2018 Fiscal Year Research-status Report
機能性の発現を目指したカーボンナノチューブ形状制御技術の開発および機能性の実証
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17K04991
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| Research Institution | Kochi University of Technology |
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Principal Investigator |
河野 日出夫 高知工科大学, 環境理工学群, 教授 (00273574)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々が創製してきた様々なカーボンナノチューブ新規特異構造(カーボンナノ四面体/リボン構造、四角断面多層カーボンナノチューブ、分岐・合流カーボンナノチューブ、直径変動多層カーボンナノチューブ)に関して、その高効率生成方法の開発を行ない、また、電子顕微鏡ベースの様々な手法を用いることにより、それらナノ構造の機能探索とその概念実証を行なうことが本研究課題の目的である。カーボンナノ四面体に関しては、従来の鉄に加えて、コバルト及びニッケルを触媒として用いた生成を行なった。その結果、コバルトを用いることにより生成の効率が従来より向上し、また鉄・ニッケルと比較してサイズが小さくなることを見出した。また、四面体への他物質充填に関しては予備的な結果が得られた。ナノチューブの片方が潰れたものは四面体の半分に対応する形状を持つが、そのチューブ・リボン接続部の潰れた側に選択的にマンガン・ニッケル合金が充填されたものを見出し、この結果から、四面体への充填にはマンガンが利用できるのではないかとの発想を得、マンガン・ニッケル系触媒を用いた生成を行なったところ、四面体そのものではないがその近傍への充填を確認した。四角断面多層カーボンナノチューブに関しては、加熱及び電子線照射下での構造安定性を透過電子顕微鏡でその場観察した。また分岐・合流型に関しては、電子線トモグラフィーにより、その三次元構造を明らかにした。さらに、物質を充填したY型及びサイド・バイ・サイド型のマイクロチューブを合成し、走査電子顕微鏡内でマイクロプローブを用いて電流・電圧を印加し、内包物質の移動の様子をその場観察した。加えて、新しいカーボンマイクロ構造の創成にも成功し、現在そのサイズをナノ化する努力を続けている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
電子顕微鏡観察用ナノ反応容器として用いる応用を見据えた場合に重要となる他物質の内包技術の開発は、ようやくその足掛りをつかみ、概要で述べたようにマンガンの添加が有効であろうとの予測を得ている。特にニッケルとの組合せでこれまで様々な条件での生成を試み、四面体に近い形状のもの、あるいは四面体に隣接した位置に物質を内容したものを見出している。今後さらに様々な条件での生成を試み、四面体内部への物質充填を実現する技術を開発することが課題である。他物質を内包しない通常の四面体・リボン構造に関しては、コバルトを用いることで生成効率の向上とサイズの微細化に成功した。四角断面多層カーボンナノチューブに関しても、高温下あるいは電子線照射下での利用を考えた場合、そうした環境下での安定性が重要となるが、透過電子顕微鏡その場観察によりこれを調べることができた。分岐・合流カーボンナノチューブに関しては、電子線トモグラフィーによりその分岐部の三次元構造を初めて明かにし、基礎的な知見を得ることができた。ナノサイズのものに関しては物質の内包はまだ実現していないが、マイクロサイズの分岐構造チューブではガリウム等の物質を内包させ、そのジュール加熱下の振舞いを走査電子顕微鏡その場観察した。我々が創製してきた様々なカーボンナノチューブ新規特異構造(カーボンナノ四面体/リボン構造、四角断面多層カーボンナノチューブ、分岐・合流カーボンナノチューブ、直径変動多層カーボンナノチューブ)の生成条件を様々検討する中、複数のカーボンマイクロファイバーが周期的に分岐・合流する新しい構造体を発見することもできた。電子顕微鏡法によりその構造を明かにし、走査電子顕微鏡その場観察により伸縮性があることを明かにした。また生成触媒粒子のファセットと生成との関連性について現在調べている。またこの構造のナノ化にも挑戦している。
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| Strategy for Future Research Activity |
マンガンを利用した、カーボンナノ四面体/リボン構造への物質内包を引き続き試みる。これに成功した場合には、(透過あるいは走査)電子顕微鏡内のマイクロプローブを用いて電圧・電流を印加し、ジュール加熱あるいはエレクトロマイグレーションによる内包物質の変化・移動のその場観察に挑戦する。また、マンガン以外を利用した物質内包も引き続き試みる。また、物質内包していないものにおいては、透過電子顕微鏡加熱ホルダーを用いることにより、カーボンナノ四面体/リボン構造の加熱中の構造変化の有無をその場観察する。走査電子顕微鏡内のマイクロプローブを用いたジュール加熱の場合、温度が測定できなかったが、所属機関が有する透過電子顕微鏡加熱ホルダーを用いれば温度の設定が可能であり、想定される構造変化とそのときの温度との対応を取りながらその場観察が可能となるので、これを実施する予定である。高効率生成に関してだが、通常のカーボンナノチューブ生成において、モリブデンが影響を与えることが知られている。そこで、カーボンナノ四面体/リボン構造生成に対するモリブデンの影響を調査し、さらなる高効率生成を目指す。あわせて、四面体が多数連結する、チェイン状の構造の生成を目指す。また、新しく発見した複数のカーボンマイクロファイバーが周期的に分岐・合流する構造体に関しては、将来の応用可能性として伸縮性・伝導性のあるカーボン繊維・布が考えられ、伸縮性の定量評価を繰り返しデータを確固としたものにする。またその生成メカニズムの解明を目指すとともに、サイズの微細化にも取り組む。
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| Causes of Carryover |
購入予定していたものが安価に購入できたので、少額の余りが生じた。
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