通電加熱法によるカーボンナノチューブおよびカーボンナノワイヤの新規合成法の確立

• Project/Area Number: 17686057
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 岡元 智一郎 Nagaoka University of Technology, 工学部, 准教授 (60313566)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥27,430,000 (Direct Cost: ¥21,100,000、Indirect Cost: ¥6,330,000); Fiscal Year 2007: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2006: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2005: ¥16,900,000 (Direct Cost: ¥13,000,000、Indirect Cost: ¥3,900,000)
• Keywords: 通電加熱法 / ナノ材料 / カーボンナノチューブ / カーボンナノワイヤ / セラミックス / 結晶成長 / 透過電子顕微鏡 / 炭化珪素 / ラマン分光分析

Research Abstract

カーボンナノチューブ(CNT)は、電気伝導性、熱伝導性、機械的強度に優れており、電子放出材料、リチウム電池の負極材料、ナノコンポジットのみならず、ナノデバイスへの応用研究が進展している。我々がこれまでに開発してきた通電加熱法は、導電性を有する材料の通電加熱によって、ナノメートルサイズの結晶を成長させるものであり、種々の材料の結晶成長に有効な手法である。これまでに様々なCNTの合成方法が研究されているが、現在市販されているものは、いずれもg当たり数千円〜数万円の価格であり、CNTを実用材料とするためには低コスト化が渇望されている。
通電加熱法を用いれば簡便な手法によりCNT、カーボンナノワイヤ、カーボンナノオニオン等の各種ナノカーボンの合成が可能であると考えられる。そこで、本研究では、各種ナノカーボンの新規大量合成技術の開発を目的として、通電加熱法によるナノカーボン材料の生成条件の調査および生成機構の解明を行った。
本年度は、炭化珪素線材を通電加熱する際の酸素分圧(P_<02>=0.5〜1000Pa)と全圧(P_<Tota1>=100〜1000Pa)を制御することにより、ナノカーボン材料の生成の制御を試みた。評価したすべての条件において、炭化珪素の重量減少を伴うアクティブ酸化が起こった。透過電子顕微鏡を用いた観察の結果、CNT、ナノワイヤ、ナノ粒子等の各種ナノカーボンが優先的に生成する条件の存在が明らかとなった。また、炭化珪素だけではなく、様々な材料を通電加熱することによりナノ材料を合成し、本手法がナノ材料合成の有効な作製方法であることを確認した。

Research Products

• [Journal Article] Deep Ultraviolet Optoelectronic Material Fabricated by Coupling of β-Ga_2O_3 and α-Al_2O_3 (2007)
  • Author(s): K. Suzuki, Y. Kuroki, T. Okamoto and M. Takata
  • Journal Title: Adv. in Tech. of Mat. and Mat. Proc. J. 9(1) Pages: 77-80
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Luminescence of ZnO Whiskers Grown on Au Surface by Electric Current Heating: Effect of the Density of ZnO Ceramic Bar (2007)
  • Author(s): K. Minato, D. Kobayashi, T. Okamoto and M. Takata
  • Journal Title: Adv. in Tech. of Mat. and Mat. Proc. J. 9(2) Pages: 149-152
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hot Spot Oxygen Sensor using GdBa_2Cu_3O_<7-δ> -based Composite Ceramics (2006)
  • Author(s): T.Okamoto, K.Iihama, M.Takata
  • Journal Title: Advanced Materials Research 11-12 Pages: 137-140
• [Journal Article] Cathodoluminescence of diffusion layer synthesized by coupling of α-Al_2O_3 and ZnO (2006)
  • Author(s): K.Suzuki, Y.Kuroki, T.Okamoto, M.Takata
  • Journal Title: Advanced Materials Research 11-12 Pages: 163-166
• [Journal Article] Exciton-Phonon Interaction in CuAlS_2 Powders (2006)
  • Author(s): Y.Kuroki, M.Osada, A.Kato, T.Okamoto, M.Takata
  • Journal Title: Advanced Materials Research 11-12 Pages: 175-178
• [Journal Article] Thermal Conductivity and Cathodoluminescence of AlN Ceramics Sintered with Ca_3A1_2O_6 as Sintering Additive (2006)
  • Author(s): T.Honma, T.Tooyama, Y.Kuroki, T.Okamoto, M.Takata, Y.Kanechika, M.Azuma, H.Taniguchi
  • Journal Title: Advanced Materials Research 11-12 Pages: 179-182
• [Journal Article] Effect of Atmosphere on Zinc Oxide Crystal Growth by Electric Current Heating with Au Catalyst (2006)
  • Author(s): K.Minato, T.Okamoto, M.Takata
  • Journal Title: Advanced Materials Research 11-12 Pages: 269-272
• [Journal Article] Impacts of intrinsic defects on luminescence properties of CuAlS_2 (2006)
  • Author(s): Y.Kuroki, T.Okamoto, M.Takata, M.Osada
  • Journal Title: Applied Physics Letters 89 Pages: 221117-221117
• [Journal Article] Synthesis and Luminescence Properties of Chalcopyrite-type CuAlS_2 (2006)
  • Author(s): Y.Kuroki, T.Okamoto, M.Takata
  • Journal Title: Key Engineering Materials 301 Pages: 177-180
• [Journal Article] Effect of Growth Conditions on the Cathodoluminescence of β-Ga_2O_3 Crystals Grown by Electric Current Heating Method (2006)
  • Author(s): K.Suzuki, Y.Kuroki, T.Okamoto, M.Takata
  • Journal Title: Key Engineering Materials 301 Pages: 181-184
• [Journal Article] Novel Sponge-like Structure Created in GdBa_2Cu_3O_<7-δ> Ceramics by Hot Spot (2005)
  • Author(s): T.Okamoto, Y.Tsutai, M.Takata
  • Journal Title: Science and Technology of Advanced Materials 6 Pages: 195-198
• [Journal Article] Hot Spot Oxygen Sensor using GdBa_2Cu_3O_<7-δ>-based Composite Ceramics
  • Author(s): T.Okamoto, K.Iihama, M.Takata
  • Journal Title: Advanced Materials Research (印刷中)
• [Journal Article] Exciton-Phonon Interaction in CuAlS_2 Powders
  • Author(s): Y.Kuroki, M.Osada, A.Kato, T.Okamoto, M.Takata
  • Journal Title: Advanced Materials Research (印刷中)
• [Journal Article] Effect of Oxygen Partial Pressure on the Growth of ZnO Clusters by Electric Current Heating with Thermite Reaction
  • Author(s): K.Minato, T.Okamoto, M.Takata
  • Journal Title: Advanced Materials Research (印刷中)
• [Presentation] Gd_2BaCuO_5の芯を有するGdBa_2Cu_3O_<7-δ>線材におけるダブルホットスポット現象 (2008)
  • Author(s): 藤原信吾, 黒木雄一郎, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会2008年年会
  • Place of Presentation: 長岡技術科学大学(新潟県)
  • Year and Date: 2008-03-22
• [Presentation] 通電加熱法と外部電界を組み合わせた新規な結晶成長法による酸化亜鉛の合 (2008)
  • Author(s): 柏木英人, 黒木雄一郎, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会2008年年会
  • Place of Presentation: 長岡技術科学大学(新潟県)
  • Year and Date: 2008-03-22
• [Presentation] GdBa_2Cu_3O_<7-δ>基ホットスポット酸素センサの低酸素分圧下における特性改善 (2008)
  • Author(s): 岡元智一郎, 飯浜和史, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会2008年年会
  • Place of Presentation: 長岡技術科学大学(新潟県)
  • Year and Date: 2008-03-21
• [Presentation] 多層カーボンナノチューブ分散高分子薄膜を用いた水素ガスセンサーの開発 (2008)
  • Author(s): 川本昂, 村上吉昭, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会2008年年会
  • Place of Presentation: 長岡技術科学大学(新潟県)
  • Year and Date: 2008-03-21
• [Presentation] タングステン線材の通電加熱により作製した酸化タングステン結晶のフォトクロミック現象 (2008)
  • Author(s): 萩沢巧, 本間隆行, 黒木雄一郎, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会2008年年会
  • Place of Presentation: 長岡技術科学大学(新潟県)
  • Year and Date: 2008-03-20
• [Presentation] SiC線材の通電加熱によるナノカーボン材料の生成における全圧と酸素分圧の影響 (2008)
  • Author(s): 諏佐俊輔, 黒木雄一郎, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会2008年年会
  • Place of Presentation: 長岡技術科学大学(新潟県)
  • Year and Date: 2008-03-20
• [Presentation] ディップコート法により作製したGdBa_2Cu_3O_<7-δ>線材におけるホットスポット現象 (2008)
  • Author(s): 岡元智一郎, 藤原信吾, 角田俊輔, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会第46回セラミックス基礎科学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • Year and Date: 2008-01-11
• [Presentation] タングステン線材の通電加熱による酸化タングステン結晶の合成 (2007)
  • Author(s): 萩沢巧, 黒木雄一郎, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 平成19年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 生涯学習センター分館・ジョイナス(秋田県)
  • Year and Date: 2007-11-02
• [Presentation] 低酸素分圧下におけるSiC線材の通電加熱によるナノカーボン材料の生成 (2007)
  • Author(s): 諏佐俊輔, 黒木雄一郎, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 平成19年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 生涯学習センター分館・ジョイナス(秋田県)
  • Year and Date: 2007-11-02
• [Presentation] Gd_2BaCuO_5の芯を有するGdBa_2Cu_3O_<7-δ>線材におけるホットスポット現象 (2007)
  • Author(s): 藤原信吾, 黒木雄一郎, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 平成19年度日本セラミックス協会東北北海道支部研究発表会
  • Place of Presentation: 生涯学習センター分館・ジョイナス(秋田県)
  • Year and Date: 2007-11-01
• [Presentation] 通電加熱法による酸化亜鉛の結晶成長における外部電界の影響 (2007)
  • Author(s): 柏木英人, 本間隆行, 黒木雄一郎, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会第27回エレクトロセラミックス研究討論会
  • Place of Presentation: 森戸記念館(東京都)
  • Year and Date: 2007-10-18
• [Presentation] 低濃度用ホットスポット酸素センサの作動原理 (2007)
  • Author(s): 岡元智一郎, 飯浜和史, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会第20回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学(愛知県)
  • Year and Date: 2007-09-13
• [Presentation] CuAlS_2における可視発光過程 (2007)
  • Author(s): 黒木雄一郎, 長田実, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会第20回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学(愛知県)
  • Year and Date: 2007-09-12
• [Presentation] 亜鉛線の通電加熱法による酸化亜鉛テトラポッドナノ結晶の合成と発光特性 (2007)
  • Author(s): 萩沢巧, 黒木雄一郎, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会第20回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学(愛知県)
  • Year and Date: 2007-09-12
• [Presentation] 通電加熱法により成長させたZnO結晶に及ぼす外部電界の効果 (2007)
  • Author(s): 柏木英人, 黒木雄一郎, 岡元智一郎, 高田雅介
  • Organizer: 日本セラミックス協会第20回秋季シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学(愛知県)
  • Year and Date: 2007-09-12
• [Book] Nanoparticle Technology Handbook (2007)
  • Author(s): Edited by M. Hosokawa, et. al.
  • Publisher: Elsevier
• [Book] セラミックス基礎工学講座シリーズ7 セラミックスの電磁気的・光学的性質 (2006)
  • Author(s): 岡元智一郎 他30名
  • Total Pages: 182
  • Publisher: 日本セラミックス協会
• [Remarks] 学生の受賞:1.若手優秀発表賞、萩沢巧、日本セラミックス協会秋季シンポジウム フォトセラミックス、2007年9月14日