導電性ポリマーはどのように電気を流すのか ~IoT社会を支えるフレキシブルデバイスへ前進~

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2021-01-08 名古屋大学,科学技術振興機構

ポイント
  • 電荷濃度の精密制御により、「高結晶性」ポリマーの電気伝導を金属的状態まで制御。
  • 「結晶内」と「結晶間」の電気伝導メカニズムを、磁場効果を用いて初めて解明。
  • 高性能材料の開発につながり、フレキシブルなエレクトロニクスの発展に期待。

東海国立大学機構 名古屋大学 大学院工学研究科の伊東 裕 准教授、田中 久暁 助教、竹延 大志 教授らの研究グループは、導電性プラスチック(ポリマー)が電気を流すメカニズムを解明し、ポリマー薄膜の電気伝導を自在にコントロールしつつ電子機能を引き出す可能性を切り拓きました。

導電性ポリマーは多彩な応用が期待されますが、乱れを含んだポリマー薄膜の電気伝導を正確に理解することは従来極めて困難でした。本研究では、分子配列の秩序が極めて高い高分子薄膜に電解質を用いて高濃度に電荷を導入することで、半導体から金属的挙動を示すまで電気伝導性を自在にコントロールすることに成功しました。また、磁場と組み合わせた詳細な実験により、金属的な伝導をもたらす電子の波が薄膜中に広がるメカニズムを初めて明らかにし、従来明らかにされてこなかった伝導特性を向上させるための薄膜の構造条件を特定することに成功しました。この成果は、電気伝導特性のみではなく、温度差から発電する熱電変換性能を制御する上で重要な知見となることも分かり、IoT社会の実現に向け高分子を用いた柔らかいエレクトロニクスの広がりが期待されます。

この研究成果は、2021年1月8日付で英国科学雑誌「Communications Physics」オンライン版に掲載されます。

本研究は、JST 戦略的創造研究推進事業 CREST「ナノスケール・サーマルマネージメント基盤技術の創出」(研究総括:丸山 茂夫)における研究課題「フレキシブルマテリアルのナノ界面熱動態の解明と制御(研究代表者:柳 和宏)」(No.JPMJCR17I5)、日本学術振興会 科学研究費助成事業 新学術領域研究「π造形科学:電子と構造のダイナミズム制御による新機能創出」(領域代表:福島 孝典)における研究課題「π造形システム集合体の物性制御」(No.26102012)、基盤研究(C)「電界ドーピングによる有機半導体薄膜のキャリア制御と物性発現」(No.17K05506)、特別推進研究「イオントロニクス学理の構築」(No.25000003)、基盤研究(A)「ファンデルワールス材料を用いた革新的熱電変換デバイス」(No.17H01069)、挑戦的研究(萌芽)「オプト・イオントロニクスの創成」(No.19K22127)、基盤研究(A)「原子層人工ヘテロ構造におけるバレースピン量子光学の開拓と応用」(No.20H05664)、学術変革領域研究(A)「高密度共役の科学:電子共役概念の変革と電子物性をつなぐ」(No.20H05867)、および日中韓フォーサイト事業などによる支援を受けて行われました。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Charge Transport and Thermoelectric Conversion in Solution-Processed Semicrystalline Polymer Films under Electrochemical Doping”
DOI:10.1038/s42005-020-00510-2
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
伊東 裕(イトウ ヒロシ)
東海国立大学機構 名古屋大学 大学院工学研究科 准教授

<JST事業に関すること>
嶋林 ゆう子(シマバヤシ ユウコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ

<報道担当>
東海国立大学機構 名古屋大学 管理部 総務課 広報室
科学技術振興機構 広報課

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