カーボンナノチューブ・ナノ複合系における光学応答と光起電力の巨大増強効果

• 研究課題/領域番号: 25400332
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 公益財団法人豊田理化学研究所
• 研究代表者: 中村 新男 公益財団法人豊田理化学研究所, その他部局等, フェロー (50159068)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: カーボンナノチューブ / 金属ナノ粒子 / 光学応答 / フェムト秒ダイナミクス / 励起エネルギー移動 / 電荷移動 / 光起電力効果 / 光捕集

研究成果の概要

１ナノメートル程度の太さのカーボンナノチューブを鞘にして、その中でペリレンからクアテリレン分子、チオフェンからチオフェンポリマーを合成することに成功した。クアテリレン分子に光を照射するとそのエネルギーがナノチューブに移動してナノチューブが光を発することがわかった。移動の時間は１ピコ秒程度であり、分子とナノチューブの距離によって変わる。ナノチューブ内部に納まっているポリチオフェンは光の照射によって電気の担い手であるキャリヤを発生して、このナノチューブ薄膜は導電性を示した。ナノメートルの距離で分子や高分子が近づくと、非常に短い時間でエネルギーやキャリヤがナノチューブに移動することが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Ultrafast energy transfer from fluorene polymers to single-walled carbon nanotubes in wrapped carbon nanotube bundles (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Nakamura, T. Koyama, Y. Miyata, H. Shinohara
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 号: 8 ページ: 4647-4652
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b12191
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrafast excitation energy transfer from encapsulated quaterrylene to single-walled carbon nanotube (2015)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Koyama, Takuya Tsunekawa, Takeshi Saito, Koji Asaka, Yahachi Saito, Hideo Kishida, and Arao Nakamura
  • 雑誌名: Journal of Luminescence 巻: 未定 ページ: 645-648
  • DOI: 10.1016/j.jlumin.2014.12.068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and photophysics of quaterrylene molecules in single-walled carbon nanotubes: excitation energy transfer between a nanoscale cylinder and encapsulated molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Koyama Takeshi, Tsunekawa Takuya, Saito Takeshi, Asaka Koji, Saito Yahachi, Kishida Hideo, and Nakamura Arao
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 118 号: 37 ページ: 21671-21681
  • DOI: 10.1021/jp506361b
  • 査読あり
• [雑誌論文] “Ultrafast Formation and Decay Dynamics of Trions in p-Doped Single-Walled Carbon Nanotubes” (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Koyama
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 87 号: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.165430
  • 査読あり
• [雑誌論文] “Transient Absorption Kinetics Associated with Higher Exciton States in Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes: Relaxation of Excitons and Photons” (2013)
  • 著者名/発表者名: T.Koyama
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.C 巻: 117 号: 39 ページ: 20289-20299
  • DOI: 10.1021/jp406650t
  • 査読あり
• [学会発表] チオフェン重合体内包カーボンナノチューブの光伝導スペクトル (2016)
  • 著者名/発表者名: 中村新男、宮浦健志、松田一成、テンディ・ボアネルゲス、宮田耕充、篠原久典
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 東北学院大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 高分子でラップされたカーボンナノチューブの励起エネルギー移動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中村新男、小山剛史、宮田耕充、篠原久典
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 化学ドープされたポリチオフェン共役鎖内ポーラロン移動度の発光測定による評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小山剛史、中村新男、岸田英夫
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 関西大学
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Ultrafast excitation energy transfer in composite materials of single-walled carbon nanotubes and encapsulated quaterrylene molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, T. Tsunekawa, T. Saito, K. Asaka, Y. Saito, H. Kishida, A. Nakamura
  • 学会等名: 17th International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matter
  • 発表場所: Wroclaw, Poland
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [学会発表] クアテリレン内包カーボンナノチューブにおける励起エネルギー移動 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小山剛史、恒川拓也、斎藤毅、安坂幸師、齋藤弥八、岸田英夫、中村新男
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南校舎
• [学会発表] Dynamical properties of trions in p-doped single-walled carbon nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Shimizu, T. Koyama, Y. Miyata, H. Shinohara, A. Nakamura
  • 学会等名: 18th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids
  • 発表場所: 福州、中国
• [学会発表] Dynamics of photoexcited states in perylene dimers encapsulated in single-walled carbon nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Koyama, T. Tsunekawa, T. Saito, K. Asaka, Y. Saito, H. Kishida, A. Nakamura
  • 学会等名: 18th International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids
  • 発表場所: 福州、中国
• [備考] カーボンナノチューブをベースとした複合系の光物性制御－電荷移動とエネルギー移動－
  • URL: http://www.toyotariken.jp/Toyota_report/toyota_report2.html
• [備考] 豊田研究報告
  • URL: http://www.toyotariken.jp/Toyota_report/toyota_report2.html
• [備考] 公益財団法人豊田理化学研究所フェロー紹介
  • URL: http://www.toyotariken.jp/activities/66.html