Electrical Characterization of Single-walled Carbon Nanotubes Fabricated from Carbon Nanoring/Linear Molecule Complexes.

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K15031
• Research Institution: Shizuoka Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 東城 友都 静岡理工科大学, 理工学部, 講師 (30736385)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: カーボンナノチューブ / 螺旋度 / 環状分子 / エチレングリコール / シリコン基板

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題は，シリコン基板表面上に直鎖状分子を修飾し，そこに単層カーボンナノチューブ(SWNT)の基本骨格となる環状分子を導入させ，環状分子同士を熱融合させることで，特定の螺旋度を有するSWNTの物理合成に関する研究である。
今年度は，アルゴン雰囲気グローブボックス内で，長さの異なるエチレングリコール(EG)をシリコン基板表面上に修飾させ，そこに環状分子を導入・熱融合させた。
EGを修飾させる際に，スピンコートにより液膜を均一化させ，シリコン基板に対して垂直方向から紫外線レーザーを照射させることで，垂直方向にEGを光配向させた。原子間力顕微鏡像による構造解析から，EG修飾後のシリコン基板には，EG修飾に伴うステップ構造が確認された。EG修飾させたシリコン基板を真空局所加熱炉に導入し，環状分子の気相堆積および熱融合を行うことで，繊維状分子が得られた。顕微鏡ラマン分光分析から，炭素欠陥構造に起因するDバンド（1330 cm-1付近）および炭素六角網面に由来するGバンド（1580 cm-1付近）が観測された。また，透過型電子顕微鏡像観察およびこの高速フーリエ変換像解析から，円筒状構造が確認されたが，アモルファス構造の存在も確認された。このことから，環状分子の熱融合過程において，EGも熱分解されることが示唆された。一方，環状分子の熱融合後，シリコン基板上から試料を回収する際，希硝酸中にて超音波印加を行い，超遠心分離および蒸留水洗浄を繰り返し行うことで，アモルファス構造をある程度除去できることが確認された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究課題に用いた環状分子およびEGは，大気中で酸化されやすい材料であるため，大気暴露させずに，全ての合成を不活性ガス下で完結させる必要があった。特注グローブボックスの納入により，シリコン基板表面へのEGの均一修飾，環状分子の導入・熱融合のいずれの過程において，大気暴露させることなく，当初の研究計画通り，円筒状構造を合成できた。
また，EGの代わりにジホルミルビフェニル等のπ電子系分子を用い，予めアミノ基をシリコン基板表面上に修飾させない場合は，分子配向性が低いことを確認している。現在，シリコン基板上にアミノ基を修飾した後，アゾメチン結合を利用し，前記のπ電子系分子の修飾を行なっている。フーリエ変換赤外分光分析から，シリコン基板表面上へのアミノ基の修飾が確認されている。ここまでは，当初の研究計画通りであり，EGを用いた場合と同様の手順で，種々の構造解析を進めている。

Strategy for Future Research Activity

当初の研究計画通り，EG分子杭から得られた試料のフォトルミネッセンス分光分析，および微少量3極式電気化学セルを用いた電圧掃引（サイクリックボルタンメトリー）試験により，電気的性質を光学的，電気化学的に明らかにする。
また，前述のπ電子系分子を分子杭として，環状分子の導入・熱融合を行い，構造解析を進めると共に，電気的性質の評価を行う。