ドープされたカーボンナノチューブの構造と物性

掺杂碳纳米管的结构和物理性质

基本信息

批准号：
06F06607
负责人：
末永和知
金额：
$ 1.09万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06F06607/
关键词：
ナノチューブフラーレンナノデバイス

项目摘要

カーボンナノチューブはそのカイラル構造により電子構造が変化することが知られているが、ナノチューブ自身のカイラル構造を制御することは容易ではない。そこで各種ドーピングを行い電子構造の変調を目指すことを目的とするが、ドーピング量やドーピングサイトの解明はナノチューブデバイスの基礎物性の理解にとって極めて重要である。本研究ではナノチューブへのドーピングの様子を高分解能電子顕微鏡を用いて調べると同時に、その熱的安定性をも検証した。また加熱による内包ナノチューブの構造変化をラマン分光などを用いて調べた。ナノチューブへのp型もしくはn型ドーピングを実現するために、気相法および液相法を用いて各種イオン・分子などを積極的にナノチューブに内包させた。構造解析には球面収差補正機能を有した高分解能電子顕微鏡を使用した。結果として、カーボンナノチューブにヨウ素をドープすると、ナノチューブ内部空間でフラーレン分子の融合が促進されることがわかった。これはヨウ素原子がナノチューブ成長を助けることを証明した実験であり、この実験結果はJ. Am. Chem. Soc. 129(2007)pp.8954-8955に掲載された。またナノチューブにフェロセン分子をドープした場合、その後の熱処理で極小のカーボンナノチューブがその内部に成長することが確かめられた。高分解能電子顕微鏡によりこの極小のナノチューブのカイラル指数を調べたところ、(3,3)(4,1)(5,2)などであった。この研究成果はいままでに確認されたもっとも小さいカーボンナノチューブとして、現在専門誌に投稿中である。

尽管已知碳纳米管的电子结构因其手性结构而改变，但控制纳米管本身的手性结构并不容易。因此，我们的目标是通过进行各种类型的掺杂来调节电子结构，但阐明掺杂量和掺杂位点对于理解纳米管器件的基本物理性质极其重要。在这项研究中，我们使用高分辨率电子显微镜来检查纳米管中的掺杂过程，同时验证了它们的热稳定性。我们还使用拉曼光谱研究了由于加热而导致封装纳米管的结构变化。为了实现纳米管的p型或n型掺杂，我们积极采用气相和液相方法将各种离子和分子封装到纳米管中。使用具有球差校正功能的高分辨率电子显微镜进行结构分析。结果表明，碳纳米管掺杂碘促进了碳纳米管内部空间富勒烯分子的融合。该实验证明了碘原子有助于纳米管的生长，该实验的结果发表在 J. Am. 129 (2007) pp.8954-8955 上。还证实，当纳米管中掺杂有二茂铁分子时，在随后的热处理过程中，微小的碳纳米管会在其内部生长。当使用高分辨率电子显微镜检查这种微小纳米管的手性指数时，发现其手性指数为(3,3)(4,1)(5,2)等。这项研究的结果是迄今为止确认的最小的碳纳米管，目前正在提交给一家专业期刊。