３次元積層グラフェンの層間カップリング抑制による新規ナノ炭素構造体創成

通过抑制三维堆叠石墨烯的层间耦合创建新型纳米碳结构

基本信息

批准号：
21H01763
负责人：
小林慶裕
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

３次元に積層した単層グラフェンにおいて、本来の物性を著しく変質させる層間相互作用を積層グラフェンの層間へのスペーサ挿入による層間隔拡大や、ランダム積層構造の形成によって抑制することが目的である。その目的に向けて、以下の研究項目について進捗させた。・構造制御酸化グラフェン（GO）のスケーラブル合成：3次元積層グラフェン形成に適したGO作製をめざし、酸化条件や原料となる黒鉛材料について電気化学酸化プロセスを重点的に検討した。安価な膨張黒鉛を用いた場合でも電解液、電圧、浸漬条件を最適化することにより低欠陥GOの形成に成功した。・滴下法によるスペーサ導入グラフェン形成：層間にスペーサ材料を確実に挿入するため、GOとスペーサ材料（カーボンナノチューブ（CNT)及びナノダイヤモンド（ND)）を交互に滴下して堆積した試料を作製した。その構造をラマン分光法で解析した結果、NDをスペーサ材料とした場合に１０層以上の多層膜でも単層性が維持できることを明らかにした。・テンプレート上CVD成長によるランダム積層グラフェン形成：成長グラフェンのドメインサイズ拡大と平坦性向上にむけて、テンプレート形成からその上でのランダム積層成長までを大気にさらさず一貫しておこなうプロセスを検討した。表面の清浄性が向上した結果、ランダムな核形成が抑制されることを見いだした。今後、駆動力を最適化し、層状成長による大面積化を目指す。・スペーサ導入グラフェンの物性解析：セルロースナノファイバやNDを添加したGOの熱処理により３次元グラフェンを形成し、その構造をX線回折で解析した。スペーサ導入により分散液中で凝集したGOの再凝集が抑制され、ランダム積層がバルクスケールで維持できることを見出した。さらに層状に形成した多層膜について可視～中赤外領域での吸収分光計測をおこない、層間カップリング抑制効果を明らかにした。

三维层压单层石墨烯的目的是抑制层间相互作用，通过将垫片插入层间石墨烯以及形成随机的层压结构，从而显着改变原始物理特性。为了实现这一目标，我们在以下研究项目上取得了进展： - 结构控制石墨烯氧化石墨烯（GO）的可伸缩合成：为了生产GO的目的适合形成3二维层压的石墨烯，我们专注于电化学氧化过程，用于氧化条件和用作原始材料的石墨材料。即使使用廉价的可扩展石墨，低缺陷GO也通过优化电解质，电压和浸入条件而成功形成。 - 通过掉落方法形成间隔者吸入石墨烯的形成：为了确保将间隔材料插入层之间，通过掉落GO和间隔材料（碳纳米管（CNTS）和纳米座（NDS））来制备样品。通过拉曼光谱法分析了该结构，并揭示了即使使用ND用作间隔材料时，即使使用10层或更多的多层膜也可以保持单层性质。 - 通过CVD生长在模板上形成随机层压石墨烯：为了扩大域的大小并改善了生长石墨烯的平坦度，我们研究了一个过程，该过程涉及一贯执行从模板形成到无需将其暴露于大气的过程。发现表面清洁度得到了改善，并抑制了随机成核。将来，将通过分层生长来优化驱动力，并将增加该区域。 - 间隔引入的石墨烯的物理性质分析：三维石墨烯是通过用纤维素纳米纤维进行热处理形成的，并添加了ND，并通过X射线衍射分析了结构。发现垫片的引入抑制了分散体中GO聚集的重新聚集，并且随机层压均可以庞大地保持。此外，在可见至中红外区域中对以层形成的多层膜进行了吸收光谱，揭示了抑制层间偶联的效果。

项目成果

期刊论文数量（46）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

多層グラフェンの広帯域吸収スペクトルにおける層間相互作用・フェルミレベル制御効果

多层石墨烯宽带吸收光谱中的层间相互作用和费米能级控制效应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
池田匠吾;菊堂裕己，水野琢央，V. C. Agulto，中島誠，井ノ上泰輝，小林慶裕
通讯作者：
菊堂裕己，水野琢央，V. C. Agulto，中島誠，井ノ上泰輝，小林慶裕

Thermal defect healing of single-walled carbon nanotubes assisted by supplying carbon-containing reactants

提供含碳反应物辅助单壁碳纳米管的热缺陷修复

DOI：
10.35848/1882-0786/acaaec
发表时间：
2022
期刊：
Applied Physics Express
影响因子：
2.3
作者：
Wang Mengyue;Maekawa Manaka;Shen Man;Liu Yuanjia;Arifuku Michiharu;Kiyoyanagi Noriko;Inoue Taiki;Kobayashi Yoshihiro
通讯作者：
Kobayashi Yoshihiro

Chemical vapor deposition growth of carbon layers on boron nitride nanotubes

氮化硼纳米管上碳层的化学气相沉积生长

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Taiki Inoue,Masakiyo Kato,Yungkai Chou,Yoshihiro Kobayashi
通讯作者：
Taiki Inoue,Masakiyo Kato,Yungkai Chou,Yoshihiro Kobayashi

多層グラフェンの広帯域吸収スペクトルにおける乱層積層効果

多层石墨烯宽带吸收光谱中的湍流堆积效应

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
菊堂裕己;Verdad C. Agulto;中嶋誠;井ノ上泰輝;小林慶裕
通讯作者：
小林慶裕

Influence of carbon source pyrolysis on high-temperature CNT growth from solid carbon growth seed

碳源热解对固体碳生长种子高温CNT生长的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mengyue Wang;Michiharu Arifuku;Noriko Kiyoyanagi;Masamitsu Satake;Taiki Inoue;Yoshihiro Kobayashi
通讯作者：
Yoshihiro Kobayashi