ハイブリッド・ナノ炭素物質の新規創製と探索

点击翻译按钮获取中文摘要

(1)熱フィラメントCVD法を用いて、フラーレンおよびカーボンナノチューブを合成することに成功した。従来、フラーレンやカーボンナノチューブは、減圧下の不活性ガス雰囲気中において、炭素および金属触媒を用い、直流アーク放電やレーザー蒸発をすることによって、合成されていた。しかし、これらの方法では原料に比較的高価なグラファイトを用い、また生産量も限られているため、それらに代わる安価な大量合成法が望まれていた。トルエンなどの有機溶媒を燃やす燃焼法によって、フラーレン合成が行われているが、この方法では金属などを内包した金属内包フラーレンを合成することは難しい。このように従来法では困難であった、合成効率のよい、安価なフラーレン、カーボンナノチューブ合成法として、熱フィラメントCVD法を開発した。この方法では、低圧下の有機溶媒蒸気中で金属フィラメントを通電加熱して、有機分子を熱分解し、フラーレンおよびカーボンナノチューブを合成する。フラーレン類を合成する場合にはトルエンなどの芳香族を用い、ナノチューブを合成する場合にはアルコールを主に用いる。特に、この手法によって合成した多層カーボンナノチューブは(1)チューブ壁のグラファイトの結晶化度が高い(2)層数が少ない(5層以下がほとんど)、などの優れた性質を持つことがわかった。そこで、同ナノチューブを用いた電界放出実験を行ったところ、電界放出に要する電圧が低く、寿命も長いことがわかった。今回得られた結果は、これまでに作られた最も優れた多層ナノチューブと同等であり、特にCVD法で作られた多層ナノチューブの中ではずば抜けて優秀であった。既に同製法に関する特許も出願済みで、企業からの問い合わせも幾つか届いている。また、CVD法で合成したカーボンナノチューブにフラーレンを内包させることにも、世界で初めて成功した。(2)種々の金属内包フラーレンをドープした単層ナノチューブ、ピーポッドをチャンネルとして用いた電界効果型トランジスタ(FET)を製作し、これらの半導体特性を調べた。SWNTをチャンネルとして用いた場合、p型半導体特性を示すことはよく知られている。一方、ピーポッドを用いた場合は、p型とn型の両方の特性を併せ持つ両極性型の特性を持つことがわかった。そしてその振る舞いは内包させるフラーレンの種類に大きく依存することがわかった。これら一連の研究は国内外で高く評価され、アメリカ電気化学会年会などで依頼講演を行った。