ナノダイヤモンド粒子の表面化学修飾と特異な界面電子・磁気現象の発現

纳米金刚石颗粒的表面化学修饰及独特界面电子和磁现象的表现

• 批准号: 18655053
• 负责人: 榎 敏明
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18655053/
• 关键词: ナノダイヤモンド; 表面最構成; ダングリングボンド; 表面水素終端; 反強磁性; 水熱処理; 磁性; 構造揺らぎ; 表面再構成

大きさ5nmのナノダイヤモンド粒子を水熱合成用オートクレーブ中で超臨界水処理を行い、表面に存在する無定形グラファイト形炭素を溶解し、表面水素終端を行った。実験条件は650℃、100MPa、また、中性水、NaOH塩基性水を用い、Zn触媒の効果も検討した。その結果、中性条件下では水素終端された表面炭素原子の数は超臨界水処理時間の増加にしたがって増加するが、40時間を越えると水素終端炭素数は減少に転じることが明らかとなった。X線回折、X線小角散乱の実験結果からは、処理時間の増加に従って、表面グラファイト層の消滅が示唆された。また、磁化率から求めた表面に存在する局在スピン濃度は、処理時間の増加にしたがって増加し、40時間以降においては不連続的に減少することが見出された。このような構造、磁性の処理時間依存性から、処理時間の短い条件では、グラファイト表面層の溶解に伴い、むき出しになったダイヤモンド表面炭素原子が水素終端されると同時に、水素終端されない表面炭素原子が欠陥として残り、これがダングリングボンドの局在スピンを持つものと理解される。40時間以上の処理では、表面の構造不安定性により、構造再配列が起こり、結果として、表面炭素原子はπ結合で覆われるものと思われる。表面に存在する欠陥はダングリングボンド・クラスター構造を有し、その局在スピンは強い反強磁性相互作用でスピン揺らぎを起こしているものと思われる。塩基性水溶液中あるいはZn触媒下での処理では水素終端は大きく促進されることが明らかとなった。

在高压釜中用超临界水处理具有5 nm大小的纳米原子颗粒以进行水热合成，并溶解存在于表面上的无定形石墨碳并终止表面氢。实验条件为650°C，100 MPa，使用中性水和基本的NaOH水，还研究了Zn催化剂的作用。结果，有发现在中性条件下，随着超临界水处理时间的增加，氢终止的表面碳原子的数量增加，但是40小时后，氢终止的碳原子的数量开始减少。 X射线衍射和X射线小角度散射的实验结果表明，表面石墨层随着治疗时间的增加而消失。还发现，表面上存在的局部自旋浓度是由磁敏感性确定的，随着治疗时间的增加而增加，并在40小时后不连续。基于这种结构和磁性的处理时间的依赖性，在短时间治疗时间的条件下，可以理解，随着石墨表面层溶解的石墨表面层溶解，表面碳原子暴露的钻石被释放，而不是氢终止的表面碳原子，并且具有缺陷，这具有固定的悬挂键的自旋。经过40小时的处理后，表面的结构不稳定会导致结构重排，从而导致表面碳原子被π键覆盖。表面上存在的缺陷具有悬挂的键簇结构，由于强烈的抗铁磁相互作用，其局部旋转被认为会引起自旋波动。已经表明，在基本水溶液或Zn催化剂下进行处理时，氢终止会大大加速。

项目成果

Defects localization and nature in bulk and thin film ultrananocrystalline diamond

块状和薄膜超纳米晶金刚石的缺陷定位和性质

• 发表时间: 2007
• 期刊: Diamond and Related Materials 162
• 作者: Alex I. Shames;et. al.
• 通讯作者: et. al.

Magnetic and high resolusion TEM studies of nanographite derived from nanodiamond

源自纳米金刚石的纳米石墨的磁性和高分辨率 TEM 研究

• 发表时间: 2006
• 期刊: Carbon 44
• 作者: Toshiaki Enoki;et. al.;M.V.Baidakova et al.;V.Yu.Osipov et al.
• 通讯作者: V.Yu.Osipov et al.

Magnetic Deffects in Pristine and Hydrogen-Terminated Nanodiamonds

原始纳米金刚石和氢封端纳米金刚石中的磁缺陷

• 发表时间: 2006
• 期刊: Nano-electronic Semiconductor Devices (Editor : Evgeni Gusev) (Nato Advanced Research Workshop) (Nato Sci. Ser.) 220
• 作者: Toshiaki Enoki;et. al.;M.V.Baidakova et al.;V.Yu.Osipov et al.;V.Yu.Osipov et al.;V.Yu.Osipov et al.
• 通讯作者: V.Yu.Osipov et al.

Structure and Electronic Properties of Surface/Edges of Nanodiamond and Nanographite

纳米金刚石和纳米石墨表面/边缘的结构和电子性能

• 发表时间: 2007
• 期刊: Diamond & Related Materials 16(12)
• 作者: Toshiaki Enoki;et. al.
• 通讯作者: et. al.

Novel physisorption-induced magnetic switching phenomenon in activated carbon fibers

活性炭纤维中新型物理吸附引起的磁开关现象

• 发表时间: 2007
• 作者: Toshiaki Enoki;et. al.;M.V.Baidakova et al.;V.Yu.Osipov et al.;V.Yu.Osipov et al.;V.Yu.Osipov et al.;榎 敏明
• 通讯作者: 榎 敏明