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導電性高分子の高導電化と熱電変換素子・発光素子への応用

~ウェアラブル素子への応用を見据えた、導電性高分子のマテリアル・デバイス設計~
~「移動度向上」「ドーピング制御」の観点からの高導電性の実現~

広範なエレクトロニクス応用を見据え、優れた製膜性や高い導電性が求められる導電性高分子。
本セミナーでは、導電性高分子の基礎から、高導電化への取り組み、導電性高分子を用いた熱電変換素子・高輝度発光素子などのドーピング制御により実現する新しいデバイス機能とその世界的な研究動向等について詳しく解説します。
このセミナーの受付は終了致しました。
日時 2020年10月9日(金)  10:30~16:30
会場 東京・品川区大井町 きゅりあん  6F 中会議室
会場地図
受講料(税込)
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備考※資料付、会場参加のみ昼食付
※講義中の録音・撮影はご遠慮ください。
※講義中のパソコン使用はキーボードの打音などでご遠慮いただく場合がございます。
得られる知識・導電性高分子の電子状態、電荷輸送の基礎
・移動度を向上させるための高分子材料の設計指針
・導電性高分子への様々なドーピング手法
・導電性高分子を用いた熱電変換素子の基礎
・導電性高分子を用いた発光素子の基礎
対象・導電性高分子の研究開発に従事されている方、及び、高分子を取り扱うことを考えている方
・乱れた高分子薄膜の電荷輸送やデバイス動作特性の基礎学理に興味のある方
・高分子の研究開発動向に興味のある方
高分子分野に関する予備知識は特に必要ありません。
(なお、高分子材料の合成法に関する解説はありません)
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セミナー講師

名古屋大学 大学院工学研究科​ 助教 博士(工学) 田中 久暁 氏​
専門:有機電子材料・デバイス
2003年3月名古屋大学大学院工学研究科応用物理学専攻博士後期課程修了
2003年4月-名古屋大学大学院工学研究科応用物理学専攻助手(助教)
導電性高分子の製膜・デバイス作製、電荷輸送計測・評価等に10年以上の実績を有しています。
特に、電子スピン共鳴法などの微視的手法を用いた材料・素子の性能評価を推進しています。
ホームページ:http://www.qtum.ap.pse.nagoya-u.ac.jp/​

セミナー趣旨

 導電性高分子はコンデンサや帯電防止フィルム、センサをはじめ、近年では印刷法により作製できる熱電発電素子や発光素子など、多様な産業応用が期待されている。その代表的な材料であるPEDOT/PSSは、4000S/cmを超える高い電気伝導率を示す。
一方、PEDOTは一般の有機溶媒に不溶であることから、溶液塗布による屈曲面への製膜やウェアラブル素子への展開など、広範なエレクトロニクス応用を見据え、より製膜性に優れ、かつ高い導電性が実現する材料開発が課題となっている。

 本セミナーでは、電気伝導率が移動度と電荷濃度の積で記述されることに着目し、「移動度の向上」と「ドーピング制御」の観点から高導電性の実現に向けた材料・素子開発を概観する。特に、近年非常に高い移動度を示す材料として注目されるドナー・アクセプタ型高分子は、PEDOTを凌駕する可能性を秘めた材料である。これらの材料を中心として、近年明らかになってきた高移動度化の起源を最新の研究報告に基づき解説する。

 さらに、高分子材料への精密なドーピング制御は、高導電化のみならず、従来にない新しい機能開発のため重要であることが近年明らかになりつつある。セミナー後半では、筆者らが取り組んでいる高分子の熱電変換機能や高輝度発光などの、ドーピング制御により実現する新しいデバイス機能について、世界的な研究動向も踏まえて幅広く解説する。

セミナー講演内容

1.導電性高分子の発見と研究開発の推移
 1.1 代表的な導電性高分子材料-ポリアセチレンからPEDOTまで-
 1.2 導電性高分子の応用例
 1.3 PEDOTにおける高い導電性の起源
 1.4 更なる高導電化とエレクトロニクス応用に向けた課題
 
2.導電性高分子の電子状態と電荷輸送の基礎

 2.1 導電性高分子の電子状態-ソリトン、ポーラロン、バイポーラロン、および金属転移-
 2.2 導電性高分子の電荷輸送機構-乱れた系のホッピング伝導から金属伝導まで-
 2.3 電荷輸送の実験法-電気伝導率と移動度の観点から-
  2.3.1 電気伝導率測定
  2.3.2 磁気抵抗、及びHall効果測定
  2.3.3 トランジスタ構造を用いた移動度の測定法
 2.4 磁気共鳴法を用いた“キャリア運動”の観測
 
3.導電性高分子の高導電化に向けた取り組みと最近の知見
 3.1 移動度向上に向けた新規な分子・薄膜設計
  3.1.1 “高結晶性”高分子とドナー・アクセプタ型高分子
  3.1.2 分子配向の効果
  3.1.3 分子量の効果
  3.1.4 分子平面性の効果
  3.1.5 主鎖方向制御の効果
  3.1.6 ドナー・アクセプタ型高分子に学ぶ「高移動度化のレシピ」
 3.2 高分子膜へのドーピング法
  3.2.1 化学ドーピング
  3.2.2 トランジスタ構造を用いた静電的ドーピング
  3.2.3 トランジスタ構造を用いた電気化学ドーピング
  3.2.4 新規ドーピング手法開発の動向
 3.3 高導電化に向けた材料開発の課題と展望
 
4.導電性高分子の熱電変換機能

 4.1 ゼーベック効果と熱電変換特性
 4.2 高分子系熱電変換素子の研究動向と問題点
 4.3 電気化学トランジスタを用いた熱電変換特性制御
 4.4 変換性能の向上に向けた課題と展望
 
5.導電性高分子を用いた高輝度発光素子

 5.1 有機ELと発光トランジスタ
 5.2 電気化学発光素子(LEC)
 5.3 LECにおける発光メカニズム
 5.4 高輝度化に向けた取り組みと課題
 
6.まとめ


 □質疑応答□