【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23WS0051
利用課題名 / Title
分極率・分子間相互作用の制御による高屈折率ポリマーの開発
利用した実施機関 / Support Institute
早稲田大学 / Waseda Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
光導波路/ Optical waveguide,フォトニクスデバイス/ Nanophotonics device,エリプソメトリ/ Ellipsometry
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
小柳津 研一
所属名 / Affiliation
早稲田大学 先進理工学部 応用化学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
渡辺 清瑚,常川 慶乃,安 澤鑫,針山 すみれ,矢野 智也
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
野﨑 義人
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
高屈折率ポリマーは、LEDなど発光デバイスの封止剤やCMOSマイクロレンズに用いられ、発光効率の向上や小型化に貢献する材料である。特に1.8超の屈折率を示す超高屈折率ポリマーは性能向上のためには特に効果的で、従来にSulfurーrich Polymerや重カルコゲン元素を多く含むポリマーが報告されてきた。しかしながら、これら構造は繰り返し単位の分極率が高すぎる故、着色を呈する点が課題とされてきた。申請者らはこの課題に対し、分子間水素結合を形成可能な官能基をポリ(フェニレンスルフィド)の側鎖に導入した誘導体が、自由体積の低減に基づいて超高屈折率・可視透明性を両立できることを明らかにした。本研究ではこの概念の拡張と更なる高屈折率・高アッベ数・高透明性を示すポリマー群の創出を目的とし、新規ポリマー群の合成と湿式プロセスによる薄膜の作製・屈折率評価を行った。
実験 / Experimental
新たな水素結合性高屈折率ポリマーの構造として、6種類のポリチオウレア（図）を分子設計し、重縮合・重付加法により合成した。得られたポリマーは高分子量体（~ 104) かつ非晶性であったことから、Siウエハ上に薄膜をスピンコート可能であった。得られた薄膜の屈折率を分光エリプソメトリーで測定し、分子構造と光学特性の相関を調査した。
結果と考察 / Results and Discussion
ポリチオウレアの屈折率は可視光域で1.7以上であり、アッベ数も約10-20と高い値を示した。スペーサーの構造ごとに詳しく屈折率を比較すると、フルオレンやビフェニルなどのかさ高いスペーサーを用いた場合には屈折率は1.75前後に留まった一方で、分極性の高いスルフィドやm/p-フェニレンを含むポリチオウレアは超高屈折率 (~ 1.8) を示した。別途測定したポリマーの粉末・フィルムの赤外吸収スペクトルにおいて、水素結合性のN-H伸縮振動のピークトップは特にmpPh-PTUの場合に低波数であったことと、ポリマーの密度測定ではmpPh-PTUで最高値 (1.50) を示したことを考慮すると、適度に高い分極率とコンパクト性、直線性を併せ持つ分子構造が、屈折率の向上に大きく貢献することを見出した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図 本研究で合成・屈折率測定を行ったポリ(チオウレア)の構造式と略称．
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
分光エリプソメトリー測定に際して、技術指導を賜りました野崎義人先生に感謝申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Seigo Watanabe, Diverse Side-Chain Transformation of High Refractive Index Methylthio-Substituted Poly(phenylene sulfide)s, Macromolecules, 57, 2897-2904(2024).
DOI: doi.org/10.1021/acs.macromol.4c00054
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Seigo Watanabe, Polarizable H‐Bond Concept in Aromatic Poly(thiourea)s: Unprecedented High Refractive Index, Transmittance, and Degradability at Force to Enhance Lighting Efficiency, Advanced Functional Materials, , (2024).
DOI: doi.org/10.1002/adfm.202404433
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 渡辺清瑚, 小柳津研一, “水素結合ネットワークと分極性官能基を併せ持つ超高屈折率ポリチオウレア”, 第72回高分子討論会, 香川, 口頭, 2023年9月28日
- 常川慶乃, 渡辺清瑚, 小柳津研一, “高透明・高屈折率を両立するポリ(キシリレンチオウレア)の合成とブレンドによる光学特性制御”, 第72回高分子討論会, 香川, ポスター, 2023年9月28日
- 安澤鑫, 常川慶乃, 渡辺清瑚, 小柳津研一, "部分的に縮環構造を導入したポリ(フェニレンスルフィド)誘導体の合成と光学特性", 第13回CSJ化学フェスタ, 東京, ポスター, 2023年10月17日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件