低消費電力で高出力電流を得るカーボンナノチューブ冷陰極電子源の開発

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11792003
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 齋藤 弥八 三重大学, 工学部, 助教授 (90144203)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上村 佐四郎 伊勢電子工業株式会社, 技術部・室長(研究職) ; 畑 浩一 三重大学, 工学部, 助手 (30228465)
• Keywords: カーボンナノチューブ / 電界放出 / 電子源 / 電界放出顕微鏡 / 多層ナノチューブ / 単層ナノチューブ

Research Abstract

本年度は、単層カーボンナノチューブの大量合成,水素ガス中アーク放電により作製したナノグラファイバーからの電子放出特性,金属基板表面に固定したナノチューブ膜からの電子放出特性の評価を行った。
1.単層カーボンナノチューブの大量合成
アーク放電法による単層ナノチューブの大量合成を目指し,白金族二元混合系の触媒能を系統的に調べた結果,Rh-Pt混合触媒が格段に高い牧率で単層ナノチューブを生成させることを見い出し,煤中のナノチューブの最大密度は50%以上であることを透過電子顕微鏡およびラマン散乱により確認した.
2.水素ガス中アーク放電により作製したナノグラファイバーからの電子放出特性
水素などの反応性ガスの中でアーク放電により多層ナノチューブを作製すると,グラファイト粒子など副生成物が少なく,さらに,中心空洞の狭いナノチューブが得られる。我々は,チューブの芯までグラファイトで詰まったこのような多層ナノチューブをナノグラファイバーと名付けた。このナノグラファイバーは,通常のヘリウムガス中で作製した多層ナノチューブよりも優れた電子放出特性を有することを電界放出顕微鏡法により見い出した。
3.カーボンナノチューブ陰極面からの電子放出特性の評価
ステンレス基板に塗布した多層ナノチューブ(MWNT)、ナノグラファイバー(NGF)および単層ナノチューブ(SWNT)からの電界放出を三極あるいは二極構造の測定装置により評価した。陰極グリッド間距離を1mmとして,グリッド電圧に対する放出電流を測定した。NGFでは,グリッド電圧500Vで20μA/cm^2,750Vで2.5mA/cm^2の電流密度が得られた。他方,MWNTでは、グリッド電圧500Vで2.5nA/cm^2,750Vで0.1mA/cm^2が得られた。SWNTも,MWNTとほぼ同じ電流-電圧特性が得られた.

Research Products

• [Publications] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブからの電界放出とディスプレイデバイスへの応用"応用物理学会誌. 69・3. 314-317 (2000)
• [Publications] 齋藤弥八: "新展開を迎えるカーボンナノチューブ"パリティ. 14・12. 314-317 (1999)
• [Publications] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブからの電界放出"ディスプレイ アンド イメージリング. 8. 69-75 (1999)
• [Publications] Koichi Hata: "Selective Formation of C_<20> Cluster Ions by Field Evaporation from Carbon Nanotubes"Chem. Phys. Lett.. 308・3/4. 343-346 (1999)
• [Publications] Yahachi Saito: "Carbon Nanotubes Produced by Arc Discharge"New Diamond and Frontier Carbon Tech.. 9・1. 1-30 (1999)
• [Publications] Yahachi Saito: "Field Emission from Carbon Nanotubes and Its Application to Electron Sources"Carbon. 38・2. 169-182 (2000)