広島大,三原色発光の配向膜をセルロースで作製

広島大学の研究グループは,セルロースの水溶液を用いた配向膜作製法を開発した(ニュースリリース)。

セルロースは植物や樹木を構成する高分子で,食物繊維としても知られている。靴底,タイヤ,車体等に用いる複合材料としての実用化も始まっており,その特長は,①軽さと強さを兼ね備え,②天然素材で廃棄の心配が少ない,③安価で入手しやすい,がある。

今回研究グループは,①セルロース水溶液を一方向に一度塗る,②その上に導電性高分子の溶液を滴下し加熱乾燥する,これだけで高度に導電性高分子が並ぶ配向膜(配向度は最大90%)を得た。このメカニズムはセルロースのテンプレート効果(下地となるメチルセルロースの構造に沿って,導電性高分子が配向)によるという。

このテンプレート効果を有機EL高分子に適用し,三原色発光(赤青緑)する配向膜を作製した。三原色の配向膜は高い耐久性を示し,折り曲げ半径3mm弱で500回曲げても,配向度と発光(偏光)は,ほぼ変化しなかった。

別の化学構造を持つセルロースでのテンプレート効果の検証,セルロース溶液の塗布時の圧力・速度・濃度の実験より,配向メカニズムの解明と最適な配向条件を決定した。また,これまでにない配向膜製造法のため,SOFT法(Simple way of Orienting Films prepared by Templating cellulose)と命名した。

SOFT法は以下の特長がある。
①高い配向度(90%),高い再現性(96%),高い平面性(50nm)を溶液プロセスで実現。配向膜の厚さは200nm~2μm。
②三原色発光する有機EL用高分子での配向膜。発光は高い偏光。
③折り曲げ半径2.5mm,折り曲げ角320度での折り曲げ試験を500回でも,配向度と発光(偏光度)に劣化が観測されなかった。
④配向のメカニズムは化学的なテンプレート効果(溝やナノ構造による物理的効果ではない)。
⑤メチルセルロ―スによるテンプレート効果(他2種類のセルロース,更に他の材料で同様に下地を作製しても,配向が観測されなかった)。
⑥最大の配向度を与える濃度,温度,掃引速度,掃引圧を数値化。
⑦配向膜を基板からはがし,自立膜として使用可能。
⑧配向膜の引張強度は30MPa(300気圧)。
⑨折り曲げの方向を変えても,どの場所で観測しても,同様な耐久性を確認。

研究グループは,環境低負荷な折り曲げ型のスマートデバイス,デジタルヘルスケア機器の開発につながる,重要技術,重要材料としての展開が期待される成果だとしている。

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