独立行政机构国立产业技术综合研究所[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）纳米系统研究部[研究部部长 Tomohiko Yamaguchi] 纳米化学工艺小组首席研究员 Yoshihiro Takebayashi、首席研究员 Ken Suu 和研究小组组长 Satoshi Yoda 正在与柯尼卡美能达公司 [代表执行官兼总裁 Masae Yamana]（以下简称“柯尼卡美能达”）、Hideo Taka 研究员和 Dai Ikemizu 研究员合作开发一种板状产品厚度为数纳米。有机半导体材料的纳米颗粒
这项技术是微型混合器的狭窄混合通道，有机半导体材料的溶液和有机半导体材料不溶于其中的液体快速混合以沉淀纳米尺寸的颗粒。结果，连续获得厚度为数纳米的板状有机半导体材料纳米颗粒。通过堆叠由薄板状有机半导体材料纳米颗粒制成的薄膜，有望有助于提高柔性和薄型显示器、照明和有机太阳能电池等有机薄膜器件的性能。
该技术的详细信息将于 2014 年 5 月 22 日至 24 日在京都大学宇治校区举行的第 12 届纳米学会会议上公布。
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含有使用微混合器连续生产的板状有机半导体材料纳米粒子的分散体
激光被分散体中的纳米颗粒散射，光路可见。 |
近年来，使用由有机半导体材料制成的发光元件（有机EL）的显示器、照明、有机太阳能电池等轻量且柔性的有机薄膜器件受到关注。这些器件是通过根据其功能层压多种类型的有机半导体薄膜而构造的，并且为了提高它们的性能，需要一种将有机半导体材料形成并层压得尽可能薄的技术。
同时，为了普及这些有机薄膜器件，需要一种以低成本堆叠大面积有机半导体薄膜的技术。传统上，这种薄膜是通过真空蒸发法生产的，其中有机半导体材料在真空和高温下蒸发，然后沉积在基板上，或者通过溶液涂覆法生产，其中溶解在溶剂中的有机半导体材料涂覆到基板上。然而，前者需要高真空和高温，使其昂贵且难以制成大面积，而后者则存在由于下层在外涂过程中溶解而难以堆叠的问题。为此，提出了将有机半导体材料制成纳米粒子并使用分散有纳米粒子的液体形成膜的方法，但难以大量生产尺寸小于几十纳米的纳米粒子。
AIST一直致力于研究和开发使用微混合器和高压流体的纳米颗粒生产技术，并开发了连续生产金属氧化物和有机颜料纳米颗粒的技术。另一方面，柯尼卡美能达拥有自己的有机EL制造技术，并一直在开发该技术以提高其性能。
双方自2013年6月起进行联合研究，致力于研究使用微混合器连续生产板状有机半导体材料纳米颗粒的方法。
将有机化合物转化为纳米粒子的方法之一再沉淀法这是利用以下事实的方法：当有机化合物的溶液与不能溶解该有机化合物的液体(不良溶剂)混合时，该有机化合物在混合液体中的溶解度降低，并且不能完全溶解的有机化合物作为固体纳米粒子沉淀出来。新开发的技术采用再沉淀法，即使用内径约为01至1毫米的通道（称为微混合器）将有机半导体材料的溶液和不良溶剂高速均匀混合，以沉淀并制造纳米颗粒。这使得纳米颗粒的连续生产成为可能。图1示出了制造方法的示意图。
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| 图1新开发的有机半导体材料的板状纳米颗粒的生产方法 |
| 当使用微混合器将有机半导体材料的溶液和不良溶剂快速混合时，获得有机半导体材料的纳米颗粒沉淀的分散体。 |
通过该方法，得到用于有机EL的有机半导体材料。N,N'-双(1-萘基)-N,N'-双苯基联苯胺(NPB)被制成纳米颗粒。图 2 显示了 NPB 溶液和所得纳米颗粒分散体的照片。当施加激光束时，光穿过溶液，看不到光路，但光被散射，在分散体中可见光路，表明纳米颗粒的存在。需要注意的是，由于混合后NPB在溶剂中的溶解度极低，几乎所有的NPB都被制成纳米颗粒。此外，如果纳米颗粒处于低浓度，则它们可以在不使用分散剂如表面活性剂的情况下稳定地分散几个月。
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图2 有机半导体材料（左）溶液和（右）纳米颗粒分散体的照片
激光穿过溶液，但被分散体中的纳米颗粒散射。 |
该纳米颗粒的尺寸（粒径）分布，动态光散射 (DLS)测量的结果。可以确定纳米粒子的直径分布在40～90纳米之间，中心为60纳米。
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图 3 通过动态光散射 (DLS) 测量的粒度分布
纳米粒子的直径分布在40至90纳米之间，中心为60纳米。 |
此外，为了研究颗粒的形状，制备了 NBP 纳米颗粒的分散体云母的基板上并让它干燥原子力显微镜 (AFM)观察图4显示了所获得的纳米粒子的AFM图像。从平面图上看，它是圆形，直径约为60纳米，但从剖面看，发现厚度极薄，为2到3纳米，形状类似于示意图中所示的圆盘。其形状较薄的原因被认为是，作为有机半导体材料的NBP本身的晶体生长速度根据方向的不同而有很大差异（由于芳香环之间的相互作用，分子以长轴对齐的方式排列成束，因此倾向于在束变粗的方向上生长，而很难在与其垂直的方向上生长）。
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| 图4 新开发的有机半导体材料纳米粒子的原子力显微镜图像 |
| 发现直径约为60纳米（左，平面图），但厚度为2至3纳米（右上，横截面图），使其非常薄。右下为板状纳米颗粒示意图。 |
目前，我们正在使用所得的板状纳米粒子分散体进行成膜试验。未来，我们将致力于优化纳米颗粒的形成条件，以获得尺寸更适合成膜和高浓度分散体的板状纳米颗粒。我们还将评估其作为有机薄膜器件的性能，并继续开发，目标是在五年内将其商业化。