2020 Fiscal Year Annual Research Report
単層カーボンナノチューブの原子スケール精密成長機構の解明
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20K20348
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
丸山 茂夫 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90209700)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
千足 昇平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50434022)
項 栄 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20740096)
井ノ上 泰輝 大阪大学, 工学研究科, 助教 (00748949)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / CNT / 化学気相成長法 / CVD / 成長メカニズム / 同位体ラベリング / 分子動力学法 / 透過型電子顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単層カーボンナノチューブ（単層CNT）の構造は直径・巻き方（カイラリティ）・長さなどにより規定される．単層CNTの性質は1本ごとの構造の違いに大きく影響を受けるという特徴を持つことから，様々な応用の実現に向けては各用途に適した構造の単層CNTを選択的に合成することが求められている．本研究では，単層CNTの原子スケールでの成長機構解明および構造制御合成の実現に向けて，複数の手法を用いて単一単層CNTの成長分析を行った．
同位体ラベリング手法を用いた単一単層CNTの成長時間変化の観察においては，金属触媒微粒子の処理条件に対する単層CNT成長特性の変化に着目し，機械学習によりその関係を分析した．ランダムフォレスト法により，触媒還元および水蒸気処理が単層CNTの成長開始時間の遅延および直径の増大に大きな影響を与えることが示された．
また，透過型電子顕微鏡（TEM）による単層CNTと触媒の直接観察においては，シリコン基板の微細加工により作製したTEMグリッドを用いた観察を行った．高温処理の前後における同一単層CNTの構造をTEMにより観察することに成功した．
さらに，分子動力学（MD）法による単層CNT成長のシミュレーションにおいては，金属触媒の種類の違いによる成長機構の差異を調べた．FeおよびCo触媒におけるポテンシャル分析から，単層CNTのジグザグ端の構造安定性が金属種により異なることが示された．これはカイラリティ決定機構の理解につながる知見である．炭素供給頻度の制御を行い，触媒中に溶解した炭素原子数が単層CNT成長中の欠陥生成に対して影響を与えることが分かった．
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[Presentation] Growth mechanism and handedness relation of one-dimensional van der Waals heterostructures2021
Author(s)
Yongjia Zheng, Akihito Kumamoto, Rong Xiang, Kaoru Hisama, Keigo,Otsuka, Yuta Sato, Taiki Inoue, Shohei Chiashi, Daiming Tang, Qiang Zhang, Anton Anisimov, Esko Kauppinen, Kazu Suenaga, Yuichiro Ikuhara, Shigeo Maruyama
Organizer
第60回記念フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
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