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カーボンナノチューブ１本レベルの濡れ性の解明

阐明单个碳纳米管水平的润湿性

基本信息

批准号：
17J00509
负责人：
今立呼南
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J00509/
关键词：
カーボンナノチューブ濡れ電子顕微鏡分子動力学法界面張力

项目摘要

本研究ではカーボンナノチューブ(CNT)表面および内壁の濡れを調べるために電子顕微鏡を用いた接触角の直接観察および分子動力学(MD)解析を行ってきた。以下にCNT内壁および表面の濡れのそれぞれの実績について記す。CNT内壁：昨年度、申請者は電子顕微鏡内において1本の内径2nm以下のCNT内部に液体Ptの充填を試みたところ、偶発的にCNT側壁からPtを充填することに成功した。これはCNT側壁に形成された空孔から液体が浸入したと考えられる。そこで本年度は、CNT側面に酸素プラズマ処理を施し、人為的にCNT側壁に空孔を形成させ液体Ptの充填を試みた。その結果、内径2nm以下のCNT内部に液体Ptが浸入する様子が観察され、本研究で初めて内径2nm以下のCNT内部への液体の充填方法の確立に成功した。上記の方法を用いて本研究では内径1.7～7.5nmのCNT内部に液体Ptを充填し、CNT側壁と液体との接触角を観察した。その結果、接触角は内径4.8nm以下において内径に依存することがわかった。これは液体がCNT内部の狭い空間に閉じ込められるためであると示唆される。CNT表面：これまでに申請者は直径10nm以下のCNT表面の濡れ性が、直径に依存する要因を分子論的な観点から明らかにするためにMD解析を行ってきた。本年度は昨年と同様の系を用いて直径1.55～7.00nmのCNTとアルゴン液体の固液および固気界面張力の直径依存性を調べた。本研究では界面張力を算出するために、バッカーの式に基づき、CNTのような円筒形状の固体表面の界面張力を計算する新たな方法を考案した。MD解析の結果、CNTの固液界面張力は直径7.00nm以下においての直径の減少に伴い減少することがわかった。このことからCNTの直径に依存して、実際に界面張力が変化し、接触角に影響を与えていることが明らかとなった。

In this study, the surface and inner wall of CNT were investigated by direct contact angle and molecular dynamics (MD) analysis. The following is a summary of the performance of CNT inner wall and surface coatings. CNT inner wall: yesterday, the applicant successfully filled the CNT inner wall with Pt of less than 2 nm inside diameter. The CNT sidewall is filled with holes and liquid. This year, the CNT bottom surface was treated with an artificial Pt filling agent. As a result, the solution of Pt intrusion into CNT with inner diameter less than 2 nm was observed. In this study, the solution filling method for CNT with inner diameter less than 2 nm was established successfully. In this study, liquid Pt filling in CNT with inner diameter of 1.7~ 7.5 nm and contact angle between CNT sidewall and liquid were investigated. The contact angle is less than 4.8 nm. The space inside CNT is closed. CNT surface: The applicant has a CNT surface with a diameter of less than 10nm, and the diameter depends on the molecular theory. This year, the diameter dependence of the solid-liquid and solid-gas interfacial tensions of CNTs with diameters of 1.55~ 7.00 nm was adjusted. In this study, a new method for calculating interfacial tension of solid surfaces with different shapes was developed. The results of MD analysis show that the solid-liquid interfacial tension of CNT decreases with the diameter of CNT below 7.00 nm. CNT diameter dependence, interfacial tension variation, contact angle influence, etc.