交流アーク放電を用いた単層カーボンナノチューブ大量生成の基礎的研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650023
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 大河内 正人 名城大学, 理工学部, 助教授 (50076626)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安藤 義則 名城大学, 理工学部, 教授 (30076591)
• Keywords: 単層カーボンナノチューブ / 高効率生成 / 交流アーク放電 / 金属触媒 / 雰囲気ガス温度制御 / 雰囲気ガス流量制御 / ヘリウムガス / 自動電極送り

Research Abstract

次世代の科学や工学をになうであろうと思われる先端材料として注目されているカーボンナノチューブ、とくに結晶学的・化学的にみて良質なカーボンナノチューブの大量生成法の確立は、物性研究のサンプルとしても、将来の応用を考えても、欠くことのできない重要課題である。この課題達成のために、現在世界中の研究機関でしのぎをけずって研究されている。
カーボンナノチューブにはグラッフェンシートが単層のものと多層のものがあるが、とりわけ構造の単純な単層カーボンナノチューブの生成法は、いままでにいろんな方法が試みられてきたが、我々は交流アーク放電による炭素蒸発によって生成してきた。この方法では、陰極に堆積物をつくらないと言う点だけを考えても、従来からの直流アーク法に比べて単層カーボンナノチューブの高効率生成にとって有利であるということを示してきた。
蒸発した炭素量に対する単層カーボンナノチューブの生成量が生成効率になる。この効率を上げることを目的に本研究を遂行してきた。金属触媒を含んだ黒鉛棒が、アークによる高温で蒸発され、蒸発によってできた炭素原子・分子が周囲の雰囲気ガスによって冷却され、ふたたび固体になるまでの過程の時間の長短がカーボンナノチューブ生成効率の支配因子の1つと考えられている。今回本研究費により、この時間制御すなわち、極短い時間の間の冷却温度勾配を制御しやすい、電極を水平に対置した、電気炉を兼ね備えた蒸発装置を購入することができた。この装置は特注品であり、設計の段階からとりかかったので、作製に時間がかかり、実験計画に大幅の遅れが生じてしまった。現在組立が完了し、電極間電圧を一定に保つ自動電極送り装置など既設の実験器具も併用して目的とする実験を開始したところである。