単層カーボンナノチューブ構造体の自己組織形成と透明電極への応用

单壁碳纳米管结构的自组织形成及其在透明电极中的应用

• 批准号: 09J08327
• 负责人: 杉目 恒志
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J08327/
• 关键词: 単層カーボンナノチューブ; スパッタ法; 化学気相成長

透明電極への応用を考えた単層カーボンナノチューブ(Single-walled Carbon Nanotube, SWCNT)の成長機構の理解とカイラリティ制御合成を検討した。全体を通して触媒金属の膜厚を広範囲にスクリーニングするためにコンビナトリアル手法を用い、実験を効率化した。Co触媒によるC2H5OHからのSWCNT合成にA12Ox下地を適用し、SiO2下地と比較検討した。1.3nm以上と厚いCo触媒では両方の下地上で多層CNTがミリメートルスケーワレで成長するのに対し、0.62-1.0nmと薄いCo触媒ではAl2Ox上のみでSWCNTがミリメートルスケールで成長した。CNTの成長の急停止を見出し、初期成長速度はAl2Ox上とSiO2上で同様な一方、成長時間はAl2Ox上で長いことが分かった。成長停止直前にCNT析出の振動現象が観察され、触媒粒子への炭素の取り込みと吐き出しのバランスが崩れることが成長停止の原因であると考えられた。Al2Oxの作用としてCo粒子の構造変化の抑制や成長速度の加速が示唆されたが、今後更なる検証が必要である。また気相反応と触媒反応を分けた検討を行い、新たに作製した"Cold-gas CVD"装置を用いることで、SWCNTを成長させる直接の前駆体について調べた。C2H5OHを炭素源に用いた場合に垂直配向CNTを成長させるためには気相反応が重要であり、C2H5OHの熱分解によって生じたC2H2が垂直配向単層SWCNTの成長の直接の前駆体になっていることが分かった。さらにカイラリティの制御を狙い、特にフラーレンキャップができる「核発生」とその後の「成長」に着目し、Hラジカルを用いた新たな合成法の検討を行った。ラマンスペクトルの測定結果から、カイラリティの制御には至らなかったものの、直径分布の狭いSWCNTが合成できた。

Transparent electrode へ の 応 tested え in を た 単 layer カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ (Single - walled Carbon Nanotube, SWCNT) の growth institutions の understand と カ イ ラ リ テ ィ suppression synthetic を beg し 検 た. All を tong し て catalyst metal の film thickness を hiroo van 囲 に ス ク リ ー ニ ン グ す る た め に コ ン ビ ナ ト リ ア ル gimmick を い, be 験 を sharper rate change し た. Co catalyst によるC2H5OH ら <s:1> SWCNT synthesizes にA12Ox in the field を applicable 検 SiO2 in the field と comparison 検 is suitable for た た. More than 1.3 nm thick と い Co catalyst で は の struck party under the ground で multilayer CNT が ミ リ メ ー ト ル ス ケ ー ワ レ grow で す る の に し seaborne, 0.62 to 1.0 nm と thin い Co catalyst で は Al2Ox on の み で SWCNT が ミ リ メ ー ト ル ス ケ ー ル で growth し た. The rapid stop of CNT <s:1> growth を is observed as を, the initial growth rate is と on Al2Ox と on SiO2 で is the same as な on the な side, and the growth time is で long on <s:1> Al2Ox とが とが respectively った った. Growth stopped ahead に CNT precipitation の vibration phenomenon が 観 examine さ れ, catalytic particle へ の carbon の take り 込 み と emits き し の バ ラ ン ス が collapse れ る こ と が growth stopped の reason で あ る と exam え ら れ た. Al2Ox の role と し て Co particles の structure - the の の や growth speed accelerate が in stopping さ れ た が, future more な る 検 card が necessary で あ る. ま た 気 instead 応 と catalyst against 応 を points け た 検 line for を い, new た に cropping し た を "Cold - gas CVD" device with い る こ と で, SWCNT を growth さ せ る directly before の 駆 body に つ い て adjustable べ た. C2H5OH を carbon source に with い た occasions に vertical alignment を CNT growth さ せ る た め に は 気 instead 応 が important で あ り, C2H5OH の pyrolysis に よ っ て raw じ た C2H2 が vertical distribution layer to 単 SWCNT の growth の directly before の 駆 body に な っ て い る こ と が points か っ た. さ ら に カ イ ラ リ テ ィ の suppression を previously い, に フ ラ ー レ ン キ ャ ッ プ が で き る "nuclear 発 born" と そ の の after "growing" に し, H ラ ジ カ ル を with い た new た な synthesis の 検 line for を っ た. ラ マ ン ス ペ ク ト ル の determination results か ら, カ イ ラ リ テ ィ の suppression に は to ら な か っ た も の の, diameter distribution の narrow い SWCNT が synthetic で き た.

项目成果

Efficient field emission from triode-type 1D arrays of carbon nanotubes

三极管型一维碳纳米管阵列的高效场发射

• 发表时间: 2009
• 期刊: Nanotechnology 20巻
• 作者: Y.Shiratori、K.Furuichi、Y.Tsuji、H.Sugime;S.Noda
• 通讯作者: S.Noda

エタノールを用いた垂直配向単層カーボンナノチューブのミリメータ成長

使用乙醇实现毫米级垂直排列单壁碳纳米管的生长

• 发表时间: 2010
• 作者: 杉目恒志;野田優
• 通讯作者: 野田優

Effects of Al2O3 layer on the Co catalyzed growth of vertically aligned SWCNT forests from ethanol

Al2O3 层对 Co 催化乙醇垂直排列 SWCNT 森林生长的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: H.Sugime;S.Noda
• 通讯作者: S.Noda

A simple combinatorial method aiding research on single-walled carbon nanotube growth on substrates

一种简单的组合方法有助于研究基底上单壁碳纳米管的生长

• 发表时间: 2010
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 49巻
• 作者: S.Noda、H.Sugime、K.Hasegawa、K.Kakehi;Y.Shiratori
• 通讯作者: Y.Shiratori

単層カーボンナノチューブの垂直配向成長におけるAl2O3下地の効果

Al2O3基底对单壁碳纳米管垂直定向生长的影响

• 发表时间: 2009
• 作者: 杉目恒志;野田優
• 通讯作者: 野田優