カーボンナノチューブ１本レベルの濡れ性の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

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。