炭素マイクロポーラス空間を用いたゲスト物質の新機能・物性制御

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 08404048
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 榎 敏明 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (10113424)
• 研究分担者: 宮崎 章 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (40251607) ; 佐藤 博彦 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (90262261)
• キーワード: ナノグラファイト / 層間化合物 / 活性炭素繊維 / マイクロポア / スピングラス

研究概要

(1) ナノダイヤモンドの熱処理により得られるナノグラファイト及びそのカリウムと臭素層間化合物の構造、電子構造、磁性を調べた。構造と熱処理温度の関係をラマン散乱及びX線回折により調べ、熱処理温度の上昇とともに約1600℃でダイヤモンドからグラファイトに移転することが明らかとなった。グラファイトへの転移温度直下において、ESRスピン-格子緩和時間が急速に増加することが明らかになった。このことは、sp^3欠陥の存在により、伝導π電子がナノグラファイトエッジに存在する緩和中心に近づけないことが原因と思われる。ナノグラファイト-カリウム層間化合物は有限サイズ効果により、均一構造を取らないことが明らかとなった。電子状態では、ナノグラファイト特有なエッジ状態の寄与が電荷移動により消滅することが明らかとなった。また、この構造を反映して、ESRスペクトルに大きなスピン-軌道相互作用の増加が観測された。
(2) ナノグラファイトの三次元ネットワークからなる活性炭素繊維の磁性の熱処理温度依存性を調べ、金属-絶縁体転移近傍でエッジ状態のスピンがスピングラス的なランダム磁性状態を形成することを明らかにした。また、活性炭素繊維のマイクロポア中に水を吸収させるとナノグラファイトの局在スピン濃度が減少することが明らかとなった。このことは、マイクロポア中に存在する水による実効的な圧力により、ナノグラファイトを構成するグラフェンシート間の相互作用が増加することによるものと思われる。

研究成果

• [文献書誌] l.Matthews: "Localized Spins in Partially Cabonized Polyparaphenylene"Phys. Rev.. B60. 4749-4757 (1999)
• [文献書誌] Toshiaki Enoki: "Electronic and Magnetic Properties of Nano-Graphite"Proceedings of Applied Diamond Conference/Frontier Carbon Technology Joint Conference,Tsukuba. 213-218 (1999)
• [文献書誌] Toshiaki Enoki: "Host-Guest Systems in Micorporous Carbons"Meterials Research Society Proceedings,"Solid State lonics". 1 (2000)
• [文献書誌] Yoshiyuki Shibayama: "Disordered Magnetism at the Metal-lnsulator Threshold in Nano-Graphite-Based Carbon Material"Phys. Rev. Letters. 84・8. 1744-1747 (2000)
• [文献書誌] Hirohiko Sato: "Dimensional Crossover and Angular Dependent Magnetoresistance of Magnetic Graphite lntercalation Compounds; MCl_2 GlC's(M=Cu and Co)"J. Phys. Soc. Jpn.. (ln press)69. (2000)
• [文献書誌] Yoshiyuki Shibayama: "Novel Electronic Properties of a Nano-Graphite Disordered Network and Their lodine Doping Effects"J. Phys. Soc. Jpn. (ln press)69. (2000)
• [文献書誌] B.L.V.Prasad: "Nano-Graphites and Their Potassium lntercalated Compounds: Structural and Electronic Properties"Mol. Cryst. Liq. Cryst. (ln press). (2000)
• [文献書誌] Hirohiko Sato: "Anomalous Angular Dependence of Magnetoresistance in MCl_2 GlC's (M=Cu and Co)"Mol. Cryst. Liq. Cryst. (ln press). (2000)
• [文献書誌] Yoshiyuki Shibayama: "l^<129> Mossbauer Effect of lodine Adsorbed in Activated Carbon Fibers"Mol. Cryst. Liq. Cryst. (ln press). (2000)
• [文献書誌] ltsuko S.Suzuki: "Successive Magnetic Phase Transitions of Cu_CCo_<1-C>Cl_2-FeCl_3 Graphite lntercalation Compoounds"Mol. Cryst. Liq. Cryst. (ln press). (2000)
• [文献書誌] Kazuyuki Takai: "Fluorine-lntroduced sp^3-Carbon Sites in a Nano-Sized p-Electron System and Their Effects on the Electronic Properties"Mol. Cryst. Liq. Cryst. (ln press). (2000)
• [文献書誌] Toshiaki Enoki: "Nano-Graphite and its lnteracalation Compounds"Proceedings of 4^<th> Biennial lnternational Workshop in Russia, Fullerenes and Atomic Clusters, St. Petersburg. (1999)