JPH02182708A - 金属化ポリアセチレン又は金属化ポリアセン型超長共役ポリマーの製造方法 - Google Patents

金属化ポリアセチレン又は金属化ポリアセン型超長共役ポリマーの製造方法

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JPH02182708A
JPH02182708A JP1002424A JP242489A JPH02182708A JP H02182708 A JPH02182708 A JP H02182708A JP 1002424 A JP1002424 A JP 1002424A JP 242489 A JP242489 A JP 242489A JP H02182708 A JPH02182708 A JP H02182708A
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polyacetylene
conjugated polymer
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acetylene
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Kazufumi Ogawa
一文 小川
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、導電性や非線形光学効果を示すポリアセチレ
ン結合を有する打機物質である、金属化ポリアセチレン
又は金属化ボリアセン型超長共役ポリマーの製造方法に
関するものである。
従来の技術 アセチレン誘導体のポリマーは、パイ電子共役系を持つ
一次元の主鎖を分子内に保有していることで、導電性や
非線形光学効果を持つことから光、電子機能材料として
広く研究されている。
また、ポリアセチレンの製造方法としては、チグラーナ
ソタ触媒を用いた白州らの重合方法がよく知られている
一方、疎水性基と親水性基を持つ両親媒性のアセチレン
誘導体を用いれば、゛水面上で単分子膜を形成でき、さ
らにラングミュア・プロジェット(LB)法により累積
膜を形成することが出来ることがよく知られている。
LB法は、近年分子そのものに機能を持たせた分子デバ
イス開発において、措築手段の一つとして有望視されて
いる方法である。LB法によれば、数十オングストロー
ムオーダのアセチレン誘導体の単分子膜を作成でき、さ
らにその累積膜も容易に得ることが出来る。
発明が解決しようとする課題 ところが、現在知られているポリアセチレン誘導体は、
酸素を含む雰囲気中では、熱や圧力あるいは紫外線など
にたいして不安定である。
そこで、安定化させる研究が進められているが、未だに
アセチレン誘導体ポリマを安定化する方法は見いたされ
ていない。
課題を解決するための手段 有機溶媒に溶解させたアセチレン基を含む物質を水面上
に展開し前記有機溶媒を蒸発させた後、水面上に残った
前記アセチレン基を含む物質の分子を水面上で水面方向
にバリヤでかき集め、所定の表面圧を加えながら基板を
上下させてアセチレン誘導体の単分子膜を基板上に累積
(この累積法をラングミュア−彎ブロジェット(LB)
法と言い、この方法により累積された単分子膜をLB膜
という)された単分子膜を、さらにAgやCuなどの金
属イオンを含む水溶液中に浸漬し、金属アセチリド反応
にてアセチレン基またはジアセチレン基の水素と前記金
属原子とを置換し、さらにハロゲン化金属触媒を含む有
機溶媒中に前記単分子膜の累積された基板を浸漬し前記
単分子膜のアセチレン基の部分を重合させる。
また、前記LB膜の累積時に面方向に直流バイアスを印
加しておく。
作用 上記の方法によれば、超高分子量で共役系が非常に長く
しかも酸素を含む雰囲気中でも安定な金属化ポリアセチ
レン型超長共役ポリマーが形成される。即ち、一定の配
向性を保った状態で金属触媒を用いてアセチレン誘導体
の分子を重合することにより、共役系が連続した直鎖状
で超高分子量(語長共役ポリマー)のポリマーを作製す
ることができる。
また、アセチレン誘導体分子を水面上で面方向にバリヤ
でかき集める際、面方向に直流バイアスを印加してお(
と、更にモノマー分子の累積時の配向性がよくなり、よ
り共役系が長い金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマ
ーを作ることが可能となる。
実施例 以下、実施例を用いて本発明の詳細な説明する。
使用したサンプルのうち、アセチレン誘導体の一種であ
るオメガトリコシノイック酸(T CA:CH≡C(C
H2) n C00H1ここでnは20であるが14か
ら23の誘導体でも良好な結果が得られた)の場合を用
いて説明する。
LB膜の累積には、ジョイスレーベル社のトラフI V
 (Jolce−Loebl  Trough  IV
)を用い、500nm以下の光をカットしたイエロー光
照明のクラス100のクリーンルーム内で行った。この
ときクリーンルーム内は、室温23±1℃、湿度40±
5%に調節されている。LB膜の累積に使用した基板は
、直径3インチの酸化膜を形成したSi基板である。重
合反応に使用したハロゲン化金属触媒はMoCl5、ま
たはWCla、またはNbCl5、またはTaCl5、
またはMo(CO)s、またはW(CO)6、またはN
b(CO)sl またはTa(GO)s等が利用できた
。また、有機溶媒はトルエン、ジオ牛サン、アニソール
等が利用できる。
例えば、Si基板1上にオメガトリコシノイック酸(T
CA)LBHをCaCL等の無機塩素を含む水相上で累
積すると第1図(a)に示すような分子配列状態の単分
子膜2が得られる。また、分子末端のアセチレン基にM
eaSi−基を付けたシラン界面活性剤として1−(ト
リメチルシリル)−ω−トリコシノイック酸(TMS−
TCA:  SiMe3−cミC(CH2)n  C0
0H1ここでnは20であるが14から23の誘導体で
も良好な結果が得られた)を用いて累積を行う方法があ
る。この場合は、吸着後10パーセントKOH水溶液に
浸漬すると一3iMe3基が脱離されて同様にCHミC
(CHz)za−C00Hの単分子膜2が形成できる。
次に、金属イオンを含む化合物、例えば硝酸銀(A g
 N O3)の水溶液または水酸化銅アンモニウム(C
u (NH3)20H)の水溶液に浸漬すると金属アセ
チリド反応にて−CミCH基のHとAg(またはCu)
が置換される(第1図(b))。
次に、金属触媒としてMoCl5を溶かしたトルエン中
にオメガトリコシノイック酸LB膜が1層累積された基
板を浸漬し30〜70’C程度に溶媒を昇温すると第1
図(C)に示すような反応、即ち金属化トランス−ポリ
アセチレン結合3が製造されたことがFTIR分析によ
り明かとなった。
なお、触媒としてはwc laやNbCl5、TaCl
5を用いても分子量は異なるが同様の重合膜が得られた
。さらにまた、触媒としてMo(Co)sあルイはW(
GO)sをCCI、溶媒に溶かした溶液に基板を浸漬し
紫外線を照射しても分子量は異なるが赤褐色の重合膜が
得られた。
また、Si基板上にオメガトリコシノイック酸LB膜を
1層累積した基板を硝酸銀(A g N O3)の水溶
液または水酸化銅アンモニウム(Cu(NHz)20H
)の水溶液に浸漬して金属アセチリド反応にて−(、:
CH基のHとAg(またはCu)に置換した後(第2図
(a)L  金属触媒としてMoC1aを溶かした含酸
素有機溶媒であるアニソール中に浸漬し30〜70 ’
C程度に溶媒を昇温すると第3図(b)に示すような反
応、即ち金属化シス−ポリアセチレン4が製造されたこ
とがFTIR分析により明かとなった。
なお、−ヒ述の方法で累積されたLB膜はアルコール溶
媒には不溶性であるることが確認された。
以上の結果より、本発明の重合方法を用いればシス型あ
るいはトランス型金属化ポリアセチレンを容易に製造で
きることが確認された。
なお、この様にして製造された金属化ポリアセチレンは
、従来チグラーナッタ系触媒法で製造されていたポリア
セチレン誘導体に比べ、酸素を含む雰囲気中でも、熱や
圧力あるいは紫外線などにたいして著しく安定であった
また、アセチレン誘導体分子を水面上で而方向にバリヤ
でかき集めたり、累積を行う際、而方向に数十ボルトの
直流バイアスを印加しておくと更にモノマ分子の配向性
がよくなり、より共役系が長い金属化ポリアセチレン型
超長共役ポリマーを作ることも可能なことが確認された
以上の、実施例では、ω−トリコシノイック酸やTMS
−TCAについてのみ示したが、分子内にアセチレン(
C≡C)基を含みLB膜形成が可能なものであれば、累
積条件は異なっても同様の方法が利用出来ることは明ら
かであろう。例えば、ジアセチレン基10を1個もつベ
ンタコサジイノイック酸(HC≡C−c=c  (CH
2) 2e  C00H:第3図(a)、 (b))を
用いた場合にも、LB膜形成後(第3図(C))、硝酸
銀(AgNCh)の水溶液または水酸化銅アンモニウム
(Cu (NH3) 20 H)の水溶液に浸漬して金
属アセチリド反応にて−CECH基のHとAgまたはC
uに置換しく第3図(d))、さらに金属触媒を用いて
重合すると、単分子膜状のトランスポリアセチレン結合
3を有する金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマー(
第3図(e))が得られる。
更に、ポリジアセチレンより得られた金属化ポリアセチ
レン型超長共役ポリマーに電子線(X線やガンマ線等の
放射線でもよい)を照射して重合するとポリアセン型結
合5ををする金属化ボリアセン型超長共役ポリマー(第
3図(f))が得られる。
また、実施例では1層LB膜を累積した後に重合する方
法を示したが、LB膜を多層累積した後重合反応を行っ
ても良いし、あるいは累積−重合反応の工程を交互に行
っても多分子層の金属化ポリアセチレン型超長共役ポリ
マー膜を作ることも可能なことが確認された。
なお、今後さらに原料となるアセチレンやジアセチレン
誘導体モノマの種類や製造条件を適正化することにより
、共役系が連続して数十〇m或は数m以上の長さを持つ
直鎖状で超高分子量の安定な金属化ポリアセチレンある
いは金属化ポリアセン型超長共役ポリマーの製造も可能
になると思われるため、この方法で、冷却を必要としな
い有機超電導物質の製造の可能性も予測される。
発明の効果 本発明の方法を用いることにより、導電性や非線形光学
効果の非常に優れ安定な金属化ポリアセチレン型超長共
役ポリマーを高能率に製造できる。
また、この方法によると、理論的には共役系が連続して
数mm或は数cm以上の長さを持つ直鎖状の超高分子量
の金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマーの製造も可
能であるため、非線形光学効果を利用したデバイスの製
作には極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はTCA−LB膜を1層累積した基板の分
子オーダーの拡大断面概念図、第1図(b)はAgを付
加させたTCA−LB膜を1居累積した基板の分子オー
ダーの拡大断面概念図、第1図(C)は重合後の金属化
トランス型ポリアセチレンの形成された基板の分子オー
ダーの拡大断面概念図、第2図(a)はAgを付加させ
たTCA−LB膜を1層累積した基板の分子オーダーの
拡大断面概念図、第2図(b)は重合後の金属化シス型
ポリアセチレンの形成された基板の分子オーダーの拡大
断面概念図、第3図(a)〜(f)は分子オーダーでの
ボリアセン型超長共役ポリマー作成における工程概念図
である。 1・・・Si基板、2・0・単分子累積膜(LB膜)、
3・書・金属化トランス−ポリアセチレン結合、4・拳
や金属化ンスーポリアセチレン結ム ・金属化ボリアセン結合。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)有機溶媒に溶解させたアセチレン(−C≡C−)
    基を含む物質を水面上に展開し前記有機溶媒を蒸発させ
    た後、水面上に残った前記アセチレン基を含む物質の分
    子を水面上で水面方向にバリヤでかき集め、所定の表面
    圧を加えて単分子膜を水面上に形成する工程と、所定の
    表面圧のもとで前記単分子膜を横切るように基板を上下
    させながらながら前記基板上に累積する工程と、前記単
    分子膜の累積された基板を金属イオンを含む水溶液中に
    浸漬しアセチレン基の水素と前記金属イオンを置換する
    工程と、ハロゲン化金属触媒を含む有機溶媒中に前記単
    分子膜の累積された基板を浸漬し前記単分子膜のアセチ
    レン基の部分を重合させる工程とを含むことを特徴とす
    る金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマーの製造方法
  2. (2)所定の表面圧を加えると同時に水面と平行する方
    向に直流電界を印加しながら累積することを特徴とする
    請求項1記載の金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマ
    ーの製造方法。
  3. (3)水の中に無機塩が含まれていることを特徴とする
    請求項1又は2記載の金属化ポリアセチレン型超長共役
    ポリマーの製造方法。
  4. (4)アセチレン基がジアセチレン基であることを特徴
    とする請求項1又は2記載の金属化ポリアセチレン型超
    長共役ポリマーの製造方法。
  5. (5)アセチレン基に−SiMe_3基が結合している
    ことを特徴とする請求項1又は2記載の金属化ポリアセ
    チレン型超長共役ポリマーの製造方法。
  6. (6)ハロゲン化金属触媒の金属がMo、W、Nb、ま
    たはTaであることを特徴とする請求項1又は2記載の
    金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマーの製造方法。
  7. (7)有機溶媒中にハロゲン化金属触媒とさらに共触媒
    として有機Snあるいは有機Bi化合物を含むことを特
    徴とする請求項1又は2記載の金属化ポリアセチレン型
    超長共役ポリマーの製造方法。
  8. (8)有機溶媒が含酸素有機溶媒で、ハロゲン化金属触
    媒がMoCl_5であることを特徴とする請求項1又は
    2記載の金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマーの製
    造方法。
  9. (9)アセチレン基に−SiMe_3基が結合している
    ことを特徴とする請求項8記載の金属化ポリアセチレン
    型超長共役ポリマーの製造方法。
  10. (10)アセチレン基を含む物質がω−トリコシノイッ
    ク酸であることを特徴とする請求項1又は2記載の金属
    化ポリアセチレン型超長共役ポリマーの製造方法。
  11. (11)アセチレン基を含む物質が1−(トリメチルシ
    リル)−ω−トリコシノイック酸であることを特徴とす
    る請求項1又は2記載の金属化ポリアセチレン型超長共
    役ポリマーの製造方法。
  12. (12)有機溶媒に溶解させたジアセチレン(−C≡C
    −C≡C−)基を含む物質を水面上に展開し前記有機溶
    媒を蒸発させた後、水面上に残った前記ジアセチレン基
    を含む物質の分子を水面上で水面方向にバリヤでかき集
    め、所定の表面圧を加えて単分子膜を水面上に形成する
    工程と、所定の表面圧のもとで前記単分子膜を横切るよ
    うに基板を上下させながらながら前記基板上に累積する
    工程と、前記単分子膜の累積された基板を金属イオンを
    含む水溶液中に浸漬しアセチレン基の水素と前記金属イ
    オンを置換する工程と、ハロゲン化金属触媒を含む有機
    溶媒中に前記単分子膜の累積された基板を浸漬し前記単
    分子膜のアセチレン基の部分を重合させる工程と、高エ
    ネルギーの放射線を照射する工程を含むことを特徴とす
    る金属化ポリアセン型超長共役ポリマーの製造方法。
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JP2008084979A (ja) * 2006-09-26 2008-04-10 Canon Inc 配向膜を用いたデバイス
US8450724B2 (en) 2006-09-26 2013-05-28 Canon Kabushiki Kaisha Electrical device containing helical substituted polyacetylene

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