マイクロ空間におけるカーボンナノチューブのプロセッシング

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カーボンナノチューブ(以下,CNTと略す)は,そのユニークな電子的・機械的・熱的性質から大きな注目を集めている。また、そのカイラリティに依存性して金属にも半導体にもなるという興味深い特性を有し、デバイス応用にはカイラリティの制御、少なくとも金属と半導体の制御が非常に重要であるとされている。本研究では、マイクロ空間と合成技術を組み合わせることで、このような高度なナノチューブの分離を行うことを目的として研究を行った。マイクロ流体デバイスと呼ばれる、微小な流路を有するチップを作製し、その中で誘電泳動と呼ばれる電気的な分離を行うことで、単層CNT分散溶液の金属-半導体分離を試みた。2年間の計画で研究を行い、昨年度はマイクロ電極を組み込んだ流体デバイスの作製を中心として行い、本年度はその中にCNT分散溶液を流すことで金属と半導体の分離を試みた。なお、従来はこのような流体デバイスを用いず分散液を電極に滴下してラマンスペクトルのみによって評価していたため、CNTの凝集状態に大きく影響を受け結果の信頼性が大きく欠けていた。そこで本研究では、ラマンスペクトルに加え、流路から出てくる分散溶液を調べることで、より信頼性の高い吸収スペクトル測定によって分離の程度を検討した。その結果、ラマンスペクトルでは金属と半導体が分離されているように見えても、実際には分離がなされていないということが明らかとなった。そして、この分離の際に、水の電気分解が起こるなど、他の誘電泳動以外の効果も考慮する必要があることが判明した。そして、印加電圧、チャネル幅は高さ、電極の構造など単層CNTの分離に関する重要な指標を得ることが出来た。上記の知見は、単層CNTの分離に関する重要な方向性を与え、今後の超小型トランジスタなどを含むLSIなどナノデバイスへの発展に大きな寄与をするものと期待される。