JP2003285299A - Functional material or functional element and method of manufacturing the same - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a functional material or a functional element and a method of manufacturing the same, which are capable of realizing efficient removal of optical energy as an electron or a positive hole (or the phenomenon of reverse thereof) while making the most of the characteristics of a branching structure having a photoelectric transfer capability like a dendrimer. <P>SOLUTION: The branching structural part 1 like a dendrimer molecule having a photoelectric transfer capability is connected with a thin line structural part 3 possessing electrical conductivity like a carbon nanotube, thereby causing the optical antenna effect of molecules of the branching structural part 1 to be applied to a photo-electron transfer, enabling efficient absorption of optical energy, transmission thereof in the branching structure, and effective electrical removal of energy from the thin line structure 3 (or in reverse thereof, electrical energy by way of electrons and positive holes poured from the thin line structure 3 can be transferred to optical energy in the branching structural part 1). It follows then that a higher order structure constituted of the branching structural part 1 with photoelectric transfer capability and the thin line structural part 3 with electrical conductivity being coupled realizes a functional element such as an optoelectronics element. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換材料又は
素子等として好適な機能材料又は機能素子、及びその製
造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a functional material or functional element suitable as a photoelectric conversion material or element, and a method for producing the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】光と電子を変換する半導体技術によれ
ば、バンドギャップより大きなエネルギーを持つ光がｐ
−ｎ接合内の価電子帯の電子を励起することにより、電
子−正孔（ホール）対が形成され、これを電子及び正孔
として取り出すことにより、光エネルギーを電気エネル
ギーに変換することができる。2. Description of the Related Art According to semiconductor technology for converting light and electrons, light having an energy larger than the band gap is p
By exciting the electrons in the valence band in the -n junction, an electron-hole pair is formed. By taking out this as an electron and a hole, it is possible to convert light energy into electric energy. .

【０００３】また、電気エネルギーを光エネルギーに変
換する素子として、化合物半導体ダブルへテロ構造を有
するｐ−ｎ接合において、電子及び正孔の注入により再
結合を起こさせて発光を実現するＬＥＤ（発光ダイオー
ド）が実用化されている。Further, as an element for converting electric energy into light energy, an LED (light emission) which realizes light emission by injecting electrons and holes to cause recombination in a pn junction having a compound semiconductor double hetero structure Diode) has been put to practical use.

【０００４】そして、電気信号を光信号に変換し、光フ
ァイバーで伝送したのち、逆向きに変換をして電気信号
に戻す技術が、現代の通信を支えている。The technology of converting an electric signal into an optical signal, transmitting the signal through an optical fiber, and then converting the signal in the opposite direction to return it to an electric signal supports modern communication.

【０００５】半導体の結晶を用いた光−電子変換素子に
関する研究は成熟しており、その変換効率の理論限界が
明らかになってきている。これは、周期的結晶の一電子
問題に帰着でき、その光との相互作用から導かれたもの
であるが、この仮定が破綻する材料においてはこの理論
限界が当てはまるものではない。生命体においては、光
合成など、きわめて高い効率で光エネルギーを物質エネ
ルギーへと変換していることが知られている。人工合成
されたデンドリマー（Dendrimer）分子では、高効率の
光エネルギー変換が期待されている。Research on photo-electron conversion devices using semiconductor crystals has matured, and the theoretical limit of conversion efficiency has become clear. This is derived from the interaction with light that can result in the one-electron problem of a periodic crystal, but this theoretical limit does not apply to materials in which this assumption fails. It is known that in living organisms, light energy is converted into material energy with extremely high efficiency such as photosynthesis. Highly efficient light energy conversion is expected in artificially synthesized Dendrimer molecules.

【０００６】他方、近年のナノテクノロジーの飛躍的発
展により、高分子で構成されたワイヤ（細線）で微小回
路を組むことが可能となりつつある。こうした回路にお
いて、動作源として外付けの電池の代わりに、ナノサイ
ズの電池の組み込みが実現できるようになれば、ナノ領
域においてセルフコンテインドな（自給式）電気系統を
構成することが可能となり、微小な機械的作業を要求す
る各分野での応用が期待される。On the other hand, due to recent breakthroughs in nanotechnology, it is becoming possible to assemble minute circuits with wires (thin wires) made of polymers. In such a circuit, if it becomes possible to incorporate a nano-sized battery instead of an external battery as an operation source, it becomes possible to configure a self-contained (self-contained) electric system in the nano area, It is expected to be applied in various fields that require minute mechanical work.

【０００７】デンドリマーは、規則的分岐からなる階層
構造を持った巨大樹状高分子であり、例えばベンジルエ
ーテルの部分が段階的に成長（重合）したものであり、
光吸収性と共に、π電子共役によって電気伝導性も有し
ている。規則的分岐構造をモデル化した例を図２２に示
す。ここでは、階層構造の各層（図中に、骨格をなす原
子団が球状に表されている。）で２分岐しているが、他
の分岐数のものも存在し得、また、層ごとに分岐を変え
ることも考えられる。Dendrimers are large dendritic macromolecules having a hierarchical structure composed of regular branches, for example, benzyl ether moieties that grow (polymerize) in stages,
In addition to light absorption, it also has electrical conductivity due to π-electron conjugation. FIG. 22 shows an example of modeling a regular branch structure. Here, each layer of the hierarchical structure (in the figure, the atomic group forming the skeleton is represented in a spherical shape) is bifurcated, but other number of branches may exist, and each layer may have a different number of branches. It is also possible to change the branch.

【０００８】デンドリマーの構成は、図２３に例示する
ように、中心部の分子Ａ（例えばアゾベンゼン）、分岐
の枝を構成する分子Ｂ（例えばベンゼン又はベンジルエ
ーテル）、及び表面の官能基分子Ｃ（例えばメトキシ
基）からなり（D.-L. Jiang and T. Aida, “Nature”,
388 (1997) 454-456、S. Hecht and J. M. J. Frechet,
“Angew. Chem. Int. Ed.”,40 (2001), 74 ）、これら
の組み合わせにより、さまざまな種類のデンドリマーが
実際に合成されている。As shown in FIG. 23, the dendrimer is composed of a molecule A (for example, azobenzene) at the center, a molecule B (for example, benzene or benzyl ether) forming a branched branch, and a functional group molecule C (for surface). For example, methoxy group) (D.-L. Jiang and T. Aida, “Nature”,
388 (1997) 454-456, S. Hecht and JMJ Frechet,
"Angew. Chem. Int. Ed.", 40 (2001), 74), and combinations of these have actually synthesized various types of dendrimers.

【０００９】こうしたデンドリマーによれば、表面に入
射した光を捕集する光捕集機能（光アンテナ効果）によ
り、捕集された複数個の光子のエネルギーが分岐中をコ
ア部Ａの側へ伝達され、この伝達量に相当する反応、例
えばアゾベンゼン部分の異性化反応が生じる。入射光の
光エネルギーが、コア部Ａでの構造変化に変換されるこ
とになるが、これはデンドリマーの高次非線形光学効果
に基づくものである。According to such a dendrimer, the energy of a plurality of collected photons is transferred to the core portion A side during branching due to the light collecting function (optical antenna effect) of collecting light incident on the surface. Then, a reaction corresponding to this transferred amount, for example, an isomerization reaction of the azobenzene moiety occurs. The light energy of the incident light is converted into a structural change in the core part A, which is based on the higher-order nonlinear optical effect of the dendrimer.

【００１０】他方、ナノサイズの電子系を利用した材料
の制御にあたっては、電子間相互作用、電子のトランス
ファー積分、及び系の次元性の３つのパラメーターが重
要であることが分っている。即ち、これらのパラメータ
ーを順にＵ、Ｔ、ｚと書けば、Δ＝Ｕ−Ｔｚの値が、系
の金属−絶縁体転移（Mott-Hubbard転移）を支配するこ
とが知られている。On the other hand, in controlling a material using a nano-sized electron system, it has been found that three parameters, that is, electron-electron interaction, electron transfer integral, and system dimensionality are important. That is, if these parameters are written as U, T, and z in this order, it is known that the value of Δ = U−Tz dominates the metal-insulator transition (Mott-Hubbard transition) of the system.

【００１１】このような例として、量子ドット結合体に
おける多体効果がある(R. Ugajin.“Phys. Rev.”, B 5
3 (1996) 10141)。そこでは、電界効果によって量子ド
ット内の実効的なＵの値を制御することができるので、
電界効果素子としての応用が提唱されている。別の例と
しては、フラクタル結合体における物性がある。ここで
は、フラクタル構造の成長パラメーターを制御すること
によって、実効的なｚの値を調整し、系の物性を制御す
ることが可能である（R. Ugajin, S.Hirata, Y.Kuroki,
“Physica A”, 278 (2000) 312）。As such an example, there is a many-body effect in a quantum dot combination (R. Ugajin. “Phys. Rev.”, B 5
3 (1996) 10141). Since the effective U value in the quantum dot can be controlled by the electric field effect,
Application as a field effect element has been proposed. Another example is the physical properties of a fractal bond. Here, by controlling the growth parameter of the fractal structure, it is possible to adjust the effective z value and control the physical properties of the system (R. Ugajin, S.Hirata, Y.Kuroki,
“Physica A”, 278 (2000) 312).

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、デン
ドリマーは、表面で複数の光子を吸収し、その励起エネ
ルギーを中心部に伝達して、中心部で高エネルギーを凝
集することが知られている。しかし、このような効果
は、入射光より短波長の光の照射又は複数の入射光子の
エネルギーを必要とする、中心部の分子の構造異性化に
とどまり、最終的に光エネルギーを電子又は正孔として
取り出す方法は未だ提案されていない。これは、デンド
リマーの閉殻構造が、中心部からの電子又は正孔の抽出
を困難にしているためである。As described above, it is known that a dendrimer absorbs a plurality of photons on its surface, transfers its excitation energy to the central part, and agglomerates high energy in the central part. There is. However, such an effect is limited to structural isomerization of the molecule in the central part, which requires irradiation of light having a shorter wavelength than the incident light or energy of a plurality of incident photons, and finally the light energy is converted into electrons or holes. The method of taking out as is not yet proposed. This is because the closed shell structure of the dendrimer makes it difficult to extract electrons or holes from the central portion.

【００１３】本発明の目的は、デンドリマーの如き光電
変換性のある分岐構造の特長を生かしながら光エネルギ
ーを電子又は正孔として効果的に取り出すこと（或いは
その逆の現象）が実現可能な機能材料又は機能素子、及
びその製造方法を提供することにある。An object of the present invention is to provide a functional material capable of effectively taking out light energy as an electron or a hole (or vice versa) while taking advantage of the characteristics of a branched structure having a photoelectric conversion property such as a dendrimer. Alternatively, it is to provide a functional element and a manufacturing method thereof.

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、導電性
のある細線構造部（例えばカーボンナノチューブ）と、
この細線構造部に連結された光電変換性のある分岐構造
部（例えばデンドリマー）とからなる機能材料又は機能
素子に係るものである。Means for Solving the Problems That is, according to the present invention, a conductive fine wire structure portion (for example, a carbon nanotube),
The present invention relates to a functional material or a functional element including a photoelectric conversion branch structure (for example, a dendrimer) connected to the thin wire structure.

【００１５】本発明によれば、高次非線形光学効果を示
すデンドリマー分子の如き光電変換性のある分岐構造部
をカーボンナノチューブの如き導電性のある細線構造部
に連結しているので、分岐構造部の分子の光アンテナ効
果を光−電子変換に応用し、光エネルギーを効率良く吸
収し、これを分岐構造中で伝達し、細線構造部から電気
的にエネルギーを効果的に取り出すことができる（或い
はその逆に、細線構造部から注入される電子及び正孔に
よる電気的エネルギーを分岐構造部にて光エネルギーに
変換することもできる）。従って、本発明は、光電変換
性の分岐構造部と導電性の細線構造部とを連結させてな
る高次構造により、光エレクトロニクス素子やイオン交
換素子などの機能素子をはじめて実現したものである。According to the present invention, since the branched structure portion having photoelectric conversion property such as dendrimer molecule exhibiting higher-order nonlinear optical effect is connected to the conductive fine wire structure portion such as carbon nanotube, the branched structure portion is formed. The optical antenna effect of the molecule can be applied to photo-electron conversion to efficiently absorb light energy, transmit it in a branched structure, and effectively extract energy from the thin wire structure (or On the contrary, electric energy by electrons and holes injected from the thin wire structure can be converted into light energy by the branch structure). Therefore, the present invention has realized, for the first time, a functional element such as an optoelectronic element or an ion exchange element by a higher-order structure formed by connecting a photoelectric conversion branch structure portion and a conductive thin wire structure portion.

【００１６】本発明者は、デンドリマーの中心部に、通
常の金属細線を外部から結合させることは困難である
が、炭素骨格からなるカーボンナノチューブ（又は一次
元導電性ポリマー）の端部を基点として、ここにデンド
リマーの樹状分岐構造を結合させることが可能であり、
このようにして得られる分岐構造部−細線構造部の結合
に基づいて各種の素子を作成できることを見い出し、本
発明に到達したのである。そして、カーボンナノチュー
ブの如きナノサイズの材料において、分岐構造部の成長
を制御することにより、系の実効的な電子間相互作用を
調整することができ、それに応じて様々な機能を実現す
ることが可能となる。Although it is difficult for the present inventor to externally bond ordinary metal wires to the central part of the dendrimer, the end point of the carbon nanotube (or one-dimensional conductive polymer) having a carbon skeleton is used as a starting point. , Here it is possible to attach the dendrimer branching structure,
The inventors have found that various devices can be produced based on the connection of the branch structure portion-thin wire structure portion thus obtained, and arrived at the present invention. In a nano-sized material such as carbon nanotube, by controlling the growth of the branched structure part, the effective electron interaction of the system can be adjusted, and various functions can be realized accordingly. It will be possible.

【００１７】本発明の機能材料又は機能素子を再現性良
く高収率に得るには、前記細線構造部に対し前記分岐構
造部を化学結合させる工程を含む方法によって製造する
ことが望ましい。特に、細線構造部の端部を基点とし
て、有機合成法によって分岐構造部を結合又は成長させ
るのがよい。In order to obtain the functional material or functional element of the present invention with good reproducibility and high yield, it is desirable to manufacture it by a method including a step of chemically bonding the branched structure portion to the fine wire structure portion. In particular, it is preferable to bond or grow the branched structure portion by an organic synthesis method using the end portion of the thin wire structure portion as a base point.

【００１８】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の機能材料又は機能素子に
おいては、前記細線構造部が少なくとも一次元の構造を
なし、この細線構造部の基点に、分岐を伴なう成長で形
成された前記分岐構造部が連結されているのがよい。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the functional material or functional element of the present invention, the fine wire structure portion has at least a one-dimensional structure, and the fine wire structure portion is formed by growth accompanied by branching at the base point. It is preferable that the branch structure parts are connected.

【００１９】そして、前記細線構造部及び前記分岐構造
部のうち少なくとも前記細線構造部が電気伝導性を有
し、かつ前記分岐構造部が光吸収性又は発光性を有する
ことが望ましい。It is preferable that at least the thin wire structure portion of the thin wire structure portion and the branch structure portion has electrical conductivity, and the branch structure portion has light absorbing property or light emitting property.

【００２０】高機能化のためには、前記細線構造部に前
記分岐構造部が複数個連結されていること、前記分岐構
造部がフラクタル性を有し、前記細線構造部の基点から
分岐を伴なう成長により形成されていることが望まし
い。In order to improve the function, a plurality of the branch structure parts are connected to the thin wire structure part, the branch structure part has a fractal property, and a branch is provided from a base point of the thin wire structure part. It is desirable that the film is formed by groWth growth.

【００２１】また、材質的には、前記分岐構造部がデン
ドリマーの如き階層的樹状分岐により形成されているこ
と、前記細線構造部が炭素骨格、特にカーボンナノチュ
ーブの炭素骨格を有することがよい。In terms of material, it is preferable that the branched structure portion is formed by hierarchical dendritic branching such as a dendrimer, and the thin wire structure portion has a carbon skeleton, particularly a carbon skeleton of carbon nanotube.

【００２２】この場合、炭素骨格を有する前記細線構造
部に対して、前記分岐構造部が、前記細線構造部のダン
グリングボンドを基点として化学結合により連結されて
いるのがよく、また前記分岐構造部が有機分子の段階的
成長によって形成されており、π電子共役による電気伝
導性を示すことが望ましい。In this case, it is preferable that the branched structure portion is connected to the thin wire structure portion having a carbon skeleton by a chemical bond with a dangling bond of the thin wire structure portion as a base point. It is desirable that the part is formed by stepwise growth of organic molecules and exhibits electrical conductivity by π electron conjugation.

【００２３】本発明の機能材料又は機能素子は、前記分
岐構造部において吸収された光のエネルギーが前記細線
構造部を介して電気エネルギーとして取り出される光電
変換素子、特に太陽電池素子として構成されてよい。The functional material or functional element of the present invention may be configured as a photoelectric conversion element, particularly a solar cell element, in which the energy of light absorbed in the branch structure portion is extracted as electric energy through the thin wire structure portion. .

【００２４】この場合、十分な出力を生じるには、前記
太陽電池素子の複数個が集積化又は並置されているのが
よい。また、前記細線構造部において電子又はホールに
よって前記電気エネルギーが取り出され、前記分岐構造
部に残る正孔又は電子が電極を介して取り出される場
合、前記細線構造部の複数個が前記分岐構造部の側で対
向しており、これらの細線構造部のそれぞれから前記電
子又はホールが取り出されると、効率的な動作を行え
る。このためには、複数個の前記細線構造部のフェルミ
準位に不整合を生じさせ、それらの界面に内部電場を生
じさせるが、これは、前記各細線構造部がカーボンナノ
チューブからなり、これらに互いに異なる金属原子がド
ープされることによって実現可能である。In this case, in order to generate a sufficient output, it is preferable that a plurality of the solar cell elements are integrated or arranged side by side. Further, when the electric energy is taken out by electrons or holes in the thin line structure part and holes or electrons remaining in the branch structure part are taken out through an electrode, a plurality of the thin line structure parts are formed in the branch structure part. When the electrons or holes are taken out from each of these thin wire structure portions, they face each other, and efficient operation can be performed. For this purpose, the Fermi levels of the plurality of fine wire structure parts are mismatched and an internal electric field is generated at the interface between them, which means that each fine wire structure part is composed of carbon nanotubes. It can be realized by doping different metal atoms.

【００２５】本発明の機能材料又は機能素子はまた、前
記分岐構造部において特定波長又は波長域の光が検出さ
れる光検出器として構成可能である。The functional material or functional element of the present invention can also be configured as a photodetector for detecting light of a specific wavelength or wavelength range in the branch structure portion.

【００２６】また、前記導電性が電子によって生じる前
記細線構造部と、前記導電性が正孔によって生じる前記
細線構造部とが、前記分岐構造部の側で対向した状態
で、電気的に制御されるダイオード構造に構成されてよ
い。Further, the fine wire structure portion whose conductivity is generated by electrons and the fine wire structure portion whose conductivity is generated by holes are electrically controlled in a state of facing each other on the side of the branch structure portion. May be configured in a diode structure.

【００２７】この場合、前記ダイオード構造に電子及び
正孔を注入することによって、前記分岐構造部において
発光させる発光素子として構成可能であり、例えば前記
発光素子がキャビティ内に形成され、発光波長が選択さ
れるレーザーとして構成されてよい。In this case, by injecting electrons and holes into the diode structure, it can be configured as a light emitting element that emits light in the branch structure portion. For example, the light emitting element is formed in a cavity and an emission wavelength is selected. May be configured as a laser.

【００２８】本発明の機能材料又は機能素子はまた、前
記細線構造部及び前記分岐構造部においてイオン又は分
子が輸送されるイオン輸送又は分子輸送機能を有するよ
うに構成できる。The functional material or functional element of the present invention can also be configured to have an ion transporting or molecule transporting function for transporting ions or molecules in the thin wire structure portion and the branch structure portion.

【００２９】この場合、前記分岐構造部において外部と
の間でイオン交換又は分子交換が行われ、また前記分岐
構造部の各分岐における伝導が一次元方向に行われ、そ
の伝導方向に直交する方向への拡散や緩和が抑制される
構造となっており、また前記細線構造部の複数個が前記
分岐構造部の側で対向した状態で、前記複数の細線構造
部間で前記イオン交換又は分子交換が行われるフィルタ
ー素子として構成されてよい。このフィルター素子は複
数配置されるのがよい。In this case, ion exchange or molecular exchange is performed with the outside in the branch structure portion, and conduction in each branch of the branch structure portion is performed in a one-dimensional direction, and a direction orthogonal to the conduction direction. Has a structure in which diffusion or relaxation into the thin wire structure parts is suppressed, and the ion exchange or the molecular exchange is performed between the plurality of thin wire structure parts in a state where a plurality of the thin wire structure parts face each other on the branch structure part side. May be configured as a filter element. It is preferable that a plurality of the filter elements are arranged.

【００３０】本発明の機能材料又は機能素子は、前記細
線構造部の複数個が、前記分岐構造部を連結したワイド
ギャップ半導体部により接続されており、このワイドギ
ャップ半導体部を介して前記複数の細線構造部がｐ型又
はｎ型半導体構造部として接続されることにより、光励
起された前記分岐構造部の表面から核に移動した電子−
正孔対を分離可能なｐ−ｉ−ｎ構造に構成されてよい。In the functional material or the functional element of the present invention, a plurality of the fine wire structure portions are connected by a wide gap semiconductor portion connecting the branch structure portions, and the plurality of thin gap structure portions are connected via the wide gap semiconductor portion. Electrons transferred from the surface of the photoexcited branch structure to the nucleus by connecting the thin wire structure as a p-type or n-type semiconductor structure.
It may be configured in a pin structure capable of separating hole pairs.

【００３１】この場合、前記複数の細線構造部がそれぞ
れ電極に接続されていて、この複数個が集積化されてい
るのがよい。In this case, it is preferable that each of the plurality of thin wire structure portions is connected to an electrode and that the plurality of thin wire structure portions are integrated.

【００３２】また、本発明の機能材料又は機能素子は、
溶媒中に存在していて、光励起された前記分岐構造部の
表面から核に移動した電子−正孔対のうち、一方は前記
細線構造部へ移動し、他方は溶媒中に放出されるように
構成してもよい。The functional material or functional element of the present invention is
Among the electron-hole pairs existing in the solvent and moved to the nucleus from the surface of the photoexcited branch structure, one moves to the fine wire structure and the other is released into the solvent. You may comprise.

【００３３】この場合、前記細線構造部の端部及び前記
溶媒中にそれぞれ電極が存在していて、この複数個が集
積化されているのがよい。In this case, it is preferable that electrodes are present in the end portion of the thin wire structure portion and in the solvent, and that a plurality of electrodes are integrated.

【００３４】また、前記細線構造部の複数個が前記分岐
構造部の側で対向しており、前記基点を境として一方の
細線構造部が電子親和性、他方の細線構造部が正孔親和
性であり、光励起された前記分岐構造部の表面から核に
移動した電子−正孔対のうち、一方は電子親和性の細線
構造部へ移動し、他方は正孔親和性の細線構造部へ移動
するように構成されてもよく、また例えば複数の前記細
線構造部の各端部が電極に接続されていてよい。Further, a plurality of the thin line structure portions are opposed to each other on the branch structure portion side, and one thin line structure portion has an electron affinity and the other thin line structure portion has a hole affinity with the base point as a boundary. Of the electron-hole pairs that have moved from the surface of the photoexcited branch structure portion to the nucleus, one moves to the electron-affinity thin wire structure portion, and the other moves to the hole-affinity thin wire structure portion. And each end of the plurality of thin wire structure portions may be connected to an electrode.

【００３５】本発明の機能材料又は機能素子の製造方法
においては、前記細線構造部の基点において、有機合成
法によって前記分岐構造部を結合させるのがよい。或い
は、前記細線構造部に対して前記分岐構造部の原料を拡
散によって到達させ、成長させることができ、例えば、
前記分岐構造部を前記細線構造部の２箇所以上で成長さ
せることにより、フラクタル性を有する分岐構造部を同
時に複数個形成するのがよい。In the method for producing a functional material or functional element of the present invention, it is preferable that the branched structure portion is bonded at the base point of the thin wire structure portion by an organic synthesis method. Alternatively, the raw material of the branched structure portion can be made to reach the thin wire structure portion by diffusion and grown, for example,
It is preferable that a plurality of branch structure parts having a fractal property are simultaneously formed by growing the branch structure parts at two or more places of the thin wire structure part.

【００３６】本発明の目的を実現する上で、前記細線構
造部の平均的な長さは５０〜３００ｎｍ、平均的な径は
１〜１０ｎｍであることが望ましい。また、単数又は複
数の機能素子が一定の方向に整列しながら集積化され或
いは凝集状態をなしていてよいが、これ以外に、透光性
の媒体中に一定の方向に整列しながら分散されていてよ
いが、前者及び後者ともに機能素子の分布密度は１０〜
３０容量％（素子本数で１００億〜３００億本／ｍ
ｍ²）であるのがよい。In order to realize the object of the present invention, it is desirable that the fine wire structure portion has an average length of 50 to 300 nm and an average diameter of 1 to 10 nm. Further, a single or a plurality of functional elements may be integrated or aggregated while being aligned in a certain direction, but in addition to this, they may be dispersed in a transparent medium while being aligned in a certain direction. However, the distribution density of the functional elements in both the former and the latter is 10 to 10.
30% by volume (10 to 30 billion elements / m in number of elements)
m ² ) is preferable.

【００３７】いずれの場合も、機能素子を一定の形状又
は状態に保持しておくことが必要であるが、例えば図１
０の如き集積又は凝集状態となるように、機能素子を整
列させて整列方向に一定の荷重をかけ、或いは透光性フ
ィルムで両側から挟着したり、バインダでフィルム状に
成形して埋設することもできる。In any case, it is necessary to keep the functional element in a constant shape or state, for example, as shown in FIG.
The functional elements are aligned and given a constant load in the alignment direction so as to be in an integrated or aggregated state such as 0, sandwiched from both sides with a translucent film, or molded into a film with a binder and embedded. You can also

【００３８】以下、本発明の好ましい実施の形態を図面
参照下に説明する。Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００３９】＜各種機能素子の構造とその機能＞本発明
に基づく機能素子の構造とその機能について、各素子毎
に説明する。<Structure and Function of Various Functional Elements> The structure and function of the functional element according to the present invention will be described for each element.

【００４０】ナノ太陽電池 本発明の機能材料又は機能素子は、例えば図１に示すよ
うに、分岐構造−量子細線結合による機能素子要素から
なり、カーボンナノチューブからなる導電性の一次元細
線構造部３の基点２を介して、分岐を伴う成長がなされ
ることにより形成されるデンドリマーからなる分岐構造
部１が、一次元細線構造部３と化学結合により連結され
ていることを特徴とする構造を利用したものである。 Nano-Solar Cell The functional material or functional element of the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, a functional element element by branching structure-quantum wire coupling, and a conductive one-dimensional thin wire structure portion 3 made of carbon nanotubes. Utilizing a structure characterized in that a branched structure part 1 made of a dendrimer formed by growth accompanied by branching is connected to a one-dimensional thin wire structure part 3 by a chemical bond via a base point 2 of It was done.

【００４１】細線構造部３のカーボンナノチューブに対
して分岐構造部１のデンドリマーを結合させる方法は、
後で詳しく説明するが、ここでは概略的に説明する。例
えば図２及び図５に示すように、カーボンナノチューブ
の一端を酸処理により開裂させて生じたダングリングボ
ンドに導入されたカルボキシル基を基点とし、これにデ
ンドリマー分子の中心部の水酸基を反応させて生じたエ
ステル結合により、両者を化学結合することができる。
或いは、図６に示すように、デンドリマー分子にチオフ
ェン化合物をエステル結合させ、このチオフェン部分を
線状に重合化し、これをカーボンナノチューブの基点に
化学結合させることもできる。なお、図３及び図４は、
図２に示した結合が複数の基点で生じ、デンドリマーが
複数個結合した状態を示す。また、図７には、カーボン
ナノチューブと反応する、末端ＯＨ基を有するデンドリ
マーの合成方法が示されている。The method of bonding the dendrimer of the branched structure portion 1 to the carbon nanotube of the thin wire structure portion 3 is as follows.
As will be described later in detail, a brief description will be given here. For example, as shown in FIGS. 2 and 5, one end of a carbon nanotube is cleaved by acid treatment to form a carboxyl group introduced into a dangling bond, and this is reacted with a hydroxyl group at the center of the dendrimer molecule. The resulting ester bond can chemically bond the two.
Alternatively, as shown in FIG. 6, a thiophene compound may be ester-bonded to the dendrimer molecule, the thiophene portion may be linearly polymerized, and this may be chemically bonded to the base point of the carbon nanotube. In addition, FIG. 3 and FIG.
The bond shown in FIG. 2 occurs at a plurality of base points, and a plurality of dendrimers are bonded. Further, FIG. 7 shows a method for synthesizing a dendrimer having a terminal OH group, which reacts with carbon nanotubes.

【００４２】図示した機能素子、例えば光電変換素子と
しての太陽電池について説明する。まず、半導体を用い
た従来の太陽電池の発電原理について一般的な説明を行
うと、太陽光のエネルギースペクトルは、赤外線（〜
０．３ｅＶ）から紫外線（〜４ｅＶ）である。これは、
シリコンやガリウム砒素などの半導体において、伝導帯
−価電子帯間のキャリア励起、または不純物準位−伝導
帯間もしくは価電子帯−不純物準位間のキャリア励起に
相当する大きさのエネルギーである。従って、半導体に
太陽光を照射することにより、電気伝導に寄与するキャ
リア濃度を増加させ、導電率を高くすることが可能であ
る。これを光伝導現象と呼ぶ。The functional element shown, for example, a solar cell as a photoelectric conversion element will be described. First, a general description will be given of the power generation principle of a conventional solar cell using a semiconductor.
It is from 0.3 eV) to ultraviolet rays (up to 4 eV). this is,
In a semiconductor such as silicon or gallium arsenide, the energy is equivalent to carrier excitation between the conduction band and the valence band, or carrier excitation between the impurity level and the conduction band or between the valence band and the impurity level. Therefore, by irradiating the semiconductor with sunlight, it is possible to increase the carrier concentration that contributes to electric conduction and increase the conductivity. This is called a photoconduction phenomenon.

【００４３】光伝導現象が起きた半導体に、何らかの原
因で内部電場が存在すれば、生成された過剰なキャリア
の対（電子−正孔）の分布が平衡からずれ、起電力が生
ずる。これを光起電力効果と呼ぶ。半導体の外部に負荷
抵抗を接続することにより、電流が流れ、電気的エネル
ギーを取り出すことができる。太陽電池とは、光起電力
効果を利用して、太陽光のエネルギーを電気的エネルギ
ーに変換する素子である。If an internal electric field exists for some reason in the semiconductor in which the photoconduction phenomenon has occurred, the distribution of the generated excess carrier pairs (electron-hole) is out of equilibrium and an electromotive force is generated. This is called the photovoltaic effect. By connecting a load resistor to the outside of the semiconductor, a current flows and electrical energy can be taken out. A solar cell is an element that converts the energy of sunlight into electrical energy by utilizing the photovoltaic effect.

【００４４】実際の太陽電池では、２種類の半導体又は
半導体−金属を接触させることにより、それらの界面に
生ずる内部電場を利用している。前者の例は、半導体へ
テロ界面やｐ−ｎ接合において、両側の半導体のフェル
ミ準位の違いにより生ずる電場である。後者の例は、半
導体−金属界面に形成されるショットキーバリアであ
る。In an actual solar cell, two kinds of semiconductors or semiconductor-metals are brought into contact with each other, and an internal electric field generated at the interface between them is used. An example of the former is an electric field generated at the semiconductor hetero interface or the pn junction due to the difference in the Fermi levels of the semiconductors on both sides. An example of the latter is a Schottky barrier formed at the semiconductor-metal interface.

【００４５】規則的分岐構造を持つ樹状高分子であるデ
ンドリマーは、上述したように、その表面で複数の光子
を捕獲し、それらのエネルギーを分岐構造中で中心部へ
と伝達することによって、光子１個では実現できない高
エネルギー反応を起こすことが報告されている。デンド
リマーの表面は分子が密集しているため、適当な官能基
を用いて合成すれば、高い収率を持った受光素子として
利用できる。しかしながら、現在報告されている反応例
は、光−光変換、又は中心分子の光異性化反応であり、
光−電子変換素子の応用は未だ行われていない。これ
は、デンドリマーの中心部から電子を取り出すことが困
難であるためである。Dendrimers, which are dendritic macromolecules with a regular branched structure, capture a plurality of photons on their surface and transfer their energy to the center in the branched structure, as described above. It has been reported that a single photon causes a high energy reaction that cannot be realized. Since molecules are densely packed on the surface of the dendrimer, it can be used as a light-receiving element with high yield if synthesized by using an appropriate functional group. However, the currently reported reaction examples are light-to-light conversion, or photoisomerization reaction of the central molecule,
The photo-electron conversion element has not been applied yet. This is because it is difficult to extract electrons from the central part of the dendrimer.

【００４６】また一方で、カーボンナノチューブ（M.
S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, Ph. Avouris Eds.,
“Carbon Nanotubes-Synthesis, Structure, Propertie
s, and Applications”, Springer Verlag, Berlin Hei
delberg 2001）は、高い電子伝導性を有する。これは、
カーボンナノチューブの電気伝導に授るπ電子が、通常
の量子細線中の自由電子とは異なる特異な運動を行う
（フェルミ面から立ち上がる線形のエネルギー分散を有
する。）ために、不純物散乱による後方散乱を受けない
ことに起因する。従って、カーボンナノチューブは、理
想的な一次元導体として応用可能である。On the other hand, carbon nanotubes (M.
S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, Ph. Avouris Eds.,
“Carbon Nanotubes-Synthesis, Structure, Propertie
s, and Applications ”, Springer Verlag, Berlin Hei
delberg 2001) has high electronic conductivity. this is,
Backscattering due to impurity scattering occurs because the π-electrons that impart to the electrical conduction of carbon nanotubes have a unique motion (having a linear energy dispersion rising from the Fermi surface) that is different from the free electrons in ordinary quantum wires. It is due to not receiving. Therefore, the carbon nanotube can be applied as an ideal one-dimensional conductor.

【００４７】本実施の形態では、本発明に基づいて、デ
ンドリマーとカーボンナノチューブとを基点で結合させ
た構造を用いることにより、高収率の集光、光−電子変
換、及び高効率の電子伝達を同時に実現するものであ
る。この構造を、図８に示すように、分岐面を介して２
種類対向させることにより、ｐ−ｎ接合系を構成し、こ
れを図１０の如くに配列し、一定の形状に固め、両端に
電極を設けて配線することにより、太陽電池素子を作製
できる。このような構造は、後述する他の例の素子でも
同様であってよい。In this embodiment, a structure in which a dendrimer and a carbon nanotube are bonded at a base point is used according to the present invention, whereby high-yield light collection, photo-electron conversion, and highly efficient electron transfer are achieved. Are realized at the same time. As shown in Figure 8, this structure is
A solar cell element can be manufactured by forming a pn junction system by arranging them to face each other, arranging them as shown in FIG. 10, hardening them into a certain shape, and providing electrodes at both ends and wiring. Such a structure may be the same in the devices of other examples described later.

【００４８】この場合、接合面の内部電場は、各カーボ
ンナノチューブ３に異なる種類の金属をドープすること
により、両側のフェルミ準位に差を作ることにより実現
する。図９は、対応するエネルギーバンドの概念図であ
る。ここで、ｅは電子、ｈは正孔を表し、左側がｐ型
（正孔親和性）、右側がｎ型（電子親和性）の特性を示
し、それらの界面で、バンドギャップに相当するエネル
ギーを持つ光が照射されることにより、これをデンドリ
マーからなる分岐構造部１が吸収して電子−正孔対が発
生し、内部電場によってそれぞれｎ領域のカーボンナノ
チューブ、ｐ領域のカーボンナノチューブへと加速さ
れ、ナノチューブの端部に接続した負荷抵抗により起電
力が生じる。In this case, the internal electric field at the joint surface is realized by doping the carbon nanotubes 3 with different kinds of metals to make a difference between the Fermi levels on both sides. FIG. 9 is a conceptual diagram of a corresponding energy band. Here, e represents an electron, h represents a hole, the left side shows p-type (hole affinity), and the right side shows n-type (electron affinity) characteristics, and the energy corresponding to the band gap at their interface. When the light having a wavelength of 1 is irradiated, the branched structure 1 made of a dendrimer absorbs the light to generate an electron-hole pair, and the internal electric field accelerates the carbon nanotube in the n region and the carbon nanotube in the p region, respectively. The load resistance connected to the end of the nanotube generates an electromotive force.

【００４９】上記のようにナノチューブをｐ型化又はｎ
型化するためにドープする金属としては、ｐ型の場合は
Ｉ₂やＢｒ₂等、ｎ型の場合はＫやＲｂ等をドープするこ
とができる(A. M. Rao, P. C. Eklund, Shunji Bandow,
A. Thess and R. E. Smalley,“Nature”388 (1997) 2
57-259)。As described above, the nanotube is p-typed or n-typed.
As a metal to be doped to make it a p-type, I ₂ or Br ₂ can be doped in the case of p-type, and K or Rb can be doped in the case of n-type (AM Rao, PC Eklund, Shunji Bandow,
A. Thess and RE Smalley, “Nature” 388 (1997) 2
57-259).

【００５０】また、上記したｐ−ｎ接合を有する素子を
多数個、図１０に示すように平行に並べて配置し、両端
に電極４、５を接続すれば、素子の集積化により電池と
して十分な出力を得ることができる。Further, by arranging a large number of the above-mentioned elements having the pn junction in parallel as shown in FIG. 10 and connecting the electrodes 4 and 5 at both ends, it is possible to obtain a sufficient battery as an integrated element. You can get the output.

【００５１】なお、図１１に示すように、一対のカーボ
ンナノチューブ３間にｉ型のワイドギャップ半導体部６
（例えばアモルファスシリコン）を接続し、ここに分岐
構造部１のデンドリマーを結合させると、デンドリマー
の光励起表面から中心部に移動した電子−正孔対をｐ型
カーボンナノチューブとｎ型カーボンナノチューブとに
分離することが可能となる。この場合も、図１０と同様
に集積化してもよい。As shown in FIG. 11, the i-type wide gap semiconductor portion 6 is provided between the pair of carbon nanotubes 3.
When (for example, amorphous silicon) is connected and the dendrimer of the branched structure part 1 is bonded thereto, the electron-hole pairs moved from the photoexcited surface of the dendrimer to the center are separated into p-type carbon nanotubes and n-type carbon nanotubes. It becomes possible to do. Also in this case, the integration may be performed as in FIG.

【００５２】また、図１２に示すように、一次元の細線
構造部３に対し複数の分岐構造部１を連結したり、図１
３に示すように、細線構造部３を２次元に連結し、それ
ぞれに分岐構造部１を連結することもできる。このよう
な素子構造にすれば、光吸収を一層効率良く行うことが
でき、太陽電池の性能の向上を図れる（これは、後述の
発光素子の場合も同様である）。Further, as shown in FIG. 12, a plurality of branch structure parts 1 may be connected to the one-dimensional thin wire structure part 3,
As shown in FIG. 3, the thin wire structure parts 3 may be connected two-dimensionally, and the branch structure parts 1 may be connected to each. With such an element structure, light absorption can be performed more efficiently, and the performance of the solar cell can be improved (this is also the case with a light emitting element described later).

【００５３】本実施の形態において、使用するカーボン
ナノチューブの平均長さは５０〜３００ｎｍ、平均径は
１〜１０ｎｍ、分布密度は１０〜３０容量％（１００億
〜３００億本／ｍｍ²）とする。これは、後述する他の
例の素子でも同様であってよい。In the present embodiment, the carbon nanotubes used have an average length of 50 to 300 nm, an average diameter of 1 to 10 nm, and a distribution density of 10 to 30% by volume (10 to 30 billion / mm ² ). . This may be the same for the elements of other examples described later.

【００５４】ナノＬＥＤ ＬＥＤ（発光ダイオード）は、半導体のｐ−ｎ接合に順
方向電流を流すことにより、電気的エネルギーを光エネ
ルギーに変換する素子である。順方向バイアスにより、
ｐ領域には電子が、ｎ領域には正孔が注入されるが、こ
れらの一部が各領域に多数存在するキャリア（ｐ領域で
は正孔、ｎ領域では電子）と再結合することによって、
光が生じる。 Nano LED An LED (light emitting diode) is an element that converts electrical energy into light energy by causing a forward current to flow in a pn junction of a semiconductor. With forward bias,
Electrons are injected into the p region and holes are injected into the n region, but some of them are recombined with a large number of carriers (holes in the p region and electrons in the n region) existing in each region.
Light is generated.

【００５５】本実施の形態では、本発明に基づいて、上
記のようにして分岐構造−細線構造結合から構成される
ｐ−ｎ接合を用い、図１４に示すように、ナノサイズの
ＬＥＤを実現するものである。図１５は対応するエネル
ギーバンドの概念図である。In the present embodiment, based on the present invention, a nano-sized LED is realized as shown in FIG. 14 by using the pn junction composed of the branched structure-fine wire structure bond as described above. To do. FIG. 15 is a conceptual diagram of the corresponding energy band.

【００５６】ナノレーザー 本実施の形態では、本発明に基づいて、各々の分岐構造
面を対向させることにより、互いに接触させた２つの分
岐構造−細線構造結合がダイオードを形成するので、こ
れを図１６に示すように、適当なキャビティー７を用い
ることによってキャリア及び光を閉じ込め、レーザー発
振素子として応用することができる。発光原理は上記Ｌ
ＥＤに同じであるが、波長の半分の長さのキャビティー
７を用いることにより、発振波長を制御し、高効率に発
光させることができる。[0056] In the form of nano-laser embodiment, in accordance with the present invention, by facing each branching structure surface, two branched structure which has been brought into contact with each other - so forming a wire structure coupling diode, Fig this As shown in FIG. 16, by using an appropriate cavity 7, carriers and light can be confined and applied as a laser oscillation element. The light emission principle is L above
Although the same as the ED, by using the cavity 7 having a length half the wavelength, the oscillation wavelength can be controlled and light can be emitted with high efficiency.

【００５７】ナノ光検知器 上記の太陽電池素子を用いることにより、ナノサイズの
光検知器を実現できる。即ち、集光面である分岐構造部
１を利用して光信号（特定波長又は波長域の光）の増幅
機能を実現し、これによって微弱な光信号を電気信号と
して細線構造部３を介して検出可能なデバイスを構成で
きる。この動作原理は太陽電池と同じである。 Nano Photo Detector A nano size photo detector can be realized by using the above solar cell element. That is, the function of amplifying an optical signal (light of a specific wavelength or wavelength range) is realized by using the branching structure 1 which is a light converging surface, whereby a weak optical signal is converted into an electric signal through the thin wire structure 3. Detectable devices can be configured. This operating principle is the same as that of the solar cell.

【００５８】ナノイオン交換素子 以上に述べた例は、分岐構造部の高収率光受容素子とし
ての性質を利用したものであるが、ここでは、図１７に
示すように、カーボンナノチューブ３を分岐させて連結
した細線構造部を合成し、所定の基点にて分岐構造部１
を結合させると共に、これらの各構造部を通して所定の
イオンが輸送される。 Nano Ion Exchange Element The above-described example utilizes the property of the branched structure portion as a high-yield light receiving element, but here, as shown in FIG. 17, the carbon nanotube 3 is branched. The thin line structure parts connected by the above are synthesized, and the branched structure part 1 is formed at a predetermined base point.
, And predetermined ions are transported through each of these structures.

【００５９】こうした分岐構造は、（１）単純な一次元
構造に比べ、外界と接する表面積を大きくすることがで
きる。（２）一本一本の分岐を構成する分子は一次元伝
導体であり、横方向への伝導の緩和が起きない、という
有利な性質を有する。これは、分岐構造部のデンドリマ
ーを構成するベンジルエーテルのベンゼン核がｒｉｇｉ
ｄ（剛性）であり、隣接する分岐間が構造保持されるか
らであると考えられる（このことはデンドリマーを用い
る他の例でも同様である）。例えば、生体内部におい
て、プロトンやナトリウム、カリウムイオンなど、イオ
ン交換を行っている部位は数多く存在するが、本実施の
形態による構造は、途中に分岐構造を持っているため、
それぞれの部位１において官能基がイオン交換作用を行
え、その有効表面積を増大させることができる。Such a branched structure can increase the surface area in contact with the outside world as compared with (1) a simple one-dimensional structure. (2) The molecule forming each branch is a one-dimensional conductor and has an advantageous property that relaxation of conduction in the lateral direction does not occur. This is because the benzene nucleus of benzyl ether, which constitutes the dendrimer of the branched structure, is rigi.
d (rigidity), and it is considered that this is because the structure between adjacent branches is retained (this is also the case with other examples using dendrimers). For example, in the living body, there are many sites that are exchanging ions such as protons, sodium and potassium ions, but the structure according to the present embodiment has a branched structure in the middle,
The functional group in each site 1 can perform an ion exchange action to increase its effective surface area.

【００６０】但し、このような分岐構造のチューブは合
成可能であるが、その用途は上記したイオンにとどまら
ず、より汎用性を持ち、かつより高機能を有するイオン
交換素子、又はイオン交換によるイオンのフィルタリン
グが可能なフィルター素子を実現するものである。ま
た、図８等に示した如く一対の素子を対向配置したり、
図１０の如く素子を並置することにより、より十分な量
のイオン交換を行うことができる（これは、他の例でも
同様である）。However, although such a tube having a branched structure can be synthesized, its application is not limited to the above-mentioned ion, and it has more versatility and higher function, or an ion-exchanged ion. It realizes a filter element capable of filtering. In addition, as shown in FIG. 8 and the like, a pair of elements may be arranged so as to face each other,
By arranging the elements side by side as shown in FIG. 10, a more sufficient amount of ion exchange can be performed (this is the same in other examples).

【００６１】ナノ分子交換素子 上記のイオン交換素子と同様、分子交換素子の実現が可
能である。これは、生体において、肺を通る血管が毛細
管へと分岐し、大きな表面積で外界と接することにより
酸素−二酸化炭素の交換を行う機構に類似しているが、
本実施の形態では、上記した如く、途中に分岐構造を持
ったチューブを合成することにより、酸素や二酸化炭素
にとどまらず、より汎用性を持ち、かつより高機能を有
する分子交換素子を実現するものである。 Nano-Molecular Exchange Element Like the above ion exchange element, a molecular exchange element can be realized. In living organisms, this is similar to the mechanism in which blood vessels passing through the lungs branch into capillaries and exchange oxygen-carbon dioxide by contacting the outside with a large surface area,
In the present embodiment, as described above, by synthesizing a tube having a branched structure in the middle, it is possible to realize a molecular exchange element having not only oxygen and carbon dioxide but also more versatility and higher function. It is a thing.

【００６２】湿式機能素子 図１８は、湿式機能素子、例えば湿式ナノ太陽電池の例
を示すものである。この例では、上記した機能素子を電
解質溶液（例えばポリエチレングリコール溶液にヨウ化
リチウム（０．５Ｍ）、金属ヨウ素（０．０５Ｍ）の酸
化還元対を加えたもの）８中に浸漬し、光励起された分
岐構造部１の表面から核（中心部）に移動した電子−正
孔対のうち、一方は一次元細線構造部３へ移動して電極
９に集め、他方は電解質溶液８中へ放出して電極１０に
集め、外部の負荷抵抗１１により起電力を取り出すこと
ができる。 Wet Functional Device FIG. 18 shows an example of a wet functional device, for example a wet nano solar cell. In this example, the functional element described above is immersed in an electrolyte solution (for example, a polyethylene glycol solution to which a redox couple of lithium iodide (0.5M) and metallic iodine (0.05M) is added) 8 and photoexcited. Of the electron-hole pairs that have moved from the surface of the branched structure portion 1 to the nucleus (central portion), one moves to the one-dimensional thin wire structure portion 3 and is collected in the electrode 9, and the other is released into the electrolyte solution 8. Can be collected in the electrode 10 and the electromotive force can be taken out by the external load resistor 11.

【００６３】＜機能素子の製造方法＞次に、以上に述べ
た機能素子の製造方法を説明する。<Method of Manufacturing Functional Element> Next, a method of manufacturing the functional element described above will be described.

【００６４】化学的合成法 上述した機能素子を合成するには、例えば、一次元構造
のカーボンナノチューブの基点にカルボキシル基を導入
し、これと水酸基を末端に有するデンドリマーとをエス
テル結合させることが可能である（P. R. L. Malenfan
t, and J. M. J.Frechet,“Macromolecules”, 33 (200
0) 3634参照）。 Chemical Synthesis Method In order to synthesize the above-mentioned functional element, for example, a carboxyl group can be introduced at the base point of a carbon nanotube having a one-dimensional structure, and this can be ester-bonded with a dendrimer having a hydroxyl group at the end. Is (PRL Malenfan
t, and JMJFrechet, “Macromolecules”, 33 (200
0) 3634).

【００６５】或いは、図２〜図５に示したように、カー
ボンナノチューブを開裂させ、その開裂端（ダングリン
グボンド）にカルボキシル基などを化学修飾して導入
し、これをデンドリマーの水酸基と反応させてエステル
結合させることが可能である。これについては、J. Liu
et al,“Science”,280 (1998) 1253-1255やJ. Chen e
t al,“Science”,354 (1998) 95に示されているよう
に、カーボンナノチューブを例えば濃硫酸及び濃硝酸に
より７０℃で処理して、その端部又は所定箇所を開裂
し、この開裂端にカルボキシル基を導入することができ
る。Alternatively, as shown in FIGS. 2 to 5, the carbon nanotube is cleaved, a carboxyl group or the like is chemically modified at the cleavage end (dangling bond) and introduced, and this is reacted with the hydroxyl group of the dendrimer. Can be ester-bonded. About this, J. Liu
et al, “Science”, 280 (1998) 1253-1255 and J. Chen e.
al., "Science", 354 (1998) 95, carbon nanotubes are treated with, for example, concentrated sulfuric acid and concentrated nitric acid at 70 ° C. to cleave the ends or predetermined sites, and the cleaved ends A carboxyl group can be introduced into.

【００６６】この開裂による官能基の導入については更
に、S. S. Wong et al,“Nature”,394(1998) 52-55 や
S. S. Wong et al,“J. Am. Chem. Soc.”, 120 (1998)
8557-8558に示されるように、酸素雰囲気中で、カーボ
ンナノチューブの両端に電圧をかけて切断し、開放端を
適当な有機溶媒中に置くことにより切断面を官能基で終
端することができる。Regarding the introduction of the functional group by this cleavage, SS Wong et al, “Nature”, 394 (1998) 52-55 and
SS Wong et al, “J. Am. Chem. Soc.”, 120 (1998)
As shown in 8557-8558, a cut surface can be terminated with a functional group by applying a voltage across both ends of the carbon nanotube in an oxygen atmosphere and placing the open end in an appropriate organic solvent.

【００６７】末端カルボキシル基を有するこのカーボン
ナノチューブと反応させる、末端ＯＨ基を有するデンド
リマーを合成するには、例えば図７に示したように、C.
J.Hawker and J. M. Frechet, “J. Am. Chem. So
c.”, 112 (1990) 7638に示されるＣｏｎｖｅｒｇｅｎ
ｔ法に基づいて、分岐構造の基本単位となる化合物［Ｇ
−１］−Ｂｒをフロログルシンと反応させて分岐を延ば
し、更にテトラブロモメタンとの反応物をフロログルシ
ンと反応させる工程を経る。その他、公知の方法によ
り、このデンドリマーは合成可能であり、種々の官能基
や構成成分を用いたデンドリマーの合成方法は、Li-Xin
Liao et al, “Macromolecules”, 35 (2002)319, Den
ise M. Junge et al, “J. Am. Chem. Soc.”,121 (199
9) 4912等に示されている。To synthesize a dendrimer having an end OH group to react with this carbon nanotube having an end carboxyl group, for example, as shown in FIG. 7, C.
J. Hawker and JM Frechet, “J. Am. Chem. So
C. ”, 112 (1990) 7638, Convergen.
Based on the t method, the compound [G
-1] -Br is reacted with phloroglucin to extend branching, and a reaction product with tetrabromomethane is further reacted with phloroglucin. In addition, this dendrimer can be synthesized by a known method, and a method for synthesizing a dendrimer using various functional groups and constituents is Li-Xin.
Liao et al, “Macromolecules”, 35 (2002) 319, Den
ise M. Junge et al, “J. Am. Chem. Soc.”, 121 (199
9) It is shown in 4912 mag.

【００６８】また、図６に示したように、デンドリマー
の水酸基に対してまずチオフェンジブロマイドのカルボ
キシル基を反応させてエステル結合させ、チオフェン部
位をビスチオフェンとの反応で鎖状に延ばし、この鎖状
部位にカーボンナノチューブの活性部位（例えば水酸
基）を反応させ、エーテル結合させることもできる。こ
れについては、Patrick R at el.,“Macromolecules”,
33 (2000) 3634-3640に示された方法を参照することが
できる。Further, as shown in FIG. 6, the carboxyl group of thiophene dibromide is first reacted with the hydroxyl group of the dendrimer to form an ester bond, and the thiophene moiety is extended into a chain by the reaction with bisthiophene. It is also possible to react an active site (for example, a hydroxyl group) of the carbon nanotube with the ring-shaped site to form an ether bond. About this, Patrick R at el., “Macromolecules”,
33 (2000) 3634-3640.

【００６９】上記した各公知技術を組み合わせて、一次
元有機構造とデンドリマーとを結合させることができ
る。The above-mentioned known techniques can be combined to combine the one-dimensional organic structure and the dendrimer.

【００７０】また、カーボンナノチューブはｐ−ドー
プ、ｎ−ドープの両方が可能であり（A. M. Rao, P. C.
Eklund, S. Bandow, A. Thess, and R. E. Smalley,
“Nature(London)”,388 (1997) 257）、一次元構造の
部分でｐ−ｎ接合を作成することも可能である。また５
員環、７員環の対をもつカーボンナノチューブで、半導
体−金属接合が形成されることも明らかになっている
(Z. Yao, H. W. C. Postma,L. Balents, and C. Dekke
r,“Nature (London)”, 402 (1999) 273)。Carbon nanotubes can be both p-doped and n-doped (AM Rao, PC
Eklund, S. Bandow, A. Thess, and RE Smalley,
"Nature (London)", 388 (1997) 257), it is also possible to make a pn junction in the part of a one-dimensional structure. Again 5
It has also been clarified that a semiconductor-metal junction is formed with a carbon nanotube having a pair of 7-membered ring and 7-membered ring.
(Z. Yao, HWC Postma, L. Balents, and C. Dekke
r, "Nature (London)", 402 (1999) 273).

【００７１】フラクタル成長を用いた作製法 本発明の機能材料又は機能素子は、図１９、図２０及び
図２１に示す如く、一次元又は二次元の細線構造部の基
点から分岐を伴ないながら成長して形成される分岐構造
部がフラクタル性を有することが、光電変換機能等を一
層良好とする上で望ましい。 Manufacturing Method Using Fractal Growth As shown in FIGS. 19, 20 and 21, the functional material or the functional element of the present invention is grown with branching from the origin of the one-dimensional or two-dimensional thin wire structure portion. It is desirable that the branched structure portion formed in this manner has a fractal property in order to further improve the photoelectric conversion function and the like.

【００７２】フラクタルの形成は、Dielectric breakdo
wn model（絶縁破壊モデル）により行うことが知られて
おり(A. Erzan, L. Pietronero, A. Vespignani,“Rev.
Mod. Phys.”,67 (1995) 545 、L. Niemeyer, L. Piet
ronero, H. J. Wiesmann, “Phys. Rev. Lett.”,52 (1
984) 1033 )、Y. Sawada, et al,“Phys. Rev. Let
t.”,56 (1986) 1260、D. Grier et al,“Phys, Rev. L
ett.”,56 (1986) 1264等にもフラクタルの形成方法が
述べられている。The fractal is formed by Dielectric breakdo
It is known that this is done by the wn model (dielectric breakdown model) (A. Erzan, L. Pietronero, A. Vespignani, “Rev.
Mod. Phys. ”, 67 (1995) 545, L. Niemeyer, L. Piet
ronero, HJ Wiesmann, “Phys. Rev. Lett.”, 52 (1
984) 1033), Y. Sawada, et al, “Phys. Rev. Let.
t. ”, 56 (1986) 1260, D. Grier et al,“ Phys, Rev. L.
ett. ”, 56 (1986) 1264 and the like also describe a method for forming fractals.

【００７３】例えば、デンドリマー原料を含有する電解
質溶液にカーボンナノチューブを一方の電極として浸漬
し、この状態で両電極間に所定の電圧を加えることによ
って、カーボンナノチューブに対し遠方からデンドリマ
ー原料を拡散によって到達させ、カーボンナノチューブ
の２箇所以上、更には３箇所以上でデンドリマーを成長
させる。これによって、図１９〜図２１に示すように、
一次元又は二次元のカーボンナノチューブに対しフラク
タル性を有する分岐構造部を同時に複数個形成すること
ができる。このようなフラクタル成長を実現するには、
デンドリマーの表面側で反応が分岐状に生じるように、
その表面側に官能基を導入しておく。For example, by immersing carbon nanotubes as one electrode in an electrolyte solution containing a dendrimer raw material and applying a predetermined voltage between both electrodes in this state, the dendrimer raw material reaches the carbon nanotubes from a distance by diffusion. Then, the dendrimer is grown at two or more places on the carbon nanotube, and further three or more places. As a result, as shown in FIGS.
It is possible to simultaneously form a plurality of branched structure portions having a fractal property with respect to one-dimensional or two-dimensional carbon nanotubes. To achieve such fractal growth,
As the reaction occurs in a branched form on the surface side of the dendrimer,
A functional group is introduced on the surface side.

【００７４】このようなフラクタル性の分岐構造部は、
多数のデンドリマーが各基点からフラクタル的に成長し
たものであるから、光を受容する表面積を増大させ、非
線形光学応答性を向上させることができる(Stockman et
al, “Phys. Rev. Lett.”,72 (1994) 2486 参照)。Such a fractal branched structure part is
Since a large number of dendrimers are fractally grown from each base point, the surface area for receiving light can be increased and the nonlinear optical response can be improved (Stockman et al.
al, “Phys. Rev. Lett.”, 72 (1994) 2486).

【００７５】上記のDielectric breakdown model によ
るフラクタルの形成においては、三次元空間の正方格子
Ｓ、この格子点（ｉ₁，ｉ₂，ｉ₃）∈Ｓ上にスカラー場
φ（ｉ₁，ｉ₂，ｉ₃）を定義し、電位と称する。この電
位はラプラス方程式： Δφ（ｉ₁，ｉ₂，ｉ₃）＝０ （１） に従うものとする。[0075] In the formation of fractal according to the above Dielectric breakdown model is square lattice S, the lattice points of the three-dimensional space _{(i 1, i 2, i} 3) scalar field on _{∈S φ (i 1, i 2} , i ₃ ) is defined and referred to as a potential. This potential follows Laplace equation: Δφ (i ₁ , i ₂ , i ₃ ) = 0 (1).

【００７６】これに基づいて定義する図形Ｔ_nは三次元
格子上の格子点の集合であり、Ｔ₀は、 例１：（−（２ｍ_q＋１），０，０）及び（２ｍ_ｑ＋
１，０，０）（ｍ_ｑは正の整数）を端点とする線分上の
格子点 例２：（−（２ｍ_q＋１），０，０），（２ｍ_q＋１，
０，０），（０，−（２ｍ_q＋１），０）及び（０，２
ｍ_q＋１，０）（ｍ_ｑは正の整数）を端点とする十字上
の格子点 からなり、Ｔ_n+1は順次、以下に与えるルールにより、
Ｔ_nに一格子点を付け加えることにより生成される。The figure T _n defined on the basis of this is a set of lattice points on a three-dimensional lattice, and T ₀ is given in Example 1: (-(2m _q +1), 0, 0) and (2m _q +
1,0,0) (m _q is a positive integer), an example of grid points on a line segment 2: (− (2m _q +1), 0, 0), (2m _q +1,
0,0), (0,-(2m _q +1), 0) and (0,2
m _q +1,0) (m _q is a positive integer) is composed of lattice points on a cross, and T _{n + 1} is sequentially given by the rule given below.
It is generated by adding one grid point to T _n .

【００７７】まず、Ｔ_nに含まれる各点の電位をｌと
し、無限遠点での電位を０とする。つまり、 φ（ｉ₁，ｉ₂，ｉ₃）＝０ ｗｈｅｎ（ｉ₁，ｉ₂，ｉ₃）→ ∞ （２） φ（ｉ₁，ｉ₂，ｉ₃）＝ｌ ｗｈｅｎ（ｉ₁，ｉ₂，ｉ₃）∈ Ｔ_n （３） である。この境界条件のもとでラプラス方程式（１）を
解き、各格子点の電位を決定する。Ｔ_n+1を構成するた
めに、Ｔ_nに付け加えられるべき格子点は、Ｔ_nに含まれ
ず、そしてＴ_ｎに最近接する格子点の集合Ｕ_nから選ば
れる。Ｕ_nに含まれる格子点の数をＮ_ｎと記す。First, the potential at each point included in T _n is set to 1, and the potential at the point at infinity is set to 0. That is, φ (i ₁ , i ₂ , i ₃ ) = 0 when (i ₁ , i ₂ , i ₃ ) → ∞ (2) φ (i ₁ , i ₂ , i ₃ ) = l when (i ₁ , i ₂ , i ₃ ) ∈ T _n (3). Under this boundary condition, the Laplace equation (1) is solved to determine the potential at each lattice point. To configure the T n _{+ 1,} the lattice point to be added to T _n are not included in T _n, and are selected from a set U _n grid points closest to T _n. The number of lattice points included in U _n is denoted by N _n .

【００７８】さて、Ｕ_nに含まれる各点（ｉ₁，_m，ｉ₂，
_m，ｉ₃，_m）ただし（ｍ＝１，２，・・・Ｎ_n）に対し、
その電界強度（外部から印加する電界の強度）を以下に
定義する。 Ｅｍ（α）＝｜φ（ｉ₁，_m，ｉ₂，_m，ｉ₃，_m）−１｜^α （４） Ｕ_nのある点（ｉ₁，_m，ｉ₂，_m，ｉ₃，_m）が選ばれる確
率は、その電界強度Ｅ_mＥ _m（α）に比例する。つまり、
その確率は、Now, U_nEach point (i₁，_m, I₂，
_m, I₃，_m) However, (m = 1, 2, ... N_n),
The electric field strength (the strength of the electric field applied from the outside) is shown below.
Define.     Em (α) = | φ (i₁，_m, I₂，_m, I₃，_m) -1 |^α      (4) U_nPoint (i₁，_m, I₂，_m, I₃，_m) Is selected
The rate is the electric field strength E_mE _mProportional to (α). That is,
The probability is

【数１】 である。[Equation 1] Is.

【００７９】以上の操作を繰り返すことにより、Ｔ_nを
構成していく。By repeating the above operation, T _n is constructed.

【００８０】以上に述べた本発明の実施の形態は、本発
明の技術的思想に基づいて更に変形が可能である。The embodiments of the present invention described above can be further modified based on the technical idea of the present invention.

【００８１】例えば、上述のカーボンナノチューブの末
端に導入する官能基は、カルボキシル基や硫黄化合物残
基のみならず、デンドリマーと化学結合するものであれ
ば、他の官能基であってもよい。このような官能基とし
ては例えば、Jian Chen et al,“Science”,282 (1998)
95-98に示されているアミド基であってよく、これはカ
ルボキシル基のアシル化後にアミンと反応させることに
より形成できる。For example, the functional group introduced at the end of the carbon nanotube may be not only a carboxyl group or a sulfur compound residue but also any other functional group as long as it chemically bonds to the dendrimer. Examples of such functional groups include Jian Chen et al, “Science”, 282 (1998).
It may be the amide group shown in 95-98, which can be formed by acylation of the carboxyl group followed by reaction with an amine.

【００８２】また、上述のカーボンナノチューブは、一
次元、二次元の構造、更には三次元の構造をなしていて
もよい。その他、機能素子を構成する分子配列や分子構
造も種々に変更してよい。The carbon nanotubes described above may have a one-dimensional structure, a two-dimensional structure, or a three-dimensional structure. In addition, the molecular arrangement and the molecular structure forming the functional element may be variously changed.

【００８３】また、機能素子を構成する細線構造部はカ
ーボンナノチューブが望ましいが、これ以外にも線状又
は分岐状の導電性ポリマー、例えばポリピロール、ポリ
パラフェニレン等も使用可能であり、分岐構造部のデン
ドリマーの重合度や官能基も種々変化させてよいし、デ
ンドリマー以外の導電性で光電変換性のある他の分子を
用いてもよい。Further, although the carbon nanotubes are desirable for the fine wire structure portion constituting the functional element, linear or branched conductive polymers such as polypyrrole and polyparaphenylene can also be used, and the branched structure portion can be used. The degree of polymerization and the functional group of the dendrimer may be variously changed, and other electrically conductive and photoelectric conversion molecules other than the dendrimer may be used.

【００８４】[0084]

【発明の作用効果】本発明は、上述したように、高次非
線形光学効果を示すデンドリマー分子の如き光電変換性
のある分岐構造部を導電性のある細線構造部に連結して
いるので、分岐構造部の光−電子変換作用により、光エ
ネルギーを効率良く吸収し、これを分岐構造中で伝達
し、細線構造部から電気的にエネルギーを効果的に取り
出すことができる（或いはその逆に、細線構造部から注
入される電子及び正孔による電気的エネルギーを分岐構
造部にて光エネルギーに変換することもできる）。従っ
て、本発明は、光電変換性の分岐構造部と導電性の細線
構造部とを連結させてなる高次構造により、光エレクト
ロニクス素子やイオン交換素子などの機能素子をはじめ
て実現することができる。As described above, according to the present invention, since the branch structure portion having photoelectric conversion property such as the dendrimer molecule exhibiting the higher-order nonlinear optical effect is connected to the fine wire structure portion having conductivity, Due to the photo-electron conversion action of the structure portion, light energy can be efficiently absorbed and transmitted in the branched structure, and energy can be effectively extracted from the thin wire structure portion (or vice versa, thin wire). (Electrical energy due to electrons and holes injected from the structure can also be converted into light energy in the branch structure). Therefore, the present invention can be realized for the first time as a functional element such as an optoelectronic element or an ion exchange element by a higher-order structure in which the photoelectric conversion branch structure portion and the conductive thin wire structure portion are connected.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の機能材料又は機能素子を例示する概略
図である。FIG. 1 is a schematic view illustrating a functional material or functional element of the present invention.

【図２】同、主要部（細線構造部と分岐構造部）の化学
結合状態を示す化学構造図である。FIG. 2 is a chemical structure diagram showing a chemical bonding state of main parts (fine wire structure part and branched structure part).

【図３】同、別の化学結合状態を示す化学構造図であ
る。FIG. 3 is a chemical structure diagram showing another chemical bonding state.

【図４】同、更に別の化学結合状態を示す化学構造図で
ある。FIG. 4 is a chemical structure diagram showing still another chemical bond state.

【図５】同、細線構造部に分岐構造部を連結させるプロ
セスの概略フロー図である。FIG. 5 is a schematic flow diagram of a process for connecting the branch structure part to the thin wire structure part.

【図６】同、細線構造部に分岐構造部を連結させる別の
プロセスの概略フロー図である。FIG. 6 is a schematic flow diagram of another process for connecting the branch structure part to the thin wire structure part.

【図７】同、分岐構造部を形成するプロセスの概略フロ
ー図である。FIG. 7 is a schematic flow diagram of a process for forming the branch structure portion.

【図８】本発明の実施の形態によるナノ太陽電池の概略
図である。FIG. 8 is a schematic view of a nano solar cell according to an embodiment of the present invention.

【図９】同、エネルギーバンド図である。FIG. 9 is an energy band diagram of the same.

【図１０】本発明の他の実施の形態による機能素子の配
列を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic view showing an arrangement of functional elements according to another embodiment of the present invention.

【図１１】本発明の他の実施の形態による機能素子の概
略図である。FIG. 11 is a schematic view of a functional element according to another embodiment of the present invention.

【図１２】本発明の他の実施の形態による機能素子の概
略図である。FIG. 12 is a schematic view of a functional element according to another embodiment of the present invention.

【図１３】本発明の他の実施の形態による機能素子の概
略図である。FIG. 13 is a schematic view of a functional element according to another embodiment of the present invention.

【図１４】本発明の他の実施の形態によるナノＬＥＤの
概略図である。FIG. 14 is a schematic view of a nano LED according to another embodiment of the present invention.

【図１５】同、エネルギーバンド図である。FIG. 15 is an energy band diagram of the same.

【図１６】本発明の他の実施の形態によるナノレーザー
の概略図である。FIG. 16 is a schematic view of a nanolaser according to another embodiment of the present invention.

【図１７】本発明の他の実施の形態によるナノイオン交
換素子の概略図である。FIG. 17 is a schematic view of a nano ion exchange element according to another embodiment of the present invention.

【図１８】本発明の他の実施の形態による湿式ナノ太陽
電池の概略図である。FIG. 18 is a schematic view of a wet nano solar cell according to another embodiment of the present invention.

【図１９】本発明の他の実施の形態による、フラクタル
成長の分岐構造部を有する機能素子のフタクタル成長過
程を示す概略図である。FIG. 19 is a schematic view showing a process of fractal growth of a functional device having a branch structure for fractal growth according to another embodiment of the present invention.

【図２０】本発明の他の実施の形態による、フラクタル
成長の分岐構造部を有する機能素子のフタクタル成長過
程を示す概略図である。FIG. 20 is a schematic view showing a process of fractal growth of a functional device having a branch structure for fractal growth according to another embodiment of the present invention.

【図２１】本発明の更に他の実施の形態による、フラク
タル成長の分岐構造部を有する機能素子のフタクタル成
長過程を示す概略図である。FIG. 21 is a schematic view showing a process of fractal growth of a functional device having a branch structure for fractal growth according to still another embodiment of the present invention.

【図２２】デンドリマーの概略モデル図である。FIG. 22 is a schematic model diagram of a dendrimer.

【図２３】デンドリマーを例示する化学構造図である。FIG. 23 is a chemical structure diagram illustrating a dendrimer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…分岐構造部（デンドリマー）、２…基点、３…細線
構造部（カーボンナノチューブ）、４、５、９、１０…
電極、６…ワイドギャップ半導体部、７…キャビティ
ー、８…電解質溶液、１１…負荷抵抗1 ... Branch structure part (dendrimer), 2 ... Base point, 3 ... Fine wire structure part (carbon nanotube), 4, 5, 9, 10 ...
Electrodes, 6 ... Wide gap semiconductor part, 7 ... Cavity, 8 ... Electrolyte solution, 11 ... Load resistance

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｌ 33/00 ＺＮＭ Ｈ０１Ｌ 31/04 Ａ Ｚ (72)発明者 榎本 正 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 宇賀神 隆一 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4G146 AA11 AA16 AB06 AD28 AD29 4J031 BA01 BA06 BB01 BB02 BD21 BD23 CA06 CA11 CA21 CA31 CA81 5F041 CA33 CA63 CA67 5F051 AA01 CA20 DA03 5F073 AA62 AA75 CB04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification code FI theme code (reference) // H01L 33/00 ZNM H01L 31/04 AZ (72) Inventor Tadashi Enomoto 6 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Chome 7-35 Sony Corporation (72) Inventor Ryuichi Ugagami 6-35 Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation F-term (reference) 4G146 AA11 AA16 AB06 AD28 AD29 4J031 BA01 BA06 BB01 BB02 BD21 BD23 CA06 CA11 CA21 CA31 CA81 5F041 CA33 CA63 CA67 5F051 AA01 CA20 DA03 5F073 AA62 AA75 CB04

Claims (38)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 導電性のある細線構造部と、この細線構
造部に連結された光電変換性のある分岐構造部とからな
る機能材料又は機能素子。1. A functional material or a functional element comprising a conductive fine wire structure portion and a photoelectric conversion branch structure portion connected to the thin wire structure portion. 【請求項２】 前記細線構造部が少なくとも一次元の構
造をなし、この細線構造部の基点に、分岐を伴なう成長
で形成された前記分岐構造部が連結されている、請求項
１に記載した機能材料又は機能素子。2. The thin line structure part has at least a one-dimensional structure, and the branch structure part formed by growth accompanied with branching is connected to a base point of the thin line structure part. The described functional material or functional element. 【請求項３】 前記細線構造部及び前記分岐構造部のう
ち少なくとも前記細線構造部が電気伝導性を有し、かつ
前記分岐構造部が光吸収性又は発光性を有する、請求項
１に記載した機能材料又は機能素子。3. The thin wire structure section and the branch structure section, at least the thin wire structure section has electrical conductivity, and the branch structure section has a light absorbing property or a light emitting property. Functional material or functional element. 【請求項４】 前記細線構造部に前記分岐構造部が複数
個連結されている、請求項１に記載した機能材料又は機
能素子。4. The functional material or the functional element according to claim 1, wherein a plurality of the branch structure parts are connected to the thin wire structure part. 【請求項５】 前記分岐構造部がフラクタル性を有し、
前記細線構造部の基点から分岐を伴なう成長により形成
されている、請求項２に記載した機能材料又は機能素
子。5. The branched structure portion has a fractal property,
The functional material or the functional element according to claim 2, wherein the functional material or the functional element is formed by growth with branching from a base point of the thin wire structure portion. 【請求項６】 前記分岐構造部が階層的樹状分岐により
形成されている、請求項１に記載した機能材料又は機能
素子。6. The functional material or functional element according to claim 1, wherein the branched structure portion is formed by hierarchical dendritic branching. 【請求項７】 前記細線構造部が炭素骨格を有する、請
求項１に記載した機能材料又は機能素子。7. The functional material or functional element according to claim 1, wherein the thin wire structure portion has a carbon skeleton. 【請求項８】 前記炭素骨格がカーボンナノチューブの
炭素骨格である、請求項７に記載した機能材料又は機能
素子。8. The functional material or functional element according to claim 7, wherein the carbon skeleton is a carbon skeleton of a carbon nanotube. 【請求項９】 前記炭素骨格を有する前記細線構造部に
対して、前記分岐構造部が、前記細線構造部のダングリ
ングボンドを基点として連結されている、請求項７に記
載した機能材料又は機能素子。9. The functional material or function according to claim 7, wherein the branched structure portion is connected to the thin wire structure portion having the carbon skeleton with a dangling bond of the thin wire structure portion as a base point. element. 【請求項１０】 前記連結が、化学結合によってなされ
ている、請求項９に記載した機能材料又は機能素子。10. The functional material or functional element according to claim 9, wherein the connection is made by a chemical bond. 【請求項１１】 前記分岐構造部が有機分子の段階的成
長によって形成されており、π電子共役による電気伝導
性を示す、請求項６に記載した機能材料又は機能素子。11. The functional material or functional element according to claim 6, wherein the branched structure portion is formed by stepwise growth of organic molecules and exhibits electrical conductivity by π electron conjugation. 【請求項１２】 前記分岐構造部において吸収された光
のエネルギーが前記細線構造部を介して電気エネルギー
として取り出される光電変換素子として構成される、請
求項３に記載した機能材料又は機能素子。12. The functional material or the functional element according to claim 3, wherein the functional energy or the functional element according to claim 3 is configured as a photoelectric conversion element in which the energy of light absorbed in the branch structure portion is extracted as electric energy through the thin wire structure portion. 【請求項１３】 前記光電変換素子としての太陽電池素
子の複数個が集積化又は並置されている、請求項１２に
記載した機能材料又は機能素子。13. The functional material or the functional element according to claim 12, wherein a plurality of solar cell elements as the photoelectric conversion elements are integrated or arranged side by side. 【請求項１４】 前記細線構造部において電子又はホー
ルによって前記電気エネルギーが取り出され、前記分岐
構造部に残る正孔又は電子が電極を介して取り出され
る、請求項１３に記載した機能材料又は機能素子。14. The functional material or the functional element according to claim 13, wherein the electric energy is extracted by electrons or holes in the thin wire structure portion, and holes or electrons remaining in the branch structure portion are extracted through electrodes. . 【請求項１５】 前記細線構造部の複数個が前記分岐構
造部の側で対向しており、これらの細線構造部のそれぞ
れから前記電子又はホールが取り出される、請求項１４
に記載した機能材料又は機能素子。15. The plurality of thin wire structure portions are opposed to each other on the side of the branch structure portion, and the electrons or holes are extracted from each of these thin wire structure portions.
The functional material or functional element described in 1. 【請求項１６】 複数個の前記細線構造部のフェルミ準
位に不整合を生じさせ、それらの界面に内部電場を生じ
させる、請求項１５に記載した機能材料又は機能素子。16. The functional material or the functional element according to claim 15, wherein the Fermi levels of the plurality of fine wire structure portions are mismatched and an internal electric field is generated at the interface thereof. 【請求項１７】 前記各細線構造部がカーボンナノチュ
ーブからなり、これらに互いに異なる金属原子がドープ
されている、請求項１６に記載した機能材料又は機能素
子。17. The functional material or the functional element according to claim 16, wherein each of the thin wire structure portions is made of carbon nanotubes, and these are doped with different metal atoms. 【請求項１８】 前記分岐構造部において特定波長又は
波長域の光が検出される光検出器として構成される、請
求項３に記載した機能材料又は機能素子。18. The functional material or functional element according to claim 3, which is configured as a photodetector that detects light of a specific wavelength or a wavelength range in the branch structure portion. 【請求項１９】 前記導電性が電子によって生じる前記
細線構造部と、前記導電性が正孔によって生じる前記細
線構造部とが、前記分岐構造部の側で対向した状態で、
電気的に制御されるダイオード構造に構成される、請求
項１に記載した機能材料又は機能素子。19. The thin wire structure portion in which the conductivity is generated by electrons and the thin wire structure portion in which the conductivity is generated by holes are opposed to each other on the side of the branch structure portion,
The functional material or the functional element according to claim 1, which is configured in an electrically controlled diode structure. 【請求項２０】 前記ダイオード構造に電子及び正孔を
注入することによって、前記分岐構造部において発光さ
せる発光素子として構成される、請求項１９に記載した
機能材料又は機能素子。20. The functional material or the functional element according to claim 19, which is configured as a light emitting element that emits light in the branch structure portion by injecting electrons and holes into the diode structure. 【請求項２１】 前記発光素子がキャビティ内に形成さ
れ、発光波長が選択されるレーザーとして構成される、
請求項２０に記載した機能材料又は機能素子。21. The light emitting device is formed in a cavity and is configured as a laser having a selected emission wavelength.
The functional material or functional element according to claim 20. 【請求項２２】 前記細線構造部及び前記分岐構造部に
おいてイオン又は分子が輸送される、請求項１に記載し
た機能材料又は機能素子。22. The functional material or functional element according to claim 1, wherein ions or molecules are transported in the thin wire structure portion and the branched structure portion. 【請求項２３】 前記分岐構造部において外部との間で
イオン交換又は分子交換が行われる、請求項２２に記載
した機能材料又は機能素子。23. The functional material or functional element according to claim 22, wherein ion exchange or molecular exchange is performed with the outside in the branched structure portion. 【請求項２４】 前記分岐構造部の各分岐における伝導
が一次元方向に行われ、その伝導方向に直交する方向へ
の拡散や緩和が抑制される構造となっている、請求項２
２に記載した機能材料又は機能素子。24. The structure in which conduction in each branch of the branch structure portion is performed in a one-dimensional direction, and diffusion or relaxation in a direction orthogonal to the conduction direction is suppressed.
The functional material or functional element described in 2. 【請求項２５】 前記細線構造部の複数個が前記分岐構
造部の側で対向した状態で、前記複数の細線構造部間で
前記イオン交換又は分子交換が行われるフィルター素子
として構成される、請求項２２に記載した機能材料又は
機能素子。25. A filter element, wherein a plurality of the thin wire structure portions face each other on the side of the branch structure portion, and the ion exchange or the molecular exchange is performed between the plurality of thin wire structure portions. Item 22 is a functional material or a functional element. 【請求項２６】 前記フィルター素子が複数配置され
る、請求項２５に記載した機能材料又は機能素子。26. The functional material or the functional element according to claim 25, wherein a plurality of the filter elements are arranged. 【請求項２７】 前記細線構造部の複数個が、前記分岐
構造部を連結したワイドギャップ半導体部により接続さ
れており、このワイドギャップ半導体部を介して前記複
数の細線構造部がｐ型又はｎ型半導体構造部として接続
されることにより、光励起された前記分岐構造部の表面
から核に移動した電子−正孔対を分離可能なｐ−ｉ−ｎ
構造に構成される、請求項３に記載した機能材料又は機
能素子。27. A plurality of the thin wire structure portions are connected by a wide gap semiconductor portion connecting the branch structure portions, and the plurality of thin wire structure portions are p-type or n-type via the wide gap semiconductor portion. P-i-n capable of separating an electron-hole pair that has moved from the surface of the photoexcited branch structure part to the nucleus by being connected as a type semiconductor structure part.
The functional material or functional element according to claim 3, which is configured into a structure. 【請求項２８】 前記複数の細線構造部がそれぞれ電極
に接続されている、請求項２７に記載した機能材料又は
機能素子。28. The functional material or the functional element according to claim 27, wherein each of the plurality of thin wire structure portions is connected to an electrode. 【請求項２９】 複数個が集積化されている、請求項２
８に記載した機能材料又は機能素子。29. The plurality of integrated circuits, wherein the plurality of integrated circuits are integrated.
8. The functional material or functional element described in 8. 【請求項３０】 溶媒中に存在していて、光励起された
前記分岐構造部の表面から核に移動した電子−正孔対の
うち、一方は前記細線構造部へ移動し、他方は溶媒中に
放出されるように構成される、請求項３に記載した機能
材料又は機能素子。30. Among the electron-hole pairs existing in the solvent and moved from the surface of the photoexcited branch structure to the nucleus, one moves to the fine wire structure and the other moves to the solvent. The functional material or functional element according to claim 3, which is configured to be discharged. 【請求項３１】 前記細線構造部の端部及び前記溶媒中
にそれぞれ電極が存在する、請求項３０に記載した機能
材料又は機能素子。31. The functional material or functional element according to claim 30, wherein an electrode is present in each of the end portion of the thin wire structure portion and the solvent. 【請求項３２】 複数個が集積化されている、請求項３
１に記載した機能材料又は機能素子。32. The plurality of integrated circuits as claimed in claim 3.
1. The functional material or functional element described in 1. 【請求項３３】 前記細線構造部の複数個が前記分岐構
造部の側で対向しており、前記基点を境として一方の細
線構造部が電子親和性、他方の細線構造部が正孔親和性
であり、光励起された前記分岐構造部の表面から核に移
動した電子−正孔対のうち、一方は電子親和性の細線構
造部へ移動し、他方は正孔親和性の細線構造部へ移動す
るように構成される、請求項３に記載した機能材料又は
機能素子。33. A plurality of the thin line structure portions face each other on the branch structure portion side, and one thin line structure portion has an electron affinity and the other thin line structure portion has a hole affinity with the base point as a boundary. Of the electron-hole pairs that have moved from the surface of the photoexcited branch structure portion to the nucleus, one moves to the electron-affinity thin wire structure portion, and the other moves to the hole-affinity thin wire structure portion. The functional material or the functional element according to claim 3, which is configured to: 【請求項３４】 複数の前記細線構造部の各端部が電極
に接続されている、請求項３３に記載した機能材料又は
機能素子。34. The functional material or the functional element according to claim 33, wherein each end of the plurality of fine wire structure portions is connected to an electrode. 【請求項３５】 請求項１〜３４のいずれか１項に記載
した機能材料又は機能素子を製造する方法であって、前
記細線構造部に対し前記分岐構造部を化学結合させる工
程を含む、機能材料又は機能素子の製造方法。35. A method for manufacturing the functional material or the functional element according to claim 1, comprising a step of chemically bonding the branch structure portion to the thin wire structure portion. Material or manufacturing method of functional element. 【請求項３６】 前記細線構造部の基点において、有機
合成法によって前記分岐構造部を結合させる、請求項３
５に記載した機能材料又は機能素子の製造方法。36. The branched structure portion is bonded at the base point of the thin wire structure portion by an organic synthesis method.
5. The method for producing the functional material or functional element according to item 5. 【請求項３７】 前記細線構造部に対し前記分岐構造部
の原料を拡散によって到達させ、成長させる、請求項３
５に記載した機能材料又は機能素子の製造方法。37. The raw material of the branched structure portion is made to reach the thin wire structure portion by diffusion and grown.
5. The method for producing the functional material or functional element according to item 5. 【請求項３８】 前記分岐構造部を前記細線構造部の２
箇所以上で成長させ、フラクタル性を有する分岐構造部
を同時に複数個形成する、請求項３７に記載した機能材
料又は機能素子の製造方法。38. The branch structure part is provided with the thin wire structure part 2.
38. The method for producing a functional material or a functional element according to claim 37, wherein the functional material or the functional element is grown at more than one place and a plurality of branch structure portions having fractal properties are simultaneously formed.