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2011 年度 実施状況報告書

全固体型単層カーボンナノチューブエレクトロクロミック素子の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23651117
研究機関首都大学東京

研究代表者

柳 和宏  首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (30415757)

研究期間 (年度) 2011-04-28 – 2013-03-31
キーワードカーボンナノチューブ / 電気化学 / 色変化 / エレクトロクロミック
研究概要

本研究は、レアメタルフリーの全固体型電気化学素子を実現することを狙いとして、研究代表者が成功した単層カーボンナノチューブ(SWCNT)カラー薄膜の色制御技術を発展させ、その基礎物性を解明するとともに、液体を用いない全固体型SWCNTエレクトロクロミック素子への展開を行うことが目標である。良好な色変化・安定性・応答速度を示す素子を創製することが目標である。今年度は、はじめに、二端子で駆動することを試みた。作用電極、対極に金属型SWCNT薄膜を用いて、イオン液体を利用して電荷の注入を行い、両極ともに色変化をさせることに成功した。市販の単三電池3本を直列につなげることで駆動できることを明らかにした。また、SWCNT内部に束縛された分子に対しても電荷注入可能かどうかの検討を行い、SWCNT内部に束縛されたカロテノイド色素分子の電荷制御も可能であることを明らかにした。素子構造の固体化を目指して、イオン液体からイオンゲルをもちいて実験を進め、イオンゲルを用いても色変化が可能であることを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

高純度精製SWCNTの電気化学ドーピングに関しての基礎物性解明については、内包分子のドーピングが可能であることを明らかにし、順調に進展している。今年度中に、イオンゲルを用いた全固体型エレクトロクロミック素子を実現する予定であったが、動作の検証にとどまり、成果報告にまで至らなかった。イオンゲルを用いた研究をさらに促進する必要がある。

今後の研究の推進方策

・全固体型SWCNTエレクトロクロミック素子に向けて、イオンゲルを用いた素子開発を行う。ポリマー基板上に金属型SWCNT薄膜を形成させ、それを電極として利用する。電解質にはイオンゲルを用いる。金属型SWCNT電極・イオンゲル・金属型SWCNT電極という3層構造を形成させ、電極間に電圧を加えることで色変化が可能かどうか検証を行う。イオンゲルに関しては、紫外光によってゲル化が起きる素材を用いる。得られた試料に対して、応答速度や繰り返し耐久性を明らかにする。色変化の鮮やかさを改善させる為、金属型SWCNTの更なる高純度精製を行う。薄膜形成におけるバンドル化が鮮やかさを劣化させる要因の一つである為、薄膜形成の際には、孤立分散性を高める為、現状ではTritonで分散させた溶液を利用して薄膜形成を行っているが、コール酸などの分散性の良い界面活性剤や、カルボキシメチルセルロースなどのポリマーで分散させた状態で薄膜形成を行うことを検討し、色変化の鮮やかさの改善を行う。・SWCNTにおける電気二重層形成を詳しく調べる為、高純度に精製を行ったC60分子内包SWCNTに対して電気化学測定を行い、内包C60分子のドーピング特性を明らかにする。

次年度の研究費の使用計画

今年度においては、分離精製や素子開発に対して主として研究を行い、本研究を最も効率良く成功させる為に必要な研究の進め方を検討した結果、分光実験等に利用する予定であった光学備品の購入を今年度は行わなかった。次年度の研究費は、エレクトロクロミック素子の動作検証に必要となるソースメータや、1μ帯におけるラマン測定に必要となる光学備品の購入に充てる予定である。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (8件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Absorption spectra of high purity metallic and semiconducting single-walled carbon nanotube thin films in a wide energy region2011

    • 著者名/発表者名
      M.Ichida, S.Saito, T.Nakano, Y.Feng, Y.Miyata, K.Yanagi, H.Kataura, H.Ando
    • 雑誌名

      Solid. State. Comm.

      巻: 151 ページ: 1696-1699

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inkjet printing of carbon nanotube complementary inverters2011

    • 著者名/発表者名
      S.Matsuaki, Y.Nobusa, K.Yanagi, H.Kataura, T.Takenobu
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 4 ページ: 105101-105103

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrochromic carbon electrodes: Controllable visible color changes in metallic single-wall carbon nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      K.Yanagi, R.Moriya, Y.Yomogida, T.Takenobu, Y.Naito, T.Ishida, H.Kataura, K.Matsuda, Y.Maniwa
    • 雑誌名

      Adv. Mater.

      巻: 23 ページ: 2811-2814

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Confined water inside single-walled carbon nanotubes: Global phase diagram and effect of finite length2011

    • 著者名/発表者名
      H.Kyakuno, K.Matsuda, H.Yahiro, Y.Inami, T.Fukuoka, Y.Miyata, K.Yanagi, Y.Maniwa, T.Saito, S.Iijima
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 134 ページ: 244501-2445014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inkjet printing of single-wall carbon nanotube thin-film transistors patterned by surface modification2011

    • 著者名/発表者名
      Nobusa et al.
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 99 ページ: 183106-183108

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A comparison of the Liptay theory of electroabsorption spectroscopy with the sum-over-state model and its modification for the degenerate case2011

    • 著者名/発表者名
      Saito et al.
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 134 ページ: 044138-044146

    • 査読あり
  • [学会発表] 単層カーボンナノチューブ内に束縛された一次元π共役分子のドーピング特性2012

    • 著者名/発表者名
      守屋理恵子、柳和宏、Nguyen Thanh Cuong、大谷実、岡田晋
    • 学会等名
      第42回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学 本郷キャンパス
    • 年月日
      2012年3月8日
  • [学会発表] 一次元πナノ空間に束縛された分子の光電気化学特性2011

    • 著者名/発表者名
      守屋理恵子,柳和宏,真庭豊
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      富山大学、五福キャンパス
    • 年月日
      2011年9月21日
  • [学会発表] 全カーボンナノチューブエレクトロクロミック素子の開発2011

    • 著者名/発表者名
      柳 和宏, 守屋 理恵子, 蓬田 洋平, 竹延 大志, 片浦 弘道,真庭 豊
    • 学会等名
      日本MRS
    • 発表場所
      横浜波止場会館
    • 年月日
      2011年12月21日
  • [学会発表] Control of colors of single-wall carbon nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      K. Yanagi
    • 学会等名
      International Symposium on Nano Science and Functional Materials:(招待講演)
    • 発表場所
      Tokyo Metropolitan university
    • 年月日
      2011年12月17日
  • [学会発表] 単層カーボンナノチューブに内包されたπ共役分子の光電気化学特性2011

    • 著者名/発表者名
      守屋理恵子、尾崎裕之、五十嵐透、真庭豊、柳和宏
    • 学会等名
      第41回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      首都大学東京 南大沢キャンパス
    • 年月日
      2011年9月6日
  • [学会発表] 一次元πナノ空間に束縛されたβカロテンの光電気化学特性2011

    • 著者名/発表者名
      守屋 理恵子、柳 和宏
    • 学会等名
      カロテノイド研究談話会
    • 発表場所
      つくば国際会議場
    • 年月日
      2011年9月13日
  • [学会発表] 金属型単層カーボンナノチューブによるレアメタルフリーエレクトロクロミック素子の開発2011

    • 著者名/発表者名
      守屋理恵子,蓬田陽平,竹延大志,真庭 豊,柳 和宏
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形大学 小白川キャンパス
    • 年月日
      2011年8月29日
  • [学会発表] 単層カーボンナノチューブに内包されたπ共役分子の光電気化学特性2011

    • 著者名/発表者名
      守屋 理恵子, 尾崎 裕之, 五十嵐 透, 真庭 豊, 柳 和宏
    • 学会等名
      日本MRS
    • 発表場所
      横浜波止場会館
    • 年月日
      2011年12月20日
  • [備考]

    • URL

      http://www.comp.tmu.ac.jp/nano2/index.html

  • [産業財産権] 単層カーボンナノチューブの結晶化方法2012

    • 発明者名
      柳和宏 他3名
    • 権利者名
      柳和宏 他3名
    • 産業財産権番号
      特許: 特願2011-282196
    • 出願年月日
      2012年02月22日

URL: 

公開日: 2013-07-10  

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