新奇ポリマー修飾単層カーボンナノチューブ作成とそのデバイス応用

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25630063
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 丸山 茂夫 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90209700)
• 研究分担者: 千足 昇平 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (50434022)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ナノチューブ / ポリマー修飾

研究実績の概要

ポリマーとカーボンナノチューブとの相互作用を利用した合成後の選択的除去技術の開発を進めた．ポリマーでコーティングしたカーボンナノチューブに電極を取り付け，直流電流を流すことによりジュール加熱を行う．電流が流れやすい金属的カーボンナノチューブが加熱されることで，金属的カーボンナノチューブのみが酸化し焼失することになる．この時，カーボンナノチューブがポリマーによって囲まれている方が，より長範囲に渡る焼失が起きることが分かった．この時，カーボンナノチューブとポリマー，基板（シリコン）との界面における接触熱抵抗や，燃焼速度などを考慮したモデルを構築し，焼失による除去長さが変化するメカニズムについての考察を行った．
さらに，ジュール加熱条件を吟味することにより，ポリマーコーティングだけではなく，その周囲環境条件も除去長さに影響を与えることが明らかになった．
大気雰囲気中および湿り酸素ガス中で，金属カーボンナノチューブ除去実験を行ったところ，湿り酸素ガス中の方において除去長さが著しく長くなることが分かった．このことは，金属的カーボンナノチューブのジュール加熱による酸化除去現象に，酸素および水分子が関与していることを示唆している．今後，より詳細に実験条件を検討することにより，単層カーボンナノチューブとポリマーだけでなく，酸素や水分子とのナノスケールでの相互作用についての知見が得られると考える．
逆に，除去長さを短く制御することで，カーボンナノチューブの一部のみを除去することも可能になる．これを利用してナノギャップを作製し，このギャップ間での電子の電界放出の計測も行った．ナノサイズの隙間を持ち対向するナノチューブ間の電界放出現象であり，学術的にも非常に興味深い結果を得ることができた．

研究成果

• [雑誌論文] Structured SWNTs and Graphene for Solar Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Cui, T. Chiba, X. Chen, S. Chiashi and S. Maruyama*
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotech. 巻: 15 ページ: 3107-3110
  • DOI: 10.1166/jnn.2015.9682
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Equilibrium Chemical Vapor Deposition Growth of Bernal-Stacked Bilayer Graphene (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Zhao†, S. Kim, X. Chen, E. Einarsson, M. Wang, Y. Song†, H. Wang†, S. Chiashi, R. Xiang, S. Maruyama†
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 8 ページ: 11631-11638
  • DOI: 10.1021/nn5049188
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Full-length selective removal of metallic single-walled carbon nanotubes by organic film-assisted electrical breakdown (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Otsuka, T. Inoue, S. Chiashi†, S. Maruyama†
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 6 ページ: 8831-8835
  • DOI: 10.1039/C4NR01690D
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Air-Stable High-Efficiency Solar Cells with Dry-Transferred Single-Walled Carbon Nanotube Films (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Cui, A. S. Anisimov, T. Chiba, S. Fujii, H. Kataura, A. Nasibulin, S. Chiashi, E. Kauppinen, S. 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
• [雑誌論文] Influence of Zeolites Catalyst Support on the Synthesis of Single-Walled Carbon Nanotubes: Framework Structures and Si/Al Ratios (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Moteki, D. Nukaga, S. Maruyama and T. Okubo*
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 118 ページ: 23664-23669
  • DOI: 10.1021/jp501322s
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Is it possible to enhance Raman scattering of single-walled carbon nanotubes by metal particles during chemical vapor deposition? (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Liu, R. Xiang*, W. Cao, H. Zeng, Y. Su, X. Gui, T. Wu, S. Maruyama, Z-K. Tang
  • 雑誌名: Carbon 巻: 80 ページ: 311-317
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2014.08.069
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photocurrent quantum yield of semiconducting carbon nanotubes: Dependence on excitation energy and exciton binding energy (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kazaoui, S. Cook, N. Izard, Y. Murakami, S. Maruyama, N. Minami
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 118 ページ: 18059-18063
  • DOI: 10.1021/jp500105f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Single-Walled Carbon Nanotubes and Graphene as Highly Efficient Hole Extraction and Transport Layer for Solar Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Maruyama, K. Cui, T. Chiba, X. Chen, R. Xiang, S. Chiashi
  • 学会等名: International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials 2015
  • 発表場所: Kirchberg in Tirol, Austria
  • 年月日: 2015-03-07 – 2015-03-14
  • 招待講演
• [学会発表] Controlled CVD Growth and Solar Cell Applications of Single-Walled Carbon Nanotubes (2014)
  • 著者名/発表者名: *S. Maruyama, K. Cui, T. Chiba, H. An, R. Xiang, S. Chiashi, Y. Matsuo, A. Nasibulin, E. Kauppinen
  • 学会等名: 2014 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, Massachusetts, USA
  • 年月日: 2014-11-30 – 2014-12-05
• [学会発表] Manipulation of horizontally aligned single-wall carbon nanotubes (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Inoue, K. Otsuka, S. Chiashi, *S. Maruyama
  • 学会等名: The 5th A3 Symposium on Emerging Materials: sp2 Nanocarbon for Energy 2014
  • 発表場所: Nankai University, Tianjin, China
  • 年月日: 2014-10-19 – 2014-10-22
• [学会発表] Growth and Applications of Horizontally Aligned Single-walled Carbon Nanotubes (2014)
  • 著者名/発表者名: *S. Chiashi, T. Inoue, K. Otsuka, D. Hasegawa, S. Maruyama
  • 学会等名: The 15th International Heat Transfer Conference (IHTC-15)
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Single-Walled Carbon Nanotubes for Heterojunction Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Cui, T. Chiba, S. Chiashi, E. Kauppinen, S. Maruyama
  • 学会等名: The 15th International Heat Transfer Conference (IHTC-15)
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Fabrication of Semi-conducting Single-wall Carbon Nanotube Arrays (2014)
  • 著者名/発表者名: *S. Chiashi, T. Inoue, K. Otsuka and S. Maruyama
  • 学会等名: The 8th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena
  • 発表場所: Santa Cruz, CA, USA
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-16
• [学会発表] Carbon Nanotube-Si Heterojunction Solar Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: *S. Maruyama, K. Cui, T. Chiba, S. Chiashi
  • 学会等名: The 8th US-Japan Joint Seminar on Nanoscale Transport Phenomena
  • 発表場所: Santa Cruz, CA, USA
  • 年月日: 2014-07-13 – 2014-07-16
  • 招待講演
• [学会発表] Nitrogen-Incorporated Single-Walled Carbon Nanotubes for Devices (2014)
  • 著者名/発表者名: *S. Maruyama, T. Thurakitseree, S. Kim, C. Kramberger, S. Chiashi, E. Einarsson
  • 学会等名: 8th International Workshop on Metrology, Standardization and Industrial Quality of Nanotubes (MSIN14)
  • 発表場所: Los Angeles, California, USA
  • 年月日: 2014-06-01 – 2014-06-01
  • 招待講演
• [学会発表] Nitrogen-Incorporated Single-Walled Carbon Nanotubes for Devices (2014)
  • 著者名/発表者名: *S. Maruyama, T. Thurakitseree, S. Kim, C. Kramberger, S. Chiashi, E. Einarsson
  • 学会等名: 225th ECS Meeting (Electrochemical Society)
  • 発表場所: Orlando, Florida, USA
  • 年月日: 2014-05-11 – 2014-05-16
  • 招待講演
• [図書] True Nanoなカーボンナノチューブ （パリティ） (2014)
  • 著者名/発表者名: 丸山 茂夫
  • 総ページ数: 6
  • 出版者: 丸善出版株式会社
• [備考] 東京大学大学院工学系研究科 丸山・千足研究室
  • URL: http://www.photon.t.u-tokyo.ac.jp/top-j.html