二次元材料の構造制御とその場計測による熱・電気伝導機構の探究

通过二维材料的结构控制和原位测量探索热传导和电传导机制

• 批准号: 18J11632
• 负责人: 楢崎 将弘
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J11632/
• 关键词: 熱工学; グラフェン; フォノン; 熱伝導; フッ化; 熱伝導率; 電子線

本研究では、MEMSにより作製するナノセンサを用いた熱計測技術に、集束イオンビームや電子線、化学的な修飾によるナノスケールの試料の加工技術を組み合わせることで、二次元材料、主にグラフェンにおける熱・電気伝導の構造依存性を調べ、能動的に熱・電気伝導特性を制御することを目的として研究を進めた。当該年度では、昨年度までの研究を踏まえ、グラフェンを巻いた構造をもつ多層カーボンナノチューブ（MWCNT）（直径約100 nm）、あるいは多層グラフェンをより合わせた繊維から成る構造をもつカーボンナノファイバー（CNF）（直径約200 nm）であれば、熱計測のために基板から浮いた状態であっても、フッ素と電子線を用いた微細な構造修飾による熱制御ができるのではないかと考えた。そこでまず、構造修飾手法を確立すべく、MWCNTとCNFをフッ化キセノンガスにさらすことで、フッ化を試みた。しかし、フッ化キセノンガスにさらす前後でラマンスペクトルに変化が見られなかった。ラマンスペクトルに変化が見られなかった理由には、MWCNTやCNFの内部にはフッ素原子が結合しておらず、基本構造であるグラフェンの構造を保持しているからではないかと考えた。続いて、フッ化キセノンガスにさらした後のMWCNTの構造を透過型電子顕微鏡（TEM）で観察した。既報の文献では、フッ化したMWCNTの外周部はアモルファス化していることがTEM観察によって報告されている。しかし、本研究のMWCNTの外周部には、依然として軸方向に長く続くグラファイトの層が観察されたことから、フッ素原子は結合していないのではないかと考えられる。このことからMWCNTやCNFをフッ化するためには、単層グラフェンをフッ化キセノンガスにさらしてフッ化単層グラフェンを用意したときとは異なる処置が必要だという結論に達した。

This study で は, MEMS に よ り cropping す る ナ ノ セ ン サ を with い た に thermal measuring technology, cluster イ オ ン ビ ー ム や electronic line, chemical modification of な に よ る ナ ノ ス ケ ー ル の sample の processing technology group を み わ せ る こ と で, secondary yuan material, main に グ ラ フ ェ ン に お け る heat, electricity 気 伝 guide の structure dependence を べ, motile に heat, electricity The characteristics of 伝 conductivity を control する とを とを objective と て て study を advance to めた. When the annual で は, yesterday's annual ま で の research tread を ま え, グ ラ フ ェ ン を 巻 い た tectonic を も つ multilayer カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ (MWCNT) (100 nm in diameter), あ る い は multilayer グ ラ フ ェ ン を よ り close わ せ た 繊 d か ら into る tectonic を も つ カ ー ボ ン ナ ノ フ ァ イ バ ー (CNF) (diameter of about 200 Nm) で あ れ ば, thermal measuring の た め に substrate か ら floating い た state で あ っ て も, フ ッ element と electronic line を い た imperceptible な structure modification に よ る thermal system of imperial が で き る の で は な い か と exam え た. そ こ で ま ず, structure modification technique を establish す べ く, MWCNT と CNF を フ ッ the キ セ ノ ン ガ ス に さ ら す こ と で, フ ッ change を try み た. し か し, フ ッ the キ セ ノ ン ガ ス に さ ら before and after で す ラ マ ン ス ペ ク ト ル に variations change が see ら れ な か っ た. ラ マ ン ス ペ ク ト ル に variations change が see ら れ な か っ た reason に は, MWCNT や CNF の internal に は フ が ッ element atoms combine し て お ら ず, basic structure で あ る グ ラ フ ェ ン の tectonic を keep し て い る か ら で は な い か と exam え た. 続 い て, フ ッ the キ セ ノ ン ガ ス に さ ら し た after の MWCNT を の structure through type electronic 顕 micro mirror (TEM) で 観 examine し た. Both reported の literature で は, フ ッ change し た MWCNT の peripheral department は ア モ ル フ ァ ス change し て い る こ と が TEM 観 examine に よ っ て report さ れ て い る. し か し, this study の MWCNT の peripheral department に は, still と し て long axis に く 続 く グ ラ フ ァ イ ト の layer が 観 examine さ れ た こ と か ら, フ は ッ element atoms combine し て い な い の で は な い か と exam え ら れ る. こ の こ と か ら MWCNT や CNF を フ ッ change す る た め に は, 単 グ ラ フ ェ ン を フ ッ the キ セ ノ ン ガ ス に さ ら し て フ ッ change 単 layer グ ラ フ ェ ン を intention し た と き と は different な る 処 buy が necessary だ と い う conclusion に da し た.

项目成果

ペンシルベニア大学(米国)

宾夕法尼亚大学（美国）

Thermal Transport in Structurally-Modified Nanocarbon Materials

结构改性纳米碳材料中的热传输

• 发表时间: 2019
• 作者: Narasaki Masahiro;Li Qin-Yi;Ikuta Tatsuya;Miyawaki Jin;Takahashi Koji;楢﨑将弘;Masahiro Narasaki
• 通讯作者: Masahiro Narasaki

欠陥を有するカーボンナノファイバーのMEMSセンサによる熱計測

使用有缺陷的碳纳米纤维 MEMS 传感器进行热量测量

• 发表时间: 2019
• 作者: Narasaki Masahiro;Li Qin-Yi;Ikuta Tatsuya;Miyawaki Jin;Takahashi Koji;楢﨑将弘
• 通讯作者: 楢﨑将弘

Modification of thermal transport in an individual carbon nanofiber by focused ion beam irradiation

• DOI: 10.1016/j.carbon.2019.07.056
• 发表时间: 2019-11
• 期刊: Carbon
• 影响因子: 10.9
• 作者: M. Narasaki;Qinyi Li;T. Ikuta;J. Miyawaki;Koji Takahashi

Thermal Transport in Structurally-Modified Nanocarbon Materials: Studies on Carbon Nanotube, Carbon Nanofiber, and Graphene

结构改性纳米碳材料中的热传输：碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯的研究

• 发表时间: 2018
• 作者: Narasaki Masahiro;Li Qin-Yi;Ikuta Tatsuya;Miyawaki Jin;Takahashi Koji;楢﨑将弘;Masahiro Narasaki;Masahiro Narasaki
• 通讯作者: Masahiro Narasaki