プラズマ化学反応を利用したカーボンナノチューブの制御成長

• Project/Area Number: 15654081
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Plasma science
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 林 康明 京都工芸繊維大学, 工芸学部, 教授 (30243116)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2005: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2004: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2003: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: カーボンナノチューブ / 単層カーボンナノチューブ / プラズマ / 微粒子 / 熱フィラメント / モニタリング / フェロセン / プラズマCVD / 微粒子プラズマ / CVD / DCプラズマ

Research Abstract

本年度は、昨年度開発を行った熱フィラメント支援RFプラズマCVD法において単層カーボンナノチューブ作製効率の増大を図ることを主な目的とし、作製条件最適化、触媒金属源となるフェロセン導入方法の改良、プロセスモニタリングと制御などを実施した。
フェロセンの導入方法で、昨年度は真空装置外部に蒸発槽容器を置くようにしたが、今年度はさらに効率的なフェロセンの蒸発と導入を行うため、蒸発槽を試験管形状の円筒形にしてその周囲をマントルヒーターで覆うようにした。その結果、少量のフェロセンの量でこれまでと同等の炭素粉末が得られるようになった。
また、真空反応槽内でカーボンナノチューブ成長反応領域が中心部の窓から観測し易い場所に来るように、ガス導入とフィラメント設置の位置などを変更・改造した。この結果、カーボンナノチューブなどを含む微粒子雲の生成や挙動が、熱フィラメントからの放射光の散乱によって観察できるようになった。また、フェロセン蒸発槽容器が一定以上の温度になると散乱光による微粒子の生成が確認されるようになり、これから、フェロセンの蒸発量を制御することで、より効率的な単層カーボンナノチューブの作製ができるようになった。
一方、TE-TMモード変換器を用いたマイクロ波プラズマによる単層カーボンナノチューブ作製装置を設計・製作した。しかし、上の実験に多くの時間を割いたため、本装置を用いた単層カーボンナノチューブ成長の確認には至らなかった。

Research Products

• [Journal Article] Static and Dynamic Behaviors of Fine Particles in a Plasma under Microgravity Condition (2005)
  • Author(s): Y.Hayashi
  • Journal Title: NEW VISTAS IN DUSTY PLASMAS AIP CONRFERENCE PROCEEDINGS 799 Pages: 466-469
• [Journal Article] Analyses of Early Stages of Vertically Aligned Carbon Nanotube Grown by Plasma-Enhanced Chemical Vapor Debosition (2005)
  • Author(s): Y.Hayashi, Y.Watanabe, K.Ueda, S.Nishino
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics 44(4A) Pages: 1549-1553
• [Journal Article] Gas-Phase Synthesis of Single-Walled Carbon Nanotubes Using a Remodeled Hot-Filament-Assisted Plasma CVD System (2005)
  • Author(s): N.Imazato, Y.Hayashi
  • Journal Title: Proc.6^<th> Workshop on Fine Particle Plasmas Pages: 18-18
• [Journal Article] Gas Phase Syntheses of Single-Walled Carbon nanotubes by Chemical Vapor Deposition Using Hot-Filament and Plasma (2004)
  • Author(s): Y.Hayashi, A.Shinawaki, S.Nishino, Y.Tanaka, M.Morita
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Vol.43, No.10A
  • NAID: 10013611321
• [Journal Article] Mass Spectroscopic Analysis of Process of Single-Walled Carbon Nanotube Growth by Hot-Filament-Assisted Plasma Chemical Vapor Deposition (2004)
  • Author(s): Y.Hayashi, Y.Kogawara, Y.Morimoto, S.Nishino
  • Journal Title: Proc.International COE Forum on Plasma Science and Technology Pages: 243-244
• [Publications] Y.Hayashi, A.Shinawaki, S.Nishino, Y.Tanaka, M.Morita: "Gas Phase Syntheses of Single-Walled Carbon nanotubes by Chemical Vapor Deposition Using Hot-Filament and Plasma"Japanese Journal of Applied Physics. (発表予定)(掲載許可済み).