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2014 年度 実績報告書

完全制御カーボンナノチューブの物性と応用

研究課題

研究課題/領域番号 25220602
研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

片浦 弘道  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 首席研究員 (30194757)

研究分担者 田中 丈士  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (30415707)
藤井 俊治郎  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (80586347)
平野 篤  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (90613547)
研究期間 (年度) 2013-05-31 – 2018-03-31
キーワードカーボンナノチューブ / 分離技術 / 半導体 / スペクトロスコピー
研究実績の概要

昨年度導入した高速クロマトグラフィー装置を用いて、複数の界面活性剤の混合比を変えながら多段階で溶出する事により、一回の分離行程で単一構造の単層カーボンナノチューブ(SWCNT)を分離する新たな手法を開発した。この新たな分離手法により、市販のSWCNTを原料に、(9,4)および(10,3)の単一構造半導体型SWCNTの大量分離に成功した。半導体型SWCNTは光励起の蛍光を示すが、特に(9,4)はその励起および発光の双方の波長が、生体透過性の高い波長にそれぞれ一致している事から、血管造影剤として適している。そこで、電子冷却型近赤外カメラを導入し、安価な735nm帯のLED照明を励起光源とする事により、マウスの血管造影試験を行った。その結果、 (9,4)SWCNTは未分離のSWCNTに比べ1桁以上高い検出感度を示し、マウスの心臓の動きをとらえることに成功した。また、(9,4)は可視域に光吸収バンドを持たないため、ほぼ透明な半導体材料としても応用が期待される。一方単結晶作製を目指した取り組みとして、(6,5)SWCNTを多く含むとされる市販SWCNTを原料として、(6,5)型SWCNTの大量分離を行い、ミリグラムスケールの大量分離に成功した。高純度分離技術開発では、過剰投入法を用いて数種類の半導体型SWCNTをカラムに吸着させた後、多段階溶出法で徐々に溶出する事により、8種類のSWCNTに対して、超高純度の単一構造光学異性体分離に成功した。これらの光学異性体は対称な円二色性スペクトルを示す事から、不純物がほとんど含まれていない事が確認された。

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

3種類のSWCNTについて、光学異性体の分離まで含めた完全構造分離をミリグラムスケールで実現し、単結晶作製という目標達成に向けて順調に推移している。また、応用展開として、血管造影剤という新たな試みでも良好な結果が得られている。

今後の研究の推進方策

これまで誰も分離に成功していない構造のSWCNT分離に取り組み、世界トップの分離技術の地位を確立する。また、単一構造SWCNTの大量分離を実証し、物性研究において基本となるSWCNTの単結晶作製およびそれを用いた精密物性測定に取り組む。また、分離された単一構造SWCNTを広く配布し、世界的に研究協力体制を構築する。さらに、超高純度の半導体型SWCNTを用いて、p/n制御を試みる。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (24件) (うち招待講演 8件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Experimental analysis of coherent supercontinuum generation and ultrashort pulse generation using cross-correlation frequency resolved optical gating (X-FROG)2015

    • 著者名/発表者名
      A. Okamura, Y. Sakakibara, E. Omoda, H. Kataura, and N. Nishizawa
    • 雑誌名

      J. Opt. Soc. Am. B

      巻: 32 ページ: 400 - 406

    • DOI

      10.1364/JOSAB.32.000400

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Bulk Heterojunction Organic Solar Cells Fabricated Using the Push Coating Technique2015

    • 著者名/発表者名
      S. Kobayashi, D. Kaneto, S. Fujii, H. Kataura and Y. Nishioka
    • 雑誌名

      J. Chinese Adv. Mater. Soc.

      巻: 3 ページ: 1 -8

    • DOI

      10.1080/22243682.2014.977821

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Supercontinuum generation for ultrahigh-resolution optical coherence tomography at wavelength of 0.8 mm using carbon nanotube fiber laser and similariton amplifier2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Nomura, H. Kawagoe, Y. Hattori, M. Yamanaka, E. Omoda, H. Kataura, Y. Sakakibara, N. Nishizawa
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Express

      巻: 7 ページ: 122703-1-4

    • DOI

      10.7567/APEX.7.122703

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relative Ordering between Bright and Dark Excitons in Single-walled Carbon Nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      Weihang Zhou, Daisuke Nakamura, Huaping Liu, Hiromichi Kataura & Shojiro Takeyama
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 4 ページ: 6999-1-6

    • DOI

      10.1038/srep06999

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Optical Isomer Separation of Single-Chirality Carbon Nanotubes Using Gel Column Chromatography2014

    • 著者名/発表者名
      Huaping Liu, Takeshi Tanaka, and Hiromichi Kataura
    • 雑誌名

      Nano Lett.

      巻: 14 ページ: 6237-6243

    • DOI

      10.1021/nl5025613

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Air-stable high-efficiency solar cells with drytransferred single-walled carbon nanotube films2014

    • 著者名/発表者名
      Kehang Cui, Anton S. Anisimov, Takaaki Chiba, Shunjiro Fujii, Hiromichi Kataura, Albert G. Nasibulin, Shohei Chiashi, Esko I. Kauppinen and Shigeo Maruyama
    • 雑誌名

      J. Mater. Chem. A

      巻: 2 ページ: 11311-11318

    • DOI

      10.1039/c4ta01353k

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 単一構造カーボンナノチューブのミリグラムスケール分離2015

    • 著者名/発表者名
      蓬田 陽平、都築 真由美、魏 小均、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士、片浦 弘道
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-12 – 2015-03-12
    • 招待講演
  • [学会発表] High-Purity Optical Isomer Separation of Single-Chirality SWCNTs and Their Optical Properties2015

    • 著者名/発表者名
      魏 小均、都築 真由美、平川 琢也、蓬田 陽平、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士、片浦 弘道
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス、神奈川県
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-11
  • [学会発表] Structure separation of SWCNTs by column chromatography using mixed surfactant2015

    • 著者名/発表者名
      田中 丈士、蓬田 陽平、魏 小均、都築 真由美、平野 篤、藤井 俊治郎、片浦 弘道
    • 学会等名
      29th International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials
    • 発表場所
      Hotel Sonnalp, Kirchberg, Austria
    • 年月日
      2015-03-08 – 2015-03-08
    • 招待講演
  • [学会発表] Optical Properties of Optical Isomer of Single-Chirality SWCNTs2015

    • 著者名/発表者名
      魏 小均、都築 真由美、平川 琢也、蓬田 陽平、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士、片浦 弘道
    • 学会等名
      第48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、東京都
    • 年月日
      2015-02-21 – 2015-02-21
  • [学会発表] Role of cholate for chirality selection of SWCNTs2015

    • 著者名/発表者名
      蓬田 陽平、都築 真由美、平野 篤、藤井 俊治郎、片浦 弘道
    • 学会等名
      第48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、東京都
    • 年月日
      2015-02-21 – 2015-02-21
  • [学会発表] 混合界面活性剤を用いたカラムクロマトグラフィーによるカーボンナノチューブの構造分離2015

    • 著者名/発表者名
      田中 丈士、蓬田 陽平、魏 小均、都築 真由美、平野 篤、藤井 俊治郎、片浦 弘道
    • 学会等名
      第3回ナノカーボン研究会
    • 発表場所
      福島高湯
    • 年月日
      2015-02-09 – 2015-02-09
    • 招待講演
  • [学会発表] ゲルカラムクロマトグラフィーによる単一構造SWCNTの分離2014

    • 著者名/発表者名
      片浦 弘道
    • 学会等名
      ナノカーボン研究会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-11-17 – 2014-11-17
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-wall carbon nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      片浦 弘道
    • 学会等名
      5th Multidisciplinary Science Forum
    • 発表場所
      University of Florida, FL, USA
    • 年月日
      2014-11-07 – 2014-11-07
    • 招待講演
  • [学会発表] Advanced Separation of High-Purity Single-Chirality SWCNTs by Gel Chromatography2014

    • 著者名/発表者名
      魏 小均、都築 真由美、平川 琢也、蓬田 陽平、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士、片浦 弘道
    • 学会等名
      A3 symposium
    • 発表場所
      Tianjin, China
    • 年月日
      2014-10-20 – 2014-10-20
  • [学会発表] Large scale separation of single-chirality single-wall carbon nanotubes using gel column chromatography2014

    • 著者名/発表者名
      片浦 弘道、蓬田 陽平、魏 小均、都築 真由美、久保田 真理子、平川 琢也、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士
    • 学会等名
      A3 symposium
    • 発表場所
      Tianjin, China
    • 年月日
      2014-10-19 – 2014-10-19
    • 招待講演
  • [学会発表] ゲルカラムによる単層カーボンナノチューブの金属・半導体分離2014

    • 著者名/発表者名
      片浦 弘道、久保田 真理子、都築 真由美、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士
    • 学会等名
      ,第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス
    • 年月日
      2014-09-19 – 2014-09-19
  • [学会発表] 過剰投入選択吸着と段階溶出クロマトグラフィーによる単層カーボンナノチューブの構造分離2014

    • 著者名/発表者名
      魏 小均、都築 真由美、平川 琢也、蓬田 陽平、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士、片浦 弘道
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス、北海道
    • 年月日
      2014-09-19 – 2014-09-19
  • [学会発表] 段階溶出による単層カーボンナノチューブの大量構造分離2014

    • 著者名/発表者名
      蓬田 陽平、都築 真由美、魏 小均、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士、片浦 弘道
    • 学会等名
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学札幌キャンパス、北海道
    • 年月日
      2014-09-19 – 2014-09-19
  • [学会発表] 単層カーボンナノチューブ:350 テスラまでのAjiki-Ando 励起子分裂2014

    • 著者名/発表者名
      中村 大輔、佐々木 達哉、周偉航、劉華平、片浦 弘道、嶽山 正二郎
    • 学会等名
      日本物理学会2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学春日井キャンパス、愛知県
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-07
  • [学会発表] Metal/Semiconductor Separation of Nano-C SWCNTs using Gel Column Chromatography2014

    • 著者名/発表者名
      片浦 弘道、久保田 真理子、都築 真由美、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士
    • 学会等名
      第47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
      名古屋大学、愛知県
    • 年月日
      2014-09-04 – 2014-09-04
  • [学会発表] High-Purity Single-Chirality Separation of SWCNTs using Overloading Selective Adsorption and Stepwise Elution Chromatography2014

    • 著者名/発表者名
      魏 小均、都築 真由美、平川 琢也、蓬田 陽平、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士、片浦 弘道
    • 学会等名
      第47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
      名古屋大学、愛知県
    • 年月日
      2014-09-04 – 2014-09-04
  • [学会発表] Milligram-scale separation of high-purity (9,4) and (10,3) SWCNTs2014

    • 著者名/発表者名
      蓬田 陽平、都築 真由美、魏 小均、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士、片浦 弘道
    • 学会等名
      第47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
      名古屋大学、愛知県
    • 年月日
      2014-09-04 – 2014-09-04
  • [学会発表] SEPARATION AND OPTICAL PROPERTIES OF SMALL-DIAMETER SINGLE-CHIRALITY SWCNTS2014

    • 著者名/発表者名
      片浦 弘道、魏 小均、伊藤 靖浩、平川 琢也、藤井 俊治郎、平野 篤、Yuhei Miyauchi、Kazunari Matsuda、田中 丈士
    • 学会等名
      NPO2014
    • 発表場所
      Holiday Center Huhmari, Finland
    • 年月日
      2014-07-31 – 2014-07-31
    • 招待講演
  • [学会発表] Chirality sorting of SWCNTs using gradient elution in gel column chromatography2014

    • 著者名/発表者名
      片浦 弘道、都築 真由美、田中 丈士
    • 学会等名
      NT14
    • 発表場所
      University of Southern California, USA
    • 年月日
      2014-06-05 – 2014-06-05
  • [学会発表] Large thermoelectric power of highly concentrated semiconducting single-wall carbon nanotube film2014

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Nakai、Kazuya Honda、Kazuhiro Yanagi、片浦 弘道、Teppei Kato、Takahiro Yamamoto、Yutaka Maniwa
    • 学会等名
      NT14
    • 発表場所
      University of Southern California, USA
    • 年月日
      2014-06-04 – 2014-06-04
  • [学会発表] Structure separation of metallic SWCNTs using gel column chromatography2014

    • 著者名/発表者名
      田中 丈士、卜部 泰子、平川 琢也、片浦 弘道
    • 学会等名
      NT14, The Fifteenth International Conference on the Science and Application of Nanotubes
    • 発表場所
      University of Southern California, USA
    • 年月日
      2014-06-03 – 2014-06-03
  • [学会発表] Optical Properties of Single Chirality (5,4) SWCNTs2014

    • 著者名/発表者名
      魏 小均、伊藤 靖浩、平川 琢也、平野 篤、藤井 俊治郎、Yuhei Miyauchi、Kazunari Matsuda、田中 丈士、片浦 弘道
    • 学会等名
      NT14
    • 発表場所
      University of Southern California, USA
    • 年月日
      2014-06-02 – 2014-06-02
  • [学会発表] Single chirality desorption of single-wall carbon nanotubes using mixed surfactant gel chromatography2014

    • 著者名/発表者名
      蓬田 陽平、都築 真由美、平野 篤、藤井 俊治郎、田中 丈士、片浦 弘道
    • 学会等名
      NT14_Satellite Symposium MSIN14
    • 発表場所
      University of Southern California, USA
    • 年月日
      2014-06-01 – 2014-06-01
  • [学会発表] Ultimate Separation and Applications of Single-Wall Carbon Nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      片浦 弘道
    • 学会等名
      225th ECS Meeting
    • 発表場所
      オーランド、USA
    • 年月日
      2014-05-14 – 2014-05-14
    • 招待講演
  • [備考] カーボンナノチューブ研究:片浦/Kataura

    • URL

      https://staff.aist.go.jp/h-kataura/kataura.html

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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