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理研等开发出载流子迁移率为0.27cm2Vs的液晶性有机半导体

 日本理化学研究所、东京大学和高亮度光科学研究中心(JASRI)成功开发出了载流子迁移率为0.27cm2/Vs,比此前的最高值还要高10倍的液晶性有机半导体。在室温下呈柔软状态的液晶有机半导体,具有容易制作大面积薄膜的加工成形特性,但与结晶性材料相比,也存在着电子传输特性较差的问题。


  在进行分子结构设计时,东大的研究小组选用了与叶绿素结构类似的“缩环卟啉铜复合体”有机分子。该分子中,影响电子传输的π电子共轭系的尺寸大于原来的有机半导体,但按液晶分子的一般设计方法未能获得液晶物质。

  研究人员从肥皂同时拥有亲水性和疏水性部位的两亲媒性分子排列有序而且容易集结在一起的现象中获得启发,在缩环卟啉铜复合体分子旁边一侧导入亲水性侧链,在另一侧导入疏水性侧链,设计出了具有两亲媒性的分子。具体做法是导入两种侧链后加热至120℃,然后用1小时左右让其冷却至室温状态,使分子自发集结成柱状。这样,就开发出来了室温下具有液晶性的物质。

  理研,东大和JASRI的研究小组利用大型放射光设施“SPring-8”的高亮度X线,对该物质进行了结构分析。分析液晶状分子排列结构时发现,亲水性和疏水性侧链分别与其他的亲水性和疏水性侧链集结在一起,以3~4nm的间隔形成了相分离的构造。

  与此前的半导体相比,此次开发的有机半导体具有更有效地吸收太阳光的性质,因此尤其可期待应用于有机薄膜太阳能电池。

  该成果已刊登在美国化学学会(American Chemical Society)发行的学术杂志《美国化学学会杂志》(Journal of the American Chemical Society)的2008年10月22日号上。

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