| 研究課題/領域番号 |
18K04894
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| 研究機関 | 神奈川大学 |
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研究代表者 |
松田 和之 神奈川大学, 工学部, 教授 (60347268)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | ナノ細孔 / カーボンナノチューブ / 水分子 |
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| 研究実績の概要 |
ナノメートルスケール空間に閉じ込められた分子の集団は通常のバルク状態とは異なる構造や性質を示すことが知られている。単層カーボンナノチューブは1枚のグラフェンシートを円筒状に丸めた構造をしており、その内部に原子レベルで凸凹のない一様な壁に囲まれた直径が数ナノメートル程度の1次元的な円筒空間を有する。通常、単層カーボンナノチューブは複数本が凝集しバンドル構造を組んでいる。本研究課題では極性分子である水分子を単層カーボンナノチューブに内包させることで1次元的な誘電体を作製し、その構造と電気特性を核磁気共鳴、X線回折実験、走査型プローブ顕微鏡、電気特性測定、古典分子動力学シミュレーションにより調べている。実験ではX線回折や核磁気共鳴実験により水分子の内包が確認された平均直径2.0nmの単層カーボンナノチューブ試料を用いて基板上に薄膜を作製し、導電性カンチレバーを装着した原子間力顕微鏡により薄膜表面構造を観察し、ナノチューブバンドル直径を評価し、カンチレバーを通して薄膜のI-V特性測定も行った。その結果、水蒸気に曝して水分子を吸着させることで薄膜試料の電気抵抗が減少することを確認した。また、水分子を内包させた場合との比較実験のために、無極性分子としてn-ヘキサンを取り上げ、平均直径1.3nmの単層カーボンナノチューブ試料への吸着を行った。作製したn-ヘキサン吸着単層カーボンナノチューブ試料についてX線回折実験を行った結果、n-ヘキサンがナノチューブに内包されていることを確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初は平均チューブ直径の異なる単層カーボンナノチューブ試料を用いて、水分子内包による電気特性の変化のチューブ直径依存性を調べる計画であった。しかし、3種類の平均チューブ直径が異なる試料それぞれについて電気特性の測定のための最適な試料作製条件を見出し、基板上の薄膜試料とフィルム試料を作製するのに予想以上の時間を要したため、平均直径2.0nmの試料以外については、その電気特性測定の信頼できる結果を得るまでには至っていない。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度に電気特性測定に適した試料作製条件を見出した平均チューブ直径が異なる3種類の単層カーボンナノチューブについて、水分子を内包させた薄膜およびフィルム試料の電流-電圧特性を測定するなどし、そのチューブ直径依存性を調べる。また、極性分子である水分子を内包させた場合との比較のために、無極性分子としてn-ヘキサン等のアルカン分子を取り上げ、それらを内包した単層カーボンナノチューブ試料を作製し、その電気特性を調べる計画である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初は原子間力顕微鏡を用いた電気特性測定のためのカンチレバーや基板等等の消耗品を随時購入する計画であったが、平均チューブ直径が異なる試料それぞれについて電気特性の測定のための最適な試料作製条件を見出し、基板上の薄膜試料とフィルム試料を作製するのに予想以上の時間を要したため、それら電気特性測定に必要な消耗品の購入を次年度に持ち越すことにした。
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