イオン液体内包の2層カーボンナノチューブの創製、評価と応用

含离子液体双壁碳纳米管的制备、评价及应用

基本信息

批准号：
08F08030
负责人：
篠原久典
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

カーボンナノチューブ内部の空間は、その特異性のため、現在までにフラーレンや金属内包フラーレンなどを始め、多くの種類の機能性分子や物質が内包されてきた。その結果、カーボンナノチューブ(CNT)の電子・磁気物性をこの方法で変化させることができるようになった。一方で、イオン液体は、液体と固体の双方の特性を合わせ待つ、特異な液体として近年、研究が急速に進んでいる。本研究では、カーボンナノチューブ、特に、単層カーボンナノチューブ(SWNT)と2層カーボンナノチューブ(DWNT)の内部に典型的なイオン液体(亜鉛含有のChZnCl_3)を高収率で内包させ、カーボンナノチューブ内部でのイオン液体の特異構造と相転移を、高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM)、フォトルミネッセンスやラマン分光を用いて解明した。その結果、SWNT中のイオン液体ChZnCl_3は、温度によってその構造を刻々に変化させることが分かった。室温では、通常、アモルファス状の構造をもつが、温度上昇と共に構造は、単一チェイン構造→二重らせん構造→ランダムチューブ構造へと変化することを突き止めた。これらの構造は、バルクのイオン液体ChZnCl_3では内構造であり、SWNT内部での極めて特異な構造である。さらに、CNT中のイオン液体の充填度によって、CNTはホールドープから電子ドープへと急激に変化することも、電界効果型トランジスタ(FET)による電子物性評価により解明された。以上の結果は、当初、研究計画で計画されたものより多くの情報と成果であり。研究目的以上の貴重な成果をもたらした。

由于碳纳米管内部空间的独特性，迄今为止，已经封装了许多类型的功能分子和物质，包括富勒烯和内嵌金属富勒烯。结果，使用这种方法改变碳纳米管（CNT）的电子和磁性成为可能。另一方面，作为一种结合了液体和固体特性的独特液体，离子液体的研究近年来取得了迅速进展。在这项研究中，我们将典型的离子液体（含锌的ChZnCl_3）封装在碳纳米管内，特别是单壁碳纳米管（SWNT）和双壁碳纳米管（DWNT），以高产率获得独特的结构和相变。使用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、光致发光和拉曼光谱阐明了离子液体。结果发现，SWNT中的离子液体ChZnCl_3随着温度的变化而时刻改变其结构。室温下，结构通常为无定形，但随着温度升高，结构由单链结构转变为双螺旋结构再转变为无规管状结构。这些结构是本体离子液体ChZnCl_3的内部结构，是SWNT内部极其独特的结构。此外，使用场效应晶体管（FET）对电子性能的评估表明，根据CNT中离子液体的填充程度，CNT从空穴掺杂快速转变为电子掺杂。上述结果比研究计划中最初计划的信息和结果更多。这产生了超出研究目的的有价值的结果。