垂直配向単層カーボンナノチューブの電子・熱物性

垂直排列单壁碳纳米管的电子和热性能

基本信息

批准号：
07F07101
负责人：
丸山茂夫
金额：
$ 1.41万
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：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

アルコール触媒気相堆積法(Alcohol catalyti chemical vapor deposition,ACCVD)により合成した垂直配向単層カーボンナノチューブ膜(single-walled carbon nanotube,SWNT)は高品質かつ広い直径分布を持ち,様々な応用が期待される.また,垂直配向のメカニズムとであるために,ナノチューブのバンドルが少なく,孤立ナノチューブに近い性質が期待されている.本研究では,このような垂直配向膜の合成および電子・熱物性を光学的に評価することを目的として,垂直配向単層カーボンナノチューブ膜の成長過程及び光学特性を検討した.成長過程に関しては,光吸収・ラマン散乱分光法及び走査型・透過電子顕微鏡法を総合して成長モデル化を行った.また,分光法に加えて,垂直配向SWNT膜の特性を検討するために,X線散乱と電子エネルギー損失分光法も試みた.さらに,熱的安定性を評価するためにレーザーの吸収を用いた計測法を開発し,従来の熱重量分析法と比較した.これらの成果として垂直配向SWNT膜の成長メカニズムの理解が相当に進んだ.特に,成長反応に対する炭素源のエタノールの熱分解又はSWNT膜内拡散の影響が明らかとなった.また,その場測定により成長速度の計測を行う手法を確立し,同位体標識された合成で,成長中に触媒粒子が基板上に留まることを明らかにした.さらに,透過電子顕微鏡観察により垂直配向SWNT膜の内部構造を検査し,熱や光物性との相関を解明した.膜内の密度及びナノチューブ束の増大に従ってSWNT膜の熱安定性が悪化する.一方,束のサイズが小さく密度が小さいために興味深い光特性を表す.膜全体の物性はおおよそ構成SWNTの一次元性によって決定される.ナノチューブの軸方向に分散的なプラズモンとナノチューブ軸に対して垂直の非分散的な光吸収的な特徴が同時に存在することが膜全体の一次元的な特性を表すことを明らかとした.

醇催化化学气相沉积法（ACCVD）合成垂直排列单壁碳纳米管薄膜纳米管（SWNT）具有高质量和宽直径分布，有望用于多种应用。而且，由于其垂直排列机制，纳米管束很少，预计它们具有类似于孤立的特性在这项研究中，我们研究了垂直排列单壁碳纳米管薄膜的生长过程和光学性质，目的是合成这种垂直排列薄膜并光学评估其电子和热性质。关于生长过程，我们将光吸收/拉曼散射光谱和扫描/透射电子显微镜集成到生长模型中，此外，我们还尝试了X射线散射和电子能量损失光谱。此外，我们开发了一种利用激光吸收的测量方法。评估热稳定性并将其与传统的热重分析进行比较，最终开发出了一种垂直排列的单壁碳纳米管薄膜的生长方法。特别是，阐明了碳源乙醇的热分解或SWNT膜内的扩散对生长反应的影响。此外，还建立了通过原位测量来测量生长速率的方法。同位素标记合成表明，催化剂颗粒在生长过程中保留在基底上。此外，通过透射电子显微镜检查了垂直排列的 SWNT 薄膜的内部结构，并阐明了其与热和光学性质的相关性。 SWNT 薄膜的热稳定性随着密度和纳米管通量的增加而恶化。另一方面，管束的小尺寸和低密度表现出有趣的光学性质，整个薄膜的物理性质大致由一维性决定。研究表明，沿纳米管轴的色散等离子体激元和垂直于纳米管轴的非色散光吸收特征的同时存在代表了整个薄膜的一维特性。