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聚合物表面多层分子定向膜的形成方法研究

本文来自日文版https://www.chem-station.com/blog/2018/01/flmf.html

翻译投稿 Suming

本期研究特别关注介绍的是来自东京工业大学工学研究所(染谷研究室,染谷 隆夫 教授)的横田 知之 讲师

染谷研究室是有机电子领域内世界著名的研究室,该研究室正在大力研发柔性的有机器件,并着手研究该如何将这些新研发的柔性器件和合成技术应用于医疗和保健领域。

目前该研究室已经应用了氧化铝薄膜和自组装单分子层(SAM Self-assembled monolayer)成功的开发出可以在低电压下进行驱动的有机晶体管和集成电路。不过因为氧化铝膜比塑料等高分子材料要硬一些,所以如何把它变得更加柔软仍然是个问题。而这一次,由横田讲师和他的同事们协同东京工业大学(福岛 孝典教授)、大阪大学产业科学研究所(关谷 毅教授)、日本理化学研究所、约翰内斯开普勒大学研究小组共同成功研发出了在含有聚合物材料的各类基板上形成分子膜的方法。

A Few-Layer Molecular Film on Polymer Substrates to Enhance the Performance of Organic Devices

Tomoyuki Yokota*, Takashi Kajitani, RenShidachi, TakeyoshiTokuhara, Martin Kaltenbrunner, Yoshiaki Shoji, Fumitaka Ishiwari, Tsuyoshi Sekitani, Takanori Fukushima*, Takao Someya*

Nature Nanotechnology, 2017   doi:10.1038/s41565-017-0018-6

下面是从染谷教授对横田讲师的个人印象的描述:

你总是很安静,沉着的面带着微笑,为人也很谦逊,第一次见到你的时候你的话也不多,正因如此,其实很少有人能够意识到你是一个有着很大斗志的研究人员。但是能够接连发表像使用超薄的OLED做成的皮肤显示器和世界上最灵敏的体温计等等这样的惊世成果,你究竟是如何获得这些想法和毅力的?我认为这一切正源自你可以直面困难绝不放弃的精神,还有比别人更加高远的目光。能和横田一起合作,我感到很荣幸。

染谷 隆夫

Q1. 这次的研究特别关注是什么样的研究?

这次的研究,我们成功的在塑料上实现了多层分子定向膜,并成功的改善了有机设备的特性。

对于过去的技术,虽然可以在金属氧化物薄膜和金属上,通过单分子定向自组装成形成单分子层定向膜,但是要想实现在塑料上形成自组装单分子层(SAM)还是很困难。我们为了解决这个问题,使用了三片螺旋桨状的三蝶烯分子,成功的在薄膜材料上形成了平面的定向薄膜。并成功的在这种定向膜上形成了有机半导体,提升了有机半导体的结晶能力和设备的特性。

 

*关于这种三蝶烯衍生物,请参阅日文版之前的介绍的文章(在一平方厘米大小的面积上创造出均匀有机薄膜!探究“简单的就是最好的”的终极意义)和原始论文

 

Q2.对于本研究课题,谈谈自己在其中参与的部分或者融入自己想法的地方。

本次研究,我们通过使用三蝶烯材料实现了下列成果。

①可以在各种各样的底板上实现表面处理技术

因为不管是使用蒸镀法还是使用涂抹法都可以顺利的实现成膜,所以在各种各样的底板上成膜也就成为了可能。

②可以控制成膜后表面的状态,不受底板材质、特性的制约

不受氧化膜和薄膜底板的类型的制约,我们都可以通过沉积三蝶烯膜来控制所形成的表面特性。

③提高了有机集成电路的特性

通过在聚合物绝缘膜上沉积三蝶烯,我们进需电压0.8v就成功地驱动了有机装置。并且此时装置的响应速度几乎与使用传统氧化铝膜和自组装单分子层(SAM)的装置相同。

如上所述,我们希望这项研究将为有机电子的未来发展做出重大贡献。

 

Q3.这次研究的难点是什么,您又是怎么克服的呢?

在这项研究中,如何细致、全面的评估装置的特性和表面状况是特别困难的地方。

原本我喜欢关于物理性质方面的研究,但在我上学的时候,我主要从事关于有机器件应用的研究。因此,与以前的研究不同,我有必要进行持续深入的研究了。我也花了很多时间思考如何解读测量数据。好在我的性格是比较有耐心的,这支撑着我想方设法的攻克它。

 

Q4.你以后想如何从事化学研究?

目前我属于电气工程系,但最初在我上高中的时候我最喜欢数学和化学。研究物理性质并将其应用是我的强项,所以我想做一些其他研究人员做不到的研究。我认为我们可以以应用作为出发点来开发材料。不过,如果有一天我可以有机会将数学融入其中研究的话,我也会很荣幸的。

 

Q5.那么最后,你有什么想对读者说的呢?

在研究中,在很多情况下我们想要的结果都是不会立刻出现的,不过我觉得,如果你不放弃,终有一天你会看到你想要的成果开花结果。实际上,这个项目从开始到现在取得成果我已经花了将近三年左右的时间了,而且在前两年中我基本上没有得到什么可观的成果。尽管如此,那也不能轻易的放弃研究,请做一些有进取精神的研究来尽情展示我们的创意吧。我鼓励大家可以在年轻的大胆的尝试,从失败中汲取经验。

 

研究者的简历

在手上贴着柔性OLED的样子

姓名:横田 知之

工学博士,东京大学讲师

1985年4月出生于枥木县。东京大学毕业(2008年3月)

于东京大学完成博士课程(2013年3月)

在任职东京大学教授助理教授(2013年4月-2015年3月)之后,他从2015年4月开始正式入职东京大学

从事柔性有机电子设备的应用和物理特性两方面的研究

爱好是数学和跑步

 

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Peng Li

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