2014 Fiscal Year Annual Research Report
成長駆動力制御を利用したナノダイヤモンドからのカーボンナノチューブ高効率合成
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26286015
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小林 慶裕 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30393739)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小松 直樹 滋賀医科大学, 医学部, 准教授 (30253008)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / ナノダイヤモンド / 気相成長 / 成長機構 / 薄膜トランジスタ / バイオセンサー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成26年度は、CNT成長核であるナノダイヤモンド(ND)をサイズ分離分離・分散化する技術の確立、及び成長駆動力調整による新たな合成プロセスがCNT構造に及ぼす効果の解明を進めた。さらに計画を前倒して、駆動力制御によって高密度・長尺化したCNTからなる薄膜をチャネルとしたデバイスを作製し、高感度バイオセンサ動作を検証した。
(1)単分散ND形成法の開発：爆発法で作製した一次粒子径が5～10nmのNDに加えて、よりサイズの大きな高温・高圧法によるNDについても高速液体クロマトグラフィー法によるサイズ分離を行った。ポリグリセロール修飾で可溶化したナノダイヤモンド分離し、5～50nmの範囲でサイズのそろったND分散液を得ることに成功した。
(2)極薄ND層からのCNT成長：構の制御性の検証には、CNT成長に数10層のNDを必要とする従来技術よりも成長効率を高め、数層のNDからCNTを生成する必要がある。炭素源ガス種や分圧を調整し、成長駆動力を径分布の狭い極薄ND層からの成長に最適化することにより、１層NDからのCNT成長に初めて成功した。この結果を基に成長駆動力変調が成長効率・CNT構造に及ぼす効果の検証が可能となった。得られた試料を新たに導入した原子間力顕微鏡を用いてCNT径とND径の相関を詳細に解析したところ、成長に寄与したNDの径が特異的に肥大化する現象を見出した。
(3)CNT薄膜トランジスタによるバイオセンサ動作検証：成長駆動力調整で従来法よりも長尺・高密度化したCNT薄膜を活用し、２年目に予定のバイオセンサ動作検証を実施した。NDから成長したCNT薄膜は金属触媒を含まず、電気化学系でも安定動作した。ND量でCNT密度を調整し、キャリア移動度を向上させた。その結果、生体物質（IgE）の高感度検出に成功し、チャネルへの吸着密度により信号方向が反転する現象を新たに見出した。
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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
交付申請書では、(1)単分散ナノダイヤモンド(ND)形成法の開発、および(2)成長駆動力がCNT成長効率・構造に及ぼす効果の検証、の2項目を今年度に実施するとしていた。
(1)については、ほぼ計画通りに進捗して、爆発法によるNDのサイズ分離に成功している。それに加えて、２年目に計画していたよりサイズの大きな高温高圧法で作製したNDの分離についても着手した。
(2)については、駆動力の調整によるCNT成長の効率化は計画通りに進捗した。さらに、核形成確率など成長機構の解析に必要な原子間力顕微鏡観察をおこなうために、従来条件では不可能であった数層NDからのCNT成長を駆動力の精密な調整によって成功した。
成長駆動力制御による長尺・高密度化が計画よりも早く進捗したため、得られたCNT薄膜を活用したデバイス動作の検証（２年目に予定）に着手した。
以上のように、当初計画を予定通りに進捗させるとともに、２年目に予定していた項目の一部を前倒しして実施しており、計画以上に進捗したと評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度の研究は順調に進捗しており、そこで得られた成果を基にして、目的の達成に向けて研究をさらに推し進める。初年度に着手した２年目以降に予定の研究項目についても、３年目に予定している内容の前倒しも含めて、積極的に進めていく。
ナノダイヤモンド(ND)のサイズ分離については、爆発法による5nm径のND分離精度の向上を継続的に進めるとともに、金属不純物を含まない高温高圧法で作製したナノダイヤモンドのサイズ分離とより大きなサイズがCNT成長に及ぼす効果に重点をおく。成長駆動力がCNT成長効率・構造に及ぼす効果の検証については、極薄ダイヤモンド層からの成長効率を高めるとともに、成長ガス分圧と組成について個別に最適化を図るばかりでなく、両者を同時に変移させるプロセスによる相乗効果を検証する。特に、初年度に見出した活性なNDの径が選択的に肥大化する要因を解明し、CNT径制御の可能性を探索する。高純度CNT薄膜の性能評価については、初年度に着手したバイオセンサの研究をを推し進め、チャネルCNT薄膜のさらなる移動度向上によりタンパク質の選択的高感度検出を達成する。
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| Causes of Carryover |
主に、学生の学会発表にかかわる旅費・参加費について別経費により充当でき、予定額よりも科研費からの支出が抑制されたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成２７年６月には本研究課題に深く関係し、成果をアピールできる場である国際会議（NT-15)が開催される。平成２６年度から繰り越した研究費はこの会議の参加費・旅費として有効に活用する。
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Research Products
(23 results)
