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2011 Fiscal Year Annual Research Report

カーボンナノチューブのメカニクス

Planned Research

Project AreaCarbon nanotube nanoelectronics
Project/Area Number 19054014
Research InstitutionOsaka Prefecture University

Principal Investigator

秋田 成司  大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (60202529)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中山 喜萬  大阪大学, 工学研究科, 教授 (20128771)
Keywordsナノチューブ・フラーレン / 塑性変形 / ナノマシン / 超精密計測 / 欠陥 / ダイナミクス / 電気伝導 / 接合
Research Abstract

1)低温におけるナノチューブの機械的エネルギーの散逸機構の検討.
エネルギー散逸と層間相互作用の関係を調べるため、2層ナノチューブ等の多層ナノチューブについての検討を進めた。また、比較的太い多層ナノチューブに働く光輻射力について理論・実験の両面から検討し、光照射により片持ちはりナノチューブの共振周波数が変調可能なことを見出した。
2)熱伝導蓄よび格子振動の伝搬≧機械的振動の散逸との関連の検討
ナノチューブのジュール加熱時における温度の過渡応答について検討しナノチューブと基板との接触部め伝導について検討し比熱等の基本パラメータの検討を行い、一本のナノチューブの熱時定数がナノ秒オーダーであることを実験的に明らかにした。さらに、光誘起熱励振法による片持ちはりナノチューブの周波数応答から室温付近におけるナノチューブと基板との界面熱抵抗を求める方法を考案した。
3)塑性変形・接合のダイナミクスの検討
ナノチューブの塑性曲げ変形が直線に回復するときに発生する力の大きさの起源について調べた。曲げを与えるトポロジカル欠陥の局在性が強く関与していることを実験および計算機シミュレーションにより明らかにした。また、ナノチューブのキャップ先端部分に電子線照射により欠損を与えることにより、そこにより細いナノチューブの接合が可能なことを見いだした。
4)ナノチューブの欠陥と電気伝導の検討
塑性曲げ変形から直線状に回復するときに、欠陥修復により力を発生するだけでなく、抵抗が数十%の割合で小さくなることを見いだした。また、多層ナノチューブの内層を抜き出して、比較的太い肉厚の小さいナノチューブを室温で放置することにより扁平状態を得た。これに流す電流量を変化させることにより、可逆的な円筒-扁平遷移を得、遷移によって電気抵抗が変化し、扁平状態の方が伝導性が良いことを見いだした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の計画ではメカニクスや熱伝導のダイナミクスを明らかにする事を目的としていたが、これらについては概ね当初の計画通り順調に進展した。さらに、研究計画に加えてナノチューブのメカニクスの制御方法を発見(熱、電界、光による)した。さらに、振動計測、熱伝計測、構造制御などに新しい研究領域を切り開いた。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題で見出されたカーボンナノチューブのメカニクスの知見により、高性能(小型、超高速、省エネルギー)電子デバイス、特に、ナノ電気機械システム(NEMS)への展開を行っていく。
さらに、本研究課題で発見したナノメカニクスの制御方法をさらに展開し、ナノマシン、超精密計測へ展開する。
これにより、様々な環境下での単一ナノ粒子の質量、比熱などの物性測定が可能となり、機能性ナノ粒子開発の効率化、省エネルギー化に寄与する。

  • Research Products

    (44 results)

All 2012 2011

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (33 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] カーボンナノチューブの一方向形状記憶効果における回復時の力計測2012

    • Author(s)
      板谷翔太郎、平原佳織、中山喜萬
    • Journal Title

      機械学会論文集A編

      Volume: (掲載確定)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Recovery Force of Carbon Nanotube Shape Memory2012

    • Author(s)
      S.Itaya, K.Hirahara, Y.Nakayama
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: (掲載確定)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Temperature Dependent Resistance of Multi-Wall Carbon Nanotube2012

    • Author(s)
      E.Kawabe, S.Itaya, K.Hirahara, Y.Nakayama
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: (掲載確定)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electric Field Enhancement by Laser Light Focused on Electrode Edges for Controlled-Positioning of Carbon Nanotubes2012

    • Author(s)
      T.Takahashi, T.Yabumoto, R.Inori, T.Okada, S.Akita, T.Arie
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: (掲載確定)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Carbon Nanotube Torsional Actuator Based on Transition between Flattened and Tubular states2012

    • Author(s)
      R.Sengaa, K.Hiraharaa, Y.Yamaguchia, Y.Nakayama
    • Journal Title

      Journal of Non-Crystalline Solids

      Volume: (in press)

    • DOI

      10.1016/j.jnoncrysol.2011.12.040

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A multi-walled carbon nanotube cantilever for interaction force sensing in liquid2012

    • Author(s)
      T.Arie, S.Sawano, S.Akita
    • Journal Title

      AIP Advance

      Volume: 2 Pages: 012144-1-012144-5

    • DOI

      10.1063/1.3688763

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of the structure of the nanotube on the mechanicalproperties of binder-free multi-walled carbon nanotube solids2012

    • Author(s)
      Y.Sato, H.Nishizaka, S.Sawano, A.Yoshinaka, K.Hirano, S.Hashiguchi, T.Arie, S.Akita, G.Yamamoto, T.Hashida, H.Kimura, K.Motomiya, K.Tohji
    • Journal Title

      Carbon

      Volume: 50 Pages: 34-39

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2011.07.047

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nanotorsional actuator using transition between flattened and tubular states in carbon nanotubes2012

    • Author(s)
      R.Senga, K.Hirahara, Y.Nakayama
    • Journal Title

      Appl.Phys.Lett.

      Volume: 100 Pages: 083110-1-083110-4

    • DOI

      10.1063/1.3684275

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Visualization of Vibrating Cantilevered Multilayer Graphene Mechanical Oscillator2011

    • Author(s)
      Y.Yuasa, A.Yoshinaka, T.Arie, S.Akita
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 4 Pages: 115103-1-115103-3

    • DOI

      10.1143/APEX.4.115103

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular simulations on the chirality preference of single-walled carbon nanotubes upon ductile behavior under tensile stress at high temperature2011

    • Author(s)
      H.Deguchi, Y.Yamaguchi, K.Hirahara, Y.Nakayama
    • Journal Title

      Chem.Phys.Lett.

      Volume: 503 Pages: 272-276

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2011.01.023

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] PZT薄膜によるカーボンナノチューブ片持ちはりの励振2012

    • Author(s)
      駕田達哉, 吉仲淳, 片岡翔吾, 廣島成哉, 有江隆之, 秋田成司
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-18
  • [Presentation] 光学効果による片持ち梁カーボンナノチューブの共振周波数の変化2012

    • Author(s)
      廣島成哉, 吉仲淳, 有江隆之, 秋田成司
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-18
  • [Presentation] ナノチューブの状態遷移を利用した回転式ナノアクチュエータの応答性2012

    • Author(s)
      千賀亮典, 平原佳織, 山口康隆, 中山喜萬
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-17
  • [Presentation] カーボンナノチューブを利用した回転式ナノアクチュエータ2012

    • Author(s)
      千賀亮典, 平原佳織, 山口康隆, 中山喜萬
    • Organizer
      第42回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-08
  • [Presentation] Structural modulation of isolated carbon nanotubes during the superplastic deformation process2011

    • Author(s)
      K.Hirahara, K.Inose, Y.Nakayama
    • Organizer
      MRS 2011 Fall meeting
    • Place of Presentation
      Boston, USA
    • Year and Date
      20111128-20111202
  • [Presentation] Response of thermally activated torsional motion of carbon nanotube2011

    • Author(s)
      R.Senga, K.Hirahara, Y.Nakayama
    • Organizer
      A3 Symposium on Emerging Materials : Nanometals for energy & environments
    • Place of Presentation
      Urumqi, China
    • Year and Date
      20111013-20111015
  • [Presentation] Dynamics of electrical conductance during the plastic bending deformation of carbon nanotubes2011

    • Author(s)
      E.Kawabe, K.Hirahara, Y.Nakayama
    • Organizer
      A3 Symposium on Emerging Materials : Nanometals for energy & environments
    • Place of Presentation
      Urumqi, China
    • Year and Date
      20111013-20111015
  • [Presentation] Recovery force generated by one-way shape memory effect of carbon nanotube2011

    • Author(s)
      S.Itaya, K.Hirahara, Y.Nakayama
    • Organizer
      A3 Symposium on Emerging Materials : Nanometals for energy & environments
    • Place of Presentation
      Urumqi, China
    • Year and Date
      20111013-20111015
  • [Presentation] Carbon nanotube torsional actuator based on transition between flattened and tubular states2011

    • Author(s)
      R.Senga, K.Hirahara, Y.Yamaguchi, Y.Nakayama
    • Organizer
      24th International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors
    • Place of Presentation
      Nara, Japan
    • Year and Date
      20110821-20110826
  • [Presentation] Thermal actuation of nanocarbon mechanical system2011

    • Author(s)
      S.Akita
    • Organizer
      7th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena-Sciencs and Engineering-
    • Place of Presentation
      ホテル近鉄アクアヴィラ伊勢志摩(三重県)(Keynote)(基調講演)
    • Year and Date
      2011-12-14
  • [Presentation] Cantilevered Multilayer Graphene Mechanical Oscillator2011

    • Author(s)
      Y.Yuasa, A.Yoshinaka, T.Arie, S.Akita
    • Organizer
      24th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      京都全日空ホテル(京都市)
    • Year and Date
      2011-10-27
  • [Presentation] Oscillation of Cantilevered Multiwall Carbon Nanotubes by Thermal Actuation2011

    • Author(s)
      A.Yoshinaka, T.Arie, S.Akita
    • Organizer
      24fh International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      京都全日空ホテル(京都市)
    • Year and Date
      2011-10-26
  • [Presentation] Electric Field Enhancement by Laser Light focused on Electrode Edges for Controlled-positioning of Carbon Nanotubes2011

    • Author(s)
      T.Takahashi, R.Inori, T.Okada, T.Arie, S.Akita
    • Organizer
      24th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      京都全日空ホテル(京都市)
    • Year and Date
      2011-10-26
  • [Presentation] Temperature Dependent Resistance of Multi-wall Carbon Nanotube2011

    • Author(s)
      E.Kawabe, K.Hirahara, Y.Nakayama
    • Organizer
      24th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      京都全日空ホテル(京都市)
    • Year and Date
      2011-10-26
  • [Presentation] Recovery force of carbon nanotube shape memory2011

    • Author(s)
      S.Itaya, K.Hirahara, Y.Nakayama
    • Organizer
      24th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • Place of Presentation
      京都全日空ホテル(京都市)
    • Year and Date
      2011-10-26
  • [Presentation] Self-detecting Resonance of a Cantilevered Carbon Nanotube Field Effect Transistor2011

    • Author(s)
      N.Matsunaga, T.Arie, S.Akita
    • Organizer
      QNN2011 International Workshop on Quantum Nanostructures and Nanoelectronics
    • Place of Presentation
      東京大学駒場キャンパス(東京都)
    • Year and Date
      2011-10-04
  • [Presentation] カーボンナノチューブのメカニクス2011

    • Author(s)
      秋田成司, 有江隆之, 中山喜萬, 平原佳織, 河邊英司
    • Organizer
      文部科学省科学研究費補助金「特定領域研究」カーボンナノチューブナノエレクトロニクス平成23年度第1回研究会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都)
    • Year and Date
      2011-09-15
  • [Presentation] 多角的評価に向けたカーボンナノチューブ宙空架橋構造の作製2011

    • Author(s)
      池田尚弘、伊藤正尚、宮戸祐治、小林圭、山田啓文、岡崎俊也、末永和知、秋田成司
    • Organizer
      文部科学省科学研究費補助金「特定領域研究」カーボンナノチューブナノエレクトロニクス平成22年度第1回研究会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都)
    • Year and Date
      2011-09-15
  • [Presentation] カーボンナノチューブに働く光誘起力の検出2011

    • Author(s)
      秋田成司, 吉仲淳、廣島成哉、有江隆之, 安食博志
    • Organizer
      文部科学省科学研究費補助金「特定領域研究」カーボンナノチューブナノエレクトロニクス平成22年度第1回研究会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都)
    • Year and Date
      2011-09-15
  • [Presentation] カーボンナノチューブの一方向形状記憶効果における回復力2011

    • Author(s)
      板谷翔太郎, 平原佳織, 中山喜萬
    • Organizer
      文部科学省科学研究費補助金「特定領域研究」カーボンナノチューブナノエレクトロニクス平成22年度第1回研究会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都)
    • Year and Date
      2011-09-15
  • [Presentation] セファクリレゲルクロマトグラフィーによるSWCNTの選択的分離においての界面活性剤濃度依存性2011

    • Author(s)
      藪本卓哉, 大島佑介, 秋田成司, 有江隆之
    • Organizer
      第41回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      首都大学東京(東京都)
    • Year and Date
      2011-09-07
  • [Presentation] セファクリルゲルクロマトグラフィーによるSWCNTの選択的分離においての界面活性剤濃度依存性2011

    • Author(s)
      祷竜治, 岡田貴子, 有江隆之, 秋田成司
    • Organizer
      第41回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
    • Place of Presentation
      首都大学東京(東京都)
    • Year and Date
      2011-09-06
  • [Presentation] CNTの配置制御に向けた金属電極端の電場増強特性の評価2011

    • Author(s)
      高橋徹, 祷竜治, 岡田貴子, 有江隆之, 秋田成司
    • Organizer
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-09-02
  • [Presentation] 熱膨張による片持ち梁カーボンナノチューブ振動(II)2011

    • Author(s)
      吉仲淳, 有江隆之, 秋田成司
    • Organizer
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-09-01
  • [Presentation] カーボンナノチューブ共振の原子間力顕微鏡内電気的検出2011

    • Author(s)
      山口圓, 松永直之, 有江隆之, 秋田成司, 中山喜萬
    • Organizer
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-09-01
  • [Presentation] カーボンナノチューブを利用した回転式ナノアクチュエータ実現に向けて2011

    • Author(s)
      千賀亮典, 平原佳織, 山口康隆, 中山喜萬
    • Organizer
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-09-01
  • [Presentation] カーボンナノチューブの形状記憶効果における曲率と回復力への影響2011

    • Author(s)
      板谷翔太郎, 平原佳織, 中山喜萬
    • Organizer
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-09-01
  • [Presentation] 多層カーボンナノチューブ層内電気抵抗の直径依存性2011

    • Author(s)
      河邉英司、平原佳織、中山喜萬
    • Organizer
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学(山形県)
    • Year and Date
      2011-09-01
  • [Presentation] Carbon Nanotube Mechanical resonators as mass and force sensors2011

    • Author(s)
      S.Akita, T.Arie
    • Organizer
      NANO KOREA 2011-The 9th International Nanotech Symposium & Exhibition in Korea
    • Place of Presentation
      KINTEX, Gyeonggi-do, Korea(invited)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-08-26
  • [Presentation] カーボンナノチューブの一方向形状記憶効果における回復時の力計測2011

    • Author(s)
      板谷翔太郎, 平原佳織, 中山喜萬
    • Organizer
      日本機械学会M&M2011材料力学カンファレンス
    • Place of Presentation
      九州工業大学(福岡県)
    • Year and Date
      2011-07-18
  • [Presentation] Torsional actuator based on transition between flattened states and tubular states in carbon nanotubes2011

    • Author(s)
      R.Senga, K.Hirahara, Y.Yamaguchi, Y.Nakayama
    • Organizer
      NT11 12th International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      Cambridge, UK
    • Year and Date
      2011-07-14
  • [Presentation] Displacement Measurement of a Carbon Nanotube Cantilever in Liquid for Protein Interaction Force Sensing2011

    • Author(s)
      T.Arie, S.Sawano, S.Akita
    • Organizer
      NT11 12th International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      Cambridge, UK
    • Year and Date
      2011-07-14
  • [Presentation] Optical Heterodyne Detection Visualizes the Spatial Resonance of Multilayer Graphene Cantilevers2011

    • Author(s)
      Y.Yuasa, T.Arie, S.Akita
    • Organizer
      NT11 12th International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • Place of Presentation
      Cambridge, UK
    • Year and Date
      2011-07-12
  • [Book] カーボンナノチューブ・グラフェンハンドブック2011

    • Author(s)
      秋田成司(分担執筆)
    • Total Pages
      368
    • Publisher
      コロナ社

URL: 

Published: 2013-06-26  

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