硫化水素ガスを用いたSWNTの新規製法の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01F00039
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 安藤 義則 名城大学, 理工学部, 教授
• 研究分担者: 趙 新洛 名城大学, 理工学部, 外国人特別研究員
• キーワード: Single-wall carbon nanotubes / Multiwalled carbon nanotube / Carbon nanowire / Fe catalyst / H_2-Ar arc discharge / Hydrogen arc discharge / HRTEM / Raman spectrometer

研究概要

単層カーボンナノチューブ(SWNTs)を大量に作製するための簡便で、高価ではなくしかも有効な方法を発展させることができた。この新しい方法で、長さが30cmにもなる純度70%以上め巨大な並んだSWNTsのネットを作製することができた。それは、Fe-1at%を含む炭素棒を水素とArの混合ガス中で直流アーク放電によって蒸発させて作製した。そのSWNTsの直径は、0.8〜2.5nmに分布しており、結晶性が高く表面はクリーンである。共存している触媒のFeのナノ粒子は極めて薄い炭素膜で包まれているので、二段階の精製プロセス(420℃で加熱したあと塩酸で処理)で容易に除去することができた。さらに、SWNTsを4mm×0.02mmのベルト状にして、1Nの力で引っ張り試験を行うことができ、さらに1.5A(40V)の電流にも耐えることができた。
一方、純粋な水素ガス中で純粋な黒鉛棒を直流アーク放電で蒸発させることにより、結晶性が高く中心の穴の細い多層カーボンナノチューブ(MWNTs)を作製することができた。高分解能の透過型電子顕微鏡(HRTEM)観察によって、そのMWNTsの中心の穴の直径が0.7nmと細くなったとき,その中心に一連の炭素チェーンを含む新物質"カーボンナノチェーン(CNWs)"を見出すことができた。そのCNWsのラマンスペクトルでは、1850cm-1近傍に新しいラマンピークを見出した。ラマン散乱とHRTEMの研究で炭素原子100個以上からなる長い直線状の炭素チェーンがMWNTsの中に形成されていることが確認された。この新規な1次元の炭素の同素体はナノエレクトロニクス、ナノ力学やナノ材料として潜在的な応用の可能性を秘めている。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ando, X.Zhao, S.Inoue, S.Iijima: "Mass Production of Multiwalled Carbon Nanotubes by Hydrogen Arc Discharge"J. Cryst. Growth. 237/239. 1923-1930 (2002)
• [文献書誌] X.Zhao, Y.Ando, L-C.Qin, H.Kataura, Y.Maniwa, R.Saito: "Radial Breathing Modes of Multiwalled Carbon Nanotubes"Chem. Phys. Lett.. 361. 169-174 (2002)
• [文献書誌] X.Zhao, Y.Ando, L-C.Qin, H.Kataura, Y.Maniwa, R.Saito: "Multiple Splitting of G-band modes from Individual Multiwalled Carbon Nanotubes"Appl. Phys. Lett.. 81. 2250-2252 (2002)
• [文献書誌] X.Zhao, Y.Ando, L-C.Qin, H.Kataura, Y.Maniwa, R.Saito: "Characteristics Raman Spectra of Multiwalled Carbon Nanotubes"Physica B. 323. 265-266 (2002)
• [文献書誌] X.Zhao, S.Inoue, M.Jinno, T.Suzuki, Y.Ando: "Macroscopic Oriented Web of Single-Wall Carbon Nanotubes"Chem. Phys. Lett.. (2003)
• [文献書誌] X.Zhao, Y.Ando, Y.Liu, M.Jinno, T.Suzuki: "Carbon Nanowire Made of a Long Linear Carbon Chain Inserted Inside a Multiwalled Carbon Nanotubes"Phys. Rev. Lett.. (2003)