導電性高分子の構造制御、インク化、パターン形成および複合化と高機能化 / 電子デバイス等への応用とビジネスチャンス

2010年12月8日「導電性高分子の構造制御、インク化、パターン形成および複合化と高機能化」

小林技術士事務所 所長
工学博士
小林 征男 氏

　肥塚らにより導電性高分子であるポリチオフェンを半導体層に用いた電界効果型トランジスタ (FET) が初めて作られたのは1988年である。それから12年経った2000年にはインクジェット法で全ポリマーFETが作成され、プリンタブルエレクトロニクス材料としての導電性高分子の有用性がクローズアップされ、その応用分野は有機EL、有機薄膜太陽電池へと拡大し、最近では、印刷法によるデバイスの開発が急ピッチで進んでいる。 　この背景には移動度が高く、かつ耐久性の良好な新規導電性高分子の合成、および高次構造制御技術による電気伝導度および移動度の飛躍的向上、およびインク化・パターン形成技術の進歩がある。 　本セミナーの第1部では印刷法によるデバイス作成に要求される導電性高分子の構造制御、インク化およびパターン形成の最近の技術開発動向を紹介する。また、導電性高分子の新たな展開として他材料との複合化による特性向上および新規応用分野の開拓がある。 　例えば、導電性高分子を一成分としたブロック共重合体のミクロ相分離構造を活用した太陽電池特性の向上、カーボンナノチューブ (CNT) との複合化よる透明導電膜の高機能化および新規熱電材料への展開などが挙げられる。 　第2部では、導電性高分子の複合化による特性向上および新機能の発現に関する最近の技術開発動向を紹介する。

第1部 導電性高分子の構造制御、インク化、パターン形成

1. 導電性高分子の構造制御
   1. モルフォロジー制御
      1. 分散重合系
      2. テンプレート重合
      3. テンプレートフリー重合
         • ミセル重合 (Oil in Water)
         • 逆相ミセル重合 (Water in Oil)
      4. ブロック共重合体のミクロ相分離構造
   2. 配向制御
      1. 化学的配向
         • 基板上の自己組織化単分子膜 (SAM)
         • 配向基板
      2. 物理的配向
         • スピンコート法
         • 摩擦転写法
         • Solid-State Processing
2. インク化
   1. 均一溶液系:導電性高分子の可溶化
      1. 前駆体法
      2. 置換基導入
      3. Plastdopant
   2. 分散溶媒系:導電性高分子のナノ粒子化
      1. ミニエマルジョン法
      2. 再沈殿法
      3. その他の方法
   3. インク組成の適正化
   4. インク性能評価法
3. パターン形成
   1. アディティブ法
      1. インクジェット法
      2. マイクロコンタクト法
      3. その他の方法
   2. サブトラクト法
      1. 湿式法
      2. 乾式法
   3. 重合パーニング法
4. 印刷法で作製されたデバイス特性
   1. トランジスタ
   2. 太陽電池
   3. EL
   4. エレクトロクロミック素子

第2部 導電性高分子の複合化と特性向上

1. 他ポリマーとの複合化
   1. D/A交互共重合体の太陽電池への応用
   2. ブロック共重合体のミクロ相分離構造の活用
   3. 水素発生材料
2. CNTとの複合化
   1. 透明導電膜
   2. 熱電材料
3. 金属酸化物との複合化によるス―パーキャパシタへの応用
• 質疑応答・名刺交換

2010年12月10日「導電性高分子の電子デバイス等への応用とビジネスチャンス」

工藤技術コンサルタント事務所 代表
工学博士
工藤 康夫 氏

　まず高電気伝導度ならびに高安定性を有する導電性高分子 (ポリピロール、ポリエチレンジオキシチオフェン等) の合成方法・特性について詳説する。 　次にこれらを応用したアルミニウムならびにタンタルキャパシタの基本的作製方法と特長について解説する。 　さらに導電性高分子コンデンサ業界の最新動向と、導電性高分子の今後の応用展開 (有機EL、太陽電池、リチウム2次電池、アクチュエータ、タッチパネル等) についても詳しく紹介する。

1. 導電性高分子の概要
2. 電解キャパシタの概要
3. 導電性高分子の電解キャパシタへの応用
   1. 電解重合ポリピロール (PPy) を用いた平板型 (積層型) 固体電解キャパシタ(Al-SPC) の開発
      • 水媒体を電解重合PPyの作製ならびに特性評価
      • 支持電解質がPPyの電気伝導度ならびに耐熱・耐湿性に及ぼす影響
      • 陽極酸化被膜で絶縁されたキャパシタ素子表面への電解重合PPy層形成
      • Al-SPCの開発経過と生産量の推移
      • Al-SPCの構造と外観
      • Al-SPCの特長
      • Al-SPCの主な用途
      • Al-SPCのさらなる高機能化の課題
      • ドーパントによる電解重合PPyの電気伝導度ならびに耐熱・耐湿性向上
      • 添加剤による電解重合PPyの電気伝導度ならびに耐熱・耐湿性向上
      • 高耐圧Al-SPCを実現するドーパント
   2. 化学重合PPyを用いたタンタル固体電解キャパシタの開発
      • スルホン酸系アニオン界面活性剤のドーパントとして有用性 (高電気伝導度、高安定性実現)
      • 添加剤による化学重合PPyの初期電気伝導度ならびに安定性の向上
      • 化学重合PPyを用いたタンタル機能性高分子キャパシタ (Ta-SPC)
      • Ta-SPCの特徴
   3. 化学重合ポリエチレンジオキシチオフェン (PEDOT) を用いたタンタル固体電解キャパシタの開発
      • 化学重合PEDOTの重合残渣を低減する重合法
        (アニオン界面活性剤による水媒体化学重合)
      • 重合条件が水媒体化学重合PEDOTの初期電気伝導度ならびに安定性に及ぼす影響
      • 水媒体化学重合PEDOTを用いたTa-SPC
      • 水媒体化学重合PEDOTを用いたTa-SPCの特長
   4. 化学重合ならびに電解重合PEDOTを用いた平板型 (積層型) Al-SPCの開発
      • 各種スルホン酸第二鉄を酸化剤に用いた化学重合PEDOTの安定性の比較
      • 化学重合PEDOTを用いたAl-SPCの構造
      • 化学重合PEDOTを用いたAl-SPCの安定性
      • 電解重合によるフィルム状PEDOTの作製と評価ならびにAl-SPCへの応用展開
   5. 化学重合PEDOTを用いた巻回型アルミ固体電解キャパシタ (Al-SPC) の開発
      • PEDOTとp-トルエンスルホン酸第二鉄から蒸発乾固重合により得られるPEDOTの特性
      • 溶媒が蒸発乾固化学重合PEDOTの特性に及ぼす影響
      • 導電性高分子の耐圧の評価
      • 巻回型Al-SPCの構造および外観
      • 巻回型Al-SPCの周波数特性
   6. まとめと今後の展望
      • 機能性高分子キャパシタ (SPC) の特徴ならびに有用性
      • キャパシタの市場規模
      • SPCの生産高推移
      • SPCの業界の構図
      • SPC将来展望
4. 導電性高分子の他の電子、エネルギーデバイス等への応用
   1. 有機ELへの応用
   2. タッチパネルへの応用
   3. エレクトロクロミックディスプレイへ応用
   4. TFTへの応用
   5. スルーホールメッキへの応用
   6. リチウム2次電池への応用
   7. 太陽電池への応用
   8. アクチュエータへの応用
   9. 導電性高分子の高機能化のトピックス
      • ポリエチレンジオキシチオフェン
      • ポリアニリン
      • ポリピロール
• 質疑応答・名刺交換