• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2013 年度 実績報告書

高密度、高配向、長尺カーボンナノチューブファイバーの開発とその特質を活かした応用

研究課題

研究課題/領域番号 22310074
研究機関独立行政法人物質・材料研究機構

研究代表者

唐 捷  独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (80354158)

研究分担者 佐々木 泰造  独立行政法人物質・材料研究機構, その他部局等, その他 (60343852)
研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2015-03-31
キーワードナノ機能材料 / カーボンナノチューブ / グラフェン / 複合材料
研究概要

カーボンナノチューブは電気化学活性な表面積が大きく、優れた伝導性・力学性とあわせてナノスケール電極材料としての期待が大きく、エネルギー貯蔵に用いられるスーパーキャパシタデバイスの電極材料として魅力的である。カーボンナノチューブとグラフェンの三次元集積化構造とその表面特性を利用する電極材料を創製し、CNT特性をこれらデバイス・材料に発現させることを目的とする。
今年度の実績として、カーボンナノチューブ/グラフェン複合材料について、三次元ナノ構造を設計し、キャパシター電極材料に適する形態・表面構造の作製に検討した。グラフェンの高精度剥離は、グラファイトを強酸で酸化させ、層間を膨潤させ、酸化グラフェンとして、単層化する。この酸化グラフェンを還元してグラフェンとするが、この際、グラフェン表面のカルボニル基以外の修飾基を残存させること、及びグラフェン同士が再付着させないことが最重要で、そのための新たな技術として、同時プロセス法を開発した。グラフェンとカーボンナノチューブの新たな共沈法により、カーボンナノチューブをスペーサとして、高密度にグラフェン積層に挿入し、3次元的にネットワーク化したカーボンナノチューブ/グラフェン複合薄膜シートの作製に成功し、電気化学特性の電気容量が大幅に向上させ、高エネルギー密度のナノスーパーキャパシターを開発し、エネルギー密度193Wh/Kgの値が得られた。
グラフェン複合材料のセンサーへの応用も試みた。具体的に、グラフェンとナノカーボンとの複合化によって、尿酸、ドーパミン、グルコースの選択的センシングにおいて、高い感度と安定性を示すだけでなく、安価に製造することが可能であり、新規高性能バイオセンサーの開発を進めている。この電極は人体の不可欠Uric Acidの計測に敏感であり、選択性も優れていたことが確認した。そのメカニズムも解明した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

グラフェンとカーボンナノチューブの新たな共沈法により、カーボンナノチューブをスペーサとして、高密度にグラフェン積層に挿入し、3次元的にネットワーク化したカーボンナノチューブ/グラフェン複合薄膜シートの作製に成功し、電気化学特性の電気容量が大幅に向上させ、優れた物理化学特性が得られた。

今後の研究の推進方策

今後、カーボンナノチューブ・グラフェン・ナノ活性物質の三次元集積化構造を検討し、p大容量化電極材料の創製を目指す。また、ナノセンサーの作製・評価も進める。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 4件) 図書 (1件) 産業財産権 (3件)

  • [雑誌論文] Co(OH)2 Nano-Sheet Decorated Graphene-CNT Composite for Supercapacitors of High Energy Density2014

    • 著者名/発表者名
      Qian Cheng, Jie Tang, Norio Shinya, and Lu-Chang Qin,
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 15 ページ: 14206-14210

    • DOI

      DOI:10.1088/1468-6996/15/1/014206

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Graphene Carbon Nanotube Composite Aerogel for Selective Detection of Uric Acid2013

    • 著者名/発表者名
      Feifei Zhang, Jie Tang, Zonghua Wang, and Lu-Chang Qin
    • 雑誌名

      Chemical Physical Letters

      巻: 590 ページ: 121-125

    • DOI

      DOI:1016/j.cplett.2013.10.058

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis and Characterization of Graphene Hollow Spheres for Supercapacitors2013

    • 著者名/発表者名
      Qingguo Shao, Jie Tang, Yuexian Lin, Feifei Zhang, Jinshi Yuan, Han Zhang, Norio Shinya, and Lu-Chang Qin,
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 1 ページ: 15423-15428

    • DOI

      DOI:10.1039/c3ta12789c

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hybrid Graphene Electrodes for Supercapacitors of High Energy Density2013

    • 著者名/発表者名
      Feifei Zhang, Jie Tang, Norio Shinya, and Lu-Chang Qin,
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters,

      巻: 584 ページ: 124-129

    • DOI

      DOI:10.1016/j.cplett.2013.08.021

    • 査読あり
  • [雑誌論文] グラフェンを用いた大容量スーパーキャパシタの開発2013

    • 著者名/発表者名
      Jie Tang
    • 雑誌名

      NEW DIAMOND

      巻: 110(29)3 ページ: 20-22

    • 査読あり
  • [雑誌論文] グラフェンスーパーキャパシター2013

    • 著者名/発表者名
      唐 捷、新谷紀雄
    • 雑誌名

      表面科学

      巻: 34,6 ページ: 315-320

    • 査読あり
  • [学会発表] Processing and Structure of Graphene Composites for Supercapacitor Applications2014

    • 著者名/発表者名
      Jie Tang, Luchang Qin
    • 学会等名
      TMS2014,143nd ANNUAL MEETING
    • 発表場所
      San Diego Convention Center, San Diego, California, USA
    • 年月日
      20140216-20140220
    • 招待講演
  • [学会発表] グラフェンスーパーキャパシターの開発及び大容量化2013

    • 著者名/発表者名
      唐 捷
    • 学会等名
      新化学技術推進協会セミナー
    • 発表場所
      新化学技術推進協会会議室、東京、日本
    • 年月日
      20131105-20131105
    • 招待講演
  • [学会発表] グラフェンナノ構造電極を用いたキャパシターの大容量化2013

    • 著者名/発表者名
      唐 捷
    • 学会等名
      ポリマーフロンティア21
    • 発表場所
      東工大蔵前会館 ロイアルブルーホール、東京、日本
    • 年月日
      20130906-20130906
    • 招待講演
  • [学会発表] Graphene and Carbon Nanotube Hybrid Structure for Supercapacitors of High Energy Density2013

    • 著者名/発表者名
      Jie Tang, Feifei Zhang, Juan Zhang, Lu-Chang Qin
    • 学会等名
      2013 International Conference on Advanced Capacitors
    • 発表場所
      Cosmosquare Hotel & Congress Osaka, Japan
    • 年月日
      20130527-20130530
  • [学会発表] グラフェンスーパーキャパシター2013

    • 著者名/発表者名
      唐 捷
    • 学会等名
      キャパシタフォーラム年次大会
    • 発表場所
      (株)リコー 新横浜事業所19F会議室、横浜、日本
    • 年月日
      20130517-20130517
    • 招待講演
  • [図書] 次世代蓄電池の最新材料技術と性能評価、(第5章 第4節)2013

    • 著者名/発表者名
      唐 捷など
    • 総ページ数
      800
    • 出版者
      株)技術情報協会
  • [産業財産権] 水熱生成グラフェン/CNT複合体エアロゲルの作成方法、水熱生成グラフェン/CNT複合体エアロゲル及びUA、DA、AA分離検出電極2013

    • 発明者名
      唐捷、張菲菲、秦禄昌
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-216801
    • 出願年月日
      2013-10-07
  • [産業財産権] Co(OH)2垂直配向グラフェン/CNT複合体、その製造方法、Co(OH)2垂直配向グラフェン/CNT複合体電極及びCo(OH)2垂直配向グラフェン/CNT複合体キャパシター2013

    • 発明者名
      唐捷、程騫、秦禄昌
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-148218
    • 出願年月日
      2013-10-18
  • [産業財産権] 板状金属水酸化物含有シート状電極、その製造方法及び板状金属水酸化物含有キャパシター2013

    • 発明者名
      唐捷、程騫、秦禄昌
    • 権利者名
      物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2013-155384
    • 出願年月日
      2013-07-26

URL: 

公開日: 2015-05-28  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi