グラフェンナノリボンの完全精密合成に世界初成功――新たな高分子化反応「リビングAPEX重合」を開発 名大とJST

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名古屋大学は2019年6月27日、JST戦略的創造研究推進事業において、同大学の研究グループが「リビングAPEX(エイペックス)重合法」と呼ばれる高分子化反応を開発し、グラフェンナノリボンの完全精密合成に世界で初めて成功したと発表した。

グラフェンナノリボンは、炭素原子が六角形の格子状に連なった2次元層状物質であるグラフェンをナノメートルサイズの幅に切り出した帯状物質で、シリコン半導体を超える半導体特性や透明性、柔軟性などから、次世代のトランジスターやセンサー、電子回路などへの応用が期待されている。グラフェンナノリボンの性質はその長さや幅、繰り返し構造の形状(エッジ構造)に大きく依存するため、電子デバイスに応用するためには原子レベルで精密に合成することが不可欠となる。しかし、これまでの化学的/物理学的合成手法では、欠損が生じる、長さが制御できないなどの問題があった。

これらの問題に対し、同研究グループは長さ、幅、エッジ構造の全てを制御可能な新規高分子重合法であるリビングAPEX重合法を開発し、グラフェンナノリボンの精密合成を世界で初めて達成した。合成したのはフィヨルド型と呼ばれる幅1ナノメートル程度のグラフェンナノリボンで、重合開始剤とモノマーの混合比率を変えるだけで最長170ナノメートル程度まで長さを自由自在に変えられることも明らかにした。さらに酸化反応を施すことで、アームチェア型グラフェンナノリボンに変換できることも見出した。

今回の研究成果は、世界初の精密グラフェンナノリボン合成として材料科学分野に新たな道をひらく画期的な成果になるとしている。今回開発した手法を用いて合成できる均一な構造の各種グラフェンナノリボンは、田岡化学工業と共同で量産化技術の確立を目的とした研究を行う予定で、量産化の進展によりさまざまな応用展開研究の加速が期待されるという。

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