihiro)
<연구 배경 및 역사>
폴리머 재료는 유연성, 기계적 강도 및 높은 성형 성으로 인해 많은 제품에 사용됩니다 차세대 전자 재료로서의 관심을 끌고있는 유기 전자 장치 분야 (주 12)에서, 스피드 바카라체 중합체의 사용은 제조 공정에서의 높은 적응성으로 인해 매우 예상된다 그러나 현재 상황은 그 성능이 소분자 스피드 바카라체의 성능보다 훨씬 뒤떨어져 있다는 것입니다
스피드 바카라체 폴리머에서, 중합체 사슬 사이의 전하 수송 가능성과 인접한 중합체 사슬 사이의 전하 수송 가능성은 고체에 걸친 전하 수송 가능성을 증가시키는 열쇠이다 많은 연구에서 중합체 사슬 내에서 전하 운송 능력을 향상시키기 위해 분자 설계에 대한 연구 결과 가보고되었지만, 중합체 사슬 사이의 전하 운송 능력과 관련하여 체인 사이의 거리를 줄이기위한 조치만이 채취되었다 이는 중합체에 고유 한 큰 분자 구조가 고 결정질 스피드 바카라 방지 폴리머의 결정 영역 내에서도 중합체 사슬의 배열을 제어하기가 어렵 기 때문이다 따라서, 고성능 스피드 바카라체 폴리머를 개발하기 위해, 중합체 사슬 사이의 전하 수송 능력을 향상시키기 위해 새로운 분자 설계 기술이 필요했다
<연구 내용>
현재까지,이 연구 그룹은 소분자 스피드 바카라체에서 분자간 궤도의 중첩을 증가시키는 분자 디자인으로서 종 방향 축 방향으로 확산되는 orto-jobital 궤도가 π- 접합 된 CHDT 골격을 개발하여 세계에서 가장 높은 수준의 이동성을 나타냅니다et al., 고급 과학 2018, http : //wwwku-tokyoacjp/info/entry/22_entry610/) 이 기사에서, 우리는 CHDT 골격을 단량체의 주요 체인으로 통합함으로써 고유 한 궤도 형태를 적극적으로 활용하는 스피드 바카라체 중합체 PCHDTBT를 개발했으며, 중합체 사슬 배열 스타일에 관계없이 쇄간 오브 렌즈의 효과적인 중첩을 실현했다 (도 1) π- 접합 평면의 방향 모드는 가용성 그룹 알킬 측쇄의 형상으로 인해 기판과 평행 한 페이스 온 방향으로부터 변화하는 것으로 밝혀졌다 (도 2) 기판과 평행 한 방향으로의 전하 수송의 경우, 중합체 사슬 사이의 전하를 효과적으로 수송하는 측쇄가있는 PCHDTBT 유도체는 중합체 사슬 사이의 전하 수송을 효과적으로 수송하지 않는 얼굴 온 방향보다 최대 3 배 더 높은 이동성을 갖는다 흥미롭게도, 양자 화학 계산은 중합체 사슬 내에서 PCHDTBT의 전하 수송 특성이 기존의 스피드 바카라체 중합체에 비해 불리한 것으로 나타 났으며, 중합체 사슬 사이의 효과적인 전하 수송을 달성하면 기존 스피드 바카라체 폴리머와 비슷한 이동성이 우수하다 이 결과는 궤도 형태에 초점을 맞추어 중합체 사슬 사이의 효율적인 전하 수송을 가능하게하는 새로운 분자 설계 방법을 보여 주었다
<미래 개발>
이 결과는 스피드 바카라체 중합체 물질의 발달에서 지금까지 분리 된 중합체 사슬 내 및 중합체 체인 사이의 전하 수송과 관련된 분자 설계를 결합 할 수있게한다 미래에 각 개인의 전하 수송 특성을 동시에 개선하여 저 분자 스피드 바카라체와 비슷한 고성능 스피드 바카라체 중합체의 개발로 이어질 것으로 예상됩니다
그림 1 : PCHDTBT의 분자 구조 및 분자 궤도 형태 궤도의 색상의 차이는 위상의 차이를 나타내며, 단량체 단위에 포함 된 CHDT에서, 내상의 궤도 (파란색)는 분자의 세로 방향 (측면 방향)으로 퍼져 있음을 알 수있다 CHDT 의이 독특한 궤도 형태는 중합체 사슬 시퀀스 스타일에 관계없이 효과적인 체인 간 궤도 겹침을 제공합니다
그림 2 : 알킬 측쇄의 형태의 차이에 의해 유도 된 중합체 사슬 (파란색 화살표) 사이의 PCHDTBT 및 전하 전송 방향의 방향 스타일 기판에 평행 한 전하 수송의 경우, 에지 온 방향은 중합체 사슬 사이의 전하 수송을 효과적으로 활용할 수있다
Kurosawa Tadaho (도쿄 대학교 뉴 지역 제작 과학 대학원 자료 부교수
Okamoto Toshihiro (도쿄 대학의 새로운 지역 제작 과학 대학원 자료 부교수/
일본 Sakigake의 연구원으로 일하는 동시에 과학 기술 기관 (JST)/
동시에 AIST 및 도쿄 대학 고급 피연산자 측정 기술 오픈 혁신 연구소의 연구원)
Takeya Junichi (도쿄 대학의 새로운 지역 제작 과학 대학원 자료학과 교수
자재 혁신 연구 센터 (MIRC)/
AIST 및 도쿄 대학의 동시 연구원, 고급 피연산자 측정 기술을위한 AIST 및 오픈 혁신 연구소/
Nanoarchitectonics 국제 센터 (WPI-MANA)
Ishii Hiroyuki (Tsukuba 대학교 수학 및 재료 조교수)
잡지 이름 : "거대 분자"(2021 년 2 월 28 일자)
논문 제목 :“Chrysenodithiophen 기반 접합 중합체 : 효율적인 분자간 캐리어 수송을 향한 고유 한 궤도 구조를 갖춘 길쭉한 융합 π- 전자 백본”
저자 : Tadanori Kurosawa, Toshihiro Okamoto, Dinghai Cen, Daiji Ikeda, Hiroyuki Ishii 및 Jun Takeya