2021 Fiscal Year Research-status Report
Novel electronic properties of layered carbon nitride as a two-dimensional material
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21K04838
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| Research Institution | Gifu National College of Technology |
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Principal Investigator |
羽渕 仁恵 岐阜工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (90270264)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 窒化炭素 / 二次元物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
層状窒化炭素は、窒素と炭素による二次元シートが層状に重なった物質で、水の水素と酸素への分解などの光触媒作用を示す半導体として注目されている。通常、層状窒化炭素は メラミン等の熱重合により粉末状態で得られるが、半導体としてエレクトロニクス分野に応用するためには薄膜合成が不可欠である。本研究では化学気相成長法により層状窒化炭素の薄膜合成し二次元物質として発現する新しい電子物性を明らかにすることが目的である。
層状窒化炭素薄膜は、X線回折による極点測定により、2次元のCNシートが基板に対して平行に積層することを確認した。その積層のスタッキングに関しては、グラファイトのAB構造といった規則的な積層が見られなかった。このような薄膜は、粘着テープを使った機械的な層の剥離はグラファイトより難しいことがわかった。液体に分散させて超音波を加えると層の剥離することを確認した。合成時の温度や圧力を変えることにより、薄膜の積層構造がどのような変わるか調べ、層の剥離が可能か検討している。
温度を変えて電気伝導の変化を調べた。真空に引くと導電率は下がる。次に温度を上げると導電率は上がるが、100℃で上昇は抑制的になり、さらに温度が上がると導電率は再び上がる。これらの挙動は、薄膜中の水分によるものと考えられる。水は導電率を上げる作用があり、真空にすることで表面に吸着した水分が脱離し、加温により薄膜内にインターカレートした水分が放出されることにより、それぞれ導電率が下がると考えられる。200℃まで上げてから温度を下げると導電率はアレニウスプロットで直線的に減少する。活性化エネルギーは0.5から0.7eVであり、エネルギーギャップ2.8eVより、フェルミ準位はバンドの中央よりシフトしていると考えられる。
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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
当初予定していた薄層化に関しては予想より難しく、機械的剥離による薄層化は実現できていない。一方、薄膜の電子物性については、特に電気測定により徐々に明らかになっており順調に成果が出ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初予定していた薄層化に関しては、予想より難しかった。対策として合成条件を変えて合成し薄膜の結晶状態を変え、薄層化可能か実験する。結晶状態は圧力に大きく依存することが確認できている。減圧から加圧状態で合成できるよう実験装置を改造し合成を行えるようにする。
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| Causes of Carryover |
学会発表がオンライン開催だったため、予定していた旅費が不要となりその分差額が乗じた。
繰越金は物品購入費に当てる予定である。
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