プラズマイオン照射による新機能性進化ナノチューブ創製法の開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13852016
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 畠山 力三 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00108474)
• 研究分担者: 平田 孝道 東北大学, 大学院・工学研究科, 講師 (80260420) ; 金子 俊郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30312599) ; 大原 渡 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80312601) ; 川添 良幸 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30091672) ; 田路 和幸 東北大学, 大学院・環境科学研究科, 教授 (10175474)
• キーワード: アルカリ-フラーレンプラズマ / 超分子構造ナノチューブ / バイアス制御によるイオン照射 / ナノスケール制御 / Cs・C_<60>列接合内包SWNT / アルカリ-ハロゲンプラズマ / プラズマCVD法

研究概要

今年度は、前年度と同様に、現有設備であるアルカリーフラーレンプラズマ発生装置中単層カーボンナノチューブ(SWNTs)塗布基板への正・負の直流バイアス電圧印加によるイオン照射実験,並びに新装置によるアルカリーハロゲンプラズマの生成・制御実験を行った結果、以下のことが判明した。
原子・分子(Cs・C_<60>)列接合内包SWNTの形成実験
基板への正バイアス印加によりC_<60>^-イオンをSWNTsに照射し,次に負バイアス印加によりCs^+イオンを同一のSWNTsに照射する極性反転バイアス印加法による実験を行い,透過型電子顕微鏡(TEM)による観察を行った.その結果,SWNT内部にCs原子(またはCs^+)列,C_<60>分子(またはC_<60>^-)列が隣接して存在することが判明した.このCs/C_<60>接合内SWNTs(Cs/C_<60>@SWNTs)は非線形電気特性を発現する可能性がある.現在,電気的特性測定の他に,第一原理分子動力学シミュレーションによる理論計算も並行した詳細な評価・分析を行っている.
プラズマ支援化学相堆積(プラズマCVD法を用いたSWNTsの単独かつ高配向形成実験
原子・分子内包SWNTにおける電気的特性の測定を行う場合,単独配向かつ直径・長さが揃ったSWNTを用いたイオン照射が重要不可欠である.そこで,種々の優位性を持つプラズマCVD法の特徴を駆使したところ,SWNTの単独・低温成長に世界で初めて成功した.
アルカリ-ハロゲンプラズマの生成・制御
アルカリ・塩化合物(KCl及びKI)を用いてアルカリ-ハロゲン(K^+-Cl^-及びK^+-I^-)プラズマの生成実験を行った.具体的には,真空容器内にオーブンからKCl(又はKI)の蒸気を噴霧し,電子による衝突電離もしくは間接的接触熱電離によるプラズマ生成実験を行った.しかし,KCl蒸気の安定導入及びイオン化に問題があり,イオン照射実験に必要とされるプラズマ密度を維持させることが困難であった.そこで,プラズマ密度を向上させるためには,熱解離と表面接触電離を同時に行う方式の他に,アルカリ金属イオンとハロゲン元素イオンを独立に発生させた後に合体させる方法も検討する必要があると考えている.

研究成果

• [文献書誌] G.-H.Jeong: "Encapsulation of Cesium Inside Single-Walled Carbon Nanotubes by Plasma-Ion Irradiation Method"Thin Solid Films. 435. 307-311 (2003)
• [文献書誌] T.Hirata: "Magnetron-type radio-frequency plasma control yielding vertically well-aligned carbon nanotube growth"Applied Physics Letters. 83. 1119-1121 (2003)
• [文献書誌] G.-H.Jeong: "Cesium Encapsulation in Single-Walled Carbon Nanotubes via Plasma Ion Irradiation : Application to Junction Formation and Ab Initio Investigation"Physical Review B. 68. 075410-1-075410-6 (2003)
• [文献書誌] R.Hatakeyama: "Creation of 1-D Novel Structure inside Single-Walled Carbon Nanotubes Using Plasma Ion Irradiation Method"Proceedings of the 2003 Third IEEE Conference on Nanotechnology(IEEE-NANO2003). 623-626 (2003)
• [文献書誌] 鄭 求桓: "異極性イオンプラズマによる新規カーボンナノチューブ創製"電気学会研究会資料プラズマ研究会. 13-18 (2003)
• [文献書誌] G.-H.Jeong: "Time Evolution of Nucleation and Vertical Growth of Carbon Nanotubes during Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition"Japanese Journal of Applied Physics. 42. L1340-L1342 (2003)