カーボンナノチューブ冷陰極による気体放電開始電圧の低圧化と蛍光管への応用

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555003
• 研究機関: 三重大学
• 研究代表者: 齋藤 弥八 三重大学, 工学部, 教授 (90144203)
• 研究分担者: 平川 哲也 岩崎電気(株), 産業機器事業部, 研究員 ; 佐藤 英樹 三重大学, 工学部, 助手 (40324545) ; 畑 浩一 三重大学, 工学部, 講師 (30228465)
• キーワード: カーボンナノチューブ / アーク放電 / 化学気相成長 / 放電 / 気体放電 / 放電開始電圧 / パッシェンの法則

研究概要

本年度は,スプレー堆積法によるCNT固定法の研究およびプラズマCVD法によるCNT膜の形成を行い,これらのCNTを陰極とするグロー放電特性を評価し,以下の結果を得た。
1.スプレー堆積法で作製した陰極は、基板との接着性が悪く測定中に基板表面からCNTがはがれる場合があることが知られている。そこで、基板との接着性を向上させるために、鉄またはチタンを基板とCNTの間にバッファー層として設け、さらに熱処理を施した。熱処理温度が600℃付近で最もよい電子放出特性が得られた。また、スプレー堆積法は陰極表面の平坦性が悪く、電子放出サイトも偏る傾向があったので、これを改善するために作製した陰極の表面をSi基板に押し付けた。この方法を施した陰極は、表面の凹凸が改善され、突出したCNTへの電界集中が弱まり、電子放出サイトが増加した。また、しきい値電圧も低下した。
2.放電陰極にCNTを用いることにより放電開始電圧を低下させることが出来るとの期待のもとに、CNT被覆の陰極とステンレスのみの陰極(CNTなし)の放電開始電圧及び維持電圧を測定した。Arガスを100Paから2500Paの範囲でチャンバーに導入し、電極間距離を0.1mm、1mm、10mmとして放電実験を行った。その結果、電極間0.1mm及び1mmときはCNT陰極の方が、ステンレス陰極よりも低い開始電圧を示したが、電極間10mmするとその差はなくなり、CNTの種類によっては逆にステンレスのみの陰極よりも高い開始電圧を示した。これは、放電におけるγ作用の低下によるものと推測される。

研究成果

• [文献書誌] M.Ichida: "Coulomb Effects on the Fundamental Optical Transition in Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes : Divergent Behavior in the Small-Diameter Limit"Phys. Rev. B. 65(24). 241407-1-241407-4 (2002)
• [文献書誌] M.Kociak: "Linking Chiral Indices and Transport Properties of Double Walled Carbon Nanotubes"Phys. Rev. Lett.. 89(15). 155501-1-155501-4 (2002)
• [文献書誌] Y.Saito: "Field Emission of Carbon Nanotubes and Its Application as Electron Sources of Ultra-High Luminance Light-Source Devices"Physica B : Condensed Matter. 323(1-4). 30-37 (2002)
• [文献書誌] Y.Saito: "Field Emission Properties of Carbon Nanotubes and their Application to Display Devices"Molecular Cryst. & Liquid Cryst. 387. 79-86 (2002)
• [文献書誌] Y.Saito: "Growth Conditions of Double-Walled Carbon Nanotubes in Arc Discharge"J. Phys. Chem. B. 107(4). 931-934 (2003)
• [文献書誌] K.Hata: "Field emission from multiwall carbon nanotubes in controlled ambient geses, H_2,CO,N_2 and O_2"Ultramicroscopy. 95. 107-112 (2003)
• [文献書誌] A.Takakura: "Energy distributions of field emitted electrons from a multi-wall carbon nanotube"Ultramicroscopy. 95. 139-143 (2003)
• [文献書誌] Y.Saito: "Carbon Nanotube Field Emitter"J. Nanosci & Nanotech.. 3(1)(印刷中). (2003)
• [文献書誌] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブFED"ニューメディア別冊「プロジェクター総覧」. ニューメディア. 46-47 (2002)
• [文献書誌] 余谷純子: "カーボンナノチューブ電子源とディスプレイ"金属. 72(9). 876-789 (2002)
• [文献書誌] 齋藤弥八: "驚異の新素材,カーボンナノチューブ"まてりあ. 41(11). 813 (2002)
• [文献書誌] 日本セラミックス協会編: "セラミック工学ハンドブック(第2版)"技報堂出版. 2500 (2002)
• [文献書誌] 平尾 一之編: "化学フロンティア7「ナノマテリアル最前線」"化学同人. 207 (2002)
• [文献書誌] 川合 知二監修: "図解 ナノテク活用技術のすべて"工業調査会. 298 (2002)
• [文献書誌] 技術情報協会編: "カーボンナノチューブの合成・評価,実用化とナノ分散・配合制御技術"技術情報協会. 312 (2003)
• [文献書誌] E.Yasuda 編・著: "Carbon Alloys"Elsevier Science. 569 (2003)