カーボンオニオンの構造と電子状態の解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11440093
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 林 真至 神戸大学, 工学部, 教授 (50107348)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 和田 節子 電気通信大学, 電気通信学部, 助教授 (30017404) ; 藤井 稔 神戸大学, 工学部, 助手 (00273798) ; 柳 久雄 神戸大学, 工学部, 助手 (00220179)
• Keywords: フラーレン / カーボンオニオン / π電子 / グラファイト / ダイアモンド / ナノ粒子

Research Abstract

1.新しい方法によるカーボンオニオン膜の作製:昨年度まで、カーボンオニオンを大量合成する方法として、ナノダイアモンド結晶を熱処理する方法を採用してきた。ところが、この方法で作製されたオニオンは粒子状であり、ある種の応用には、オニオンが配列した薄膜が有利であると考えられる。そこで、rf Sputteringを用いた新しい方法により、オニオンからなる薄膜の作製を試みた。この方法では、以下のプロセスによりオニオン膜が作製できることがわかった。i)炭素とNiの同時スパッタリングにより、炭素とNiの混合膜を作製する。ii)混合膜を熱アニールする。このとき、グラファイト層に囲まれたNiのナノ結晶が出来る。iii)塩酸によるエッチングにより、Ni粒子を除去する。このとき、オニオン状のグラファイト層が残り膜全体がオニオン膜となる。今年度は、このような膜作製法を確立するとともに、ラマンスペクトル測定、磁化測定、電界電子放出の測定を行い、オニオン成長メカニズムを探った。
2.オニオンによる紫外-可視光吸収:星間塵が示す217.5nmの減光バンドは、従来より炭素系の宇宙塵によるものではないかとされてきた。なかでも、カーボンオニオンが有力な候補であることが、理論計算によって示されてきたにもかかわらず、実験室で合成したカーボンオニオンの光吸収を系統的に測定した例は無い。今年度は、ナノダイアモンド結晶を種々の温度でアニールし、ダイアモンドをコアとしグラファイト層をシェルとするナノ粒子、球状のオニオン、多面体上のオニオンを作製し、純水に分散させて光吸収スペクトルを測定した。その結果、出発物質であるナノダイアモンド結晶は短波長側に行くに従って単調に増加するスペクトルを示すのに対して、アニールした試料はピークを示し、アニール温度を上げるとともにピークがブルーシフトすることが明らかになった。

Research Products

• [Publications] 冨田知志: "カーボンオニオンの構造と電子状態"季刊フラーレン. 8巻3号. 167-177 (2000)
• [Publications] Satoshi Tomita: "Formation of Co filled carbon nanocapsules by metal-template graphitization of diamond nanoparticles"Journal of Applied Physics. Vol.88,No.9. 5452-5456 (2000)
• [Publications] Osamu Mamezaki: "Thin films of carbon nanocapsules and onion-like graphitic particles prepared by the cosputtering method."Japanese Journal of Applied Physics. Vol.39,No.12A. 6680-6683 (2000)
• [Publications] Satoshi Tomita : "Transformation of carbon onions to diamond by low-temperature heat treatment in air."Diamond and Related Materials. Vol.9. 856-860 (2000)
• [Publications] Satoshi Tomita: "Structure and electronic properties of carbon onions "Journal of Chemical Physics . (in press). (2001)