酸化グラフェンから創製する機能性ダイヤモンドの開発

純粋なダイヤモンドは電気絶縁体だが、ホウ素をわずかにドープしたダイヤモンドは青色となり、半導体になる。さらにホウ素をドープしたダイヤモンドは黒色となり、超伝導を示すことが報告されている。このようにダイヤモンド中の異種元素のドープ量を制御することで 電気伝導特性や発色といった物性を制御することが可能である。本研究ではダイヤモンド合成の前駆体としてナノ炭素材料である酸化グラフェン（GO）の利用を試みた。GOが有する豊富な酸素官能基は高い反応性を示すことから、効率よく原子をドープすることが可能であり、これを原料とすることで様々な機能を有するダイヤモンドの合成を目指した。パルス的に高温高圧を発生させる衝撃圧縮実験は、ダイヤモンド合成のユニークなプロセスとして注目されている。本年度は、還元型酸化グラフェン(rGO)を用いた衝撃圧縮実験により、ダイヤモンドの合成条件を検討した。48.6GPaの瞬間圧力では、ヒートシンクとして使用した銅の近傍（30μm）にのみダイヤモンドへの転移が見られた。一方、より高い圧力である68.2GPaでは、銅の近傍だけでなく、ダイヤモンドへの遷移が起こることがわかった。グラファイト箔を用いた対照実験では、68.2GPaでもダイヤモンドへの遷移は観察されなかった。この違いは、rGOとグラファイト箔の結晶性の違いによるものと考えられる。GOを再積層したrGO膜は比較的結晶性が低く、衝撃圧縮によるダイヤモンド合成に有利である。rGOは、還元段階でさまざまな異種原子を選択的にドープすることで製造することができる。したがって、衝撃圧縮法による異種原子ドープダイヤモンドの合成において、rGOを原料として使用することは、他の炭素材料を原料として使用するよりも有用であるといえる。

純粋なダイヤモンドは電気絶縁体だが、ホウ素をわずかにドープしたダイヤモンドは青色となり、半導体になる。さらにホウ素をドープしたダイヤモンドは黒色となり、超伝導を示すことが報告されている。このようにダイヤモンド中の異種元素のドープ量を制御することで 電気伝導特性や発色といった物性を制御することが可能である。本研究ではダイヤモンド合成の前駆体としてナノ炭素材料である酸化グラフェン（GO）の利用を試みた。GOが有する豊富な酸素官能基は高い反応性を示すことから、効率よく原子をドープすることが可能であり、これを原料とすることで様々な機能を有するダイヤモンドの合成を目指した。パルス的に高温高圧を発生させる衝撃圧縮実験は、ダイヤモンド合成のユニークなプロセスとして注目されている。本年度は、還元型酸化グラフェン(rGO)を用いた衝撃圧縮実験により、ダイヤモンドの合成条件を検討した。48.6GPaの瞬間圧力では、ヒートシンクとして使用した銅の近傍（30μm）にのみダイヤモンドへの転移が見られた。一方、より高い圧力である68.2GPaでは、銅の近傍だけでなく、ダイヤモンドへの遷移が起こることがわかった。グラファイト箔を用いた対照実験では、68.2GPaでもダイヤモンドへの遷移は観察されなかった。この違いは、rGOとグラファイト箔の結晶性の違いによるものと考えられる。GOを再積層したrGO膜は比較的結晶性が低く、衝撃圧縮によるダイヤモンド合成に有利である。rGOは、還元段階でさまざまな異種原子を選択的にドープすることで製造することができる。したがって、衝撃圧縮法による異種原子ドープダイヤモンドの合成において、rGOを原料として使用することは、他の炭素材料を原料として使用するよりも有用であるといえる。