非平衡反応性プラズマ制御によるC_<60>因子の高次構造クラスター形成

非平衡反应等离子体控制C_<60>因子高阶结构团簇形成

• 批准号: 12878072
• 负责人: 畠山 力三
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12878072/
• 关键词: 非平衡反応性高周波グロー放電; マグネトロン放電方式; カーボンナノチューブ; C_<60>・C_<70>フラーレンの大量合成; C_<60>因子の高次構造炭素クラスター; RF電極へのイオン衝撃; RF電極表面温度; 非平衡反応性プラズマ; 高次構造クラスター; C_<60>内包ナノチューブ

今年度は、メタン(CH_4)/水素(H_2)混合ガスによる非平衡反応性高周波(RF)グロー放電の、弱磁化プラズマ内に設置した触媒金属を兼ねたRF電極に外部から直流電圧を印加して電位(V_<RFE>)を制御した場合の、カーボンナノチューブ(CNTs)成長状態とフラーレン形成量の詳細を調べた結果、以下のことが判明した。(1)RF電極に生じる自己バイアス電圧(-300V)よりもやや高いV_<RFE>=-210Vの場合、CNTsは殆ど存在せずに多面体状グラファイトが大半を占めていた。しかし、V_<RFE>を負に深くすると、CNTsが頻繁に観察され、V_<RFE>=-400Vでは、単独に成長した直径70nm、長さ10μmの細長い多層CNTsの形成が確証された。更に、フラーレンを内包したCNTsの形成を示唆する結果が得られている。(2)現行の質量分析の他に、可視/紫外吸収分光器による水冷式RF電極上に堆積した煤の分析を行った。その結果、フラーレンC_<60>とC_<70>の吸収が観測され、それらの強度はRF投入電力の増加に比例して増えることが判明している。ゆえに、各種パラメーターの最適条件を見出すことにより、フラーレンの大量合成のみならず、ナノチューブ形成機構の解明にも大きく寄与すると考えている。(3)我々の実験におけるガス混合比(H_2/CH_4=1/9)は、従来の熱又はプラズマCVD法の場合と比べると逆転しているため、従来の基板加熱膜成長法とは全く異なるC_<60>因子のより高次構造の炭素クラスター形成機構が存在することを示唆する結果が得られた。以上の結果を総合すると、CNTsの単独形成・成長とフラーレン形成には、RF電極表面に平行な弱磁場を印加するマグネトロン放電方式による特異な放電形態に起因した、電極へのイオン衝撃による多面体状グラファイトの分解・合成の促進と、それに伴なうRF電極表面温度変化との相乗効果が重要であるという結論に達した。

This year, the mixture of CH_4 and H_2 is non-equilibrium and reactive. The results show that<RFE>: (1)RF When the voltage (-300V) of the electrode is high or V_<RFE>=-210V, CNTs are almost present in the polyhedral state. The <RFE>formation of thin multilayer <RFE>CNTs with a diameter of 70nm and a length of 10μm was confirmed by frequent observation of CNTs at V_(?)=-400V. In addition, the inner layer of CNTs can be formed. (2)The analysis of coal deposited on water-cooled RF electrodes is carried out in other areas of mass analysis, visible/ultraviolet absorption spectrometers. As a result, the absorption of C_<60>and C_is measured, and the intensity of C_and C_increases<70>. The optimum conditions for the formation of a large number of structures and mechanisms are discussed. (3)In the case of CVD method, the mixture ratio (H_2/CH_4=1/9) of carbon dioxide and carbon dioxide in the substrate heating film growth method is completely different<60>. The above results are summarized as follows: the formation, growth, and formation of CNTs on the surface of RF electrodes in parallel with weak magnetic fields; the formation, growth, and formation of CNTs on the surface of RF electrodes in parallel with weak magnetic fields; the formation, growth, and formation of CNTs on the surface of RF electrodes; the formation, growth, and formation of CNTs on the surface of RF electrodes; and the formation, growth, and formation of CNTs on the surface of RF electrodes.

项目成果

R.Hatakeyama: "Formation Regime of Fullerenes and Carbon Nanotubes n Glow-Discharge Reactive Plasmas"Proceedings of International Conference on Phenomena in Ionized Gases. 2. 159-160 (2001)

R.Hatakeyama：“辉光放电反应等离子体中富勒烯和碳纳米管的形成机制”国际电离气体现象会议论文集。

T.Oku: "Formation of Carbon Nanostructures with Ge and SiC Nanoparticles Prepared by Direct Current and Radio Frequency Hybrid Discharge"Journal of Material Research. 15・10. 2182-2186 (2000)

T.Oku：“通过直流电和射频混合放电制备碳纳米结构”15・10（2000）。

T.Oku: "Formation and Structure of Ag, Ge and Sic Nanoparticles Encapsulated in Boron Nitride and Carbon Nanocapsules"Diamond and Related Materials. 9. 91-915 (2000)

T.Oku：“氮化硼和碳纳米胶囊中封装的银、锗和碳化硅纳米颗粒的形成和结构”金刚石和相关材料。

N.Satake: "Production of Carbon Nanotubes by Controlling RF Glow-Discharge Plasma with Reactive Gases"Abstracts of the 22th Fullerene General Symposium. 102 (2002)

N.Satake：“通过用反应气体控制射频辉光放电等离子体生产碳纳米管”第22届富勒烯综合研讨会摘要。

H.Ishida: "Experimental study of fullerene-family formation using radio frequency discharge reactive plasmas"Thin Solid Films. (in press). (2002)

H.Ishida：“使用射频放电反应等离子体形成富勒烯族的实验研究”固体薄膜。