電界制御によるカーボンナノチューブ3次元中空構造物の作製

电场控制制备三维中空碳纳米管结构

• 批准号: 16656057
• 负责人: 大前 伸夫
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2004
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2004 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16656057/
• 关键词: カーボンナノチューブ; MEMS; 磁界; ナノストラクチャー; ナノ微粒子

電界及び磁界を印加することにより、気相成長中のカーボンナノチューブの形状を制御して、曲面形状を有する中空構造の作製を行った。最も有効に制御できたのはサマリウムコバルト磁石をヨーク形に配置し、マイクロ波プラズマ化学蒸着装置の外部から磁界を印加する方式であり,シリコン基板を設置しているマッフル炉の温度(700℃)でも済磁が少ないことが形状制御の原因であったと考えられる。カーボンナノチューブに印加されている磁界の強さは約100Gと推定されている。カーボンナノチューブの作製に用いた触媒は鉄のナノ粒子で平均粒径は約5nmである。水素流量100sccm、メタン流量10sccm、反応温度700℃、反応圧力20Torrの条件で複雑形状を持つカーボンナノチューブストランド(約4000本)の作製を行った。磁力線の方向に従うようにカーボンナノチューブが成長し、アーチ形状、梯子形状、車輪に近い形状の構造物を作成することができた。磁界印加によるカーボンナノチューブの形状制御の効果は極めて有効であることが判明した。磁界によるカーボンナノチューブの形状制御の原因の1つは鉄のナノ粒子がカーボンナノチューブの先端に位置しながら成長することによる。鉄は強磁性体であるので,外部磁界の影響を受けやすいことは本研究が成果をあげる大きな要因となっている。しかしながら、鉄のナノ粒子の磁区構造などは理学的にも解明されておらず,ナノ磁性の研究はその端緒についたところである。工学的立場から考えると、磁界を用いて比較的簡単にカーボンナノチューブの複雑人工構造物を製作できることは多くの応用性に富み,例えばナノマシンの骨組み構築やバイオ・薬品・酵素などのコンテナとして将来応用される可能性がある。従って本研究は、その萌芽性を考慮すると極めて価値あるものと自負することができる。

通过施加电场和磁场，控制了蒸气相生长过程中碳纳米管的形状，并制造了具有弯曲形状的空心结构。最有效的方法是将samarium钴磁铁放在轭形状中，并从微波等离子体化学蒸气沉积设备外施加磁场，并且人们认为形状控制的原因是，即使在安装了硅底物的消音炉温度（700°C）处，也几乎没有磁化。据估计，应用于碳纳米管的磁场的强度约为100克。用于制备碳纳米管的催化剂是铁纳米颗粒，平均粒径约为5 nm。在氢气流速为100 SCCM的条件下制造具有复杂形状的碳纳米管链（约4,000个），甲烷流速为10 SCCM，反应温度为700°C，反应压力为20 TORR。碳纳米管与磁场线的方向生长，创建具有拱形，梯形和车轮形状的结构。已经发现，通过施加磁场来控制碳纳米管形状的效果非常有效。控制碳纳米管形状的磁场的原因之一是铁纳米颗粒在碳纳米管尖端的位置时生长。由于铁是一种铁磁物质，因此它容易受到外部磁场的影响，这是本研究结果的主要因素。然而，铁纳米颗粒的磁结构域结构尚未物理上澄清，并且对纳米磁性的研究才刚刚开始。从工程的角度来看，使用磁场相对容易地制造复杂的碳纳米管人造结构的能力非常适用，并且将来可以作为纳米机器框架和生物技术，化学药品，化学，化学物质，酶等的容器进行应用。

项目成果

Transformation of diamond nanoparticles into onion like carbon by the irradiation of electron beam studied directly inside an ultra high vacuum transmission electron microscope

通过直接在超高真空透射电子显微镜内研究的电子束照射将金刚石纳米颗粒转化为洋葱状碳

• 发表时间: 2005
• 期刊: Applied Physics Letters 86巻
• 作者: H. Watanabe;et. al.;E. Matsubara;J.Hiraki
• 通讯作者: J.Hiraki

Influence of humidity on microtribology of vertically aligned carbon nanotube film

• DOI: 10.1007/s11249-004-3595-0
• 发表时间: 2005-05
• 期刊: Tribology Letters
• 影响因子: 3.2
• 作者: V. Turq;N. Ohmae;Jean-Michel Martin;Julien Fontaine;Hiroshi Kinoshita;J. Loubet

High growth rate of vertically aligned carbon nanotubes using a plasma shield in microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition

• DOI: 10.1016/j.carbon.2004.05.020
• 发表时间: 2004
• 期刊: Carbon
• 影响因子: 10.9
• 作者: H. Kinoshita;Ippei Kume;H. Sakai;M. Tagawa;N. Ohmae

Superhigh friction of carbon nanotubes

碳纳米管的超高摩擦力

• 发表时间: 2005
• 期刊: Proc.Tribochemistry Nara 2005 (in printing)
• 作者: T.SASAKI;M.YANG;S.FUKUSHIMA.R.TSUKANO;N.Ohmae
• 通讯作者: N.Ohmae

High friction of vertically aligned carbon nanotube film in microtribology

微摩擦学中垂直排列碳纳米管薄膜的高摩擦

• 发表时间: 2004
• 期刊: Applied Physics Letters 85・14
• 作者: Y.Kobayashi;M.Sano;H.Kinoshita
• 通讯作者: H.Kinoshita