スーパーグラフェン共有結合ネットワーク構造の能動的作製への挑戦

• Project/Area Number: 18F18356
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Review Section: Basic Section 18010:Mechanics of materials and materials-related
• Research Institution: Tohoku University
• Host Researcher: 燈明 泰成 東北大学, 工学研究科, 教授 (50374955)
• Foreign Research Fellow: CUI JIANLEI 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2018-11-09 – 2021-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2020: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2018: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
• Keywords: ナノ炭素材料 / カーボンナノチューブ / グラフェン / 共有結合ネットワーク / 切断 / 操作 / 溶接 / 六員環状

Outline of Annual Research Achievements

カーボンナノチューブの精密切断技術の開発
スーパーグラフェン構造を実現するには所望の長さのカーボンナノチューブを準備する必要がある。このためにカーボンナノチューブの他、銀ナノワイヤなど様々な微細ワイヤを自在に切断する技術を開発した。まず実験に先立ち、走査型電子顕微鏡内に先端が鋭利なタングステンプローブを装着したマニピュレータを配置し、高分解能観察下において様々な実験を実施するためのプラットフォームを構築した。はじめに如何に正確にしてプローブを基板上のナノワイヤに接触させるかを検討し、これを実現してプローブとの接触点でナノワイヤを正確に切断することに成功した。ここにプローブの寸法、切断速度、ナノワイヤの材料特性のみならず、プローブとワイヤとの間に働く凝着力が切断挙動に影響を及ぼすことを明らかにした。またプローブを操作してナノワイヤに駆動力を与えることにより、ワイヤに損傷を与えることなく基板上を移動させることも可能であった。以上の成果を集約することにより、ナノワイヤを所望の長さに切断すると共にこれを基板上の所望の位置移動し、ワイヤの端部同士を対向して正確に配置することが可能となった。さらに正確なカーボンナノチューブの操作を実現するため、単壁カーボンナノチューブと銀ナノワイヤとの界面接触作用について分子動力学法によるシミュレーションを実施し、ファンデルワールス力が様々な接触状況において重要な役割を果たすことを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実績の概要に記載のとおり、申請時に計画した研究を遂行し、カーボンナノチューブを走査型電子顕微鏡内で精密に切断する技術を開発した。さらに単壁カーボンナノチューブと銀ナノワイヤとの界面接触作用について分子動力学シミュレーションを実施してファンデルワールス力が様々な接触状況において重要な役割を果たすことを見出すなど、進展は順調である。

Strategy for Future Research Activity

これまでにカーボンナノチューブを正確に切断する技術を開発すると共に、単壁カーボンナノチューブと銀ナノワイヤとの界面接触作用について分子動力学シミュレーションを実施している。これを発展させ、カーボンナノチューブの切断過程をシミュレーションすることにより最適な切断条件を明らかにする。また切断したカーボンナノチューブを高精度に操作するマニピュレーション技術を開発することで高品質なスーパーグラフェン構造を実現するための学術的基盤を構築する。