2019 Fiscal Year Research-status Report
炭素ナノ空洞を利用した極性分子の配列・配向制御による極微小誘電体の作製と物性解明
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18K04894
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| Research Institution | Kanagawa University |
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Principal Investigator |
松田 和之 神奈川大学, 工学部, 教授 (60347268)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 極性分子 / ナノ細孔 / カーボンナノチューブ / 水分子 / 誘電体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノメートルスケールの細孔に閉じ込められた分子集団は通常のバルク状態には見られない特異な物性を示すことが知られている。単層カーボンナノチューブは直径が数ナノメートル程度の細長い内部空洞をもつため、そのナノ空洞に分子を内包させることで１次元的な分子性物質を作製することができる。本研究課題では昨年度に引き続き、平均直径が約1.4nmの単層カーボンナノチューブのナノ空洞に極性分子の1つである水分子を吸蔵させた、水内包カーボンナノチューブの構造および電気的特性を中心とする物性を調べる研究を行った。これまでの研究で内包水の構造はナノチューブ直径により異なることを明らかにしているので、電気的特性を調べる前に水を吸着させたナノチューブ試料を温度変化させながらX線回折実験と水分子水素核の核磁気共鳴実験を行い、内包水の液体-固体相転移温度と低温固体構造を確認した。次にナノチューブのフィルム試料、およびシリコン基板上にナノチューブを分散させた薄膜試料を作製し、それら試料の直流電気抵抗測定や交流インピーダンス測定を試みた。フィルム試料については水吸着により直流電気抵抗の減少を観測した。この起源をもう少し小さいスケールで調べるためにシリコン基板上薄膜試料について原子間力顕微鏡により薄膜表面のナノチューブバンドル構造を観察しながら、水吸着時と脱着時の電流-電圧特性の測定を行った。またこれらの実験に並行して、古典分子動力学シミュレーションにより単層カーボンナノチューブ、およびそれをチューブの直径方向に加圧し変形させた扁平型ナノチューブの内包水のプロトン伝導を調べた結果、内包水のプロトン伝導度がカーボンナノチューブの変形の大きさにより大きく変化することを見出した。
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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
当初計画していたように、水分子内包単層カーボンナノチューブの構造と電気的特性に関していくつかの新しい知見が得られ、これらの研究結果に関して日本物理学会で発表を行った。それらの中でも特に圧力印加により扁平型に変形させた単層カーボンナノチューブの内包水のプロトン伝導ついて大きな進展があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度に引き続き、走査型プローブ顕微鏡、電気抵抗測定、誘電インピーダンス測定、古典分子動力学シミュレーション、核磁気共鳴実験、X線回折実験により、水分子を内包した単層カーボンナノチューブの構造と電気的な特性を調べる。特に原子間力顕微鏡を用いて、水を吸着した単層カーボンナノチューブのバンドル構造の観測と電流-電圧特性の測定を進めるほか、分子動力学シミュレーションを主に用いて単層カーボンナノチューブ内包水のプロトン伝導の特性を調べる。
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| Causes of Carryover |
分子動力学シミュレーションにより、単層カーボンナノチューブを扁平型に変形させながらその内包水のプロトン伝導を調べたところ、予想していなかった新しい知見が得られたため、計算機シミュレーションに集中的に取り組んだ。その結果として、本年度の予算に計上していた、高純度試料、試料調整用薬品、液体窒素等寒剤などの実験に必要な消耗品の使用量が当初計画していたよりも少量となり、次年度への繰越金が生じた。繰越金はこれら実験消耗品や原子間力顕微鏡で取得するデータの解析ソフトの購入費の一部としても使用する計画である。
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Research Products
(4 results)
