2015 Fiscal Year Research-status Report
レイリー散乱分光分析による単層カーボンナノチューブ応用の高効率化
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26420135
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
千足 昇平 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50434022)
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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 / レイリー散乱 / 分光計測 / イメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単層カーボンナノチューブからのレイリー散乱スペクトル計測装置を設計，製作，その測定を行った．昨年までに，励起用レーザー（連続波長レーザー．波長は400から2000 nm），計測の光学顕微鏡システム，またミラーやフィルターなど必要な光学素子など基本的な光学系を構築し，液体分散した多数の単層カーボンナノチューブからのレイリー散乱スペクトルの計測に成功していたが，それに加え本年度は空中に架橋した1本の単層カーボンナノチューブからのスペクトル計測を実現した．予めシリコン基板上にスリット構造を作製し，そこに化学気相堆積法（CVD法）により単層カーボンナノチューブを直接合成することで高品質でかつ測定空間内に単独で存在する理想的な単層カーボンナノチューブ試料を得ることができた．これに対し，レイリー散乱計測を行った．単層カーボンナノチューブが本来のもつ特徴的な電子構造に由来する光学遷移エネルギーを観測することに成功した．異なる構造の単層カーボンナノチューブから計測・比較することで，その光学遷移エネルギーが構造に依存していることが明らかとなり，単層カーボンナノチューブの詳細な構造分析も行うことができた．単層カーボンナノチューブは直径1nmのみで細いためその散乱断面積は非常に小さいが，共鳴効果によって十分な強度のレイリー散乱光を計測することができ，今後のイメージング分光計測およびレイリー散乱計測による単層カーボンナノチューブデバイス分析技術の開発へ大きな進展を得ることが出来たと言える．
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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
昨年度までにレイリー散乱計測装置を設計，製作し液中分散した単層カーボンナノチューブからのレイリー散乱スペクトルに成功した．さらに本年度はレイリー散乱分光に最適な構造である架橋単層カーボンナノチューブの合成を実現，それからのレイリースペクトル計測を行った．架橋単層カーボンナノチューブは合成が難しいが，これまで培ってきた合成技術を応用することで短時間でこれに成功し，この理想的な単層カーボンナノチューブサンプルによって，レイリー散乱分光測定系の高感度化や改良を行うこともできた．このように，本年度の研究進捗としては計画以上に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに様々な単層カーボンナノチューブサンプルからのレイリー散乱スペクトル計測に成功してきており，今後はレイリー散乱イメージング計測の実現を目指していく．高感度の2次元ディテクタ―を用いることで，単層カーボンナノチューブからのレイリー散乱によるイメージ像を取得，その波長依存性を分析することで，単層カーボンナノチューブの局所的な物性や物性の空間分布などをリアルタイムに計測していく．この計測技術を用いることで，太陽電池やトランジスタ等に応用した単層カーボンナノチューブのデバイス上での物性変調の理解や物性制御法の開発を目指すと同時に，そのデバイス性能の向上を進めていく．
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| Causes of Carryover |
平成27年度では新たに架橋単層カーボンナノチューブサンプルの合成を目指し，困難が予想されていたが，現状で所有する合成装置において合成条件を厳密に制御することでその合成に成功した．その為，予定していた合成装置の改造に関わる支出を抑えることができたため．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
架橋単層カーボンナノチューブは長さは数μmと長いが直径が1nm程度と非常に細長く，測定においてはその位置合わせが非常に重要であることが分かってきた．そこで，位置合わせや光学素子（レンズやフィルター）のホルダー等の制御をより高めるように，より高精度な光学系の部品の購入を考えている．
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Research Products
(17 results)
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[Presentation] CVD Growth of Randomly-Oriented and Vertical-Aligned Single-Walled Carbon Nanotubes with Bimetallic Catalysts2015
Author(s)
S. Maruyama, K. Cui, B. Hou, H. An, H. Takezaki, R. Xiang, S. Chiashi,
Organizer
Third Carbon Nanotube Thin Film Electronics and Applications Satellite (CNTFA15)
Place of Presentation
Nagoya University, Nagoya, Aichi, Japan
Year and Date
2015-06-28 – 2015-06-28
Int'l Joint Research
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[Presentation] Single-Walled Carbon Nanotubes and Graphene as Hole Transport Layer and Electrode for Solar Cells2015
Author(s)
S. Maruyama, K. Cui, T. Chiba, I. Jeon, X. Chen, R. Xiang, S. Chiashi, E. I. Kauppinen, Y. Matsuo,
Organizer
6th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (Wonton15)
Place of Presentation
Kloster Banz, Kloster Banz, Germany
Year and Date
2015-06-01 – 2015-06-04
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Single-Walled Carbon Nanotubes and Graphene As Highly Efficient Hole Collecting and Transport Layer for Solar Cells2015
Author(s)
*S. Maruyama, K. Cui, T. Chiba, I. Jeon, X. Chen, R. Xiang, S. Chiashi, Y. Matsuo,
Organizer
227th ECS Meeting
Place of Presentation
Hilton Chicago, Chicago, Illinois, USA
Year and Date
2015-05-25 – 2015-05-28
Int'l Joint Research / Invited
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