【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.17】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24MS0025
利用課題名 / Title
π拡張ペリレンジイミドの自己組織会合体における電子輸送性能評価
利用した実施機関 / Support Institute
自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials
キーワード / Keywords
π拡張ペリレンジイミド、自己組織化、半導体性能,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
高橋 雅樹
所属名 / Affiliation
静岡大学工学部化学バイオ工学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
山本 青依
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
湊 丈俊
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
π拡張ペリレンジイミド（PDI）誘導体の自己組織化によって形成されるπ積層会合体の電子輸送特性を、走査型プローブ顕微鏡（SPM）により解析した。水素結合能の有無により構造が異なる2種のπ拡張PDIを比較した結果、水素結合性を有する誘導体において繊維状の自己組織構造が形成され、非水素結合性誘導体と比べて約10倍高い電子移動度が得られた。これにより、PDIの自己組織化が電子輸送特性の向上に寄与することを実証した。
実験 / Experimental
分子構造内のイミド窒素原子上に2-エチルヘキシル基を有するπ拡張PDI（1a）および2-ヒドロキシエチル基を有する2aを対象として測定実験を行った。2aは水酸基に由来する水素結合能を有することから、分子間水素結合に基づく自己組織化が生じると想定されており、この機能性はAFM観察による予備実験により確認されている。両サンプルをメチルシクロヘキサン中で加熱下に完全に溶解させた後、高配向性熱分解黒鉛（HOPG）表面にスピンコートし、数週間風乾させた。その後、Nanosensors社製のダイヤモンドAFMカンチレバー（CDT-FMR、チップ半径約150 nm）を装着した電流SPM（Bruker Dimension XR Icon NanoElectrical）を用いて表面分析を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
上記条件下での測定により、1aではHOPG上に分子会合体がランダムに分散している様子が観察された。一方、2aでは、予備実験で確認された繊維状の自己組織構造が再現された。1aのスピンコート試料では、HOPGの末端部よりも中心部の膜厚が大きく、スピンコート時の遠心力により分子会合体が末端方向へ薄く広がっていることが示唆された。これに対し、2aでは末端部と中心部の膜厚差はほとんど見られず、平坦な薄膜が形成されていた。さらに、分子会合体が存在する位置において局所的なI–V測定を実施した結果、いずれのサンプルでも半導体特性を示すI–V曲線が得られ、吸収測定により得られたπ拡張PDIのエネルギーギャップに対応する印加電圧で電流の立ち上がりが確認された。複数の観測点でI–V測定を繰り返し行い、代表的な4点の測定結果を平均化したI–V曲線をもとに、空間電荷制限電流（SCLC）モデルによる解析を実施した。その結果、水素結合能を有する2aは、1aと比較して10倍を超える高い電子移動度を示すことが明らかとなった。これにより、π拡張PDIの自己組織化が電子輸送特性を大きく向上させることを示す直接的な証拠が得られた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
・共同研究者：伊澤 誠一郎 先生（東京科学大学）・矢貝 史樹 先生（千葉大学）のご協力に感謝申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 山本 青依，藤本 圭佑，岩崎 洋斗，伊澤 誠一郎，山田 悠平，矢貝 史樹，湊 丈俊，高橋 雅樹，"水素結合性π拡張ペリレンジイミドの自己組織化挙動における置換基効果" 日本化学会 第105春季年会 (2025) 2025年3月27日 ポスター発表
- 山本 青依，宮野 伸吾，藤本 圭佑，岩崎 洋斗，伊澤 誠一郎，山田 悠平，矢貝 史樹，高橋 雅樹，"水素結合性機能を有するπ拡張ペリレンジイミドの自己組織化特性" 第55回中部化学関係学協会支部連合秋季大会 2024年11月3日 ポスター発表
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件