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

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23651117
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 柳 和宏 首都大学東京, 大学院理工学研究科, 准教授 (30415757)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: ナノ粒子 / ナノチューブ

研究概要

本研究では、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、近年応募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を目標として研究を行った。イオン液体にトリブロックポリマーを混合させることによるゲル化を行うことにより、電解質を液体系から固体系へと変えた。その結果、イオンゲルを用いた場合においても可逆的な色変化が可能であることを明らかにした。その結果、全固体型SWCNTエレクトロクロミック素子の作製に成功した。また、紫外領域の光吸収の制御に向けて、-40度まで冷却して吸収測定を明らかにする系を自作し、低温において光電気化学測定を行うことで、電気化学反応を抑制しつつ吸収変化を明らかにすることを達成した。紫外領域にはブロードな吸収帯(U-band)が存在するが、低温における光電気化学測定により、(6,5)SWCNT薄膜のUV領域の吸収が、可逆的な膜電位依存性を示すことを明らかにした。このことは、π-π*遷移由来の寄与がU-bandに存在していることを示唆している。しかし、キャリア注入によるブロードニングは殆ど起こっていない為、Fano機構によるブロードな光吸収形成の寄与は小さいと考えられる 。直径1.4nmの金属型や半導体型SWCNTにおいては吸収帯の変化と共に新しい吸収帯が出現することから、キャリア注入が光吸収構造に与える影響は、SWCNTのカイラリティによって大きく異なることが示唆されている。このように、全固体型のエレクトロクロミック素子の開発に成功すると共に、透明性改善への道筋を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Inkjet printing of aligned single-walled carbon-nanotube thin films (2013)
  • 著者名/発表者名: Takagi, Y., Nobusa, Y., Gocho, S., Kudou, H., Yanagi, K., Kataura, H., Takenobu, T.
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 102 ページ: 143107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Internal charge transfer in metallicity sorted ferrocene filled carbon nanotube hybrids (2013)
  • 著者名/発表者名: Sauer, M., Shiozawa, H., Ayala, P., Ruiz-Soria, G., Liu, X., Chernov, A., Krause, S., Yanagi, K., Kataura, H., Pichler, T.
  • 雑誌名: Carbon 巻: accepted
  • DOI: DOI:10.1016/j.carbon.2013.03.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge manipulation in molecules encapsulated inside single-wall carbon nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: Yanagi, K., Moriya, R., Cuong, N.T., Otani, M., Okada, S.
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 110 ページ: 86801
  • 査読あり
• [雑誌論文] 13C-NMR shift of highly concentrated metallic and semiconducting single-walled carbon nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, K., Yanagi, K., Kyakuno, H., Sagitani, S., Kataura, H., Maniwa, Y.
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 82 ページ: 15001
  • 査読あり
• [雑誌論文] 単層カーボンナノチューブを用いたエレクトロクロミックカラーインク応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柳和宏
  • 雑誌名: マテリアルステージ(技術情報協会) 巻: 12 ページ: 68-70
• [雑誌論文] 金属型単層カーボンナノチューブを用いたレアメタルフリーの画像素子開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柳和宏
  • 雑誌名: 科学工業(化学工業社) 巻: 64 ページ: 374-378
• [雑誌論文] In situ filling of metallic single-walled carbon nanotubes with ferrocene molecules (2012)
  • 著者名/発表者名: Sauer, M., Shiozawa, H., Ayala, P., Ruiz-Soria, G., Kataura, H., Yanagi, K., Krause, S., Pichler, T.
  • 雑誌名: Physica Status Solidi 巻: (B) 249 ページ: 2408-2411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optical signature of charge transfer in n-type carbon nanotube transistors doped with printable organic molecules (2012)
  • 著者名/発表者名: Shimizu, R., Matsuzaki, S., Yanagi, K., Takenobu, T.
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 5 ページ: 125102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital and spin magnetic moments of ferrocene encapsulated in metallicity sorted single-walled carbon nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: Briones-Leon, A., Liu, X., Ayala, P., Kataura, H., Yanagi, K., Weschke, E., Pichler, T., Shiozawa, H.
  • 雑誌名: Physica Status Solidi 巻: (B) 249 ページ: 2424-2427
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic decoration in metal-semiconductor separated and ferrocene functionalized single-walled carbon nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: Chernov, A., Havlicek, M., Jantsch, W., Rummeli, M.H., Bachmatiuk, A., Yanagi, K., Peterlik, H., Kataura, H., Sauerzopf, F., Resel, R., Simon, F., Kuzmany, H.
  • 雑誌名: Physica Status Solidi 巻: (B) 249 ページ: 2323-2327
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic phase transition for defect induced electron spins from fully metal-semiconductor separated SWCNTs (2012)
  • 著者名/発表者名: Havlicek, M., Chernov, A., Jantsch, W., Wilamowski, Z., Yanagi, K., Kataura, H., Rummeli, M.H., Malissa, H., Kuzmany, H.
  • 雑誌名: Physica Status Solidi 巻: (B) 249 ページ: 2562-2567
  • 査読あり
• [雑誌論文] Indirect exchange interaction in fully metal-semiconductor separated single-walled carbon nanotubes revealed by electron spin resonance (2012)
  • 著者名/発表者名: Havlicek, M., Jantsch, W., Wilamowski, Z., Yanagi, K., Kataura, H., Rummeli, M.H., Malissa, H., Tyryshkin, A., Lyon, S., Chernov, A., Kuzmany, H.
  • 雑誌名: Phys. Rev 巻: B 86 ページ: 45402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single chirality extraction ofsingle-wall carbon nanotubes for the encapsulation of organic molecules (2012)
  • 著者名/発表者名: Kawai, M., Kyakuno, H., Suzuki, T., Igarashi, T., Suzuki, H., Okazaki, T., Kataura, H., Maniwa, Y., Yanagi, K.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 134 ページ: 9545-9548
  • 査読あり
• [雑誌論文] Continuous electron doping of single-walled carbon nanotube films using inkjet technique (2012)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki, S., Nobusa, Y., Shimizu, R., Yanagi, K., Kataura, H., Takenobu, T.
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51 ページ: 06FD18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fine patterning of inkjet-printed single-walled carbon-nanotube thin-film transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: Nobusa, Y., Takagi, Y., Gocho, S., Matsuzaki, S., Yanagi, K., Takenobu, T.
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 51 ページ: 06FD15
  • 査読あり
• [雑誌論文] 金属型単層カーボンナノチューブを用いたレアメタルフリー画像素子開発について (2012)
  • 著者名/発表者名: 柳和宏
  • 雑誌名: マテリアルステージ(技術情報協会) 巻: 12 ページ: 3-6
• [雑誌論文] Absorption spectra of high purity metallic and semiconducting single-walled carbon nanotube thin films in a wide energy region (2011)
  • 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 single-wallec carbon nanotube thin-film transistors patterned by surface modification (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Nobusa, Y.Yomogida, S.Matsuzaki, K.Yanagi, H.Kataura, T.Takenobu
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99 ページ: 183106-183108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inkjet printing of carbon nanotube complementary inverters (2011)
  • 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 nanotubes (2011)
  • 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 length (2011)
  • 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] A comparison of the Liptay theory of electroabsorption spectroscopy with the sum-over-state model and its modification for the degenerate case (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Saito, K.Yanagi, R.Cogdell, H.Hashimoto
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 134 ページ: 044138-044146
  • 査読あり
• [学会発表] Fully Inkjet-Printed All Carbon Flexible Transistor (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoki Matsuzaki, Yohei Yomogida, Ryota Inukai, Kazuhiro Yanagi, Yoshihiro Iwasa, Taishi Takenobu
  • 学会等名: International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials
  • 発表場所: Austria
  • 年月日: 20130302-09
• [学会発表] Alignment Control of Single Wall Carbon Nanotubes during Aggregation (Poster) (2012)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Yanagi, Kai Hasegawa, Hideki Kawai, Ryo Nakatsu (Kyoto Univ.)
  • 学会等名: 2012 A3 Symposium of Emerging Materials: Nanomaterials for Energy and Environments
  • 発表場所: Tohoku Univ.
  • 年月日: 20121129-1201
• [学会発表] 単一カイラリティ(11,10)単層カーボンナノチューブへのC60分子の内包 (2012)
  • 著者名/発表者名: 河合 将利, 五十嵐 透, 客野 遥, 岡崎俊也^1, 真庭 豊, 柳 和宏
  • 学会等名: 第44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: 20120311-13
• [学会発表] Control of Colors of Single-Wall Carbon Nanotubes: -Purification, Electrochromic Properties, and Peapods in a Single-Chirality State- (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Yanagi
  • 学会等名: カロテノイド研究談話会
  • 発表場所: 函館
  • 年月日: 20110913-14
• [学会発表] πナノ空間内に束縛されたβカロテンの電気化学特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 柳和宏、守屋理恵子、Nguyen Thanh Cuong、岡田晋
  • 学会等名: 第43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: 東北大学
  • 年月日: 20110905-07
• [学会発表] Bending Properties of Single-Walled Carbon Nanotube Film Transistors
  • 著者名/発表者名: Yuki Nobusa, Hiroki Hamahata, Yohei Yomogida, Kazuhiro Yanagi, Yoshihiro Iwasa and, Taishi Takenobu
• [学会発表] Single Chirality Extraction of Single-Wall Carbon Nanotubes for the Encapsulation of Organic Molecules
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Kawai, Haruka Kyakuno, Takuya Suzuki, Toru Igarashi, Hironori Suzuki, Toshiya Okazaki, Hiromichi Kataura, Kazuhiro Yanagi
• [学会発表] アルコール濃度制御による単層カーボンナノチューブの凝集体の形成と高純度化
  • 著者名/発表者名: 河合 英輝, 長谷川 凱, 藤原 正澄, 竹内 繁樹, 片浦 弘道, 中津 亨, 柳和宏
• [学会発表] 単一(6,5)カイラリティ単層カーボンナノチューブ厚膜におけるイオンゲルトランジスタ
  • 著者名/発表者名: 工藤 光, 野房 勇希, 片浦 弘道, 竹延 大志, 柳 和宏
• [学会発表] 蒸気拡散法によって作製した単層カーボンナノチューブ凝集体の性質
  • 著者名/発表者名: 柳 和宏, Nakatzu, Hideki Kawai, Hikaru Kudo, Kai Hasegawa, Hiromichi Kataura, Ryo
• [学会発表] X-ray diffraction profile of highly purified (6,5) SWCNTs
  • 著者名/発表者名: Tadera Shin, Haruka Kyakuno, Yusuke Nakai, Kazuhiro YanagiHiromichi Kataura, Yutaka Maniwa, Yasumitsu Miyata
• [学会発表] カーボンナノチューブ電気二重層トランジスタにおけるp-n接合の形成
  • 著者名/発表者名: Ryo Shimizu, Yijin Zhang, Kazuhiro Yanagi, Yoshihiro Iwasa, Taishi Takenobu
• [学会発表] Bending Properties of Single-Walled Carbon Nanotube Film Transistors
  • 著者名/発表者名: Hiroki Hamahata, Yuki Nobusa, Yohei Yomogida, Kazuhiro Yanagi, Yoshihiro Iwasa, Taishi Takenobu
• [図書] 高次π空間の創発と機能開発 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柳和宏
  • 総ページ数: 187-194
  • 出版者: シーエムシー出版
• [産業財産権] 単層カーボンナノチューブの結晶作製方法、単層カーボンナノチューブ結晶及び単層カーボンナノチューブ結晶を用いた電子デバイス (2011)
  • 発明者名: 柳和宏、中津亨、吉宗良祐、工藤光
  • 権利者名: 首都大学東京
  • 産業財産権番号: 特願2011-282196
  • 出願年月日: 2011-12-22