熱・光デバイス実現に向けた単層カーボンナノチューブ合成と評価

単層カーボンナノチューブ(SWNT)の熱伝導特性および非線形光学特性に着目し,SWNTデバイス応用実現に向けたSWNTの合成法,構造制御法,評価技術開発,および光・熱デバイスの実現を目的として研究を進めた.SWNT合成技術の向上としては,まずナノチューブの直径の制御について実験を行い,合成前の触媒金属への処理に注目した.水素による還元処理の温度や処理時間を変えることで,直径の制御が可能になった.また,水晶基板上でSWNTを合成し,基板の特定方向に水平配向成長させた.さらに水晶のR-cut基板やR面基板を用いて,その配向メカニズムについて検討を行った.また,SWNTのデバイス化技術として重要なパターニング法の開発を行った.自己組織化膜を用いた基板上の濡れ性制御によって,SWNT電界効果型トランジスタの構築した.トランジスタチャンネルとしてSWNTを用いるだけでなく,電極としてもマット状に合成したSWNTを利用することで,効率よく高性能なSWNTのトランジスタを実現した.また,伝熱デバイス作製に向けて,SWNTと周囲流体との界面熱抵抗について分子動力学シミュレーションを行った.様々な周囲流体でのシミュレーションを行うことで,一般的な界面熱抵抗への知見を得ることができた.さらに,実験ではラマン散乱分光法を応用した,垂直配向SWNTの熱伝導率計測を行い,レーザー光照射によって生じる温度分布を利用した非接触の熱伝導率計測を進めた.SWNTの分析に非常に重要なラマン散乱スペクトルに対する理論的研究も進めた.ラマン散乱強度のSWNT構造依存性を明らかにし,実験結果の理解に重要な知見を得ることに成功した.

単層カーボンナノチューブ(SWNT)の熱伝導特性および非線形光学特性に着目し,SWNTデバイス応用実現に向けたSWNTの合成法,構造制御法,評価技術開発,および光・熱デバイスの実現を目的として研究を進めた.SWNT合成技術の向上としては,まずナノチューブの直径の制御について実験を行い,合成前の触媒金属への処理に注目した.水素による還元処理の温度や処理時間を変えることで,直径の制御が可能になった.また,水晶基板上でSWNTを合成し,基板の特定方向に水平配向成長させた.さらに水晶のR-cut基板やR面基板を用いて,その配向メカニズムについて検討を行った.また,SWNTのデバイス化技術として重要なパターニング法の開発を行った.自己組織化膜を用いた基板上の濡れ性制御によって,SWNT電界効果型トランジスタの構築した.トランジスタチャンネルとしてSWNTを用いるだけでなく,電極としてもマット状に合成したSWNTを利用することで,効率よく高性能なSWNTのトランジスタを実現した.また,伝熱デバイス作製に向けて,SWNTと周囲流体との界面熱抵抗について分子動力学シミュレーションを行った.様々な周囲流体でのシミュレーションを行うことで,一般的な界面熱抵抗への知見を得ることができた.さらに,実験ではラマン散乱分光法を応用した,垂直配向SWNTの熱伝導率計測を行い,レーザー光照射によって生じる温度分布を利用した非接触の熱伝導率計測を進めた.SWNTの分析に非常に重要なラマン散乱スペクトルに対する理論的研究も進めた.ラマン散乱強度のSWNT構造依存性を明らかにし,実験結果の理解に重要な知見を得ることに成功した.