カーボンナノチューブを用いたナノサイズ高周波振動子の開発

使用碳纳米管开发纳米级高频振荡器

• 批准号: 11J00552
• 负责人: 千賀 亮典
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J00552/
• 关键词: ナノデバイスカーボンナノチューブ; フラーレン; 透過電子顕微鏡; 透過電子顕微鏡内マニピュレーション; 分子動力学シミュレーション; ナノ加工; ナノデバイス; カーボンナノチューブ

本研究ではこれまでに類を見ない革新的なナノカーボン材料応用として、ギガヘルツ帯で駆動するナノサイズ高周波振動子をとりあげ、これを実現するために必要な要素技術の確立を目指してきた。平成24年度は前年度に引き続き、カーボンナノチューブ(CNT)の加工手法の開発とそこで必要となるナノスケールでの物理現象の解明に力を入れてきた。まず両端をシールしたCNT内部のナノ空間内に振動子にあたるCNTカプセルを形成し、その運動の詳細観察からCNTカプセルが熱エネルギーを駆動力として室温中でも非常に高速で空間内を往復運動(振動)していることを明らかにした。またより運動を滑らかにするためにCNTカプセルの外殻として直径の異なるCNTを接合したダンベル型CNTの作製に取り組んだ。前年度までの成果では制御良くダンベル形状を作製することが困難であったが、今年度は多層CNTの内層部分を引き抜いた中空CNTに対し、引張り応力を加えながら通電加熱することで、制御良く作製することに成功した。これは将来的にCNTの物性を決定付ける最も重要なファクターである幾何構造の制御につながる重要な技術である。さらに前年度の成果として、ダンベル型CNTを作製するプロセスの中で当初の計画では議論していなかった、CNTの円筒扁平間状態遷移という新たな物理現象を見出した。これは学術的に非常に価値の高い発見であり、本年度も引き続き研究を行った結果、この現象が熱エネルギーによる状態遷移であることなどを明らかにした。以上の成果により当初目的としていたデバイスが十分実現可能であるとの見通しを得ただけでなく、現在幅広く期待されているナノカーボン材料において、一分子レベルの加工技術という基礎を築くとともに、新たな物理特性の発見からそのポテンシャルをさらに拡張するに至った。

在这项研究中，我们专注于在千兆赫频段驱动的纳米级高频振荡器，作为纳米碳材料的前所未有的创新应用，并旨在建立实现这一目标所需的基本技术。 2012年，继上一年的基础上，我们重点开发碳纳米管（CNT）加工方法，并阐明该过程所需的纳米尺度物理现象。首先，我们在两端密封的碳纳米管内部的纳米空间中形成一个碳纳米管胶囊，充当振动器。对其运动的详细观察表明，碳纳米管胶囊以热能作为驱动力在空间内往复运动（振动）即使在室温下也以极高的速度进行。我们还致力于通过将不同直径的碳纳米管连接起来作为碳纳米管胶囊的外壳来制造哑铃形碳纳米管，使运动更加顺畅。之前的结果表明，很难制造出具有良好控制性的哑铃形状，但今年，我们通过向中空碳纳米管施加拉伸应力并在施加拉伸应力的同时对其进行通电加热，成功地制造了具有良好控制性的哑铃形状。它。这是一项重要的技术，将导致几何结构的控制，而几何结构是决定未来碳纳米管物理性能的最重要因素。此外，由于前一年，在制造哑铃形碳纳米管的过程中，我们发现了一种新的物理现象，称为碳纳米管的圆柱到扁平的状态转变，这是原计划中没有讨论过的。这是一个非常有价值的学术发现，经过今年的持续研究，我们揭示了这种现象是由热能引起的状态转变。通过上述成果，我们不仅获得了最初预期的器件完全实现的前景，也为目前广泛期待的纳米碳材料的单分子水平加工技术及其物理性质的发现奠定了基础。导致其潜力进一步扩大。

项目成果

Nanotorsional actuator using transition between flattened and tubular states in carbon nanotubes

• DOI: 10.1063/1.3684275
• 发表时间: 2012-02
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Ryosuke Senga;K. Hirahara;Y. Nakayama