簡易熱フィラメント法による多様な炭素同素体の合成条件の検討と評価

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簡易熱フィラメント法により様々な形態を有する炭素同素体の合成を行い、その形態と合成条件に関する検討を行った。合成条件として炭素源にエタノールを用い、キャリアーガスである窒素または水素でエタノールをバブリングし、フィラメントのある反応管に導入した。このときのアルコール濃度は2〜3%にした。炭素を析出させる基板は、Mo、Cu、W、Ni、Co、SUS310、インコネル601とした。フィラメント温度は赤外線放射温度計、基板の温度は熱電対温度計で計測した。析出物の評価は、主に走査型電子顕微鏡を用いて形態の観察を行い、炭素同素体の同定は共鳴ラマン分光分析法で行った。キャリアーガスとしては反応管内を窒素置換したあとは水素を用いる方がひも状の炭素同素体が生成することがわかった。基板に関しては、ダイヤモンド合成時にススが良く発生したCuよりも、NiやNiを含む合金であるステンレスが適していた。フィラメント温度、合成時間を制御して実験を行った結果、基板の温度が重要であり、フィラメント直下より10mm程度離れた位置での温度が最低でも300℃に至らないとマイクロコイルなどの同素体は形成されなかった。フィラメントの形状が棒状であるので直下と周辺では生成される同素体の形状が異なった。フィラメント温度が1500℃程度になるのでフィラメント直下には何も析出物は生成されなかった。環状電気炉等でのカーボンナノコイルやマイクロコイルの合成では基板の触媒活性が現れる温度に設定をしてるが、本方法においては基板温度の制御が難しいが、非常に簡単な装置で合成できる優位性はあり、フィラメントの形状を変えなどの検討を続けることでこの問題点を解決したい。