ハイブリッド・ナノ炭素物質の新規創製と探索

杂化纳米碳材料的新创造与探索

基本信息

批准号：
14740381
负责人：
岡崎俊也
金额：
$ 2.56万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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

(1)熱フィラメントCVD法を用いて、フラーレンおよびカーボンナノチューブを合成することに成功した。従来、フラーレンやカーボンナノチューブは、減圧下の不活性ガス雰囲気中において、炭素および金属触媒を用い、直流アーク放電やレーザー蒸発をすることによって、合成されていた。しかし、これらの方法では原料に比較的高価なグラファイトを用い、また生産量も限られているため、それらに代わる安価な大量合成法が望まれていた。トルエンなどの有機溶媒を燃やす燃焼法によって、フラーレン合成が行われているが、この方法では金属などを内包した金属内包フラーレンを合成することは難しい。このように従来法では困難であった、合成効率のよい、安価なフラーレン、カーボンナノチューブ合成法として、熱フィラメントCVD法を開発した。この方法では、低圧下の有機溶媒蒸気中で金属フィラメントを通電加熱して、有機分子を熱分解し、フラーレンおよびカーボンナノチューブを合成する。フラーレン類を合成する場合にはトルエンなどの芳香族を用い、ナノチューブを合成する場合にはアルコールを主に用いる。特に、この手法によって合成した多層カーボンナノチューブは(1)チューブ壁のグラファイトの結晶化度が高い(2)層数が少ない(5層以下がほとんど)、などの優れた性質を持つことがわかった。そこで、同ナノチューブを用いた電界放出実験を行ったところ、電界放出に要する電圧が低く、寿命も長いことがわかった。今回得られた結果は、これまでに作られた最も優れた多層ナノチューブと同等であり、特にCVD法で作られた多層ナノチューブの中ではずば抜けて優秀であった。既に同製法に関する特許も出願済みで、企業からの問い合わせも幾つか届いている。また、CVD法で合成したカーボンナノチューブにフラーレンを内包させることにも、世界で初めて成功した。(2)種々の金属内包フラーレンをドープした単層ナノチューブ、ピーポッドをチャンネルとして用いた電界効果型トランジスタ(FET)を製作し、これらの半導体特性を調べた。SWNTをチャンネルとして用いた場合、p型半導体特性を示すことはよく知られている。一方、ピーポッドを用いた場合は、p型とn型の両方の特性を併せ持つ両極性型の特性を持つことがわかった。そしてその振る舞いは内包させるフラーレンの種類に大きく依存することがわかった。これら一連の研究は国内外で高く評価され、アメリカ電気化学会年会などで依頼講演を行った。

（1）我们使用热丝丝CVD方法成功合成了富勒烯和碳纳米管。通常，在减压下，使用碳和金属催化剂在惰性气气大气中使用碳和金属催化剂，通过直接电流排放或激光蒸发来合成富勒烯和碳纳米管。但是，这些方法将相对昂贵的石墨作为原材料，并且生产量受到限制，因此需要一种廉价的质量合成方法来替代这些方法。富勒烯合成是通过燃烧甲苯等有机溶剂的燃烧方法进行的，但是使用这种方法，很难合成含有金属的金属封装的富勒烯。因此，热丝CVD方法是作为合成效率和廉价方法的富勒烯和碳纳米管的廉价方法而开发的，这对于常规方法很难。在这种方法中，金属丝在低压下在有机溶剂蒸气中加热并加热有机分子，并合成富勒列烯和碳纳米管。合成富勒烯时，使用诸如甲苯之类的芳香族，当合成纳米管时，主要使用醇。特别是，发现该技术合成的多壁碳纳米管具有出色的特性，例如（1）管壁上石墨的高结晶度，以及（2）少量层（其中大部分是5个或更少）。因此，使用相同的纳米管进行了田间发射实验，发现野外发射所需的电压较低，寿命长。这次获得的结果与有史以来最出色的多层纳米管相当，并且在CVD方法制造的多层纳米管中尤其出色。该公司已经提出了有关制造方法的专利申请，并收到了公司的几次查询。这也是世界上第一个成功地封装了通过CVD方法合成的碳纳米管中的富勒烯。（2）制造了使用单壁纳米管和带有各种金属封装的富勒烯掺杂的单壁纳米管和peapods的现场效应晶体管（FET），并检查了它们的半导体特征。众所周知，当SWNT用作通道时，它表现出P型半导体特性。另一方面，当使用p-Pods时，发现它们具有将P型和N型性质结合的双极性能。然后发现该行为在很大程度上取决于其封装的富勒烯类型。这些系列研究在日本和国外都受到了高度赞扬，并在美国电化学学会和其他人的年度会议上发表了受邀的讲座。