分子・結晶レベル空間でのアロイングによる新炭素物質の探索

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09243105
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 遠藤 守信 信州大学, 工学部, 教授 (10021015)
• 研究分担者: 山邊 時雄 京都大学, 工学研究科, 教授 (80025965) ; 寺井 隆幸 東京大学, 工学部, 助教授 (90175472) ; 大島 忠平 早稲田大学, 理工学部, 教授 (10212333) ; 齋藤 理一郎 電気通信大学, 電子工学科, 助教授 (00178518) ; 小山 省三 信州大学, 医学部, 教授 (00115346) ; 中島 剛 京都大学, 工学研究科, 助教授 (50026233)
• キーワード: グラファイト / グラフェンシート / Li吸蔵金属 / sp^3結合 / C_xN_y / ヨウ素吸蔵炭素 / 活性炭の生理学的評価 / 電子物性

研究概要

これまでの炭素科学がバルクとしての性質に対してミクロな部分に解答を求めるアプローチが常道であった。ここでは、原子、分子そして大きくともナノメータオーダーまでで炭素の評価と解析を行い、これをマクロな物性に投影することを具体的に試みた。その結果、次に掲げるような項目について、実験ならびに理論的側面から検討を加え、ナノメータオーダーで構造と物性の相関描像を確立できた。
1)硼素を置換したグラファイト網面の構造とLi吸蔵特性ならびにLiイオン電池への応用
2)単一グラフェンシートの調製とリボン構造の種々による電子構造の変化
3)微小グラファイト層面へのLi吸蔵メカニズムと欠損を有するグラファイト網面の電子構造についての理論的検証
4)sp^2,^3結合が混合した炭素フィルムの調製と電子物性
5)C_xN_y炭素の調製とLi吸蔵特性の解析
6)活性炭素中のポアー構造と生体反応
7)グラフェンシートヘのヨウ素吸着機構の理論的検討
以上について、これまでには無い新規で独自の炭素科学の領域を完成できた。ことに、炭素層面がナノサイズになることによって特徴的に発生する網面エッジや単一層面の効果、B等のドーピングと格子乱れ、乱雑な炭素系、sp結合含有炭素体、CN結合、に興味深い知見が多く得られております。これらについて理論と実験的検証を統合的にすすめ、その概念を具体的モデルで提示した。さらに生理学的側面と炭素の化学、物理的関係についても微視的な観点で相互の関係確立に迫っており、従来には無い炭素研究領域を構築する機会となった。さらに、実験と理論の双方のグループが触発し合い、将来の応用の可能性についても幅広く提示できた。

研究成果

• [文献書誌] M. Endo, C. Kim, K. Nishimura, T. Fujino, K. Miyashita: "Recent development of carbon materials for Li ion batteries"Carbon. Vol.38, No.2. 183-197 (2000)
• [文献書誌] C. Oshima, H. Fujii, T. Yamashita, S. Uchiyama, M. Yamada, K. Nagaoka, T. Sakurai: "Construction of a low-temperature gun and high-resolution field emission spectra from a Nb superconsudtor"Applied Surface Science. 146. 143-147 (1999)
• [文献書誌] H. Kkiuchi and T. Terai: "Properties of Carbonaceous Films Prepared by Plasma CVD Method"Extended Abstracts of 24th Biennial Conference on Carbon. 824-825 (1999)
• [文献書誌] T. Yamabe, K. Yahara, T. Kato and K. Yoshizawa: "Vibronic Coupling and Jahn-Teller Effects in Negatively Charged Corannulene"Journal of Physical Chemistry A. 104. 589-595 (2000)
• [文献書誌] M. Koh, T. Nakajima: "Electrochemical behaviors of carbon alloy BCx and of BCx-coated graphite prepared by chemical vapor deposition"Electrochimica Acta. 44. 1713-1722 (1999)
• [文献書誌] T. Shibamoto, Wang H.-G., T. Miyahara, S. Tanaka, H. Haniu and S. Koyama: "Presinusoidal vessels predominantly contract in response to norepinephrine, histamine, and KCl in rabbit liver"J. Appl. Physiol.. 87. 1404-1412 (1999)
• [文献書誌] R. Saito, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus: "Trigonal warping effect of carbon nanotubes"Physical review B. Vol.61, No.4. 2981-2990 (2000)
• [文献書誌] K. Tanaka, M. Endo, K. Takeuchi, W.-K. Hsu, H. W. Kroto, M. Terrones and D. R. M. Walton: "Large-scale synthesis of carbon nanotubes by pryrolysis, Chater 12, The science and technology of carbon nanotubes, Editors by K. Tanaka, T. Yamabe, K. Fukui"Elsevier Science Ltd, Oxford, UK. 143-152 (1999)
• [文献書誌] M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, P. C. Ekund and R. Saito: ""Electrons and Phonons in Fullerenes and Carbon Nanotubes" in "Optical and Electronic Properties of Fullerenes and Fullerence-Based Materials", Editors J. Shinar, Z. V. Vardeny and Z. H Kafafi, chapter 8"Marcel Dekker Inc., New York. 217-260 (2000)