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多層グラフェン薄膜の乱層構造に起因する特異物性の研究

公募研究

研究領域特異構造の結晶科学:完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス
研究課題/領域番号 17H05336
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪大学

研究代表者

小林 慶裕  大阪大学, 工学研究科, 教授 (30393739)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード乱層構造 / グラフェン / 酸化グラフェン / 超高温プロセス / 欠陥修復 / キャリア輸送特性 / 熱伝導特性 / ナノ材料 / 結晶工学 / 薄膜物性
研究実績の概要

本研究では、大量製造可能な酸化グラフェン(GO)から反応性雰囲気での超高温処理により低欠陥・乱層・多層グラフェン薄膜を形成し、そこから単層に類似した優れた特性を引き出して乱層構造の物性優位性を検証することを目的とする。今年度は、本研究の1年目で見出した成果、すなわち高空隙スポンジ状GOの超高温処理による低欠陥・乱層グラフェンのスケーラブル形成を発展させ、物性計測に適した試料構造の作製を試みた。さらに乱層グラフェン試料を用いた物性評価を推し進め、炭素材料における特異構造である乱層構造から単層に類似した優れた物性を発現させる可能性について検証した。
物性解析に向けた薄膜試料作製法として、まずGO分散液を凍結乾燥して得られる自立構造体である多孔質GOスポンジを超高温で処理して、低欠陥・多層の3次元グラフェン集積体を作製した。このグラフェン構造体を100t以上の高圧で薄膜状に圧縮成型することを試みたが、この圧力でも弾性変形し、元の形状が維持されることが判明した。そのため、多孔質GOスポンジはそのままの形状を活かして電気化学電極としての性能検証へと展開することとした。物性解析試料の代替として、吸引濾過による薄膜形成法の検討を進めるとともに、化学気相法を用いて石英基板上に乱層グラフェンを形成する手法を開発した。得られた乱層グラフェン薄膜をチャネルとして電界効果トランジスタやホール素子を作製し、キャリア輸送特性を解析した。得られたキャリア移動度・密度などについてグラフェン層数・測定温度依存性を解析した結果、単層類似の輸送特性や基板近傍グラフェン層によるスクリーニング効果を明らかにした。この結果は、乱層構造を持つ多層グラフェンの物性的な優位性を示しており、今後の応用展開が期待される。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 19件、 招待講演 2件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件) (うち外国 1件)

  • [雑誌論文] Turbostratic multilayer graphene synthesis on CVD graphene template toward improving electrical performance2019

    • 著者名/発表者名
      Chaopeng Wei, Ryota Negishi, Yui Ogawa, Masashi Akabori, Yoshikata Taniyasu and Yoshihiro Kobayashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 印刷中

    • NAID

      210000156355

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of protective layer on CNT thin film channel in biosensor device2019

    • 著者名/発表者名
      Ritsu Niimi, Ryota Negishi, Michiharu Arifuku, Noriko Kiyoyanagi,Tomohiro Yamaguchi, Koji Ishibashi and Yoshihiro Kobayashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Neuromorphic Switching Behavior in the Multi-stacking Composed of Pt/Graphene Oxide/Ag2S/Ag2019

    • 著者名/発表者名
      Bruno Kenichi Saika, Ryota Negishi and Yoshihiro Kobayashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 印刷中

    • NAID

      210000156684

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of surface potentials in reduced graphene oxide flake by Kelvin probe force microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Ryota Negishi, Kai Takashima and Yoshihiro Kobayashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 6S1 ページ: 06HD02-06HD02

    • DOI

      10.7567/jjap.57.06hd02

    • NAID

      210000149153

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biosensor response from target molecules with inhomogeneous charge localization2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroto Kase, Ryota Negishi, Michiharu Arifuku, Noriko Kiyoyanagi,Yoshihiro Kobayashi
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 124 号: 6 ページ: 0645021-6

    • DOI

      10.1063/1.5036538

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of surface potentials in reduced graphene oxide flake by Kelvin probe force microscope2018

    • 著者名/発表者名
      Ryota Negishi,Kai Takashima and Yoshihiro Kobayashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diameter dependence of longitudinal unzipping of single-walled carbon nanotube to obtain graphene nanoribbon2017

    • 著者名/発表者名
      Minoru Fukumori, Pandey Reetu Raj, Taizo Fujiwara, Amin TermehYousefi, Ryota Negishi, Yoshihiro Kobayashi, Hirofumi Tanaka, Takuji Ogawa
    • 雑誌名

      Japanese Jornal of Applied Physics Special issue

      巻: 56 号: 6S1 ページ: 06GG12-06GG12

    • DOI

      10.7567/jjap.56.06gg12

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of very narrow multilayer graphene nanoribbon with turbostratic stacking2017

    • 著者名/発表者名
      Negishi R.、Yamamoto K.、Kitakawa H.、Fukumori M.、Tanaka H.、Ogawa T.、Kobayashi Y.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 110 号: 20 ページ: 201901-201901

    • DOI

      10.1063/1.4983349

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improving sensor response using reduced graphene oxide film transistor biosensor by controlling the pyrene adsorption as an anchor molecules2017

    • 著者名/発表者名
      Ryota Negishi, Yuji Matsui and Yoshihiro Kobayashi
    • 雑誌名

      Japanese Jornal of Applied Physics Special issue

      巻: 56 号: 6S1 ページ: 06GE04-06GE04

    • DOI

      10.7567/jjap.56.06ge04

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of highly crystalline graphene films showing band-like transport from the defective graphene oxide2017

    • 著者名/発表者名
      根岸 良太、小林 慶裕
    • 雑誌名

      ナノ学会会報

      巻: 15 ページ: 39-45

    • NAID

      40021178173

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] 酸化グラフェンからの高結晶性グラフェン薄膜の合成とバイオセンサー応用2017

    • 著者名/発表者名
      根岸 良太、小林 慶裕
    • 雑誌名

      MATERIAL STAGE

      巻: 17 ページ: 1-6

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] セルロースナノファイバー添加によるグラフェン積層構造への影響と熱伝導解析2019

    • 著者名/発表者名
      石黒 稚可子、許 梓釗、仁科 勇太、小林 慶裕
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] グラフェンテンプレート上に合成した多層グラフェンのキャリア伝導特性2019

    • 著者名/発表者名
      根岸 良太、魏 超鵬、小川 友以、赤堀 誠志、谷保 芳孝、小林 慶裕
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Modulation of the resistance switching behavior of Ag2S-based switches using graphene oxide layer2019

    • 著者名/発表者名
      Bruno Kenichi Saika、Ryota Negishi、Yoshihiro Kobayashi
    • 学会等名
      2019年第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Scalable synthesis of highly porous graphene with turbostratic stacking by thermal process of graphene oxide sponge2018

    • 著者名/発表者名
      Shingo Nakamura, Zizhao Xu, Yuta Nishina, Yoshihiro Kobayashi
    • 学会等名
      E-MRS 2018 Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Restoration and layer-by-layer growth of graphene structures by controlling partial pressure of ethanol vapor through high process temperature2018

    • 著者名/発表者名
      R. Negishi and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      Nanotech Malaysia 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Scalable synthesis of highly porous nanocarbon materials by ultrahigh temperature process for graphene oxide and cellulose nanofiber composites2018

    • 著者名/発表者名
      Z. Xu, S. Nakamura, Y. Nishina, and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      19th Int. Conf. on the Sci. and Appl. of Nanotubes and Low-dimensional Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Control of 12C/13C isotope in CNT grown from nanodiamond2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nakamura, A. Ohhata, M. Arifuku, N. Kiyoyanagi, and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      19th Int. Conf. on the Sci. and Appl. of Nanotubes and Low-dimensional Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] valuation of electrical conductivity in turbostratic multilayer graphene films synthesized from CVD graphene2018

    • 著者名/発表者名
      C. Wei, R. Negishi, Y. Ogawa, M. Takamura, Y. Taniyasu, and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      19th Int. Conf. on the Sci. and Appl. of Nanotubes and Low-dimensional Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Noise reduction in sensor response of carbon nanotube thin film biosensor using HfO2 layer as protective film2018

    • 著者名/発表者名
      R. Niimi, R. Negishi, M. Arifuku, N. Kiyoyanagi, T. Yamaguchi, K. Ishibashi and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      19th Int. Conf. on the Sci. and Appl. of Nanotubes and Low-dimensional Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of highly crystalline multilayer graphene on graphene template by high growth temperature2018

    • 著者名/発表者名
      R. Negishi, M. Maruoka, Y. Ogawa, M. Takamura, Y. Taniyasu, and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      19th Int. Conf. on the Sci. and Appl. of Nanotubes and Low-dimensional Materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Neuromorphic Switching Behavior in the Multi-stacking Composed of Ag/Ag2S/GO2018

    • 著者名/発表者名
      B. K. Saika, R. Negishi and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      14th Int. Conf. on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of protective layer on CNT thin film channel in biosensor device2018

    • 著者名/発表者名
      R. Niimi, R. Negishi, Y. Tadano, M. Arifuku, N. Kiyoyanagi, T. Yamaguchi, K. Ishibashi and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      14th Int. Conf. on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrical transport properties of multilayer graphene nanoribbons2018

    • 著者名/発表者名
      R. Negishi, K. Yamamoto, M. Fukumori, T. Fujiwara, H. Tanaka and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      14th Int. Conf. on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ultra-high Crystallinity Carbon Nanotube Grown from Carbon Nano-onion2018

    • 著者名/発表者名
      K. Nakamura, H. Semba, S.X. Li, M. Arifuku, N. Kiyoyanagi and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      14th Int. Conf. on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Turbostratic Multilayer Graphene Synthesis On CVD Graphene Template Toward Improving Electrical Performance2018

    • 著者名/発表者名
      C. Wei, R. Negishi, Y. Ogawa, M. Takamura, Y. Taniyasu and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      14th Int. Conf. on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] グラフェンテンプレート上に成長した多層グラフェンの積層構造と電気伝導解析2018

    • 著者名/発表者名
      根岸 良太、魏 超鵬、姚 瑶、小川 友以、谷保 芳孝、小林 慶裕
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] グラフェン層成長における水添加効果2018

    • 著者名/発表者名
      根岸 良太、高村 真琴、谷保 芳孝、小林 慶裕
    • 学会等名
      2018年第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] CVDグラフェンをテンプレートとしたグラフェン多層成長2018

    • 著者名/発表者名
      根岸 良太、丸岡 真人、小川 友以、高村 真琴、谷保 芳孝、小林 慶裕
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 高温での機械剥離グラフェン上多層グラフェンの成長様式解析2018

    • 著者名/発表者名
      丸岡 真人、根岸 良太、小林 慶裕
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 酸化グラフェン・セルロースナノファイバー複合体の超高温処理による高空隙ナノカーボン材料形成2018

    • 著者名/発表者名
      許 梓ショウ、中村 槙悟、仁科 勇太、小林 慶裕
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ナノダイヤモンドからのCNT成長における同位体混合比制御2018

    • 著者名/発表者名
      大畑 惇貴、中村 圭介、有福 達治、清柳 典子、小林 慶裕
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] カーボンナノオニオンを核としたカーボンナノチューブの高温成長2018

    • 著者名/発表者名
      仙波 弘樹、有福 達治、清柳 典子、小林 慶裕
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 超高温処理による酸化グラフェン構造修復過程の活性化エネルギー解析2018

    • 著者名/発表者名
      中村 槙悟、仁科 勇太、小林 慶裕
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Band-like transport of highly crystalline graphene films from defective graphene oxides2017

    • 著者名/発表者名
      R. Negishi, and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Material Research
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Investigation of surface potentials in reduced graphene oxide flake by Kelvin probe force microscopy2017

    • 著者名/発表者名
      R. Negishi, K. Takashima and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      The 30th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improved electrical properties of reduced graphene oxide film by water-assisted thermal process2017

    • 著者名/発表者名
      R. Negishi, T. Nakagiri M. Akabori and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      The 30th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Band-like transport in highly crystalline graphene thin films from defective graphene oxide material2017

    • 著者名/発表者名
      R. Negishi, M. Akabori, T. Ito, Y. Watanabe, and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2017 (HQS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of turbostratic multilayer graphene film from graphene oxides by ultrahigh temperature process2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nakamura, T. Ishida, Y. Nishina and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2017 (HQS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Raman analysis on nanocarbon materials formation by isotope labelling toward 13C position control in graphitic lattice2017

    • 著者名/発表者名
      A. Ohata, X. Xizhao, T. Ishida and Y. Kobayashi
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems 2017 (HQS2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Scalable Synthesis of Turbostratic Multilayer Graphene Film from Graphene Oxides by Ultrahigh Temperature Process2017

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Kobayashi, Shingo Nakamura, Takashi Ishida, Atsuki Ohata, Yuta Nishina
    • 学会等名
      2017 MRS Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高温プロセスによる高結晶性多層グラフェンの成長2017

    • 著者名/発表者名
      根岸 良太、丸岡 真人、小林 慶裕
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ケルビンフォースプローブ顕微鏡による還元した酸化グラフェン薄膜の表面電位観察2017

    • 著者名/発表者名
      根岸 良太、高島 快、小林 慶裕
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] カーボンナノオニオンを核としたカーボンナノチューブ成長2017

    • 著者名/発表者名
      仙波 弘樹、有福 達治、清柳 典子、小林 慶裕
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] スポンジ状高空隙酸化グラフェンの超高温処理による乱層多層グラフェンの形成2017

    • 著者名/発表者名
      中村 槙悟、石田 俊、仁科 勇太、小林 慶裕
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] ナノマテリアル領域webページ

    • URL

      http://www.ap.eng.osaka-u.ac.jp/nanomaterial/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] FIELD EFFECT TRANSISTOR AND SENSOR USING SAME2017

    • 発明者名
      Y. Kobayashi,N. Kiyoyanagi et al
    • 権利者名
      Y. Kobayashi,N. Kiyoyanagi et al
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 外国

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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