非平衡反応性プラズマ制御によるC_<60>因子の高次構造クラスター形成

非平衡反应等离子体控制C_<60>因子高阶结构团簇形成

• 批准号: 12878072
• 负责人: 畠山 力三
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12878072/
• 关键词: 非平衡反応性高周波グロー放電; マグネトロン放電方式; カーボンナノチューブ; C_<60>・C_<70>フラーレンの大量合成; C_<60>因子の高次構造炭素クラスター; RF電極へのイオン衝撃; RF電極表面温度; 非平衡反応性プラズマ; 高次構造クラスター; C_<60>内包ナノチューブ

今年度は、メタン(CH_4)/水素(H_2)混合ガスによる非平衡反応性高周波(RF)グロー放電の、弱磁化プラズマ内に設置した触媒金属を兼ねたRF電極に外部から直流電圧を印加して電位(V_<RFE>)を制御した場合の、カーボンナノチューブ(CNTs)成長状態とフラーレン形成量の詳細を調べた結果、以下のことが判明した。(1)RF電極に生じる自己バイアス電圧(-300V)よりもやや高いV_<RFE>=-210Vの場合、CNTsは殆ど存在せずに多面体状グラファイトが大半を占めていた。しかし、V_<RFE>を負に深くすると、CNTsが頻繁に観察され、V_<RFE>=-400Vでは、単独に成長した直径70nm、長さ10μmの細長い多層CNTsの形成が確証された。更に、フラーレンを内包したCNTsの形成を示唆する結果が得られている。(2)現行の質量分析の他に、可視/紫外吸収分光器による水冷式RF電極上に堆積した煤の分析を行った。その結果、フラーレンC_<60>とC_<70>の吸収が観測され、それらの強度はRF投入電力の増加に比例して増えることが判明している。ゆえに、各種パラメーターの最適条件を見出すことにより、フラーレンの大量合成のみならず、ナノチューブ形成機構の解明にも大きく寄与すると考えている。(3)我々の実験におけるガス混合比(H_2/CH_4=1/9)は、従来の熱又はプラズマCVD法の場合と比べると逆転しているため、従来の基板加熱膜成長法とは全く異なるC_<60>因子のより高次構造の炭素クラスター形成機構が存在することを示唆する結果が得られた。以上の結果を総合すると、CNTsの単独形成・成長とフラーレン形成には、RF電極表面に平行な弱磁場を印加するマグネトロン放電方式による特異な放電形態に起因した、電極へのイオン衝撃による多面体状グラファイトの分解・合成の促進と、それに伴なうRF電極表面温度変化との相乗効果が重要であるという結論に達した。

今年，我们调查了碳纳米管（CNT）的生长状态的细节以及当将DC电压从外部施加到RF电极时，富勒烯形成的量也是催化金属，该金属也用作催化金属，该催化金属在弱化的质量质量上，用于非均衡性抗元素，用于非均衡性抗反应性高（RF）（rf）（rf）的（rf）（rf）（rf）glow（rf）glow（rf）（rf）glow（rf）glow ner（rf）（h4）被发现。 （1）对于V_ <rfe> = -210V，略高于在RF电极下产生的自偏电压（-300V），CNT几乎不存在，大多数多面体石墨都由。但是，当V_ <rfe>负面加深时，经常观察到CNT，证实了单独生长的细长多层CNT的形成，直径为70 nm，长度为10μm。此外，已经获得了表明CNT封装富勒烯的形成的结果。 （2）除当前质谱法外，还使用可见/紫外线吸收光谱仪分析了沉积在水冷的RF电极上的烟灰。结果，观察到了富勒烯酸盐C_ <60>和C_ <70>的吸收，并且发现它们的强度与RF输入功率的增加成比例增加。因此，我们认为，为各种参数找到最佳条件不仅有助于富勒烯的质量综合，还会促进纳米管形成机制的阐明。 （3）与常规的热或等离子体CVD方法相比，我们实验中的气体混合比（H_2/CH_4 = 1/9）是相反的，结果表明，C_ <60>的C_ <60>因子具有与常规底物热膜生长方法完全不同的C_ <60>因子的较高阶碳簇形成机制。 Taken together with the above results, we have concluded that for the formation and growth of CNTs and the formation of fullerenes, the synergistic effect of promoting the decomposition and synthesis of polyhedral graphite by ion bombardment on the electrode, due to the unique discharge morphology of magnetron discharge methods, which applies a weak magnetic field parallel to the surface of the RF electrode, and the resulting synergistic effect of the synergistic RF电极表面温度变化的影响很重要。

项目成果

R.Hatakeyama: "Formation Regime of Fullerenes and Carbon Nanotubes n Glow-Discharge Reactive Plasmas"Proceedings of International Conference on Phenomena in Ionized Gases. 2. 159-160 (2001)

R.Hatakeyama：“辉光放电反应等离子体中富勒烯和碳纳米管的形成机制”国际电离气体现象会议论文集。

T.Oku: "Formation and Structure of Ag, Ge and Sic Nanoparticles Encapsulated in Boron Nitride and Carbon Nanocapsules"Diamond and Related Materials. 9. 91-915 (2000)

T.Oku：“氮化硼和碳纳米胶囊中封装的银、锗和碳化硅纳米颗粒的形成和结构”金刚石和相关材料。

T.Oku: "Formation of Carbon Nanostructures with Ge and SiC Nanoparticles Prepared by Direct Current and Radio Frequency Hybrid Discharge"Journal of Material Research. 15・10. 2182-2186 (2000)

T.Oku：“通过直流电和射频混合放电制备碳纳米结构”15・10（2000）。

K.Shiga: "Ab Initio Molecular Dynamics Simulation for the Insertion Process of Si and Ca Atoms into C_<74>"Materials Science and Engineering. A290. 6-10 (2000)

K.Shiga：“Si和Ca原子插入C_<74>过程的从头算分子动力学模拟”材料科学与工程。

T.Hirata: "Si-Fullerene Compounds Produced by Controlling Spatial Structure of an Arc-Discharge Plasma"Japan Journal of Applied Physics. 39. L1130-L1132 (2000)

T.Hirata：“通过控制电弧放电等离子体的空间结构产生的硅富勒烯化合物”日本应用物理学杂志。