| 研究課題/領域番号 |
21H01763
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28030:ナノ材料科学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
小林 慶裕 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (30393739)
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| 研究分担者 |
仁科 勇太 岡山大学, 異分野融合先端研究コア, 教授 (50585940)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2022年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2021年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
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| キーワード | グラフェン / 酸化グラフェン / 化学気相成長法 / ナノ炭素材料 / 結晶成長 / ランダム積層 / 層間相互作用 / 超高温プロセス / 化学気相成長 / 歪センサ / 光吸収 / 結晶工学 / 薄膜物性 / 層間カップリン / 層間カップリング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
層状物質である多層グラフェンにおいて、グラフェン本来の物性を著しく変質させる層間カップリング（相互作用）を層間へのスペーサ挿入や、乱層（ランダム）積層構造の形成によって抑制することにより、多層でありながら単層グラフェンと同様の優れた物性を引き出すことを目指す。層間カップリングの抑制には、高温プロセスで得られる乱層積層構造に加え、酸化グラフェン層間へのnmスケールのスペーサ材料の挿入という新たなアプローチを導入する。本研究により、単層グラフェンの優れた特性と多層グラフェンの容量の大きさを兼ね備えた新規ナノ炭素材料を創成し、今後のスケーラブルな応用展開への基盤が構築される。
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| 研究成果の概要 |
層状物質である多層グラフェンの層間にはたらく相互作用を抑制し、単層グラフェンに匹敵する優れた2次元物性をもつナノ炭素構造体を形成する技術を開発し、その物性的な優位性を検証した。層間相互作用を抑制するためには、これまで進めてきたランダム積層構造の利用に加え、グラフェン層間への異種物質（スペーサ）挿入の両面からアプローチした。化学気相法によるランダム積層グラフェン成長を真空一貫という極めて清浄な条件で行うことによりデバイス化に必要な大面積成長を実現した。交互滴下法や転写法でスペーサを導入し、層間相互作用を抑制した結果、広帯域（紫外可視～IR)での均一な光吸収など2次元性を著しく向上させた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で得られたナノ炭素構造体である層間相互作用を抑制した3次元積層グラフェン薄膜は、多層でありながら単層と同様の電子構造を持ち、単層グラフェンの優れた特性が維持される。本技術はグラフェンを実用材料として応用する場合の障害のひとつである多層化による電子物性の劣化という課題を解決するための基盤となる。今後、欠陥密度低減やドメインサイズ拡大、さらには３次元集積化を進めることにより、大面積フレキシブルエレクトロニクス材料や電極・放熱シート等の複合体材料など、多層グラフェンの大きな容量を活かした応用展開が期待される。
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