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2014 年度 実施状況報告書

カーボンナノチューブプローブを用いた単一シリコンナノ粒子の電気伝導機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 25390015
研究機関名古屋大学

研究代表者

安坂 幸師  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (50361316)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードSiナノ粒子 / カーボンナノチューブ / 透過電子顕微鏡法 / その場観察
研究実績の概要

単一のナノ粒子において発現する特性は、ナノ粒子個々の構造と密接に関連する。従来のナノギャップ電極を用いたナノ粒子の特性評価では、特性を構造と同時に評価することが困難であり、これが特性解明のボトルネックとなっている。本研究では、カーボンナノチューブ(CNT)をナノプローブやヒータ、あるいは電極として用い、原子レベルで構造を観察しながら電流や電圧、光を同時にその場で測定することが可能である高分解能透過電子顕微鏡内マニピュレーションその場観察測定法を応用することにより、単一シリコンナノ粒子における電気伝導やエレクトロルミネッセンス、カーボンとの高温反応、電界電子放出などの特性や現象を明らかにすることを目指している。今回、CNTナノプローブヒータ電極の表面に蒸着したSiナノ粒子を透過電子顕微鏡内でジュール加熱し、Siナノ粒子の構造変化を詳細に解析した。Siナノ粒子は、CNTの外層を炭素源としてシリコンカーバイド(SiC)ナノ粒子を形成し、さらに加熱を続けると、SiCからSiが昇華してカーボンナノカプセルへと変化した。このとき、CNTナノプローブヒータからの熱放射スペクトルを連続的に測定し、Siナノ粒子の構造が変化するときの温度を明らかにした。さららに、この熱放射スペクトルでは熱放射とは別に、ある特定の波長でスペクトルピークが観察された。これらのピーク位置はCNTの温度が増加しても一定であり、これらのスペクトルピークの起源はCNTのファン・ホーブ特異点間での光学遷移に由来する発光であることが示唆された。

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

平成26年度までの研究計画に沿って、結晶Siナノ粒子の作製方法を確立し、CNTをナノプローブやヒータ、あるいは電極として用いた高分解能透過電子顕微鏡内ナノマニピュレーションその場観察測定法による評価技術を構築した。この手法により、Siナノ粒子とCNTの高温反応過程や高温でのCNTからの発光など新たな知見をも得ており、研究はおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

今後の推進方策として、基本的に本研究計画に沿って実施する。高分解能透過電子顕微鏡内ナノマニピュレーションその場観察測定法による、Siナノ粒子の構造と電気伝導特性、高温でのCNTの発光特性、Siナノ粒子からの発光特性、Siナノ粒子を蒸着したCNTからの電界電子放出特性などに関する研究を順次遂行する予定である。

次年度使用額が生じた理由

予定していた消耗品の購入時期が今年度にずれたため、次年度使用額約1万円が生じた。

次年度使用額の使用計画

今年度の消耗品費に使用する。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] Transformation of silicon nanoparticles on carbon nanotube heater to hollow graphitic nanocapsules via silicon carbide2014

    • 著者名/発表者名
      Koji Asaka, Tomohiro Terada, and Yahachi Saito
    • 雑誌名

      Diamond and Related Materials

      巻: 50 ページ: 49-54

    • DOI

      10.1016/j.diamond.2014.09.004

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Synthesis and photophysics of quaterrylene molecules in single-walled carbon nanotubes: excitation energy transfer between a nanoscale cylinder and encapsulated molecules2014

    • 著者名/発表者名
      Koyama Takeshi, Tsunekawa Takuya, Saito Takeshi, Asaka Koji, Saito Yahachi, Kishida Hideo, and Nakamura Arao
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 118 ページ: 21671-21681

    • DOI

      10.1021/jp506361b

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 透過電子顕微鏡内その場観察法によるナノカーボンの構造と物性の評価2014

    • 著者名/発表者名
      安坂幸師
    • 雑誌名

      NEW DIAMOND

      巻: 30 ページ: 11-15

  • [学会発表] TiO2を蒸着したカーボンナノチューブからの電界電子放出のTEMその場観察2015

    • 著者名/発表者名
      松田薫洋, 中原仁, 安坂幸師, 齋藤弥八
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2015-03-12
  • [学会発表] Effect of TiO2 coating on field emission properties of carbon nanotube by in-situ transmission electron microscopy2015

    • 著者名/発表者名
      松田薫洋, 中原仁, 安坂幸師, 齋藤弥八
    • 学会等名
      フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-01-23
  • [学会発表] 透過電顕その場分光法のナノカーボンへの応用の試み2014

    • 著者名/発表者名
      安坂幸師
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会 その場観察技術研究部会第2回(2014年)研究討論会
    • 発表場所
      一般財団法人 ファインセラミックスセンター
    • 年月日
      2014-11-21
  • [学会発表] 多層カーボンナノチューブにおける内層引き込み現象を利用した層間電気抵抗の測定2014

    • 著者名/発表者名
      四ノ宮悠司, 安坂幸師, 中原仁, 齋藤弥八
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-19
  • [学会発表] 低圧化学気相成長法によるグラフェン成長過程の反射高速電子回折その場観察2014

    • 著者名/発表者名
      湊拓郎, 中原仁, 安坂幸師, 齋藤弥八
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2014-09-17
  • [学会発表] 内層引き抜き現象を利用した多層カーボンナノチューブの層間抵抗の測定2014

    • 著者名/発表者名
      四ノ宮 悠司, 安坂 幸師, 中原 仁, 齋藤 弥八
    • 学会等名
      フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-09-05
  • [学会発表] 触媒を用いたアモルファスカーボンの熱処理によるSiO2上へのグラフェンの成長2014

    • 著者名/発表者名
      長谷部洋平, 中原仁, 安坂幸師, 齋藤弥八
    • 学会等名
      フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-09-05
  • [学会発表] Graphene growth on wide terraces of SiC (0001) in Ar atmosphere2014

    • 著者名/発表者名
      Chenxing Wang, Hitoshi Nakahara, Koji Asaka, Yahachi Saito
    • 学会等名
      フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      2014-09-04
  • [学会発表] カーボンナノチューブヒータ表面でのシリコンナノ粒子と炭素の高温反応2014

    • 著者名/発表者名
      安坂幸師, 寺田朋広, 齋藤弥八
    • 学会等名
      ナノ学会
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2014-05-22
  • [学会発表] カーボンナノチューブヒータ表面でのSiナノ粒子の構造変化その場TEM観察2014

    • 著者名/発表者名
      安坂幸師, 寺田朋広, 齋藤弥八
    • 学会等名
      日本顕微鏡学会
    • 発表場所
      幕張メッセ国際会議場
    • 年月日
      2014-05-13

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公開日: 2016-05-27  

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