JPH0465077B2 - - Google Patents

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JPH0465077B2
JPH0465077B2 JP1869689A JP1869689A JPH0465077B2 JP H0465077 B2 JPH0465077 B2 JP H0465077B2 JP 1869689 A JP1869689 A JP 1869689A JP 1869689 A JP1869689 A JP 1869689A JP H0465077 B2 JPH0465077 B2 JP H0465077B2
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conductivity
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JP1869689A
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JPH02200688A (ja
Inventor
Kojiro Kawabata
Takayoshi Nakamura
Mutsuyoshi Matsumoto
Hiroaki Tachibana
Kunihiko Kojima
Takeo Onda
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Toyo Gosei Co Ltd
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Toyo Gosei Co Ltd
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野) 本発明は導電性超薄膜の形成を可能にする有機
錯体及びそれを含む導電性超薄膜に関するもので
ある。 (従来の技術) ラングミユア・ブロジエツト法によつて、固体
基板に有機化合物の薄膜を形成させることは周知
の事実である。このようにして製造される薄膜は
多方面に使用される可能性を持ち、特にエレクト
ロニクス及び生物学の分野における今後の展開は
興味深いものである。特開昭58−141246号公報に
は、ラングミユア・ブロジエツト法による超薄膜
〔ラングミユア・ブロジエツト膜(LB膜)〕をデ
バイスに応用する例がいくつか記載されている。 LB膜は水面上に有機分子の単分子膜を作成し、
これを固体基板上に累積することによつて得られ
る超薄膜である。現在の種々の電子デバイスを、
このような有機物の超薄膜で作成することが出来
れば、より高い機能を達成できるものと期待され
ている。 このような有機化合物で導電性デバイスを構築
する場合は、LB膜に導電性の良い素材を使用す
ることが重要であり、以下のような導電性有機錯
体及びLB膜が発表されている。 A.Ruaudelらは、長鎖ピリジニウムとテトラシ
アノキノジメタン(TCNQ)の1:1錯体をI2
気で処理することにより0.01ジーメンス/センチ
メートル(S/cm)の導電率を持つ錯体を作成し
ている(A.Ruaudel−Teixier等:Mol.Cryst.
Liq.Cryet.,120 319(1985)。 本発明者らも長鎖ピリジニウムとTCNQの
1:2錯体を作成し、I2処理することなしに
0.01S/cmの導電率を得た(M.Nakamura等:
Chem.Lett.,709(1986)、M.Matsumoto等:
Synthetic Metals,19 675(1987))。 また、本発明者らは、テトラメチルテトラチア
フルバレン(TMTTF)と長鎖TCNQ錯体の単
分子膜及びLB膜を作成し、0.4S/cmという導電
率を得ている〔T.Nakamura等:Chem.lett.,
323(1986)、Y.Kawabata等:Syntheric
Metals,19 663(1987)、T.Nakamura等:
Synthetic Metals,19 681(1987)、M.
Matsumoto等:3rd Int'l Conf.LB Films,
Abstract No OE2、K.Ikegmi等:Synthetic
Metals,19 669(1987)〕。 さらに、本発明者らは下記構造式で表わされる
ジアルキルジメチルアンモニウム−Ni(dmit)2
1:1錯体を合成し、臭素酸化あるいは電解酸化
することにより0.1S/cmの導電率を得ている(T.
Nakamura等:Chem.lett.,1667(1988))。 (式中R1及びR2はアルキル基を示し、Meはメ
チル基を示す。また、(dmit)は
【式】で示される2置換基の略号で ある。) 一方、藤木等は、テトラチアフルバレン
(TTF)とTCNQ錯体を水面上に展開し、固体基
板上に累積することにより5.5S/cmの導電率を報
告している(M.Fujiki等:Synthetic Metals,
18 815(1987))。 このように、導電性LB膜に関する研究は進展
しているが、LB膜を電子工学分野における分子
レベルのエレクトロニクスに応用可能は物質にす
るためには、未だ導電率が低いため、さらに高い
導電性を持つ電荷移動有機錯体が望まれている。 (発明の課題) 本発明は高導電性LB膜及びそのための導電性
電荷移動有機錯体を提供することをその課題とす
る。 (課題を解決するための手段) 本発明らは前記課題を解決すべく鋭意努力した
結果、これまで単結晶などによって導電性が調べ
られてきた導電性電荷移動有機錯体を親水性基と
し、長鎖の炭化水素基を疎水性基とする分子を合
成し、水面うえでこれらの分子の単分子膜を作成
し、その単分子膜を基板上に累積した後、電解質
水溶液中で電解酸化すれば高い導電率をもつ超薄
膜の作成が可能なことを見出し、本発明を完成す
るに至つた。 本発明によれば、導電性超薄膜素材として下記
一般式(I)で表わされる導電性電荷移動有機錯
体が提供される。 (式中、R1,R2,R3は長鎖アルキル基、Meは
メチル基である) 前記一般的(I)中の陽イオンは、トリアルキ
ルメチルアンモニウムのような第4級アンモニウ
ムイオンから成る。この場合R1,R2,R3は長鎖
アルキル基であるが、これらは同一であつても異
なつていてもよく、炭素数10以上、特に10〜24の
直鎖状のものが良い。具体的にはデシル、ウンデ
シル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペ
ンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オク
タデシル、ノナデシル、エイコシル、ウンエイコ
シル、ドエイコシル、トリエイコシル及びテトラ
エイコシル基などである。陽イオンを形成する第
4級アンモニウムイオンの具体例としては、後で
述べる長鎖脂肪酸と混合した系で水面上に安定な
単分子膜が形成でき、かつ高い導電性のLB膜を
与える点から、トリデシルメチルアンモニウム、
トリウンデシルメチルアンモニウム、トリドデシ
ルメチルアンモニウム、ジテトラデシルメチルフ
エニルアンモニウム及びジヘキサデシルメチルフ
エニルアンモニウムイオン等を挙げることができ
る。 本発明の前記一般式(I)で表わされる導電性
電荷移動有機錯体は、これをアセトニトリルとベ
ンゼンも混合溶媒に溶解してラングミユア・トラ
フ上に単分子膜として展開させ、LB膜を形成す
る。この場合、水面上により安定な単分子膜を作
成するためには、長鎖脂肪酸と混合した系を用い
るのが好ましく、特に長鎖脂肪酸を前記導電性化
合物(I)の0.3〜5.0モル倍添加することが望ま
しい。なおここで用いられる長鎖脂肪酸として
は、下記一般式(II)で表わされる直鎖状の長鎖
脂肪酸の使用が好ましい。 CnH2o+1COOH () (式中、nは8〜22の整数) 具体的には、カプリル酸、ウンデシル酸、トリデ
シル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミ
チン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデ
カン酸及びアラキン酸等が挙げられる。 前記のように長鎖脂肪酸の混合割合は、導電性
電荷移動有機錯体の0.3〜5.0モル倍の添加が望ま
しく、この範囲であれば長鎖脂肪酸を単独で添加
しても混入物として添加しても良いが、充分な安
定性及び強度を得るためには単独使用の方が好ま
しい。また最適添加比は、導電性化合物の種類や
長鎖化合物の種類によつて変動するので明確では
ないが一般的には1:1付近が良く、導電性電荷
移動有機錯体にトリ−n−デシルメチルアンモニ
ウム−Au(dmit)2(1:1)錯体を使用し、長鎖
脂肪酸にアラキン酸を用いた場合の最適比は2:
1〜1:4であつた。 水溶液の表面上に有機化合物の薄膜を形成する
一般的な方法は、特開昭58−141246号公報などの
先行文献に記載されており、普通は水に不溶の揮
発性有機溶媒に溶解した有機化合物の溶液を適量
水面上に展開し、その溶剤を蒸発させることによ
つて行われる。しかし、導電性電荷移動有機錯体
はクロロホルム等の有機溶剤中で分解する場合も
あるので、電荷移動有機錯体作成時の溶媒として
一般に用いられるアセトニトリルなどを溶媒する
のが好ましく、アセトニトリルは水溶性なのでベ
ンゼンとの混合溶媒の形で用いられる。ベンゼン
の代わりに他の水に不溶の有機溶媒を用いてもよ
い。 ラングミユア・ブロジエツト法により累積した
導電性電荷移動有機錯体のLB膜は、そのままで
は絶縁体などで電解酸化して高い導電性のLB膜
にしなければならない、電解酸化は、LB膜累積
基板を陽極にして電解質を含有する水溶液中で行
なえば良い。電解質は、水に溶け電気を通す作用
があり、基板に累積したLB膜と反応しないもの
であればよく、特にLiClO4、R′4NCIO4、R′4
NBF4及びR′4NCF3SO3(R′はメチル、エチル、
プロピル及びブチル基である)が好適である。電
解濃度は特に限定されず、電解反応が室温で十分
行われる濃度であればよい。電解酸化は定電流電
源装置を用いる方法で行なわれ、濃度0.1M/
の電解質を使用する電解酸化の場合は、0.5μAの
定電流で2〜5時間行なえばよい。ここで用いた
電流値は特に限定されるものでなく、固体基板上
のLB膜の酸化反応が順調に行われる電流値であ
ればよい。 (発明の効果) 本発明によつて得られる導電性超薄膜を利用す
る可能性のあるデバイスには、表示素子、情報記
憶デバイス、化学感受性半導体デバイス、シヨツ
トキーバリヤーを含む半導体などが含まれる。ま
た、厚みが分子レベルで制御可能な超薄膜導電体
という特徴から、新しい超薄膜スイツチング素子
や超高密度LSIの配線材料などに使用可能であ
る。さらに、有機物からなるためバイオ素子との
インターフエース機能を持たせることも可能であ
る。 本発明の導電性電荷移動有機錯体は、分子レベ
ルで膜厚の制御可能なLB膜を形成できるうえ、
従来品より高い導電性が得られ、再現性が大きく
安定性も高い利点を持ち、前記のようなデバイス
作成材料として従来品より優れている。 (実施例) 次に本発明を実施例によりさらに説明するが、
本発明はこれに限定されるものでない。 参考例 1 トリ−n−デシルメチルアンモニウムブロマイ
ドの合成 トリ−n−デシルアミン16.7g(0.038モル)
及びメチルブロマイド5.4g(0.057モル)をエタ
ノール200ml(158g)に溶解し、1のガラス製
オートクレーブに仕込み19〜20℃(圧力0.3Kg/
m2)に保ちながら80時間よく攪拌して反応させ
た。反応終了後ロータリーエバポレーターでエタ
ノールを留去し、酢酸エチル10mlで再結晶を行つ
た、一夜放置後、濾過・乾燥することにより、ト
リ−n−デシルメチルアンモニウムブロマイドの
白色結晶18.2g(純度99.02%)を収率89.47%で
得た。 実施例 1 トリ−n−デシルメチルアンモニウム−Au
(dmit)2の合成 200mlのナスフラスコに、4,5−ビス(ベン
ゾイルチオ)−1,3−ジチオール−2−チオン
920mg(2,25mmol)のメタノール溶液7mlを
入れ、それに金属ナトリウム115mg(5mmol)を
溶解したメタノール溶液20mlを徐々に滴下すると
溶液は均一となり、赤紫色の4,5−ビス(ナト
リウムチオ)−1,3−ジチオール−2−チオン
が生成した。されに、テトラクロロ金()ナト
リウム2水和物398mg(1.0mmol)を含むメタノ
ール溶液20mlを加えると、黒色のナトリウム−
Au(dmit)2が生成し、ついでトリ−n−デシルメ
チルアンモニウムブロマイド639mg(1.2mmol)
を含むメタノール溶液22mlを徐々に滴下すると、
トリ−n−デシルメチルアンモニウム−An
(dmit)2の黄土色結晶が析出した。反応をさらに
2時間行つた後、濾過することによりトリ−n−
デシルメチルアンモニウム−Au(dmit)2の黄土色
結晶0.99gを収率95.0%で得た。 実施例 2 実施例1で合成したトリ−n−デシルメチルア
ンモニウム−Au(dmit)2(1:1)錯体と、アラ
キン酸とを1:1のモル比でアセトニトリル−ベ
ンゼン(1:1)の混合溶媒に溶かし、担持用液
体として純水を用い通常の方法によつてラングミ
ユア・トラフに単分子膜を生成させ、その表面圧
−面積曲線(π−A曲線)を求めたところ、極限
占有面積が約3.5nm2の安定な単分子膜を形成する
ことがわかつた。この単分子膜を、ガラス板にあ
らかじめヘキサメチルジシラザンで疎水化処理し
た上に、25mNm-1の表面圧で20層累積した。こ
の累積膜は十分安定な単分子膜を形成しているこ
とがわかつた。 実施例 3 実施例2の方法で累積したLB膜に金ペースト
で電極を作り、0.1M/の過塩素酸リチウム水
溶液中で陰極に白金線を用い、0.5μAの定電流で
実施例2のLB膜を5時間陽極酸化した。4端子
法により導電率を測定すると約25S/cmの値が得
られた。この値は今までに方向された導電率の中
で最高の値である。しかも導電率の温度依存性を
調べると、第1図に示す結果が得られ、室温〜
200K付近では弱いながらも金属的な挙動を示す
ことがわかつた。このようなマクロスコピツクに
金属的な挙動は、導電性LB膜では初めて観察さ
れたものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は導電率の温度依存性を示すグラフであ
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一般式 (式中R1,R2,R3は長鎖アルキル基、Meはメ
    チル基である) で表わされる有機錯体。 2 固体基板上に形成した請求書1の有機錯体か
    らなる超薄膜を電解酸化してなる超薄膜。 3 該有機錯体と長鎖脂肪酸を有する請求項2の
    超薄膜。
JP1869689A 1989-01-27 1989-01-27 有機錯体及び導電性超薄膜 Granted JPH02200688A (ja)

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