プラズマ先進活用による新素材グラフェンの創製と新奇機能創出への挑戦

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21654084
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: プラズマ科学
• 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: 金子 俊郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (30312599) ; 加藤 俊顕 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (20502082)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: プラズマ応用

研究概要

シリコン基板上への高品質グラフェン直接合成法を開発することに成功した. 拡散プラズマを利用して, シリコン基板表面に薄膜状に堆積させたニッケル内部の炭素拡散を促進させることで, ニッケルとシリコン基板界面に高品質グラフェンを直接合成することを実現した. また, 同様の拡散プラズマを利用することで, グラフェンエッジのみに選択的に窒素原子をドーピングすることに成功した. これにより, グラフェンの電気伝導特性をp型からn型に自在に制御する手法を確立した

研究成果

• [雑誌論文] Room-Temperature Edge Functionalization and Doping of Graphene by Mild Plasma (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, L. Jiao, X. Wang, H. Wang, X. Li, L. Zhang, R. Hatakeyama, and H. Dai
  • 雑誌名: Small 巻: Vol.7, No.5 ページ: 574-577
  • DOI: DOI:10.1002/smll.201002146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrically Moving Single-Stranded DNA into and out of Double-Walled Carbon Nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: Y . F. Li, S. Chen, T. Kaneko, and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: Vol.47, No.8 ページ: 2309-2311
  • DOI: DOI:10.1039/C0CC04227G
  • 査読あり
• [雑誌論文] Plasma-Synthesized Single-Walled Carbon Nanotubes and Their Applications (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, and Y. F. Li
  • 雑誌名: Journal of Physics D : Applied Physics 巻: Vol.44, No.17 ページ: 174004-1-21
  • DOI: DOI:10.1088/0022-3727/44/17/174004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Harvesting Infrared Solar Energy by Semiconducting-Single-Walled Carbon Nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, S. Kodama, T. Kaneko, and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.4, No.6 ページ: 065101-1-3
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.4.065101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Origin of the n-Type Transport Behavior of Azafullerene Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes (2011)
  • 著者名/発表者名: N. T. Cuong, M. Otani, Y. Iizumi, T. Okazaki, G. Rotas, N. Tagmatarchis, Y. F. Li, T. Kaneko, R. Hatakeyama, and S. Okada
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.99, No.5 ページ: 053105-1-3
  • DOI: DOI:10.1063/1.3619828
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light-Induced Electron Transfer Through DNA-Decorated Single-Walled Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, T. Kaneko, Y. Hirotsu, and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Small 巻: Vol.6, No.1 ページ: 27-30
  • DOI: DOI:10.1002/smll.200901759
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of Quantum Dots in Single Stranded DNA-Wrapped Single-Walled Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, T. Kaneko, and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.96, No.2 ページ: 023104-1-3
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.3284511
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of Monodispersed Nanoparticles Functionalizing Carbon Nanotubes in Plasma-Ionic Liquid Interfacial Fields (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Baba, T. Kaneko, R. Hatakeyama, K. Motomiya, and K. Tohji
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: Vol.46, No.2 ページ: 255-257
  • DOI: DOI:10.1039/B918505D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tailoring Electronic Structure of Double-Walled Carbon Nanotubes by Encapsulating Single-Stranded DNA (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, T. Kaneko, and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Small 巻: Vol.6, No.6 ページ: 729-732
  • DOI: DOI:10.1002/smll.200902321
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Property Characterization of C69N Azafullerne Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, T. Kaneko, S. Miyanaga, and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: Vol.4, No.6 ページ: 3522-3526
  • DOI: DOI:10.1021/nn100745a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Narrow-Chirality Distributed Single-Walled Carbon Nanotubes Growth from Nonmagnetic Catalyst (2010)
  • 著者名/発表者名: Z. Ghorannevis, T. Kato, T. Kaneko, and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: Vol.132, No.28 ページ: 9570-9572
  • DOI: DOI:10.1021/ja103362j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Infrared Photovoltaic Solar Cells Based on C60 Fullerene Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, Y. F. Li, T. Y. Kato, and T. Kaneko
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.97, No.1 ページ: 013104-1-3
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.3462313
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct Growth of Short Single-Walled Carbon Nanotubes with Narrow-Chirality Distribution by Time-Programmed Plasma Chemical Vapor Deposition (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Kato and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: Vol.4, No.12 ページ: 7395-7400
  • DOI: DOI:10.1021/nn102379p
  • 査読あり
• [雑誌論文] P-N Junction with Donor and Acceptor Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, R. Hatakeyama, J. Shishido, W. Oohara, and K. Tohji
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: Vol.95, No.8 ページ: 083109-1-3
  • URL: http://dx.doi.org/10.1063/1.3207742
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of P-N Junction in Double-Walled Carbon Nanotubes Based on Heteromaterial Encapsulation (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. F. Li, R. Hatakeyama, W. Oohara, and T. Kaneko
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.2, No.9 ページ: 095005-1-3
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.2.095005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Versatile Control of Carbon Nanotube Semiconducting Properties by DNA Encapsulation Using Electrolyte Plasmas (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko and R. Hatakeyama
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol.2, No.12 ページ: 127001-1-3
  • DOI: DOI:10.1143/APEX.2.127001
  • 査読あり
• [学会発表] Plasma Processing Challenge to High Performance Graphene Transistor Fabrication (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama and T. Kato
  • 学会等名: Third International Symposium on Plasma Nanoscience (Keynote), Johor
  • 発表場所: Malaysia and Singapore
  • 年月日: 20120227-0301
• [学会発表] Encapsulated-Nanocarbon Based Nanodevices (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, and Y. F. Li
  • 学会等名: The 7th International Conference on Adovanced Materials and Devices (Invited)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 20111207-1209
• [学会発表] Plasma Processing Challenge toward Carbon-Nanotube Chirality Control (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kato, and T. Kaneko
  • 学会等名: The Second International Symposium on Plasma Nanoscience, South Durras (Plenary)
  • 発表場所: New South Wales, Australia
  • 年月日: 20101212-1215
• [学会発表] Nanoscopic Plasma Processes Controlling Structures and Properties of Carbon Nanotubes (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, and Y. F. Li
  • 学会等名: The 11th Asia Pacific Physics Conference (Invited)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 20101114-1118
• [学会発表] Plasma Processing Power for Nanocarbon Nanobioelectronics (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, Y. F. Li, and Q. Chen
  • 学会等名: The 7th International Conference on Reactive Plasmas and 63rd Gaseous Electronic Conference (ICRP-7/GEC-63)(Plenary)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 20101004-1008
• [学会発表] Effects of Plasma-Ion Irradiation on Structures and Properties of Carbon Nanotubes (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, and Y. F. Li
  • 学会等名: 62nd Annual Gaseous Electronics Conference (Invited)
  • 発表場所: Saratoga Springs, New York, USA
  • 年月日: 20091020-1023
• [学会発表] Synthesis and Functionalization of Carbon Nanotubes Using Plasma-Based Processes (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, and Y. F. Li
  • 学会等名: 2nd International Conference on Advanced Plasma Technologies : 1st International Plasma Nanoscience Symposium (Invited)
  • 発表場所: Piran, Slovenia
  • 年月日: 20090929-1002
• [学会発表] Nanoelectronically Functional Carbon Nanotubes Created by Plasma Processing (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama, T. Kaneko, T. Kato, and Y. F. Li
  • 学会等名: The 5th International Conference on Materials for Advanced Technologies (Invited)
  • 発表場所: Suntec City, Singapore
  • 年月日: 20090628-0703
• [図書] Structure Control of Single-Walled Carbon Nanotubes by Plasma CVD, Plasma Processing of Nanomaterials (2011)
  • 著者名/発表者名: R. Hatakeyama and T. Kato
  • 総ページ数: 219-230
  • 出版者: CRC Press
• [図書] Plasma-Liquid Interactions for Fabrication of Nanobiomaterials, Plasma Processing of Nanomaterials (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko and R. Hatakeyama
  • 総ページ数: 359-370
  • 出版者: CRC Press
• [図書] CNT合成へのプラズマ応用, カーボンナノチューブ・グラフェンハンドブック (2011)
  • 著者名/発表者名: 畠山力三, 加藤俊顕
  • 総ページ数: 28-32
  • 出版者: コロナ社
• [図書] Synthesis of Novel Nanoparticle-Nanocarbon Conjugates Using Plasma in Ionic Liquid, Ionic Liquids : Theory, Properties, New Approaches (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko and R. Hatakeyama
  • 総ページ数: 533-548
  • 出版者: InTech
• [図書] Synthesis, Atomic Structures and Properties of Carbon Nanostructured Materials, Carbon Based Nanomaterials (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Oku, I. Narita, N. Koi, K. Suganuma, R. Hatakeyama, and T. Hirata
  • 総ページ数: 179-207
  • 出版者: Trans Tech Publications Ltd
• [図書] A Novel Charged Medium Consisting of Gas-Liquid Interfacial Plasmas, New Developments in Nonlinear Plasma Physics (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko and R. Hatakeyama
  • 総ページ数: 258-271
  • 出版者: American Institute of Physics
• [産業財産権] グラフェン構造体及びそれを用いた半導体装置並びにそれらの製造方法 (2011)
  • 発明者名: 畠山力三, 加藤俊顕
  • 権利者名: 畠山力三, 加藤俊顕
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-264157
  • 出願年月日: 2011-12-01
• [産業財産権] 単層カーボンナノチューブの製造方法 (2011)
  • 発明者名: 畠山力三, 加藤俊顕
  • 権利者名: 畠山力三, 加藤俊顕
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-225534
  • 出願年月日: 2011-10-13
• [産業財産権] ニッケル内包フラーレンの製造方法、及び、製造装置 (2011)
  • 発明者名: 金子俊郎, 畠山力三, 笠間泰彦
  • 権利者名: 金子俊郎, 畠山力三, 笠間泰彦
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-174235
  • 出願年月日: 2011-08-09
• [産業財産権] 窒素内包フラーレンの製造装置、及び、製造方法 (2011)
  • 発明者名: 畠山力三, 金子俊郎, 趙順天, 笠間泰彦
  • 権利者名: 畠山力三, 金子俊郎, 趙順天, 笠間泰彦
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-111890
  • 出願年月日: 2011-05-18
• [産業財産権] 反射防止光学構造付き基板およびその製造方法 (2010)
  • 発明者名: 畠山力三, 金子俊郎, 加藤俊顕, 高橋千春, 山崎雅博, 上田亮
  • 権利者名: 畠山力三, 金子俊郎, 加藤俊顕, 高橋千春, 山崎雅博, 上田亮
  • 産業財産権番号: 特許、特願2010-203141
  • 出願年月日: 2010-09-10