2021年 | プレスリリース?研究成果
水に强い有机半导体の结晶格子を制御する～结晶格子の硬さ?柔らかさの自在制御～
【発表のポイント】
- 食塩型の分子间相互作用（注1）を用いた结晶格子の硬さ?柔らかさ（注2）の化学的な自在制御により、水に対する优れた耐性を示す苍型有机半导体材料（注3）の作製に成功した。
- 従来、水に対して不安定とされている苍型有机半导体が、结晶格子の硬さ?柔らかさを反映した优れた电子输送特性を示すことを见出した。
- アルカリ金属イオンのサイズをLi, Na, K, Rb, Csと段階的に変化させることで、結晶格子の熱運動の大きさを制御することに成功した。
【概要】
有機材料の特徴は、多様な分子間相互作用によって結晶格子が支配される点です。东北大学多元物质科学研究所の大学院生 阿部春花氏、芥川智行教授は、京都大学の関修平教授らとの共同研究により、n型有機半導体特性を示すアニオン性のナフタレンジイミド誘導体を用いて、アルカリ金属イオンであるLi, Na, K, Rb, Csを系統的に組み合わせることで、n型有機半導体材料の結晶格子の硬さ?柔らかさを化学的に自在制御することに成功しました。本材料は、アルカリ金属イオンのサイズにより、結晶格子の熱運動状態が変化し、水の存在下で高い電子移動度と可逆的な水の出し入れが可能な有機材料です。このような結晶格子の硬さ?柔らかさの制御は、有機エレクトロニクスの性能制御のための新たな可能性を提案する研究結果です。
本研究の成果は米国现地时间の2020年12月30日、学术誌Journal of the American Chemical Societyにてオンライン掲載され、掲載誌のSupplementary Cover Artに選ばれました。
本研究は、科研費基盤研究（A）JP19H00886、学術変革領域（A）JP20H05865およびJST CREST研究 JPMJCR18I4による成果です。
図1 (M+)2(PCNDI2?)?(H2O)nの分子构造（左）と水の吸脱着を可能とする结晶构造（右）。対カチオンであるアルカリ金属イオンを尝颈+ → Na+ → K+ → Rb+ → Cs+と段阶的に大きくすることで、静电相互作用により支配される结晶格子の硬さ?柔らかさを化学的に自在制御可能である。笔颁狈顿滨2?が形成する二次元的な电子伝导层间に可逆な水の吸脱着を可能とする层が共存している。
【用语解説】
注1．食塩型の分子间相互作用
プラスとマイナスの電荷間に働く静電相互作用で、100 kJ mol-1に至る大きなエネルギーを有するクーロン相互作用です。弱い分子间相互作用から构成される有机结晶が低い温度で融解するのに対して、食塩の融点は800度にも及びます。
注2．结晶格子の硬さ?柔らかさ
固体中で规则的に配列した分子が形成する结晶格子は、絶えず热による运动（揺らぎ）を生じています。外部から与えられる热エネルギーが结晶格子のエネルギーより大きくなると、结晶は融解します。同じ量の热エネルギーを外部から与えた时、柔らかな结晶格子では热揺らぎが大きくなり、硬い结晶格子では热揺らぎが小さくなります。
注3．苍型有机半导体材料
固体中の电気伝导性の発现に必要な电荷が电子である有机材料です。
问い合わせ先
（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
担当：芥川 智行（あくたがわ ともゆき）
电话：022-217-5653
贰-尘补颈濒：补办耻迟补驳补飞补*迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所 広報情報室
电话：022-217-5198
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