• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

気相化学成長法による基板上の単層カーボンナノチューブ高速成長

Research Project

Project/Area Number 10J09231
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Reaction engineering/Process system
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

長谷川 馨  東京大学, 大学院・工学系研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords単層カーボンナノチューブ / CVD / 成長機構 / オストワルドライプニング / リチウム-空気電池
Research Abstract

酸化アルミニウム担体上にFeナノ粒子を担持しC2H2を原料としてCVDを行うことで、単層カーボンナノチューブ(SWCNT)が基板上に垂直配向して数μm/sの速度でミリメータースケール成長する。ミリメータースケール成長の必要条件及び成長、停止機構を検討した。
現在までに、ミリメータースケール成長には酸化アルミニウム担体が必要であること、成長が一定時間後に急停止すること、成長中にSWCNT直径が単層構造を保ったまま増大することもわかっている。またSWCNT成長の直接原料であるC2H2と希釈ガスのArのみによる単純な系での合成を確立した。コンビナトリアル手法とリアルタイム観察を併用して触媒条件及び温度、原料分圧、添加物H2Oの影響を系統的に検討した。C2H2分圧を低く制御することで、適切な触媒条件下ではC2H2とArのみでSWCNTのミリメータースケール成長が可能なことがわかった。
またC2H2分圧によって成長持続時間の温度依存性は異なり、高C2H2分圧では高温ほど長くなり、低C2H2分圧では高温ほど短くなった。前者は触媒からのSWCNT析出を超える炭素供給があると触媒が炭化失活するためと理解でき、後者はオストワルドライプニングによる触媒粒子の構造変化に起因することが分かった。二つの成長停止要因は本合成系に限らず汎用的なものであり、高速、持続的なSWCNT成長に対する本質的課題である。また大量合成を目的として流動層での数層(FW)CNT合成も検討しているが、また今後SWCNTの流動層合成を開発していく上でも、本研究での検討が基礎になる。
またCNTの有力な応用用途である電池電極への利用についても検討した。未来型電池のひとつであるリチウムー空気電池の正極電極への利用を検討した。今回は初期検討として、SWCNT垂直配向膜をそのまま電極として用いたものと、流動層合成FWCNTを分散ろ過して作成した電極の充放電試験を行い、既往のCNT電極と同等の放電容量が得られた。SWCNT垂直配向膜は電極反応や触媒特性を検討するのに有用であり、また流動層合成したCNTは今後の実用的な利用が期待される。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2012 2011 2010

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (5 results)

  • [Journal Article] Fluidized-bed synthesis of sub-millimeter-long single walled carbon nanotube arrays2012

    • Author(s)
      D.Y.Kim, H.Sugime, K.Hasegawa, T.Osawa, S.Noda
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 50 Issue: 4 Pages: 1538-1545

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2011.11.032

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Moderating carbon supply and suppressing Ostwald ripening of catalyst particles to produce 4.5-mm-tall single-walled carbon nanotube forests2011

    • Author(s)
      Kei Hasegawa, Suguru Noda
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 49 Issue: 13 Pages: 4497-4504

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2011.06.061

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Millimeter-Tall Single-Walled Carbon Nanotubes Rapidly Grown with and without Water2011

    • Author(s)
      Kei Hasegawa, Suguru Noda
    • Journal Title

      ACS Nano

      Volume: 5 Pages: 975-984

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Real-time monitoring of millimeter-tall vertically aligned single-walled carbon nanotube growth on combinatorial catalyst library2010

    • Author(s)
      Kei Hasegawa, Suguru Noda
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 49

    • Related Report
      2010 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Half-centimeter-tall single-walled carbon nanotubes grown at low temperature regime of the growth window2011

    • Author(s)
      Kei Hasegawa, Suguru Noda
    • Organizer
      Twelfth International Conference on the Science and Application of Nanotubes (Nanotube 2011)
    • Place of Presentation
      Canbridge (UK)
    • Year and Date
      2011-07-12
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Half-centimeter-tall single-walled carbon nanotubes growing taller at lower temperatures more slowly2011

    • Author(s)
      Kei Hasegawa, Suguru Noda
    • Organizer
      Air Force Research Laboratory, and NASA Workshop on Nucleation and Growth Mechanisms of Single Wall Carbon Nanotubes
    • Place of Presentation
      Texas (USA)
    • Year and Date
      2011-04-10
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] ミリメーター長単層カーボンナノチューブの成長停止2011

    • Author(s)
      長谷川馨、野田優
    • Organizer
      第40回記念フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      名古屋名城大学
    • Year and Date
      2011-03-09
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Growth Termination of Millimeter-Tall Single-Walled Carbon Nanotubes2010

    • Author(s)
      Kei Hasegawa, Suguru Node
    • Organizer
      NT10, Eleventh International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      Honolulu (USA)
    • Year and Date
      2010-12-17
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Water-free, rapid growth of millimeter-tall single-walled carbon nanotube forests : role of water for growth lifetime and nanotube structure2010

    • Author(s)
      Kei Hasegawa, Suguru Noda
    • Organizer
      NT10, Eleventh International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      Montreal (Canada)
    • Year and Date
      2010-07-01
    • Related Report
      2010 Annual Research Report

URL: 

Published: 2010-12-03   Modified: 2024-03-26  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi