2013 Fiscal Year Annual Research Report
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22225001
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
篠原 久典 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50132725)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北浦 良 名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50394903)
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| Project Period (FY) |
2010-05-31 – 2015-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / ナノワイヤ / 金属内包フラーレン / ピーポッド / HRTEM / 電子物性 |
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| Research Abstract |
カーボンナノチューブ（CNT）内部をナノリアクターとして用いた本研究で新たに新規ピーポットを創製した。さらに、これらのピーポッドの高温熱処理で新規のナノワイヤ状物質をCNT内部に合成することに成功した。これまでに、ダイヤモンド・ナノワイヤ、微小径をもつ単層窒化ホウ素ナノチューブ、微小幅をもつグラフェンナノリボン、超微径カーボンナノチューブ、1本鎖のポリチオフェン、などの低次元ナノ物質を新たに生み出すことに成功した。これらの物質は、有機合成的手法、CVD法、レーザー蒸発法などの通常の合成法では実現が極めて困難であるが、ナノチューブナノリアクターを用いることで、短時間で容易に合成できることが明らかとなった。
特に、微小幅をもつグラフェンナノリボンの創製は興味深い。PTCDA分子を内包した単層CNT（SWCNT）を８００℃で熱処理をすると、SWCNT中の極小幅のグラフェン・ナノリボン（GNR）を合成することができた。さらに、高温熱処理を続けると、２枚のGNRがSWCNT中で反応して、カイラリテイーが制御されたCNTに成ることを発見した。CNT中で２枚のGNRがCNTへと構造変位する様子はこの実験が最初であり、極めて独創性が高い。この研究は、Nature Communicationsに発表された。
また、ダイアマンテン（diamantane）分子を内包したCNTピーポッドに高温熱処理を施すとダイヤモンド・ナノワイヤが生成することを世界に先駆けて突き止めた。これは、ダイヤモンドのようなsp3構造をもつ、世界初のナノワイヤである。この結果はAngewandte Chemie誌に発表され掲載号の表紙を飾った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
われわれの当初の研究計画では、新規ピーポットとして、コロネンやペリレン誘導体を始め数種の多環芳香族内包ピーポット、数種の典型元素を含む分子を内包したピーポットの創製を目指した。具体的には、典型元素はYb, Euなどの希土類金属、あるいはアルカリ土類金属(Rb, Cs)を内包したナノワイヤー内包ピーポットの創製に注目していた。これらからのナノワイヤ合成に成功した。
一方、アメリカのミシガン州立大学の研究グループ（Prof.David Tomanek）とスタンフォード大学のグループ(Dr.Jeremy Dahlおよび Dr.Bob Carlson)からダイヤモンドイド(diamondoid)ピーポッド合成の共同研究を進めることになった。それは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）内部で、アダマンテンやダイアマンテンなどのダイヤモンドイドからのダイヤモンド・ナノワイヤの創製である。スタンフォード大学のグループはダイヤモンドイドの創製を世界に先掛けて成功した研究グループである。この共同研究は、ダイヤモンドイドをＣＮＴに内包させたピーポッドを高温熱処することで、ＣＮＴ内部にダイヤモンドのナノワイヤを合成するというものであった。
この共同研究は一昨年のプレリミナリの段階から進んで、昨年度では各種のダイヤモンドイド・ピーポッドの創製に成功した。特に、官能基化されたダイアマンテン(diamantine)を内包したピーポッドの合成に成功した。このピーポッドを高温熱処理することで直径が2nm以下のサイズのダイヤモンド・ナノワイヤの合成を行うことができた。
以上の理由により、Ｈ２５年度の研究は、当初の計画以上の進展をしている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度では、今までの研究の総まとめを行う。特に、現在までに合成した各種ナノワイヤの評価を今まで以上に、高い分解能で行う。これには、球面収差を補正した透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた構造解析によって、原子レベルの空間分解能で情報を得る。特に、ダイヤモンドナノワイヤの構造解析には、高い原子分解能が必要である。今年度は、球面収差補正のTEM以外にもScanning TEM（STEM）を用いた元素マッピングも視野に入れた構造解析を行う。この手法は、ダイヤモンドナノワイヤだけでなく、BNチューブ内包のCNTの評価に強力な実験手段である。
また、本年度は、暗視野法の一つであるHAADF-STEM法の適用可能性も検討する。本手法では、像取得だけではなく、電子エネルギー損失分光を用いた電子状態解析も併せて行うことができるため、ピーポットの構造と電子状態について新たな知見を与えてくれる。さらに、一昨年度には多環芳香族分子を内包したピーポットを用いることで、幅が1 nm以下のグラフェンナノリボン（GNR）を作り出すことに成功したが、このGNRの抽出・分離には成功していない。今年度は、CNT中に合成された極小幅のGNRの抽出・分離のために、超音波抽出・密度勾配超遠心法を用いる。これらGNRの抽出・分離が行われれば、電子デバイス（例えば、電解効果型トランジスター：FET）のチャネルとしての応用が期待される。
また、今年度は最終年度であるので、各種の成果のプレス・リリースやその他のアウトリーチ活動も含めて、一般の人々にも、その重要性をアピールしたい。
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