単層カーボンナノチューブの光・熱デバイス応用に向けた形態制御合成と光物性解明

用于光/热器件应用的单壁碳纳米管的形态控制合成和光学特性阐明

• 批准号: 19860023
• 负责人: 宮内 雄平
• 金额: $ 1.99万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-19860023/
• 关键词: photoluminescence; single-walled carbon nanotubes; cross-polarized excitation; PLE; exciton; optical absorption

本年度は,単層カーボンナノチューブ(SWNT)の発光イメージング装置の立ち上げと,偏光に依存するSWNTの光学応答の詳細の検討を行った.まず,フォトルミネッセンス,ラマン分光による空間・波長領域でのイメージングを行うため,ピエゾ微動ステージ,近赤外・可視顕微分光光学系の選定を行い,制御プログラムの開発を含めた測定系構築に取り組んだ.また,それに付随して,マクロスコーピックな偏光励起分光測定系に関しても波長可変レーザーを用いた高感度測定系を構築した.上記の測定系を用いて,これまでブロードバンド低出力光源による測定では観測不可能であったSWNT軸垂直偏光による励起に伴う吸収ピークエネルギーのカイラリティ依存性を観測し,そのファミリーパターンが軸垂直励起ピークの起源の解釈(第一サブバンドと第2サブバンド間の遷移(E_l2もしくはE_21)によるものという解釈)と矛盾しないことを示した.具体的には,SWNTの電子構造を反映して,E_12(E_21)のカイラリティ依存性が軸平行励起に対する光学遷移であるE_llとE_22のカイラリティ依存性と密接に関連付けられるということを示した.さらに,従来測定にかからなかった軸垂直励起に対する新たな吸収ピークの観測を行い,それらのピークの起源について検討を行った.さらに,軸垂直励起エネルギーのSWNT周辺環境依存性(環境効果)についての検討により,軸垂直励起エネルギーの環境効果による変化の程度は反電場効果により大きく変化することが期待されるのに対して,実際には軸平行励起エネルギーの変化と同程度であることが明らかとなった.また,SWNTの合成に関しては,超高真空チャンバーとターボ分子ポンプを用いた低リーク高真空CVD装置を構築し,よりよく制御された環境下でSWNT合成が可能なことを確認した.

今年，我们建立了单壁碳纳米管（SWNT）发光成像装置，并研究了单壁碳纳米管偏振相关光学响应的​​细节。为了在该区域进行成像，我们选择了压电微动平台和近红外/可见显微光谱光学系统，并致力于构建测量系统，包括开发偏振激发。关于光谱测量系统，我们使用波长可调谐激光器构建了一个高灵敏度的测量系统。使用上述测量系统，我们可以检测到SWNT轴垂直偏振引起的激发，这在以前使用宽带低光谱仪是无法观察到的。我们观察了吸收峰能量的手性依赖性，发现该族模式与垂直轴激发峰起源的解释相矛盾（这是由于第一和第二子带之间的过渡（ E_12或E_21))。具体来说，我们发现 E_12 (E_21) 的手性依赖性与 E_ll 和 E_22 的手性依赖性密切相关，E_12 和 E_22 是轴平行激发的光学跃迁，反映了 SWNT 的电子结构。此外，我们还观察到了新的吸收峰。对于先前未测量的轴垂直激发，并研究了这些峰的起源。此外，我们研究了轴垂直激发能量对 SWNT 周围环境的依赖性。根据存在性（环境效应）的研究，预计环境效应引起的垂直轴激发能的变化程度会因反电场效应而发生较大变化，而现实中却不同于此外，为了合成单壁碳纳米管，我们利用超高真空室和涡轮分子泵构建了低泄漏、高真空CVD装置，并在更好的控制下合成了单壁碳纳米管。我们确认这是可能的。

项目成果

単層カーボンナノチューブにおける環境効果

环境对单壁碳纳米管的影响

• 发表时间: 2007
• 作者: 宮内雄平・齋藤理一郎・佐藤健太郎・大野雄高・岩崎真也・水谷孝;J. Jiang;丸山 茂夫
• 通讯作者: 丸山 茂夫

Environmental Effect on Optical Transitions of SWNTs

环境对单壁碳纳米管光学跃迁的影响

• 发表时间: 2007
• 作者: Y. Miyauchi;R. Saito;K. Sato;J. Jiang and S. Maruyama
• 通讯作者: J. Jiang and S. Maruyama

Improved Bath Sonication Method for Dispersion of Individual Single-Walled Carbon Nanotubes Using New Triphenylene-Based Surfactant

• DOI: 10.1143/jjap.47.2000
• 发表时间: 2008-04
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Tatsuhiro Yamamoto;Y. Miyauchi;Jin Motoyanagi;T. Fukushima;T. Aida;Masaru Kato;S. Maruyama

Environmental effect on the cross-polarized optical transitions of single walled carbon nanotubes

环境对单壁碳纳米管交叉偏振光学跃迁的影响

• 发表时间: 2008
• 作者: T. Yamamoto;Y. Miyauchi;J. Motoyanagi;T. Fukushima;T. Aida;M. Kato;S. Maruyama;Y. Miyauchi and S. Maruyama
• 通讯作者: Y. Miyauchi and S. Maruyama