Creation and application of perfect structure carbon nanotubes

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本研究課題は、単層カーボンナノチューブ（SWCNT）を欠陥密度の違いで分離する新技術を基盤として、構造が厳密に定義された欠陥の無い「完全構造SWCNT」を創出し、その応用展開を目指すことを目的としている。今年度は中心的課題である欠陥修復に向けた取り組みを行った。まず、ラマン散乱測定以外の欠陥評価手法が必要だとの中間審査コメントに従い、高温下の各種雰囲気中でSWCNTシートの電気抵抗を測定する、新たな装置を作製した。欠陥が修復されれば、欠陥による電子散乱が抑制され、電気抵抗の減少となって観測される。これは、欠陥分離の結果からも確認されている。さらに、試料間での測定値のばらつきを抑えるため、大量のSWCNT試料を十分に均一化した後に成膜した試料を準備した。これらを用いて、各種条件の下でSWCNTの抵抗の変化を調べたところ、SWCNTには高温でないと除去できない未知の不純物が多く含まれていることが明らかになった。それらの不純物をすべて取り除いて、正味の抵抗変化を調べたところ、すべての処理条件で抵抗が増加し、欠陥が増えてしまうことがわかった。雰囲気の調整や有機物の導入などで、ほんのわずか混入する酸素が欠陥導入につながっていると思われ、その欠陥導入を超える欠陥修復は困難であるというのが現時点の結論である。SWCNTの構造分離技術にも進展があり、高純度の(7,7)型金属SWCNTの分離が可能となった。このSWCNTは、E11吸収が波長505nmにあり、Arレーザーを用いる事により、共鳴ラマン散乱の測定が可能であった。その結果、欠陥由来のD-bandにも通常の共鳴効果が顕著に観測されることが初めて明らかとなった。これは、欠陥の指標であるラマンのG/D比が、SWCNTでもグラフェンと同様に取り扱えることを示しており、G/Dが１００を超えるSWCNTは低欠陥として取り扱えることを示唆する。