高エネルギービームを用いた高性能電気二重層キャパシタ用炭素材料の開発

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本研究では、種々の多環式芳香族化合物の蒸着膜へのイオンビーム照射によって生じるカーボンのミクロ及びナノ形状を電子顕微鏡観察することによって、その形状制御因子を明らかにし、イオンビームを利用したカーポンマイクロ・ナノ構造体の構築を試みた。(1)デカサイクレン蒸着膜へのイオンビーム照射によるカーボンナノファイバーの作製デカサイクレン(多環式芳香族化合物の一種)を真空蒸着すると、円筒状ナノワイヤーが生じ、これにイオンビームを照射すると炭化が生じてカーボンナノファイバーが生成することを明らかにした。また、この炭化がイオンビーム照射で生じた分子間環化脱水素反応によるものであることを明らかにした。さらに、前駆体であるデカサイクレンナノワイヤーはデカサイクレン蒸気が基板上で凝縮して生じた過冷却液滴の表面から気相に向かって層状に成長することを明らかにした。(2)多環式芳香族化合物蒸着膜へのイオンビーム照射によるカーボンマイクロ・ナノ構造体の作製種々の多環式芳香族化合物を真空蒸着したところ、(1)蒸気が基板上で直接結晶化して生じた平坦な蒸着膜、(2)蒸気が凝縮してできた液滴が固化して生じた結晶粒を持つ蒸着膜の2タイプが得られた。これら蒸着膜にイオンビームを照射すると、水素及びヘテロ原子の脱離に伴う炭化が進行した。ヘテロ原子の脱離によって蒸着膜は著しく体積収縮したが、水素原子の脱離による体積収縮はほとんど見られなかった。このため、ヘテロ原子を含まない平坦な蒸着膜にマスクを通してイオンビーム照射すると、マスクパターンと同じ形状のカーボンマイクロパターンが得られた。一方、ヘテロ原子を含有し、結晶粒を持つ蒸着膜にイオンビームを照射すると、結晶粒が萎縮・融合し、3次元カーボンナノネットワークが得られた。このカーボンナノネットワークは活性炭並みの高い電気容量を持っていただけでなく、電気化学的に安定であった。