ナノプローブTEMによる炭素ナノ材料の表面原子構造操作と電気伝導機構の可視化

使用纳米探针 TEM 操纵碳纳米材料的表面原子结构并可视化导电机制

基本信息

批准号：
17656232
负责人：
光田好孝
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は,透過電子顕微鏡(TEM)下でのナノプローブ操作により,炭素系ナノ材料の表面原子構造に対し直接物理的・化学的に操作し,同時に電子物性を評価・計測することから,材料の表面原子構造と電気伝導特性の制御と設計に関する新しい知見を得ることを目的とする.具体的には,TEM内でのナノプローブ操作と電子線ホログラフィーにより,ダイヤモンド表面,カーボンナノチューブ表面の気体分子の吸着・脱離現象と表面電子物性との関係及び電気伝導機構を明らかにする.バイアス印加中のカーボンナノチューブの内部電位計測はカーボンナノチューブの電気伝導を探る上でも極めて興味深い.これまでに,電子線ホログラフィー法による多層カーボンナノチューブの観察を実施し,電気伝導機構解明のための内部電位分布の解析についての予備的検討を行った.電子線ホログラフィーによるカーボンナノチューブの内部電位データ取得には15秒程度の露光時間を必要とする.現状のTEMにおいてはこの間の振動や試料ドリフト等が大きいため,これらの影響を如何に少なくするかが技術的課題であることがわかった.また,バイアス印加状態のカーボンナノチューブに対して金属プローブを押しつけることにより曲げ変形応力を印加した。この際のカーボンナノチューブ表面の構造変化と電流-電圧特性との関係について評価した.曲げ変形によりカーボンナノチューブの各層に弾性変形によるたわみが生じると,電気伝導が低下するスイッチング動作を示すことを判明している.一方,ダイヤモンド表面に水素や酸素等を終端させる超高真空処理装置を開発し,CVD合成の多結晶ダイヤモンド表面を水素終端させた試料を用いて,TEM内でのナノプローブ操作による電界放出特性について観察を実施した.TEM内での5分程度の電子線照射により,多結晶ダイヤモンド表面がアモルファス化することが観察された.このため,電界放出特性のその場観察を実現するには,電子線照射量を最適化する必要性があることが明らかとなった。

这项研究旨在通过直接和化学操纵碳基纳米材料的表面原子结构，通过传输电子显微镜（TEM）和同时评估和测量电子特性，对碳基纳米材料的表面原子结构进行直接操纵，并同时评估和测量电子特性，从而获得了有关碳基纳米材料表面原子结构的新知识。具体而言，TEM和电子束全息的纳米探针操作揭示了气体分子在钻石表面上的吸附和解吸之间的关系，碳纳米管表面与电导传导机制之间的关系。在应用偏置期间，碳纳米管的内部电势测量是碳纳米管的电导机制。探索指导也是非常有趣的。我们以前已经使用电子束全息图对多壁碳纳米管进行了观察，并就内部电位分布的分析进行了初步研究，以阐明电导传导机制。使用电子束全息来获取碳纳米管的内部潜在数据，需要暴露时间约15秒。在当前的TEM中，在此期间，振动和样品漂移很大，因此已经发现如何减少这些影响是一个技术问题。此外，通过将金属探针压在有偏见状态下的碳纳米管上，施加了弯曲变形应力。评估了碳纳米管表面的结构变化与电流 - 电压特性之间的关系。已经发现，当由于弯曲变形而导致的每一层碳纳米管的挠度降低时，电导率就会降低。另一方面，开发了一种超高的真空处理装置，以终止钻石表面上的氢，氧气等，并使用带有氢终止的多晶钻石钻石表面的样品进行观察。据观察，多晶钻石表面在TEM中通过电子束辐射大约5分钟而变得无定形。因此，揭示了原位观察场排放特性，有必要优化电子束照射的量。