導電性高分子

導電性高分子について

導電性高分子（どうでんせいこうぶんし）または導電性ポリマーは、特に優れた電気伝導性を持つ高分子化合物の一種を指します。これらの物質にはポリアセチレンやポリチオフェン類が代表的な例として挙げられます。通常、導電性高分子は導体というより半導体的な性質を持ち、高分子半導体とも呼ばれることがあります。

開発の背景と応用

一般的に、有機材料である高分子は自由電子を持たず、電気を流しにくい性質があります。そのため、従来は絶縁材や誘電体として用いられてきました。しかし1970年代、白川英樹博士らによって合成されたポリアセチレンフィルムの発見をきっかけに、導電性高分子の研究は飛躍的に進展しました。この成果により、現在ではATMの透明タッチパネルや電解コンデンサ、リチウムイオン電池の電極など、さまざまな電子機器に導電性高分子が応用されています。

さらに、導電性高分子は発光性も備えており、製膜性があるため、有機エレクトロルミネッセンス（有機EL）や有機トランジスタの開発においても注目されています。また、インクジェット技術を利用したプリンタブル回路の研究も進められており、これは有機物を基にした新たな技術として大いに期待されています。

特に最近では、太陽電池の透明導電体として使用されるITO（インジウム・チタン酸化物）の代替としても導電性高分子が注目されています。ITOなどの金属系透明導電フィルムは資源が限られており、曲げに対する脆弱性があります。このような理由から、導電性高分子が新しい選択肢として検討されています。

導電性のメカニズム

導電性高分子は、主に二重結合と単結合が交互に配置されたπ共役が発達した構造を持っています。これにより、導電性はそのユニークな構造に起因していますが、共役系ポリマーは一般的には自身では電気を導通することができません。そこで、シリコンのような無機半導体と同様にキャリアをドーピングすることによって導電性を持つことが可能となります。具体的には、電子受容体や電子供与体を高分子に添加する「化学ドーピング」によって、自由に動けるキャリアを生成し、金属並みの導電性を実現します。

これまでにポリアセチレンを含む多くの導電性高分子が合成され、多様な特性が研究されています。特に、導電性ポリアセチレンの開発に貢献した白川英樹博士は、アラン・ヒーガーおよびアラン・マクダイアミッドと共に、ノーベル化学賞を受賞しました。

その他の用途

導電性高分子の特性は、複写機やレーザープリンタなど、光が当たることで導電性を持つ性質を活用した利用方法にも広がっています。また、有機材料を用いた色素増感型や有機薄膜型の太陽電池も開発されています。

まとめ

導電性高分子は、従来の高分子材料の概念を覆す革新的な存在です。その導電性、発光性、さらには印刷技術との組み合わせにより、今後も多くの新しい製品や技術が生まれる可能性が高まっています。これからの進展に大いに期待が寄せられています。

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