スパッタ法によるアルカリ金属ドープカーボンニノチューブ形成メカニズムの研究

溅射法碱金属掺杂碳纳米管形成机理研究

基本信息

批准号：
14655019
负责人：
本多信一
金额：
$ 2.43万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、従来のRFマグネトロンスパッタ法に熱フィラメントの設置、基板バイアス電圧の印加、ドーパントとして期待される窒素ガスの導入など、スパッタ法をカーボンナノチューブ合成に応用するための装置の開発を行い、スパッタ法によるナノチューブの成長メカニズムの提案をおこなった。スパッタ法によるナノチューブの成長機構として、(1)触媒金属微粒子がナノチューブの核として成長する、(2)適切なエネルギーをもったカーボン粒子が触媒金属微粒子に供給される、(3)カーボンが析出すると同時に微粒子が持ち上げられナノチューブとして成長する、と考えている。これら一連の成長過程において窒素の効果が提案された。すなわち、(1)RFプラズマ中の窒素イオンは、プラズマと基板との間のポテンシャル差によって、エネルギーを与えられ、基板に照射される。(2)基板への適度なエネルギーの供給によってカーボンナノチューブが成長する。また、窒素は、ナノチューブの密度制御に有効であることを明らかにした。窒素によるナノチューブの密度制御は、従来の密度制御手法(フッ酸処理、プラズマ処理、触媒金属の膜厚制御など)とは異なる新しい手法である。本手法は、スパッタ法という応用に適した成長法であることに加えて、窒素が、ドーパントとして働くことが期待され、カーボンナノチューブの電気的特性を制御できる可能性が大きい。

在这项研究中，我们开发了一种用于溅射到碳纳米管合成的设备，例如在常规的RF磁控溅射方法中安装热丝，底物偏置电压的应用以及氮气的引入，预计将是一种使用氮气的机制，并提出了一种机制，可以使用氮气来使用Spodubtubes。纳米管的生长机制被认为是（1）（1）作为纳米管的核心，（2）具有适当能量的碳颗粒生长，（2）将适当能量的碳颗粒提供给细催化金属颗粒，（3）（3）将细颗粒升高并作为纳米管生长，因为碳被沉淀。在这些系列生长过程中已经提出了氮的作用。也就是说，（1）RF血浆中的氮离子是由等离子体和底物之间的电势差和辐照到底物上的能量。（2）碳纳米管通过向底物提供适度的能量而生长。还揭示了氮在控制纳米管的密度方面有效。使用氮气控制纳米管的密度是一种与常规密度控制方法（氢氟处理，血浆处理，催化金属的膜厚度控制等）不同的新技术。除了是适合溅射应用的生长方法外，本方法还有望充当掺杂剂，并且很有可能可以控制碳纳米管的电性能。