JP2009074062A - ブロックポリマーおよびデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】被覆絶縁ブロックおよび導電性ブロックからなり、主鎖がらせん状の構造からなるポリアセチレンであるブロックポリマーであって、前記被覆絶縁ブロックは側鎖に官能基を介してアルキル鎖を有し、該アルキル鎖が主鎖の主軸と平行方向に配列しているポリアセチレンユニット構造からなるブロックからなり、前記導電性ブロックは側鎖に官能基を介して水素原子を有し、該水素原子が主鎖の主軸と平行方向に配列しているポリアセチレンユニット構造からなるブロックからなるブロックポリマー。上記のブロックポリマーと、二つ以上の電極とを有するデバイス。
【選択図】図2A
Description
有機分子と電極とを結合させる技術として金−チオール結合を利用した系が報告されている。例えば、特許文献1では、側鎖にチオールを導入した高分子の応用例としては、電極にアクリル系ポリマー、メタクリル系ポリマーの側鎖にチオールを導入した導電材料を用いた有機電池への応用が記載されている。
本発明は、この様な背景技術に鑑みてなされたものであり、分子内に絶縁被覆部と、導電性部を有し、電極とのキャリア注入が容易な分子ワイヤとして用いることができるブロックポリマーを提供するものである。
また、上記の課題を解決するブロックポリマーは、被覆絶縁ブロックおよび導電性ブロックを有し、らせん状の構造を含むブロックポリマーであることを特徴とする。
また、本発明で提供するブロックポリマーは、分子内に絶縁被覆輸送部と導電性部を有しており、電極とのキャリア注入が容易な分子ワイヤとして用いることができる。
本発明に係るブロックポリマーは、被覆絶縁ブロックおよび導電性ブロックからなり、主鎖がらせん状の構造からなるポリアセチレンであるブロックポリマーであって、前記被覆絶縁ブロックは側鎖に官能基を介してアルキル鎖を有し、該アルキル鎖が主鎖の主軸と平行方向に配列しているポリアセチレンユニット構造からなるブロックからなり、前記導電性ブロックは側鎖に官能基を介して水素原子を有し、該水素原子が主鎖の主軸と平行方向に配列しているポリアセチレンユニット構造からなるブロックからなることを特徴とする。
また、本発明に係るブロックポリマーは、被覆絶縁ブロックおよび導電性ブロックを有し、らせん状の構造を含むブロックポリマーであることを特徴とする。
本発明のブロックポリマーは、被覆絶縁ブロックおよび導電性ブロックからなり、主鎖がポリアセチレンであるブロックポリマー(以降、ブロックポリアセチレンと記す)からなる。
上記のブロックポリアセチレンは、有機溶媒中でロジウム等の遷移金属錯体を用いて、被覆絶縁ブロックを構成するアセチレンモノマーと、導電性ブロックを構成するモノマーとを連続的に重合させることで得られる。得られた重合体は立体規則的な構造をしており、主鎖のポリアセチレン鎖がらせん状の構造をしている。
図3において、導電性ブロックは、側鎖に官能基を介して水素原子を有し、該水素原子が主鎖301の主軸Mと平行方向Nに配列しているポリアセチレンユニット構造からなるブロックからなる。
前記被覆絶縁ブロックが下記一般式(1)で表される置換フェニルアセチレンの重合体のユニット構造からなるブロックであるのが好ましい。
前記導電性ブロックは側鎖に官能基を介して水素原子を有し、該水素原子が主鎖の主軸と平行方向に配列しているポリアセチレンユニット構造からなるブロックからなる。導電性ブロックの側鎖としては特に限定されるものは無く、ポリアセチレン主鎖の主軸と平行方向に配列する様に置換している水素原子である置換基を示す。
前記導電性ブロックが下記一般式(7)で表される置換フェニルアセチレンの重合体のユニット構造からなるブロックであるのが好ましい。
次に、主鎖がらせん状高分子構造からなるブロックポリマーについて説明する。
501は、らせん状高分子主鎖506及び高分子主鎖に直結した共役部位507からなる導電性のコア部を示し、502はアルキル鎖を含む非共役部位508からなる絶縁被覆層を示す。本発明のブロックポリマーは導電性コア部のみからなる導電性ブロック503と導電性コア部の周囲に絶縁被覆層を有する被覆絶縁ブロ504からなり、ブロックポリマー中に導電性ブロックが複数個あっても良いし、被覆絶縁ブロが複数個あっても良い。導電性ブロックの位置について特に限定されるものは無いが、分子の両末端にあることが望ましい。導電性ブロック及び被覆絶縁ブロの長さは少なくとも10ユニット以上あれば良いが、好ましくは50ユニット以上、10000ユニット以下である。
図5Aは分子構造の模式図であり、図5Bは螺旋構造からなる分子形状のイメージ図である。図5Cは導電性ブロックの断面図の模式図、図5Dは被覆絶縁ブロックの断面図の模式図である。
図7Aは分子構造の模式図であり、図7Bは螺旋構造からなる分子形状のイメージ図である。図7Cは導電性ブロックの断面図の模式図、図7Dは被覆絶縁ブロックの断面図の模式図である。701は、らせん状高分子主鎖708及び高分子主鎖に直結した共役部位709からなる導電性のコア部を示し、702はアルキル鎖を含む非共役部位710からなる絶縁被覆層を示す。ここでは二つの被覆絶縁ブロックと三つの導電性ブロックを有するブロックポリマーについて記述しているが、被覆絶縁ブロックに挟まれた導電性ブロックが一つでもあればよく、導電性ブロック及び被覆絶縁ブロックの数に関して特に制限されるものは無い。
図7に示したブロックポリマーと電極基板とを組み合わせたデバイスの模式図を図8AからBに示す。図8Aはデバイスを基板の横方向から俯瞰した模式図であり、図8Bは上方から俯瞰した模式図である。
絶縁基板901上に二つの被覆絶縁ブロック908、910と三つの導電性ブロック907、909、911が連続的に結合したブロックポリマーが複数個存在するデバイスについて述べる。ここでは簡略化のため、ブロックポリマー905と906を組み合わせた場合について述べる。ここではブロックポリマー905の中間の導電性ブロック909が、異なるブロックポリマー906の末端の導電性ブロック912に接触している場合について述べる。
実施例1
減圧及び窒素置換後密閉した試験管にロジウム(ノルボルナジエン)塩化物二量体29mgと、トリエチルアミン100mgと、トルエン17.5mlを入れ、30℃で30分間攪拌する。
減圧及び窒素置換後密閉した試験管にロジウム(ノルボルナジエン)塩化物二量体29mgと、トルエン15mlを入れ、0℃で15分攪拌した後、0.1mol/lの1,1,2−トリフェニルビニルリチウムのトルエン溶液2.5mlを注入し、続いてトリフェニルホスフィン100mgのトルエン溶液2.5mlを注入して30分間攪拌する。
フェニルアセチレンを3−チエニルアセチレン、4−ヘキシルオキシフェニルアセチレンを4−メチル−1−ナフチルアセチレンとした以外は実施例2と同様に操作し、ポリアセチレンブロックポリマーであるポリ((3−チエニルアセチレン)−co−(4−メチル−1−ナフチルアセチレン)−co−(3−チエニルアセチレン))が定量的に得られる。
フェニルアセチレンを1−ナフチルアセチレン、4−ヘキシルオキシフェニルアセチレンを2−ヘキシル−3−チエニルアセチレンとした以外は実施例2と同様に操作し、ポリアセチレンブロックポリマーであるポリ((1−ナフチルアセチレン)−co−(2−ヘキシル−3−チエニルアセチレン)−co−(1−ナフチルアセチレン))が定量的に得られる。
フェニルアセチレンを2−エチニルフルオレン、4−ヘキシルオキシフェニルアセチレンをN−2−エチルヘキシル−3−エチニルカルバゾールとした以外は実施例2と同様に操作し、ポリアセチレンブロックポリマーであるポリ((2−エチニルフルオレン)−co−(N−2−エチルヘキシル−3−エチニルカルバゾール)−co−(2−エチニルフルオレン))が定量的に得られる。
フェニルアセチレンを3−エチニルカルバゾール、4−ヘキシルオキシフェニルアセチレンをN、N’−ジ(2−エチルヘキシル)−2−エチニルフルオレンとした以外は実施例2と同様に操作し、ポリアセチレンブロックポリマーであるポリ((3−エチニルカルバゾール)−co−(N、N’−ジ(2−エチルヘキシル)−2−エチニルフルオレン)−co−(3−エチニルカルバゾール))が定量的に得られる。
4−ヘキシルオキシフェニルアセチレンをN−t−ブチルプロパルギルアミドとした以外は実施例2と同様に操作し、ポリアセチレンブロックポリマーであるポリ((フェニルアセチレン)−co−(N−t−ブチルプロパルギルアミド)−co−(3−エチニルカルバゾール))が定量的に得られる。
デバイス構造の作成方法を示す。
本実施例によるデバイスは図4で表されるように表、面に膜厚100nmの熱酸化膜402を有したハイドープのSi基板401に形成される。403と404は電子ビーム露光を用いたリソグラフィーにより形成したAu電極であり電極間の距離はおよそ50nmである。本電極間に上記実施例2により得られたポリアセチレンブロックポリマーをクロロホルム1.0mlに溶解させ、1.0×10-3重量%の溶液を作成する。
減圧及び窒素置換後密閉した試験管にロジウム(ノルボルナジエン)塩化物二量体0.005mmolと、トルエン1mlを入れ、0℃で15分攪拌した後、0.1mol/lの1,1,2−トリフェニルビニルリチウムのトルエン溶液0.2mlを注入し30分間攪拌した後、0.1mol/lのトリフェニルホスフィンのトルエン溶液0.3mlを注入してさらに30分間攪拌する。
減圧及び窒素置換後密閉した試験管にロジウム(ノルボルナジエン)塩化物二量体0.01mmolとトルエン3mlを入れ、0℃で15分攪拌した後、0.1mol/lの1,1,2−トリフェニルビニルリチウムのトルエン溶液0.4mlを注入し30分間攪拌した後に0.1mol/Lのトリフェニルホスフィンのトルエン溶液0.6mlを注入して更に30分間攪拌する。
デバイスの作成方法の一例を示す。
本実施例によるデバイスは図12で表されるように表面に膜厚100nmの熱酸化膜1201を有したハイドープのSi基板1202に形成される。1203、1204と1205は電子ビーム露光を用いたリソグラフィーにより形成したAu電極であり電極間の距離はおよそ100nm、電極1205の幅はおよそ100nmである。本電極間に上記実施例9により得られたポリアセチレンブロックポリマー10mgをクロロホルム10mlに溶解させ、1.0重量%の溶液を作成する。
ポリアセチレンブロックポリマーを実施例10で得られたポリマーとした以外は実施例11と同様に操作してデバイスを作製する。本デバイスでは電極1205がゲート電極として動作し、1205への電圧印加により電極1203と1204の間に流れる電流を制御する。
B 導電性ブロック
201 ポリアセチレン主鎖
202 フェニル基
203 アルキル鎖
205 コア部
204 被覆部
301 ポリアセチレン主鎖
302 フェニル基
303 コア部
401 Si基板
402 熱酸化膜
403、404 電極
405 ポリアセチレンブロックポリマー層
501 導電性コア部
502 絶縁被覆層
503 導電性ブロック
504 被覆絶縁ブロック
505 導電性ブロック
506 高分子主鎖
507 共役部位
508 非共役部位
601 絶縁膜
602 導電性基板
603 電極
604 電極
605 導電性ブロック
606 被覆絶縁ブロック
607 導電性ブロック
608 らせん状高分子ブロックポリマー
701 導電性コア部
702 絶縁被覆層
703 導電性ブロック
704 被覆絶縁ブロック
705 導電性ブロック
706 被覆絶縁ブロック
707 導電性ブロック
708 高分子主鎖
709 共役部位
710 非共役部位
801 絶縁膜
802 導電性基板
803 電極
804 電極
806 導電性ブロック
807 被覆絶縁ブロック
808 導電性ブロック
809 被覆絶縁ブロック
810 導電性ブロック
811 らせん状高分子
901 絶縁基板
902 電極
903 電極
904 電極
905 らせん状高分子
906 らせん状高分子
907 導電性ブロック
908 被覆絶縁ブロック
909 導電性ブロック
910 被覆絶縁ブロック
911 導電性ブロック
912 導電性ブロック
913 被覆絶縁ブロック
914 導電性ブロック
915 被覆絶縁ブロック
916 導電性ブロック
1001 導電性コア部
1002 絶縁被覆層
1003 導電性被覆層
1004 導電性ブロック
1005 被覆絶縁ブロック
1006 絶縁−導電性被覆ブロック
1007 被覆絶縁ブロック
1008 導電性ブロック
1101 絶縁膜
1102 導電性基板
1103 電極
1104 電極
1105 電極
1106 導電性ブロック
1107 被覆絶縁ブロック
1108 絶縁−導電性被覆ブロック
1109 被覆絶縁ブロック
1110 導電性ブロック
1111 らせん状高分子
1201 Si基板
1202 熱酸化膜
1203 電極
1204 電極
1205 電極
1206 らせん状高分子
Claims (21)
- 被覆絶縁ブロックおよび導電性ブロックからなり、主鎖がらせん状の構造からなるポリアセチレンであるブロックポリマーであって、前記被覆絶縁ブロックは側鎖に官能基を介してアルキル鎖を有し、該アルキル鎖が主鎖の主軸と平行方向に配列しているポリアセチレンユニット構造からなるブロックからなり、前記導電性ブロックは側鎖に官能基を介して水素原子を有し、該水素原子が主鎖の主軸と平行方向に配列しているポリアセチレンユニット構造からなるブロックからなることを特徴とするブロックポリマー。
- 前記ポリアセチレンの両末端に導電性ブロックを有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれかの項に記載のブロックポリマー。
- 前記被覆絶縁ブロックに挟まれた少なくとも一つの導電性ブロックを有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれかの項に記載のブロックポリマー。
- 少なくとも一つの被覆絶縁ブロックの周囲に共役部位を有することを特徴とする請求項1乃至12のいずれかの項に記載のブロックポリマー。
- 被覆絶縁ブロックおよび導電性ブロックからなり、主鎖がらせん状高分子であるブロックポリマーであって、前記被覆絶縁ブロックは側鎖に官能基を介してアルキル鎖を有し、該アルキル鎖が主鎖の主軸と平行方向に配列しているらせん状高分子構造からなるブロックからなり、前記導電性ブロックは側鎖に官能基を介して水素原子を有し、該水素原子が主鎖の主軸と平行方向に配列しているらせん状高分子構造からなるブロックからなることを特徴とするブロックポリマー。
- 前記らせん状高分子の両末端に導電性ブロックを有することを特徴とする請求項16に記載のブロックポリマー。
- 前記被覆絶縁ブロックに挟まれた少なくとも一つの導電性ブロックを有することを特徴とする請求項16または17に記載のブロックポリマー。
- 少なくとも一つの被覆絶縁ブロックの周囲に共役部位を有する請求項16乃至18のいずれかの項に記載のブロックポリマー。
- 請求項1乃至19のいずれかに記載のブロックポリマーと、二つ以上の電極とを有することを特徴とするデバイス。
- 被覆絶縁ブロックおよび導電性ブロックを有し、らせん状の構造を含むブロックポリマー。
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