熱・光デバイス実現に向けた単層カーボンナノチューブ合成と評価

用于实现热和光器件的单壁碳纳米管的合成和评估

基本信息

批准号：
22246023
负责人：
丸山茂夫
金额：
$ 15.48万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

単層カーボンナノチューブ(SWNT)の熱伝導特性および非線形光学特性に着目し,SWNTデバイス応用実現に向けたSWNTの合成法,構造制御法,評価技術開発,および光・熱デバイスの実現を目的として研究を進めた.SWNT合成技術の向上としては,まずナノチューブの直径の制御について実験を行い,合成前の触媒金属への処理に注目した.水素による還元処理の温度や処理時間を変えることで,直径の制御が可能になった.また,水晶基板上でSWNTを合成し,基板の特定方向に水平配向成長させた.さらに水晶のR-cut基板やR面基板を用いて,その配向メカニズムについて検討を行った.また,SWNTのデバイス化技術として重要なパターニング法の開発を行った.自己組織化膜を用いた基板上の濡れ性制御によって,SWNT電界効果型トランジスタの構築した.トランジスタチャンネルとしてSWNTを用いるだけでなく,電極としてもマット状に合成したSWNTを利用することで,効率よく高性能なSWNTのトランジスタを実現した.また,伝熱デバイス作製に向けて,SWNTと周囲流体との界面熱抵抗について分子動力学シミュレーションを行った.様々な周囲流体でのシミュレーションを行うことで,一般的な界面熱抵抗への知見を得ることができた.さらに,実験ではラマン散乱分光法を応用した,垂直配向SWNTの熱伝導率計測を行い,レーザー光照射によって生じる温度分布を利用した非接触の熱伝導率計測を進めた.SWNTの分析に非常に重要なラマン散乱スペクトルに対する理論的研究も進めた.ラマン散乱強度のSWNT構造依存性を明らかにし,実験結果の理解に重要な知見を得ることに成功した.

我们围绕单壁碳纳米管（SWNT）的热导率和非线性光学性质开展研究，旨在发展SWNT的合成方法、结构控制方法和评估技术，以实现SWNT器件应用，并实现单壁碳纳米管的应用。为了改进SWNT合成技术，我们首先进行了控制纳米管直径的实验，并重点研究了合成前催化剂金属的处理，研究了氢气还原处理的温度和处理方式。通过改变时间，可以控制直径。此外，在石英基板上合成SWNT并在基板上沿特定方向水平生长。此外，我们使用石英R切割基板或R平面基板。我们还研究了取向机制。我们还开发了一种图案化方法，这作为单壁碳纳米管的器件技术很重要。通过使用自组装膜控制基板上单壁碳纳米管的润湿性，可以制造单壁碳纳米管场效应晶体管。我们不仅使用单壁碳纳米管作为晶体管通道，而且使用哑光合成的单壁碳纳米管作为电极，构建了高效、高性能的单壁碳纳米管晶体管，并对单壁碳纳米管与周围流体之间的界面热阻进行了分子动力学模拟。通过各种周围流体，我们能够了解一般的界面热阻。此外，在实验中，我们应用拉曼散射光谱测量了垂直排列的单壁碳纳米管的热导率，并利用激光照射产生的温度分布进行了非接触式热导率测量，并对拉曼散射进行了理论研究。光谱，这对于SWNT分析非常重要。我们阐明了拉曼散射强度对SWNT结构的依赖性，并成功获得了理解实验结果的重要知识。