ハイブリッド・ナノ炭素物質の新規創製と探索

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14740381
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 岡崎 俊也 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (90314054)
• キーワード: 金属内包フラーレン / FET / 電界放出 / カーボンナノチューブ / 熱フィラメントCVD / ピーポッド

研究概要

(1)熱フィラメントCVD法を用いて、フラーレンおよびカーボンナノチューブを合成することに成功した。従来、フラーレンやカーボンナノチューブは、減圧下の不活性ガス雰囲気中において、炭素および金属触媒を用い、直流アーク放電やレーザー蒸発をすることによって、合成されていた。しかし、これらの方法では原料に比較的高価なグラファイトを用い、また生産量も限られているため、それらに代わる安価な大量合成法が望まれていた。トルエンなどの有機溶媒を燃やす燃焼法によって、フラーレン合成が行われているが、この方法では金属などを内包した金属内包フラーレンを合成することは難しい。このように従来法では困難であった、合成効率のよい、安価なフラーレン、カーボンナノチューブ合成法として、熱フィラメントCVD法を開発した。この方法では、低圧下の有機溶媒蒸気中で金属フィラメントを通電加熱して、有機分子を熱分解し、フラーレンおよびカーボンナノチューブを合成する。フラーレン類を合成する場合にはトルエンなどの芳香族を用い、ナノチューブを合成する場合にはアルコールを主に用いる。特に、この手法によって合成した多層カーボンナノチューブは(1)チューブ壁のグラファイトの結晶化度が高い(2)層数が少ない(5層以下がほとんど)、などの優れた性質を持つことがわかった。そこで、同ナノチューブを用いた電界放出実験を行ったところ、電界放出に要する電圧が低く、寿命も長いことがわかった。今回得られた結果は、これまでに作られた最も優れた多層ナノチューブと同等であり、特にCVD法で作られた多層ナノチューブの中ではずば抜けて優秀であった。既に同製法に関する特許も出願済みで、企業からの問い合わせも幾つか届いている。また、CVD法で合成したカーボンナノチューブにフラーレンを内包させることにも、世界で初めて成功した。(2)種々の金属内包フラーレンをドープした単層ナノチューブ、ピーポッドをチャンネルとして用いた電界効果型トランジスタ(FET)を製作し、これらの半導体特性を調べた。SWNTをチャンネルとして用いた場合、p型半導体特性を示すことはよく知られている。一方、ピーポッドを用いた場合は、p型とn型の両方の特性を併せ持つ両極性型の特性を持つことがわかった。そしてその振る舞いは内包させるフラーレンの種類に大きく依存することがわかった。
これら一連の研究は国内外で高く評価され、アメリカ電気化学会年会などで依頼講演を行った。

研究成果

• [文献書誌] T.Shimada, T.Sugai, Y.Ohno, T.Mizutani, T.Okazaki, H.Shinohara 他: "Double-wall carbon nanotube field effect transistors : Ambipolar transport characteristics"Appl.Phys.Lett.. 84(13). 2412-2414 (2004)
• [文献書誌] T.Shimada, Y.Ohno, T.Okazaki, T.Mizutani, H.Shinohara 他: "Transport properties of C_<78>, C_<90> and Dy@C_<82> fullerenes-nanopeapods by field effect transistors"Physica E. 21. 1089-1092 (2004)
• [文献書誌] Y.Ohno, S.Kishimoto, T.Mizutani, T.Okazaki, H.Shinohara: "Chirality assignment of individual single-walled carbon nanotubes in carbon nanotube field-effect transistors by micro-photocurrent spectroscopy"Appl.Phys.Lett.. 84(8). 1368-1370 (2004)
• [文献書誌] T.Sugai, T.Okazaki, H.Yoshida, H.Shinohara: "Syntheses of Single- and Double-Wall Carbon Nanotubes by the HTPAD and HFCVD Methods"New J.Phys.. 6. 21 (2004)
• [文献書誌] T.Hiraoka, T.Okazaki, T.Sugai, M.Yoshikawa, H.Shinohara 他: "Selective synthesis of double-wall carbon nanotubes by CCVD of acetylene using zeolite supports"Chem.Phys.Lett.. 382. 679-685 (2003)
• [文献書誌] U.Okazaki, H.Shinohara: "Synthesis and Characterization of Single-Wall Carbon Nanotubes by Hot-Filament Assisted Chemical Vapor Deposition (HFCVD)"Chem.Phys.Lett.. 376(5-6). 606-611 (2003)
• [文献書誌] 岡崎俊也, 篠原久典: "「超分子科学-ナノ材料創製に向けて」:第41章 カーボンナノチューブおよびフラーレン内包カーボンナノチューブの創製と機能"化学同人. 500 (2004)