超長寿命触媒微粒子によるセンチメートル長垂直配向単層カーボンナノチューブ合成

使用超长寿命催化剂颗粒合成厘米长垂直排列单壁碳纳米管

• 批准号: 18651061
• 负责人: 川原田 洋
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18651061/
• 关键词: ナノ材料創製; ナノ構造形成・制御; 長尺単層カーボンナノチューブ; 超長寿命触媒微粒子

我々の触媒は30時間以上活性を保ち、単層カーボンナノチューブが成長し続けるが、単層カーボンナノチューブが長くなるほどカーボンラジカルの拡散距離が長くなるために、成長速度は時間とともに減少する。そこで、隙間をあけて拡散距離を短くするためにパターン成長を行った。円柱状にパターン成長した場合は、パターンなしに比べて、同じ10時間成長にも関わらず600um長く伸びた。これは、単層カーボンナノチューブの根元にある触媒微粒子に、パターン成長の側壁から多量の前駆体が進入可能になったからである。ハニカム構造のパターン成長を用い30時間成長を行った結果、5.2mmの垂直配向単層カーボンナノチューブが得られた。これは、現時点で垂直配向単層カーボンナノチューブにおいて世界で最も高い値である。しかし、この成長においても時間とともに成長速度が減少した。これはハニカム中の600umの隙間においてもラジカルの拡散が抑制されてしまうことを示している。より大きな隙間ならば単層カーボンナノチューブの成長速度が減少しないと考え、ライン状のパターン(4mm x 0.3mm)を用いたところ、20時間の成長でも成長速度は時間に比例し、線形な成長が得られた。また、さらなる高速成長の達成のためにCVD条件の最適化を行った。その結果、成長速度に大きな影響を与えるパラメータは温度であることが分かった。これまで用いていた600℃での成長に比べ、690℃では約3倍の850um/hという高い成長速度が得られた。これは、高い温度によってラジカルの拡散係数が上昇したことと、触媒の活性が高まったことによると考えられる。この温度において20時間の成長において5.3mmまでカーボンナノチューブを伸長することに成功した。今後、この最適CVD条件とパターン成長を組み合わせることによりさらに長尺な単層カーボンナノチューブの合成が期待できる。

我们的催化剂保持活性超过30小时，单壁碳纳米管继续增长，但是随着单壁碳纳米管的越长，生长速率随时间降低，碳自由基扩散距离的时间越长。因此，进行图案生长以通过打开间隙来缩短扩散距离。当图案以圆柱形状生长时，尽管增长了10个小时，但它的延伸时间比没有模式的时间长600 um。这是因为可以通过模式生长的侧壁输入大量前体，以进入单壁碳纳米管根部的催化剂颗粒。使用蜂窝结构模式生长进行了30小时的生长，并获得了5.2 mm面向的单壁碳纳米管。目前，这是世界上垂直定向的单壁碳纳米管的最高价值。但是，随着时间的推移，增长率也下降。这表明即使在蜂窝中的600UM间隙中，自由基的扩散也被抑制。考虑到单壁碳纳米管的生长速率如果差距较大，我们使用线性模式（4mm x 0.3mm），即使在20小时的增长时，生长速度也与时间成正比，从而导致线性生长。此外，优化了CVD条件以实现进一步的快速增长。结果表明，温度是对生长速率产生重大影响的参数。与在600°C下的生长相比，在850 um/h时达到690°C的生长速率，比600°C时的生长高三倍。这被认为是由于自由基的扩散系数增加以及催化剂的活性增加所致。在此温度下，碳纳米管成功延伸至5.3 mm，持续20小时。将来，可以通过将这些最佳CVD条件与模式增长相结合，可以合成更长的单壁碳纳米管。

项目成果

Label-free DNA sensors using diamond FETs

使用金刚石 FET 的无标记 DNA 传感器

• 发表时间: 2006
• 期刊: Phvs. Rev. E 74(4)
• 作者: K.S.Song;et al.
• 通讯作者: et al.

Characterization of Direct Immobilized Probe DNA on Partially Functionalized Diamond Solution-gate Field-effect Transistors

部分功能化金刚石溶液门场效应晶体管上直接固定探针 DNA 的表征

• 发表时间: 2006
• 期刊: Jpn. J. Appl. Phys. (Express Letter) 45, 42
• 作者: J.H.Yang;K.S.Song;S.Kuga;H.Kawarada
• 通讯作者: H.Kawarada

pH-sensitive diamond field-effect transistors (FETs) with directly aminated channel surface

• DOI: 10.1016/j.aca.2006.04.051
• 发表时间: 2006-07-28
• 期刊: ANALYTICA CHIMICA ACTA
• 影响因子: 6.2
• 作者: Song, Kwang-Soup;Nakamura, Yusuke;Kawarada, Hiroshi
• 通讯作者: Kawarada, Hiroshi

Low-Temperature Growth of Vertically Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes by Radical CVD

利用自由基 CVD 低温生长垂直排列单壁碳纳米管

• 发表时间: 2006
• 期刊: New Diam Front C Tec 16, 3
• 作者: T.Iwasaki;G.Zhong;H.Kawarada
• 通讯作者: H.Kawarada

Semi-quantitative study on the fabrication of densely packed and vertically aligned single-walled carbon nanotubes

• DOI: 10.1016/j.carbon.2006.01.027
• 发表时间: 2006-08
• 期刊: Carbon
• 影响因子: 10.9
• 作者: Guofang Zhong;T. Iwasaki;H. Kawarada