ダブルウォールカーボンナノチューブを用いた透明伝導膜の開発

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20510096
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: KIM Yoong Ahm Shinshu University, 工学部, 准教授 (70362100)
• Keywords: 2層カーボンナノチューブ / DNA / チューブの分散 / 透明導電膜 / 電気伝導性

Research Abstract

本研究の目的は、高純度の2層カーボンナノチューブ(Double Wall Carbon Nanotube, DWNT)を用い、高電気及び高光学的透過率であるDWNT透明導電膜の合成である。詳細には、DWNTとDNAの相互作用の解明と、DWNT分散溶液から透明薄膜を製造し、その性能を評価した結果を以下のようにまとめた。
1)DNAを用いたDWNTの分散法の確立および相互作用の解明:single stranded DNAを用いてDWNTの単体状態までの孤立・分散に成功し、そのDWNTとDNAの相互作用を光学的に分析した。DNAのWrappingにより孤立かつ分散されたDWNT溶液からは、DNAからのチャジー移動によるouterチューブの光学シグナルがクエンチングすることに対してinnerチューブからは強いPLを確認した。
2)CNTの表面欠陥によるDNA水溶液の分散状態:DNA溶液内でのAs-grownチューブと高温で熱処理したチューブの分散状態について光学装置を用いて比較検討を行った。結晶性の低いチューブの分散性は高結晶性チューブより二倍以上優れていた。その原因として、ナノチューブ表面に存在する欠陥がDNAと高い結合性を示すことを理論的に証明した。
3)DWNT透明膜の性能評価:孤立したDWNT分散溶液からナノディッパーを用いて製造した膜は500回で透明度は80%以上で、電気伝導性は1.7KΩ/sqまで出ることを確認した。
本研究では、DWNTとDNAの相互作用がSWNTとは違うことを証明し、CNTの表面に存在する欠陥の量がDNAとの相好作用に強く影響することを理論計算と実験で確認した。DWNT透明膜はSWNTより高い性能を見せており、最適化することによってITO代替物として高い可能性を示している。本研究の結果は、CNTのITO代替物以外にもバイオセンサとエネルギーデバイスなどの応用探索に役に立つことである。

Research Products

• [Journal Article] Raman and Fluorescence Spectroscopic Studies of a DNA-Dispersed Double Walled Carbon Nanotube Solution (2010)
  • Author(s): J.H.Kim, M.Kataoka, D.Shimamoto, H.Muramatsu, Y.C.Jung, T.Hayashi, Y.A.Kim, M.Endo, J.S.Park, R.Saito, M.Terrones, M.S.Dresselhaus
  • Journal Title: ACS Nano 4 Pages: 1060-1066
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electroactive Shape Memory Performance of Polyurethane Composite having Homogeneously Dispersed and Covalently Crosslinked Carbon Nanotubes (2010)
  • Author(s): Y.C.Jung, H.J.Yoo, Y.A.Kim, J.W.Cho, M.Endo
  • Journal Title: Carbon 48 Pages: 1598-1603
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transparent and Conductive Polyethylene Oxide Film by the Introduction of Individualized Single-Walled Carbon Nanotubes (2009)
  • Author(s): Y.C.Jung, H.Muramatsu, K.C.Park, D.Shimamoto, J.H.Kim, T.Hayashi, S.M.Song, Y.A.Kim, M.Endo, M.S.Dresselhaus
  • Journal Title: Macromolecular Rapid Communications 30 Pages: 2084-2088
• [Journal Article] Bright Photoluminescence from the Inner Tubes of Peapod-derived Double Walled Carbon Nanotubes (2009)
  • Author(s): H.Muramatsu, T.Hayashi, Y.A.Kim, D.Shimamoto, M.Endo, V.Meunier, B.G.Sumpter, M.Terrones, M.S.Dresselhaus
  • Journal Title: Small 5 Pages: 2678-2682
• [Journal Article] Freestanding, Bendable, Thin Film for Supercapacitors Using DNA-Dispersed Double Walled Carbon Nanotubes (2009)
  • Author(s): L.Cooper, H.Amano, M.Hiraide, S.Houkyou, I.Y.Jang, Y.J.Kim, H.Muramatsu, J.H.Kim, T.Hayashi, Y.A.Kim, M.Endo, M.S.Dresselhaus
  • Journal Title: Applied Physics Letters 95 Pages: 2233104-1-233104-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Defect-Enhanced Dispersion of Carbon Nanotubes in DNA Solutions (2009)
  • Author(s): J.H.Kim, M.Kataoka, D.Shimamoto, H.Muramatsu, Y.C.Jung, T.Tojo, T.Hayashi, Y.A.Kim, M.Endo, M.Terrones, M.S.Dresselhaus
  • Journal Title: ChemPhysChem 10 Pages: 2414-2417
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The Isolation and Diameter-Selective Separation of Double Walled Carbon Nanotubes via a DNA Wrapping (2009)
  • Author(s): J.H.Kim, M.Kataoka, Y.A.Kim, T.Hayashi, H.Muramatsu, D.Shimamoto, M.Endo
  • Organizer: The 3rd Conference on Colloid and Interface Science
  • Place of Presentation: Jeju, Korea
  • Year and Date: 20091012-20091013
• [Presentation] Dispersion and Diameter-selective Separation of Double Walled Carbon Nanotubes in an Aqueous DNA Solution (2009)
  • Author(s): J.H.Kim, M.Kataoka, Y.A.Kim, D.Shimamoto, H.Muramatsu, T.Hayashi, M.Endo, M.Terrones, M.S.Dresselhaus
  • Organizer: The 5th International Conference on Advanced Fiber/Textile Materials
  • Place of Presentation: Ueda, Japan
  • Year and Date: 2009-09-08