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有機電子デバイスのための導電性高分子の物性と評価

  • Physical Properties and Evaluation of Conductive Polymers for High Performance Organic Electronic Devices
★ 無機系の導電物質に比べ,軽量・フレキシブルであり,低コストな溶液塗布法などが適用できることから期待が高まる導電性高分子!
★ 高い耐熱性・導電率を有するため注目を集めるPEDOTについても詳述!
★ 透過率やシート抵抗値などの特性向上に伴い,透明導電膜・太陽電池・有機ELなどへの応用展開が活発化!

商品コード: T0849

  • 監修: 小野田光宣
  • 発行日: 2012年6月
  • 価格(税込): 73,440 円
  • 体裁: B5判,281ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0564-6

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  • PEDOT/ポリアニリン/ポリピロール/ポリアセチレン/π共役高分子/可溶化技術/ドーパント/電解重合法/化学重合法/高導電化/有機EL/トランジスタ/透明導電膜/有機系太陽電池/タッチパネル/熱電変換/アクチュエータ/コンデンサ/帯電防止

刊行にあたって

 21世紀に入り,環境・エネルギー・ライフサイエンス・バイオ・通信・ナノテクノロジーの時代といわれ,わが国でも重点分野と位置づけた政策がとられている。高度映像情報化社会を取り巻く環境はますます複雑となり,多種多様化し,インターネットを中心とした情報化技術の著しい進展に伴って,次世代エレクトロニクス技術へ向けた有機機能性薄膜の作製と評価,それらを用いた機能性薄膜素子の構築が極めて重要であることが指摘されている。機能の多様性と超微細加工による機能の集積化には,構造的にも準安定状態を多く持ち,多種多様性に富んでいる有機材料に多くの期待が寄せられ,電子の流れを制御する機能を個々の分子に持たせ,分子サイズの素子を実現する分子エレクトロニクスへの期待は大きい。今後,有機分子およびそれらで構成される構造体の持つ性質と特徴をあらゆる工学分野で活用するために必要となる工学体系として"有機分子素子工学"の展開が必要である。
 一方,有機薄膜の電子素子,デバイス応用を考えた場合,有機分子を規則正しく配列制御することにより電気的・光学的性質などを分子レベルで制御でき,有機層の厚さが分子スケールに近づくにつれて界面の特異な性質が反映されるなど,従来予想もつかなかった機能を有する素子,デバイスを実現できる可能性を秘めている。機能を発現するということは,電界や光あるいは熱などの外部刺激や不純物などの外的因子と有機分子内のπ電子や双極子などが受動的,能動的に相互作用することを意味しており,界面の電子現象が機能発現の"からくり"と深く関与している。
 本書は,上述のような観点から主鎖に共役系の発達した高分子,いわゆる導電性高分子を中心とした有機エレクトロニクス研究に関する現状と将来展望についてまとめたものである。特に,導電性高分子の合成,薄膜作製技術と評価方法,導電性高分子薄膜を用いた機能応用として,絶縁体,半導体あるいは金属としての利用,可逆なドーピング性の利用など,最新の話題を取り上げ,十分に解明されていなかった問題点や課題を浮き彫りにしながら開発状況と動向について紹介している。もちろん本書では,電子とイオン両方の流れを含んだ現象やデバイスを扱った導電性高分子のアイオントロニクスも紹介している。導電性高分子を用いた有機エレクトロニクス研究をさらに展開し,有機分子素子工学という新規な学問領域を進展させるためにも,この方面の研究開発に携わっている技術者や研究者の必読の書である。
(「巻頭言」より抜粋)

著者一覧

小野田光宣  兵庫県立大学 大学院工学研究科 教授
橋本定待   日本先端科学(株) 代表取締役
山本隆一   東京工業大学 資源化学研究所 名誉教授
小林征男   小林技術士事務所 所長
高木幸治   名古屋工業大学 大学院工学研究科 准教授
松下哲士   京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻 助教
サンホセ ベネディクトアルセナ   京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻
赤木和夫   京都大学 大学院工学研究科 高分子化学専攻 教授
小泉 均   北海道大学 大学院工学研究院 物質化学部門 准教授
跡部真人   横浜国立大学 大学院環境情報研究院 教授
多田和也   兵庫県立大学 大学院工学研究科 准教授
清水博    (独)産業技術総合研究所 ナノシステム研究部門 招聘研究員
大森裕    大阪大学 大学院工学研究科 教授
岡田裕之   富山大学 大学院理工学研究部 教授;自然科学研究支援センター センター長
岩本光正   東京工業大学 大学院理工学研究科 電子物理工学専攻 教授
鎌田俊英   (独)産業技術総合研究所 フレキシブルエレクトロニクス研究センター 研究センター長
鳥居昌史   (株)リコー 研究開発本部 先端技術研究センター シニアスペシャリスト研究員
匂坂俊也   (株)リコー 研究開発本部 先端技術研究センター シニアスペシャリスト研究員
小長谷重次  名古屋大学大学院 化学・生物工学専攻 応用化学分野 教授
佐野健志   山形大学 有機エレクトロニクスイノベーションセンター 准教授
志水茉実   綜研化学(株) 機能性材料部
藤井彰彦   大阪大学 大学院工学研究科 電気電子情報工学専攻 准教授
福田武司   埼玉大学 大学院理工学研究科 物質科学部門 助教
鎌田憲彦   埼玉大学 大学院理工学研究科 物質科学部門 教授
前田重義   (株)日鉄技術情報センター 調査研究事業部 客員研究員
板倉義雄   (株)タッチパネル研究所 副社長
大澤利幸   神奈川県産業技術センター 化学技術部
戸嶋直樹   山口東京理科大学 工学部 応用化学科 教授,先進材料研究所 所長
金藤敬一   九州工業大学 大学院生命体工学研究科 教授
奥崎秀典   山梨大学 大学院医学工学総合研究部 准教授
村上敏行   日本ケミコン(株) 技術本部 製品開発センター 第三製品開発部 二グループ グループ長
工藤康夫   工藤技術コンサルタント事務所 代表
江上賢洋   テイカ(株) 大阪研究所 第一課長

目次

【開発編】
第1章 導電性高分子
1 導電性高分子とは
2 導電性高分子の歴史
3 導電性高分子の市場
4 導電性高分子PEDOT
5 電解コンデンサ用途における酸化重合
6 導電性高分子の電解重合法
7 ポリアニリンとポリピロール
8 高導電の導電性高分子

第2章 有機金属重縮合法によるπ共役高分子の合成
1 はじめに
2 有機金属重縮合法で得られるπ共役高分子と酸化・還元機能
3 構造規則性π共役高分子の合成とパッキング構造
4 おわりに

第3章 導電性高分子における電気伝導とその評価法 
1 はじめに
2 導電性高分子の構造モデルとホッピング伝導機構
3 導電性高分子の電気伝導モデル
4 PEDOT/PSS系の電気伝導
5 ナノオーダーの導電性高分子の電気伝導
5.1 PPyナノチューブ
5.2 PEDOTナノワイヤー

第4章 芳香族ヘテロ環の特徴を活かした共役系高分子の合成ならびに構造 
1 はじめに
2 ピリジンを側鎖に有する頭尾構造が制御されたポリチオフェン誘導体の合成
2.1 背景
2.2 グリニャール交換反応と熊田カップリング重合
2.3 電気光学特性
2.4 まとめ
3 イミダゾールを主鎖に有する分子内水素結合形成可能なポリアリーレン誘導体の合成
3.1 背景
3.2 鈴木カップリングと高分子反応
3.3 光学特性
3.4 まとめ
4 おわりに

第5章 液晶性を有する二置換ポリアセチレン誘導体の合成と性質 
1 はじめに
2 ポリマーの合成と同定
3 液晶性
4 光学的性質
5 直線偏光蛍光
6 EL特性
7 結言

第6章 導電性高分子の可溶化技術とドープ状態の安定性 
1 導電性高分子の可溶性
2 側鎖導入による可溶化
2.1 ポリ(3-アルキルチオフェン)
2.2 その他の導電性高分子
3 ドーパントによる可溶化
3.1 PEDOT/PSS
3.2 溶解性ポリピロール
3.3 溶解性ポリアニリン
4 ブロックコポリマーによる可溶化
5 溶媒可溶化によるポリチオフェンの性質の変化
5.1 側鎖導入によるポリチオフェン誘導体の電子状態の変化
5.2 側鎖導入による導電性状態の不安定化
6 ポリ(3-アルキルチオフェン)の導電性劣化機構

第7章 超音波場,遠心場,超臨界流体ならびにイオン液体を反応場とする導電性高分子材料の電解合成
1 はじめに
2 超音波照射場における導電性高分子の電解合成
3 超音波乳化法を利用した環境調和型電解重合法
4 遠心場における導電性高分子の電解合成
5 イオン液体中における導電性高分子の電解合成
6 超臨界流体中における導電性高分子の電解合成
7 おわりに

第8章 電気泳動堆積法による導電性高分子薄膜作製技術と機能応用 
1 はじめに
2 電気泳動堆積法
3 電気泳動堆積法によるナノ構造化導電性高分子薄膜
4 ナノ構造化導電性高分子薄膜の機能応用
5 電気泳動堆積膜の平坦化
6 光起電力材料への展開
7 おわりに

第9章 高せん断成形加工法による導電性ナノコンポジットの創製 
1 はじめに
2 高分子/CNT系ナノコンポジット創製の鍵
3 高せん断成形加工法による高分子中へのCNTのナノ分散化とナノコンポジット創製
3.1 高せん断成形加工法の概要
3.2 高分子/CNT系導電性ナノコンポジット
3.3 伸縮自在電極の構築に向けた高導電性エラストマーの創製
3.4 表面コーティング手法による高導電性化
3.5 階層構造構築による三元系導電性材料の創製
4 おわりに

【応用編】
第10章 有機EL
1 ポリマー有機EL 
1.1 まえがき
1.2 有機EL用高分子発光材料
1.3 ポリアルキルフルオレン系材料による積層構造の有機ELの作製と高輝度化
1.4 ポリフルオレン系高分子を用いた白色有機ELの作製
1.5 まとめ

2 フレキシブル化を目指した導電性高分子有機EL素子と応用  
2.1 はじめに
2.2 自己整合IJP法による有機EL素子
2.3 DLCバリア形成技術
2.4 両面発光ラミネート有機EL素子
2.5 まとめ

第11章 有機薄膜トランジスタ
1 導電性高分子トランジスタの評価技術  
1.1 はじめに
1.2 MW効果と有機電界効果トランジスタの動作
1.2.1 MW効果と電荷蓄積
1.2.2 MW効果と有機トランジスタの特性
1.2.3 キャリアのチャネル走行時間
1.3 キャリア輸送の評価
1.3.1 TOF法によるキャリア輸送の評価(間接的方法)
1.3.2 EFISHG法によるキャリア輸送の評価(直接的方法)
1.4 有機半導体のエネルギー構造とキャリア挙動の評価
1.5 まとめ

2 導電性高分子を用いたトランジスタ特性 
2.1 半導体のキャリア伝導機構
2.2 高分子トランジスタ構造
2.3 高分子トランジスタの性能
2.3.1 分子構造依存性
2.3.2 立体規則性依存性
2.3.3 分子量依存性
2.3.4 ドーピング効果
2.3.5 薄膜作製法依存性
2.4 様々な種類の高分子半導体材料
2.4.1 ポリチオフェン
2.4.2 ポリフルオレン
2.4.3 ポリトリアリルアミン
2.4.4 n型半導体
2.4.5 両極性半導体

3 有機薄膜トランジスタ用高分子材料 
3.1 はじめに
3.2 アモルファス高分子材料
3.2.1 ポリトリフェニルアミン
3.2.2 フルオレン―トリフェニルアミン共重合体
3.2.3 トリアリールアミン―フェニレンビニレン共重合体
3.2.4 トリアリールアミン―ビニレン共重合体
3.3 配向性高分子材料
3.3.1 ポリチオフェン系材料
3.3.2 フルオレン―ビチオフェン共重合体
3.3.3 チエノチオフェン―ビチオフェン共重合体
3.3.4 チオフェン―アクセプターユニット共重合体
3.4 ポリジアセチレン系材料
3.5 おわりに

第12章 透明導電膜
1 PEDOTの高導電化と透明導電膜への応用 
1.1 PEDT/PSSディスパージョン
1.2 溶剤系PEDOT導電性高分子
1.3 ポリアニリン系導電性高分子
1.4 タッチパネルへの導電性高分子の応用
1.5 その他の新分野

2 導電性高分子複合化技術と導電性フィルムへの応用 
2.1 はじめに
2.2 導電性高分子の溶解性・ナノ分散性向上
2.3 導電性高分子の複合化技術
2.4 導電性高分子複合化技術のフィルムへの応用
2.4.1 ポリアニリン積層フィルム
2.4.2 ポリピロール積層導電性フィルム
2.4.3 ポリアニリン粒子積層フィルム
2.4.4 スルホン化ポリアニリン・水分散性ポリエステル複合体積層導電性フィルム
2.4.5 その他
2.5 おわりに

3 高い導電率を有する導電性高分子膜の開発  
3.1 はじめに
3.2 背景
3.3 導電性高分子の導電率
3.4 高導電率化への考え方
3.5 高導電率化を実現する化学重合法
3.6 高導電性PEDOT膜の形成方法および物性解析
3.7 応用可能性

第13章 光電変換素子
1 色素増感太陽電池用対極材「ベラゾールTM」 
1.1 序論
1.2 カソード電極用導電性高分子 ベラゾールTM
1.2.1 導電性高分子の問題点とベラゾールTMの設計指針
1.2.2 導電性高分子が持つ腐食性
1.2.3 ベラゾールTMのカソード電極としての特性
1.2.4 ベラゾールTMの電気化学的安定性
1.2.5 ベラゾールTMの導電性高分子主骨格による特徴
1.3 まとめと今後の展開

2 白金に代わる色素増感型太陽電池用対極材料 
2.1 はじめに
2.2 界面活性剤(イオン液体)の利用によるコア・シェル型構造三元系ナノコンポジットの創製
2.3 色素増感型太陽電池用対極材料への応用とその光電変換特性
2.4 おわりに

3 導電性高分子薄膜太陽電池の特徴と性能改善 
3.1 はじめに
3.2 導電性高分子/フラーレン界面における光誘起電荷分離
3.3 積層型ヘテロ接合とバルクヘテロ型接合
3.4 分子配向・結晶性と電荷輸送
3.5 金属酸化物半導体層と電荷収集
3.6 むすび

4 有機撮像素子―塗布プロセスでの波長選択性と高効率化―  
4.1 はじめに
4.2 有機薄膜撮像素子の可能性
4.3 塗布プロセスによる波長選択性有機受光薄膜
4.4 有機光電変換素子へのシロール誘導体の添加効果
4.5 おわりに―今後の研究・技術展望―

第14章 導電性高分子(ポリアニリン)による金属防食被覆  
1 はじめに
2 導電性ポリアニリンとは
3 金属防食作用の発見と防食被覆
4 ポリアニリンによる防食メカニズム
5 ポリアニリンの合成と可溶化
6 Double strand型ポリアニリンの開発
7 おわりに

第15章 導電性高分子フィルムのタッチパネルへの応用  
1 はじめに
2 タッチパネルにおける導電材の動向
3 導電性高分子のタッチパネルへの利用状況
4 他のタッチパネル用導電材との比較
5 今後の技術動向
6 まとめ

第16章 導電性高分子バッテリー  
1 はじめに
2 導電性高分子電極を使った二次電池の原理
3 導電性高分子バッテリーの特徴
4 導電性高分子複合電極
5 導電性高分子バッテリーの展望
6 おわりに

第17章 導電性高分子の熱電変換機能  
1 はじめに
2 導電性高分子熱電材料の特徴
3 熱電変換の原理と材料特性評価
3.1 熱電変換の原理
3.2 無次元熱電変換性能指数ZT
3.3 導電率
3.4 ゼーベック係数
3.5 熱伝導率
4 導電性高分子の熱電変換特性
4.1 熱伝導率
4.2 導電率
4.3 ゼーベック係数
5 将来展望
6 おわりに

第18章 アクチュエータ
1 導電性高分子アクチュエータと圧力・歪みセンサ  
1.1 はじめに
1.2 ソフトアクチュエータ用導電性高分子の合成
1.3 電解伸縮の測定法
1.4 導電性高分子の電解伸縮特性
1.5 ポリピロールアクチュエータのイオン液体による駆動
1.6 圧力・歪みセンサ
1.7 おわりに

2 空気中で電場駆動する導電性高分子アクチュエータ  
2.1 はじめに
2.2 比表面積
2.3 水蒸気吸着特性
2.4 電気収縮挙動
2.5 収縮応力と体積仕事容量
2.6 直動アクチュエータとポリマッスル
2.7 おわりに

第19章 コンデンサ
1 導電性高分子を用いたアルミ固体電解コンデンサの特徴と今後の課題  
1.1 はじめに
1.2 コンデンサ
1.3 導電性高分子を用いたアルミ固体電解コンデンサ
1.3.1 構造
1.3.2 導電性高分子材料
1.3.3 導電性高分子を用いた巻回型アルミ固体電解コンデンサの特長
1.4 今後の課題
1.4.1 アルミ電極構造と導電性高分子の機能
1.4.2 導電性高分子に求められる課題
1.5 最後に

2 各種導電性高分子の重合方法と固体電解キャパシタへの応用展開  
2.1 はじめに
2.2 新規電解重合ポリピロールの開発ならびにアルミニウム機能性高分子キャパシタへの応用
2.3 新規化学重合ポリピロールの開発ならびにタンタル機能性高分子キャパシタへの応用
2.4 新規化学重合ポリエチレンジオキシチオフェンの開発ならびにタンタル機能性高分子キャパシタへの応用
2.5 おわりに

第20章 帯電防止コーティング
1 導電性高分子をコートした導電性繊維シートの用途展開  
1.1 はじめに
1.2 各種導電性繊維シートの比較
1.3 導電性高分子を繊維シート表面で重合させる方法
1.3.1 材料の選定
1.3.2 ポリピロールをコートする導電性繊維の作製方法
1.4 得られた導電性繊維シートの特長
1.5 ポリピロールをコートした繊維の用途例
1.6 電波吸収シート
1.6.1 電波吸収体の概要
1.6.2 ポリピロールをコートした導電性繊維(不織布)
1.6.3 電波吸収性能評価方法
1.6.4 電波吸収体の性能
1.7 おわりに

2 帯電防止材 
2.1 はじめに
2.2 帯電防止材
2.2.1 第一世代
2.2.2 第二世代
2.2.3 第三世代
2.3 導電性高分子を用いた帯電防止フィルム
2.3.1 導電性高分子を用いた帯電防止フィルム
2.3.2 ITO代替高帯電防止フィルム
2.4 おわりに

第21章 分子素子への展望と課題 
1 はじめに
2 分子システム設計―本研究における機能分子の材料化の基本的考え―
3 電気化学的重合(電解重合)法
4 電解重合反応機構
5 PPyの成長形態の制御
6 溶媒と電解質アニオンの塩基性効果
7 あとがき
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