Home広島大学では、「特に優れた研究を行う教授職（DP：Distinguished Professor）及び若手教員（DR：Distinguished Researcher）」の認定制度を2013年2月1日に創設しました。DPは重点的課題に取り組むべき研究を行う特に優れた教授職、DRは将来DPとして活躍しうる若手人材として、研究活動を行っています。
尾坂 格 教授 インタビュー
电気を通すプラスチック「π共役系ポリマー」で
世界の人々の暮らしに役立つ电子デバイスを生む
「薄くて軽くて曲がる」电子デバイスをプラスチックで作る
私たちの身近な素材であるプラスチックは多种多様な製品に使われていますが、通常は电気を通しません。しかし2000年にノーベル化学赏を受赏された白川英树先生が発见された「导电性ポリマー」と呼ばれるプラスチックは、电気を通します。近年、先生の発明から発展した材料はスマートフォン等のタッチパネルやリチウムイオン电池など、様々なエレクトロニクス製品に活用され、现代社会に无くてはならないものとなっています。导电性ポリマーは「π共役系ポリマー」と呼ばれる素材の一种で、私は筑波大学在学中に白川先生の研究室に配属になってから、ずっとその进化系の研究を行ってきました。2006年にアメリカに留学してからは、π共役系ポリマーを半导体として用いた电子デバイスに応用する研究を进めています。
现在のスマートフォンやパソコン、ディスプレイや照明の尝贰顿、太阳电池などのデバイスは、半导体にはシリコン、その他の部材に金属やガラスなどが使われるなど、主に无机材料でできています。そのため「重くて固い」のが特徴です。しかし、もしもπ共役系ポリマーを使えば、半导体もプラスチック、その他の部材もプラスチック、つまり有机材料でできた「軽くて薄くて柔らかい」デバイスができる可能性があります。例えば太阳电池をプラスチックで作ることができればフィルム状にすることで軽くて薄く、半透明にできます。ビルなどの壁面や灾害用のテントに贴り付けて発电したり、半透明にして家の窓や农业用のビニールハウスに贴り付け光を通しながら电力を得られるようになるかもしれません。今までの「重くて黒くて固い」太阳电池と、まったく别の可能性を秘めたデバイスが次々に生まれるでしょう。
尾坂先生が开発したπ共役系ポリマーを使ったフレキシブル太阳电池
高分子の配向をデザインし、电子の输送を効率化
そうした梦のデバイスを実现するために私が今取り组んでいるのが、π共役系ポリマー製太阳电池の性能を上げる研究です。太阳电池の性能は、いかに沢山の光を吸収して高効率で电力に変换できるかで决まります。そのために重要なのが、光が电子に置き换わる过程で、电子をスムーズに电极まで运ぶことができる「高分子の配列」です。π共役系ポリマーは高分子なので「うどん」のように多数の分子が长くつながっています。电子をスムーズに流すには、分子がランダムに并ぶ「アモルファス状态」ではなく、雪などの结晶のようにきれいな状态に并び、さらにそれが板状になって垂直方向に重なっていることが大切です。なお、その秩序だった分子の并びのことを「配向」と呼びます。
私たちは「量子化学计算」という分子や原子の状态を予测する手法を用いて、まず分子の化学构造をコンピュータ上にデザインし、算出される分子形状やこれまでの知见を踏まえて、その分子の配向が理想的な姿になるようさらに化学构造をブラッシュアップします。そして次の段阶で、さまざまな试薬をフラスコの中で混ぜて反応させることでそのデザインした分子构造のポリマーを合成し、本当に望んだ机能を発挥するかどうか、试験を行います。有机材料を构成する分子の构造は、电子顕微镜でも见えないほどの极微小な存在です。しかしその分子构造と分子が创り出す集合体构造を头の中で设计し、実际に合成することで、思い描いた机能を発挥する今までこの世になかった新しい素材を作り出せる可能性がある。それがこの研究の面白さであり、大きなやりがいとなっています。
π共役系ポリマー製太阳电池の性能を上げるために、分子の配列を制御する
世界の人々の暮らしを変える新素材を作りたい
现时点ですでに私たちの研究グループは、π共役系ポリマー製太阳电池の配向制御の技术をある程度确立することができました。2015年に発表した论文では私たちが开発した配向制御技术を使うことによって、有机薄膜太阳电池のマイルストーンである「エネルギー変换効率10%」を世界に先駆けて実现することができたのです。现在、有机薄膜太阳电池の変换効率を向上させるには、分子の配列制御が极めて重要であることが世界的な常识となっていますが、まだ谁もシリコン太阳电池并の「変换効率20％」を达成できておらず、世界に先駆けてその数字を実现するのが现在の目标の一つになっています。
さらなる目标としては、π共役系ポリマーを太阳电池だけでなく、他のエネルギーを生み出したり活用する方法にも応用したいと考えています。一つの可能性としては、「热电変换素子」と呼ばれる、热から电気を生み出す材料への応用が検讨できるでしょう。热电変换素子には现在、一般的に无机材料が使われていますが、有机材料でもできるという研究発表が出ており、注目しているところです。またπ共役系ポリマーを光触媒として用い、光のエネルギーで水を水素と酸素に分解することで水素を取り出したり、空気中の二酸化炭素を还元することで世界的なカーボンニュートラルに贡献できる可能性もあります。
私はずっとπ共役系ポリマーに関する研究を行ってきましたが、いつかは自分の手で开発した材料が世に出ていき、一般の人々が実际に触れるものとなってほしいと愿っています。私たちの今の生活は、かつての科学者たちが生み出した革新的な素材の数々によって成り立っています。世界中の人々の暮らしをより便利にし、人类の幸福につながる素材を生み出すことを目标に、これからも研究を进めてまいります。
