カーボンナノチューブの生成原理の解明、及び、位置と物性を制御した生成方法の開発

阐明碳纳米管的生产原理并开发控制其位置和物理性质的生产方法

• 批准号: 06J10539
• 负责人: 糟谷 圭吾
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J10539/
• 关键词: カーボンナノチューブ(CNT); 走査型電子顕微鏡; その場観察; 位置制御; レーザ

本研究では、走査型電子顕微鏡を用いたカーボンナノチューブ(CNT)の成長過程のその場観察、および、レーザを用いたCNTの位置を制御したヒンポイント合成を行い、成果をあげることができた。CNTのその場では、走査型電子顕微鏡内で局所的にCVD合成を行い、その成長過程を従来の走査型電子顕微鏡で直接観察することを可能にするための局所Cの装置を開発した。本装置の加熱可能な温度の範囲と実現可能な圧力の範囲を計測し、定量化することで装置の設計を一般化した知識にした。開発した局所CVD装置を用いて単層CNTの成長過程を断続的に観察した結果、散発的に成長を行い、一度成長したCNTは合成を続けても成長を続けないことが明らかになった、この結果から単層CNTの成長過程として、花火のように散発的に一瞬で成長を行うメカニズムが考えられる。レーザを用いた位置制御成長では、任意の位置に直径約1μmの円状で単層CNTをピンポイントで合成することに成功した。本研究では、効率的にCNTを合成するためにEnergy Confining Layerと呼ぶ多層基板を開発した。この基板を用いることで、基板上に照射されたレーザは効率的に熱エネルギに変換され、基板表層にあるCNTの触媒に伝えられる。この基板を用いることで初めてシリコンの平面基板上に局所的にピンポイント合成することができた。また、本手法を用いることで従来の合成方法では出来なかった1秒という短時間でのCVD合成に成功した。この短時間での合成を応用することで、レーザを描画することで任意の形でCNTを基板上にパターニングすることが可能となった。本手法を用いることで、CNTを用いたさまざまなナノデバイスの開発を容易に行うことが可能である。本結果はJapanese Journal Applied Physics誌に掲載された。

在这项研究中，我们通过使用扫描电子显微镜原位观察碳纳米管（CNT）的生长过程，并使用激光控制CNT的位置并进行提示点合成来获得结果。对于原位碳纳米管，我们开发了一种局部 C 设备，可以在扫描电子显微镜内进行局部 CVD 合成，并使用传统扫描电子显微镜直接观察生长过程。通过测量和量化该设备可加热的温度范围以及可实现的压力范围，我们对设备的设计有了概括性的了解。使用开发的局部CVD设备对单壁CNT的生长过程进行间歇性观察的结果表明，生长是零星发生的，并且一旦生长，即使继续合成，CNT也不会继续生长。这些结果表明：单壁碳纳米管的生长过程涉及一种零星且瞬时生长的机制，就像烟花一样。通过使用激光进行位置控制生长，我们成功地在任意位置精确合成了直径约为 1 μm 的圆形单壁碳纳米管。在这项研究中，我们开发了一种称为能量限制层的多层基底，以有效合成碳纳米管。通过使用该基板，照射到基板上的激光束有效地转换为热能并传输到基板表面层上的CNT催化剂。使用这种基板，我们首次能够在平坦的硅基板上进行局部精确合成。此外，通过使用该方法，我们在1秒的短时间内成功进行了CVD合成，这是传统合成方法不可能实现的。通过应用这种快速合成，可以通过激光写入在基板上将碳纳米管图案化为任何所需形状。通过使用该方法，可以容易地开发使用CNT的各种纳米器件。该成果发表在日本《应用物理学》杂志上。

项目成果

Rapid and Localized Synthesis of Single-Walled Carbon Nanotubes on Flat Surface by Laser-Assisted Chemical Vapor Deposition

• DOI: 10.1143/jjap.46.l333
• 发表时间: 2007-03
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: K. Kasuya;K. Nagato;Yusuke Jin;H. Morii;T. Ooi;M. Nakao