カーボンナノコイルの気相合成法の開発および特性評価

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555171
• 研究機関: 岐阜大学
• 研究代表者: 元島 栖二 岐阜大学, 工学部, 教授 (80021608)
• 研究分担者: 古谷 吉男 長崎大学, 教育学部, 教授 (70181469) ; 岩永 浩 長崎大学, 工学部, 教授 (40039772) ; 菱川 幸雄 シーエムシー技術開発(株), 研究員 ; 藤井 光廣 長崎総合科学大学, 工学部, 教授 (90086455)
• キーワード: カーボンマイクロコイル / カーボンナノコイル / アセチレン / 触媒 / CVD

研究概要

1)カーボンナノコイルの大量合成条件の検討を行なった。
(1)ナノコイル合成用新規触媒として、Fe,Ni-Fe,Fe-Ni-Co,Fe-Ni-Mn,Fe-Ni-Cr,Cu-Niなどについて検討した結果、Fe-Ni(10%)が最も有効であった。
(2)SUS304(Fe-Co-Ni)触媒を、基板に機械的に擦るつけた触媒を用いると,100%の純度でシングルコイルが合成できることを見出した(粉末を用いた場合には、二重コイルしか得られない)。
(3)SUS304(Fe-Co-Ni)触媒を用いた場合、基板としては、黒鉛、ムライトやSiO_2より、高純度のAl_2O_3の方がコイル収量はかなり高かった。
2)モルフォロジー、微細構造及び成長メカニズムの検討を行なった。
(1)触媒の種類及び添加方法を検討することにより、シングルコイルのみを合成することに成功した。ただし、コイル径は0.5-1ミクロン位で、それ以上小さなコイルは得られなかった。
(2)コイル径が数百ミクロン以下になると、スプリング状コイルの大量合成は困難となり、主としてツイスト状ナノコイルが成長した。
(3)ナノコイルは、主としてシングルコイルであり、その成長メカニズムを明らかにした。
(4)ナノコイルは、マイクロコイルに比べて、比較的結晶性が高いことがわかった。
(5)コイルの途中で、しばしばコイリングキラリティー(巻き方向)が変化する現象を見出し、そのメカニズムを提案した。
3)機械的・電磁気的・センサー特性評価を行なった。
(1)コイルは熱処理するとその弾力性は次第に失われるが、1500℃くらいでは、as-grown CMCに比べてそれほど弾力性は失われないことがわかった。
(2)コイルをPMMA発泡体中に分散させた試料では、10-110GHz帯域で、-20dB以上のすぐれた電磁は吸収を示した。
(3)CMCを弾力性シリコーン樹脂中に分散させた複合材は、種々の刺激を識別でき、しかもこれを高感度で検出できる触覚センサー特性があることを見出した。
(4)コイル径が大きな超弾力性CMCは、2.45GHzの電磁波を効率よく吸収し、高いエネルギー変換効率で熱エネルギーに変換できることを見出した。

研究成果

• [文献書誌] S.Yang, X.Chen, S.Motojima: "Carbon micro/nanocoils produced by using WS_2 catalyst in CVD process"Electrochem.Soc.Proc.. 2003-08. 1206-1211 (2003)
• [文献書誌] Y.Kato, N.Adachi, T.Okuda, T.Yoshida, S.Motojima, T.Tsuda: "Evaluation of induced electromotive force of a carbon micro coil"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 5035-5037 (2003)
• [文献書誌] S.Motojima, T.Suzuki, Y.Noda, A.Hiraga, H.Iwanaga, T.Hashishin, Y.Hishikawa, S.yang, X.Chen, Chem: "Preparation of TiO_2 microcoils from carbon microcoil templates using a sol-gel process"Chem.Phys.Lett.. 378. 2653-2689 (2003)
• [文献書誌] S.Motojima, S.Hoshiya, Y.Hishikawa: "Electromagnetic wave absorption properties of carbon microcoils/PMMA composite beads in W bands"Carbon. 41. 2653-2689 (2003)
• [文献書誌] S.Motojima, Y.Noda, S.Hoshiya, Y.Hishikawa: "Electromagnetic wave absorption property of carbon microcoils in 12-110 GHz region"J.Appl.Phys.. 94(4). 2325-2330 (2003)
• [文献書誌] S.Yang, X.Chen, S.Motojiima: "Carbon nanocoils prepared by the catalytic pyrolysis of acetylene"Trans.Mater.Res.Soc.JP.. 28(4). 1219-1222 (2003)