2020 Fiscal Year Research-status Report
Synthesis of novel silicon carbide nanomaterials and nanocomposites by microstructural change using quantum beam irradiation
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19K05022
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
田口 富嗣 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (50354832)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山本 春也 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (70354941)
佐伯 盛久 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (30370399)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / イオン照射 / 新奇カーボンナノ材料 / 二層壁厚SiCナノチューブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度に引き続き、C-SiC同軸複合ナノチューブのイオン照射により、新奇カーボンナノ材料の創製を試みた。C-SiC同軸複合ナノチューブ内のカーボン層は、長さ方向にほぼ平行なカーボン層と径方向に僅かに傾いたカーボン層の二層構造になっていることが分かっている。そこで、僅かに傾いたカーボン層のみから構成されているC-SiC同軸複合ナノチューブを、室温でイオン照射を行った。その結果、SiC層はアモルファス化するが、カーボン層は結晶を維持し、そのカーボン層は、長さ方向からわずかに傾いた構造から、長さ方向に完全に垂直な構造へと変化した。すなわち、アモルファスSiCナノチューブ内に、穴あきの直径50nm以下のグラフェンナノディスクが長さ方向に積層した新しいカーボンナノ材料の創製に成功した。また、穴あきのグラフェンナノディスクの面間隔は0.386nmであり、昨年度作製した長さ方向に積層したグラフェンナノディスクと多層カーボンナノチューブのハイブリッドカーボンナノ材料の面間隔である0.339nmと比べて大きいことが分かった。
また、多層カーボンナノチューブとSi粉末との真空中熱処理により、SiCナノチューブの合成に成功しているが、熱処理条件を最適化することで、太いSiCナノチューブ内に細いSiCナノチューブが入っている二層構造を持つ、多結晶二層厚壁SiCナノチューブの合成に、世界で初めて成功した。さらに、この多結晶二層厚壁SiCナノチューブを室温でイオン照射することで、アモルファス二層厚壁SiCナノチューブの合成にも初めて成功した。
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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
C-SiC同軸複合ナノチューブのイオン照射により、これまでに合成されたことのない新奇構造カーボンナノ材料の合成に成功し、C-SiC同軸複合ナノチューブ内のカーボン層の構造が、新奇構造カーボンナノ材料の構造に強く影響をもたらすことを明らかにできた。
さらに、これまでに合成されたことのない多結晶及びアモルファス二層厚壁SiCナノチューブの合成にも成功したため、本研究課題はおおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、C-SiC同軸複合ナノチューブのイオン照射により、元々のカーボン層の構造を制御することで、これまでに合成されたことのない新奇構造カーボンナノ材料の創製を目指す。また、エネルギーの異なるイオン照射により、得られる構造が異なるかどうかも併せて検討する。
さらに、C-SiC同軸複合ナノチューブやSiCナノチューブのレーザー照射により、新奇構造SiC系ナノ材料の合成も試みる。
このようにして得られた新奇構造ナノ材料の電気的、電気化学的特性評価を進める。
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| Causes of Carryover |
透過型電子顕微鏡その場観察実験が、予定よりも順調に行われ、さらに良好な結果が得られたために、予定よりも試料作製用の原材料を購入する必要がなくなったため。また、雰囲気制御電線線照射用容器を使用しなくても、Pt微粒子をSiCナノチューブに担持可能だったため。さらに、新型コロナウィルス蔓延により、出席予定であった国内及び国際会議が中止になったため。
令和3年度には、雰囲気制御レーザー照射容器や、電気及び電気化学特性評価用消耗品等を購入する予定である。
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