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用語解説

 電気を通す高分子のこと。通常のポリマーは絶縁材料だが,1970年代に炭素-炭素の2重結合と単結合が交互に結合したポリアセチレンにハロゲンを添加(ドーピング)することによって,金属並みの導電性が発見されたことから研究が活発化した。ポリアセチレンの発見者は,筑波大学名誉教授の白川英樹氏で,2000年度のノーベル化学賞を受賞した。

 ポリアセチレンの導電メカニズムは高分子の主鎖に沿ってπ電子が広がるため。こうした構造をπ電子共役系という。ポリアセチレンに続いてポリパラフェニレン,ポリチオフェン,ポリピロール,ポリアニリン,ポリアセンなどの多様なπ電子共役系導電性高分子が合成されている。

 導電性高分子は,軽量で加工しやすく,形状の自由度が高く柔軟性を持つなど金属にはない特徴を持つことから,金属系電子材料を置き換えられないかと検討が進められてきたが,今までに実用化した用途としては,リチウムイオン電池やアルミ電解コンデンサー,帯電防止フィルムなどがある。これらは第一世代の応用と呼ばれている。

 導電性高分子の第二世代の応用として最近注目されているのは,有機EL(エレクトロルミネッセンス),有機LED,有機太陽電池,有機トランジスタなどのこれまで主にシリコンなどの無機材料が使われていた分野である。

 このうち有機ELの分野では,発光層にポリフェニレンビニレンなどの導電性高分子を使う検討が始まっている。有機ELでは,低分子の有機材料を使った検討を進んでいるが,低分子の場合分子を真空状態で昇華させてガラス基板に膜を蒸着させるという方法で製造されている。それに対して,高分子は溶融可能でロール・ツー・ロール方式やインクジェット方式などの製造方法が適用できることから製造コストを抑えられるメリットがある。高分子LEDでもポリチオフェンを使ったものが開発され,高輝度発光が確認されている。導電性高分子を使った薄膜トランジスタの開発も進んでおり,印刷工程を使って薄くて軽いフレキシブルなディスプレイが可能になると期待されている。

 さらに第三世代の応用ともいうべきものが,「ムーアの法則」に代表されるシリコンデバイスの微細化の限界を打破する存在としての分子エレクトロニクスである。π電子共役系導電性高分子を1本だけ単離して電線を作ったり,分子内にソース,ドレイン,ゲートを持った分子単電子トランジスタなどの基礎研究が行われている。

供給・開発状況
2005/09/22

《供給動向》

 導電性高分子の用途の第一世代といわれる帯電防止剤の性能が向上し,各用途に合わせてきめ細かく導電性高分子を使う試みが活発化している。

 例えば,信越ポリマーは,通常数十S/cm程度程度の導電率であるところ,200S/cm以上に高めた有機導電性高分子塗料を開発,2005年内中の製品化を目指している。導電性が高いので,ガラスやポリカーボネートなど透明な基材に塗布し,「透明電極として使えるレベルになった」という。

 また,昭和電工は化学増幅型レジストに使える新型の帯電防止材「エスペイサー 300Fシリーズ」を開発した。この帯電防止材には水溶性の高い導電性高分子を使うことによって塗布装置で形成できるようにしてある。これまでの帯電防止材は化学増幅型レジストを浸食してしまうため使えなかった。


《開発状況》

 導電性高分子の用途の第二世代といわれる有機エレクトロニクスの分野でユニークな成果があった。東北大学多元物質科学研究所の宮下徳治教授らのグループが,ラングミュア・ブロジェット(LB)法で数十nmの導電性高分子(ポリチオフェン)薄膜を作成(図),これを使って電気化学的な酸化還元反応を駆動原理とするトランジスタを考案,試作したのである。これまでの導電性高分子を使った有機トランジスタでは,導電性高分子の半導体としての特性を使っていたために,シリコンに比べて特性の向上が難しかった。これに対し今回考案したトランジスタは,ポリチオフェンの酸化状態と還元状態をスイッチしている電気化学的なトランジスタである。

 ゲートに電圧をかけないとこの高分子ナノシートは絶縁体(オフ状態)だが,ゲートに電圧をかけるとポリチオフェンから電子を引き抜きてプラスに荷電して共役系高分子中の電子が動きやすくなり,さらに電解液からドーパントが供給されて,電子が流れるようになるため,増幅しやすい。有機トランジスタの分野では,低分子のペンタセンを使う検討が進んでいるが,それに比べると,高分子であるために耐熱性や耐久性を持たせやすい,結晶化する必要がないので取り扱いやすくフレキシブルにしやすいという利点がある。

ニュース・関連リンク

東北大,導電性高分子薄膜使った電気化学トランジスタ開発

(Tech-On!,2005年9月8日)

信越ポリマー,導電率が200S/cm以上と高い有機導電性高分子塗料を開発

(Tech-On!,2005年1月21日)

「化学増幅型レジストにも使える」,帯電防止材を昭和電工が開発

(Tech-On!,4月12日)

彫らずに刷る---身軽で機敏なモノづくり

(日経エレクトロニクス,2004年2月16日号)