東工大,基板へ色素分子の自在な塗布に成功

東京工業大学の研究グループは,色素などの有機化合物を,水中において基板上へ自在に塗布する技術を開発した(ニュースリリース)。

有機エレクトロニクスでは,プラスチックやガラス(またはそれらに導電性を付与したもの)などの基板に,有機化合物の薄膜をつくることで素子を作製する。現状では薄膜の作製には,大がかりな装置を必要とする真空蒸着法や,有機溶媒を使用するスピンコート法が主流になっている。また,任意の位置・形状に膜を作製するにはそれ以外の場所をマスクなどで保護する必要があった。

研究グループは,製膜のために有機化合物を基板に塗布する手段として,バイポーラ電気化学に,ミセル電解法を組み合わせることを着想。これにより,マスクを必要とせず,有機溶剤も使わずに,水を媒体とした有機化合物による製膜プロセスの考案を目指した。

親水基と疎水基を持つ界面活性剤などの分子が,溶液中でコロイド状の集合体となったミセルは,水中で洗剤やせっけんが汚れを包み込んで落とすのと同様の原理によって,水中で色素などの疎水性有機化合物を内包することができる。

電気化学活性を持ったミセルは,バイポーラ電極表面において電気化学反応を起こして容易に崩壊し,内包した分子を放出する。研究グループは,このミセル電解法を用い,あらかじめミセルに内包させておいたビニルカルバゾールモノマー,フタロシアニン色素,凝集誘起発光性分子などの機能性有機化合物を,有機エレクトロニクスの基板などに使われるITO透明導電ガラス(ITOガラス)の表面に任意の形状で塗布することに成功した。

ガラスに塗布された傾斜膜の厚み(数μm程度)は,発生させる電場の大きさにより制御することができ,電位分布を反映して徐々に厚みが変化していることもわかった。また,局所塗布膜に関しては,電場の分布を変えることにより製膜面積を制御することもできた。

研究で用いたビニルカルバゾールモノマー,フタロシアニン色素,凝集誘起発光性分子は,有機ELや有機トランジスタなどのデバイスにおいて重要な役割を果たす機能性有機化合物。この新しい製膜プロセスは,ほかにも多種多様な有機化合物,フラーレンなどの炭素材料,高分子化合物などにも適用可能であると考えられるほか,フレキシブル導電基板などにも塗布できることから,有機エレクトロニクスにおけるパターニング技術としての発展が期待されるとしている。

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