2019 Fiscal Year Research-status Report
Growth of Nano graphene with controlling the edge structure
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18K04881
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
小幡 誠司 岡山大学, 異分野融合先端研究コア, 特任准教授 (90616244)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | グラフェン / 酸化グラフェン / 六方晶窒化ホウ素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はグラフェン/六方晶窒化ホウ素(h-BN)ヘテロ構造の大量合成法の確立に注力した。昨年度までにh-BNの利用が酸化グラフェン(GO)のグラフェン化に対して有効であることを見出していた。しかし、使用していたh-BNは剥離法によって作製した試料であった。剥離法を利用した場合には、被服率の制御や大量合成は困難である。そのため、剥離法での作製は端構造の制御および観察には不向きである。そこで、本年度は粉末のh-BNを利用して、GO/h-BNの簡便な作製法の確立を目指して実験を行った。実験は平均粒径2μm程度のh-BN粉末を用いて、溶液中でGOと混合することで作製を行った。h-BNは基本的には様々な溶液に不溶であるため、単純に混合しての作製は困難だと考えられた。様々な条件を検討する中で、水中にh-BN粉末を添加すると、h-BNの疎水性作用によって、表面にh-BNの薄膜が自発的に形成することを見出した。一方でGOは水に可溶である。また、昨年度中にGOとh-BNには強い相互作用がはたらくことがわかっていた。これらの性質を利用することで、GO/h-BNの大量合成に成功した。具体的にはGO水溶液中にh-BN粉末を添加するだけという簡便な手法である。その際、h-BNは溶液中に分散せず、表面に薄膜を形成するのみであるが、GOとh-BNの相互作用によって、溶液中のGOが表面に漂うh-BN膜に付着する。その後、表面に漂う膜をSiO2等の基板ですくい上げることによって大量にGO/h-BN構造が基板表面に成膜された。走査電子顕微鏡像とRaman分光法によりGOがh-BN上に成膜されていることを確認した。特に興味深いのはほとんどのGOが単層であったということである。溶液中ではGO同士の相互作用が弱いためと考えられる。今後、この試料を用いた高結晶化と局所構造観察を行っていきたいと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度までに六方晶窒化ホウ素(h-BN)が酸化グラフェン(GO)の高結晶化を促進することを見出したこと、本年度に大量合成法の確立を行ったことは当初の予定通りの進捗状況であると言える。特にh-BN粉末を利用した大量合成法は本予算の課題である端構造の観察に寄与するだけでなく、現在大きな注目を集めているグラフェン/h-BNのヘテロ構造の実デバイスへの応用という観点から見ても意義のあるものだと考える。これまで、この積層構造は剥離法により作製されたものがほとんどであり、実用化は困難だと考えられていた。しかし、本研究で開発された手法を用いることができれば、実用化へ大きく前進する。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度には、今年度に大量に作製した酸化グラフェン(GO)/六方晶窒化ホウ素(h-BN)を利用したグラフェン/h-BN構造の作製とその局所構造観察を目指す。GOの高結晶化には、これまでに開発したプラズマ処理およびタングステンフィラメントを用いた手法を用いる予定である。h-BN粉末と剥離法で作製されたh-BNのGO修復に対する寄与の違いや、GOとh-BN粉末の配向方向による修復度合いの差異を解明していきたい。グラフェン/h-BNヘテロ構造が大量に作製できるようになった後には、走査トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡を用いて局所構造、特にグラフェンの端構造について観察する。本年度の成果により、様々な基板に高被服率でヘテロ構造の成膜が可能になった。局所構造観察に適した基板として、金属単結晶や高配向熱分解黒鉛などを使用し、測定を行う予定である。
解決すべき課題としては、h-BN粉末の表面構造があげられる。h-BN粉末は現段階での解析では、表面の凹凸が大きい。そのため局所構造観察の妨げになると予想される。次年度はh-BN粉末の薄膜化と平坦化も行う。具体的には超音波処理やh-BNの修飾を利用した剥離による平坦化を行う予定である。
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| Causes of Carryover |
今年度はh-BN粉末は業者から無償で提供していただいたもの、酸化グラフェンも自分で作製したものを利用したため、費用を削減できた。また、異動に伴う装置の立ち上げ等に時間を費やしたため。
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Research Products
(5 results)
