研究内容 
従来の電子材料はシリコンに代表されるような固体材料が研究されてきました。
舟橋研究室では、液晶や高分子のような柔らかい材料に注目し、ソフトな電子システムの構築と応用を目指します。曲げたり伸ばしたりできる半導体や、将来的には‘感じる’半導体が実現していきたいと思います。
高度な光電子機能を実現するためには、有機半導体にナノ構造を導入する必要があります。液晶や高分子には分子の自己組織化やミクロ相分離を利用することにより比較的容易にナノ構造を導入することができます。柔らかいナノ構造を利用して、複数の物性がカップリングする多重機能材料の創製を目指します。
 
 
 これまでの主要な研究成果と研究テーマ
 1.液晶性半導体の開発と液晶相での電気伝導機構の解明 研究内容
電気を流さないと思われていた液晶が半導体に!分子を液晶性を利用して並べることにより、新しい電子機能が発現!
従来、液晶材料は誘電体として取り扱われていました。1990年代半ばより、分子内に大きなπ電子共役系を導入する事により導入すれば、電気を流す液晶を実現できる事が明らかになってきました。当研究室の舟橋は世界で最初に、光伝導性液晶の合成・評価 に成功し、当該分野の研究をリードしてきました。
 
 
 
 2.液晶性半導体を用いたフレキシブルデバイスの作製と評価 研究内容
液晶性半導体を用いて曲げられるトランジスターができた!
液晶性半導体は高いキャリア移動度と柔軟性を兼ね備えています。液晶相で駆動できる電界効果型トランジスターを世界で初めて実 現しました。液晶と言っても、ワックス状の高次スメクティック相、あるいは、ソフトクリスタル相と言われているものになります。高分子 上二デバイスを作成すると、フレキシブルなデバイスを作成できます。
 
 
 
 3.側鎖型液晶性高分子半導体の構造制御と物性 研究内容
ナノ構造を持つ側鎖型液晶性高分子半導体を実現!
最初は、ポリシロキサンの側鎖に液晶性半導体ユニットを導入するだけのつもりで始めた研究だったのですが、思いの外、色々 な発見がありました。現在展開している、ナノ相分離型液晶性半導体の原型になった研究です。
 
 
 
 4.イオン性部位を持つ液晶性半導体 研究内容
直流電圧印加で色が変わるエレクトロクロミック液晶を実現!
私が電子伝導性の液晶を、前上司の加藤隆史先生がイオン伝導性の液晶を研究しておられたので、両者をヘーゲル的に止揚 した研究テーマです。イオン伝導層と電子伝導層がナノ相分離する事により、液晶相で電解質不要のエレクトロクロミズムを実現できました。
 
 
 5. 光と相互作用する有機半導体の開発 研究内容
円偏光発光や非線形光学効果、異常光起電力効果など、光と相互作用することにより新しい電子機能を発揮する有機半導体を開発します。フェニルターチオフェンを組み込んだダイマー型のコレステリック液晶を合成し、両極性の電荷輸送、円偏光発光を確認しました。
 
 
 6.側鎖にオリゴシロキサン鎖を有するナノ相分離型液晶性半導体の開発 研究内容
 液晶材料や有機半導体においては、溶解性の向上、および、分子凝集体に柔軟性を付与するため、拡張されたπ電子共役系に通常はアルキル側鎖が導入されます。当研究グループでは、液晶性半導体の側鎖にオリゴシロキサン鎖を導入すると、液晶温度領域の低温化、溶解性の増大が可能になる事を見出しました。さらに、オリゴシロキサン鎖の相互作用がナノ相分離を促進し、ソフトな超構造が形成される事が明らかになってきました。
 側鎖にオリゴシロキサン部位を導入したペリレンビスイミドやフタロシアニン誘導体が有機溶媒に対する高い溶解性と高いキャリア移動度を示し、有機半導体インクとして利用できる事を見出しました。
  
 
 7.薄膜重合可能な液晶性半導体とナノ相分離を利用した液晶性混合伝導体 研究内容
 シクロテトラシロキサン環を導入したペリレンビスイミド誘導体も液晶相を示し、薄膜状態で重合できます。
 π共役系に重合性のシクロテトラシロキサン環とトリエチレンオキシド鎖を導入したペリレンビスイミド誘導体を合成しました。室温で液晶相を示し、溶液プロセスによる薄膜化が可能です。酸蒸気に曝す事により、薄膜状態での重合が可能で、異方的電気伝導性や エレクトロクロミズムを示します。
 
 
 8.強誘電性半導体の異常光起電力効果と電界発光 研究内容
拡張されたπ電子共役系にキラルな側鎖を導入する事により、強誘電性を示す液晶性半導体の合成に成功しました。自発分極によって生成した内部電界を駆動力とするバルク光起電力効果や内部電界誘起電荷注入、偏光面の回転が可能な偏光電界発光素子等を世界で初めて実現しました。
  
 9.電子機能性ソフトマター中での電気伝導機構 研究内容
 液晶やゲルは有機半導体として広範に研究されている分子性結晶やアモルファス固体とは異なった特徴を持っています。Time-of-Flight法により広い温度・電界領域で移動度を測定し、電荷輸送機構を検討しています。
 スメクティック相やカラムナー相での電子伝導は通常ホッピング伝導でること、また、不純物が存在する場合に、電子伝導とイオン伝導が共存する事を見出しました。さらに、高次の分子凝集構造を有するソフトクリスタル相では、バンド的なメカニズムで電荷輸送が進行する事を世界で初めて見出しました。
 
 
 
舟橋研究室
創造工学部 先端マテリアル科学コース  工学研究科 材料創造工学専攻
Funahashi Group
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