関学,半導体ナノ粒子の意図的な配列に成功

関西学院大学は,有機色素が自然と集まる性質(自己集合)を利用して,球状の半導体ナノ粒子を意図的に並べることに成功した(ニュースリリース)。

球状の半導体ナノ粒子(量子ドット)は,粒径に依存して発光色が変化する次世代の発光ナノ材料として注目されている。量子ドットの効率的な合成法および精製法が確立して以来,多種多様な量子ドットが開発されており,単独での発光および光・電子特性が詳細に明らかにされてきた。一方で,これらを固体材料として扱う場合,量子ドットの配列構造がその性能に影響を及ぼすにもかかわらず,それらを合理的に並べる手法は未開拓だった。

対照的に,有機色素は元来自然に集まる特徴をもっているため,容易に自己集合し繊維状やシート状などの集合構造を形成する。そこで研究グループは,この自己集合を量子ドット存在下で起こすことで,量子ドットの集合構造が構築できるのではないかと着想した。

今回,優れた自己集合能を有するペリレンビスイミド色素に量子ドットとの吸着部位(チオール基)をつけた新規分子を合成し,量子ドットと有機溶媒中で混合させることで,量子ドットをナノレベルで並べることに成功した。

透過型電子顕微鏡および吸収スペクトルにより,量子ドットが配列していない中間体をいったん形成した後,より安定な配列構造に変化する様子が明らかになったという。このような時間経過によるナノ構造変化は,異種の物質を混ぜた時に起こりうる現象であり,材料作成をするうえで考慮すべき重要な知見であるとする。

科学技術の進歩に伴い,有機,高分子,および無機材料の各分野で,材料としての高機能化や新規の機能が見出されてきた。さらなる材料パフォーマンスを向上させるためには異なる物質が複合化したハイブリッド材料が必要不可欠となる。しかし,そのための合理的な手法は限られている。

今回の成果では,有機色素の自己集合を利用することで無機ナノ粒子の配列に成功した。そのため今後,数多く存在するナノ粒子を配列させることができ,その構造に依存した新たな機能発現に繋がることが期待できる。このようなナノスケールでの配列制御技術は,分子レベルでの配列が重要となる太陽電池への応用が期待できるとしている。

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