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)采用热丝CVD法成功合成了富勒烯和碳纳米管。传统上，富勒烯和碳纳米管是通过直流电弧放电或激光蒸发使用碳和金属催化剂在惰性气体气氛下在减压下合成的。然而，由于这些方法使用相对昂贵的石墨作为原料并且产量有限，因此需要一种廉价的大规模合成方法来替代它们。富勒烯是通过燃烧甲苯等有机溶剂的燃烧法合成的，但使用该方法很难合成含有金属的内嵌金属富勒烯。通过这种方式，我们开发了热丝CVD方法作为一种高效且廉价的合成富勒烯和碳纳米管的方法，这是使用传统方法难以实现的。在该方法中，金属丝在低压下在有机溶剂蒸气中被电加热，以热分解有机分子并合成富勒烯和碳纳米管。合成富勒烯时，使用甲苯等芳族化合物，合成纳米管时，主要使用醇类。特别是，发现使用该方法合成的多壁碳纳米管具有优异的性能，例如（1）管壁上的石墨结晶度高，以及（2）层数少（大多小于5层）。。当使用相同的纳米管进行场致发射实验时，发现场致发射所需的电压低且寿命长。这次获得的结果可与迄今为止制造的最好的多壁纳米管相媲美，并且在CVD制造的多壁纳米管中尤其突出。该公司已经为相同的制造方法申请了专利，并收到了多家公司的询问。此外，我们在世界上首次成功地将富勒烯封装在采用CVD方法合成的碳纳米管中。 (2)采用单壁纳米管和掺杂各种内嵌金属富勒烯的豆荚作为沟道，制备了场效应晶体管(FET)，并研究了其半导体性能。众所周知，当SWNT用作沟道时，它们表现出p型半导体特性。另一方面，当使用豌豆时，发现它具有双极特性，同时具有p型和n型特性。还发现该行为很大程度上取决于所含富勒烯的类型。该系列研究受到国内外高度评价，并曾在美国电化学会年会上做特邀报告。