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» 2024年01月29日 13時30分 公開

東京工大らが「超分子液晶」を作製 新たな電子デバイスの開発に期待大面積に塗布する技術も開発

東京工業大学と大阪公立大学は、棒状の有機π電子系分子にアミド結合を導入することで、非水素結合性の「超分子液晶」を作製することに成功した。開発した超分子液晶を大面積に塗布する技術も開発した。

[馬本隆綱EE Times Japan]

超分子液晶を大面積に塗布する技術も開発

 東京工業大学物質理工学院応用化学系の猿渡悠生大学院生と小西玄一准教授、大阪公立大学大学院工学研究科物質化学生命系専攻の竹内雅人准教授らによる研究グループは2024年1月、棒状の有機π電子系分子にアミド結合を導入することで、非水素結合性の「超分子液晶」を作製することに成功したと発表した。開発した超分子液晶を大面積に塗布する技術も開発した。この「超分子液晶」を用いた電子デバイスなど、新たな有機エレクトロニクスの開発につながる可能性があるとする。

 研究グループは、π電子系分子に光・電子機能を付与し、シス型とトランス型の異なる構造を持つ3級アミドに着目した。実験では、長さが異なる棒状分子に3級アミドを導入したL字形状の分子を合成。フェニルトラン骨格を有する新規液晶分子の「PTAgroup」が、秩序性の高い液晶(スメクチックB相)であることを確認した。

3級アミドの構造とPTA-groupおよび、液晶の偏光顕微鏡写真 3級アミドの構造とPTA-groupおよび、液晶の偏光顕微鏡写真[クリックで拡大] 出所:東京工業大学、大阪公立大学

 開発した液晶について構造解析を行った。これにより、固体状態から液体状態でL字型分子が共有結合を介さず超分子的に二量体を形成し、これらは六方晶状に配列していることが分かった。ただ、液晶と結晶ではユニット間の距離や六方晶(長軸)の長さに差があった。そこで、温度可変赤外分光法を用いアミド結合を観察した。この結果、固体状態だとシス型となり、液晶状態ではシス型とトランス型が共存し、シス−トランス異性化が常に起こっていることを確認した。

 これらの実験結果と量子化学計算により、L字型分子の二量体が秩序構造(結晶形)を構築。アミド結合はシス−トランス異性化を起こし、系全体に運動性を付与して液晶性を発現することが分かった。

PTA-groupの相転移挙動 PTA-groupの相転移挙動。左から結晶相、液晶相、等方液体=溶融状態[クリックで拡大] 出所:東京工業大学、大阪公立大学

 さらに、PTA-groupの物性や機能を調べた。PTA-groupの二量体とその集合体は、消光を起さず高い量子収率(54%)となった。また、PTA-groupの1つはネマチック相を発現し、高い複屈折率(Δn=0.30)が得られた。

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