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2014 Fiscal Year Annual Research Report

カーボンナノチューブの電気伝導特性ひずみ依存性解明と超高感度ひずみセンサへの応用

Research Project

Project/Area Number 12J03435
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

大西 正人  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywordsカーボンナノチューブ / ひずみ / 電子輸送特性 / タイトバインディング近似
Outline of Annual Research Achievements

本課題の最終年度である本年度は,軸方向圧縮ひずみ負荷により屈曲変形したカーボンナノチューブ(CNT)の電子構造変化の予測手法を確立した.前年度までに,炭素原子のπ軌道の成す角(二面角)の変化により半径方向ひずみが負荷したCNTのバンドギャップ変化を予測できる見通しを得ていた.そこで本年度は,二面角と一様な半径方向ひずみを負荷したCNTのバンドギャップの関係を詳細に解析したところ,カイラリティによらず二面角が約30度付近から0.07 eV/度の割合でバンドギャップが減少することを明らかにした.また,独自に開発したtight-binding近似に基づく電子状態解析コードを用い各固有状態のσ-π軌道の混成度合いを解析した結果,CNTに半径方向ひずみが負荷すると伝導帯においてσ-π軌道が混成し,それによって曲率の高い領域の軌道の局在化,さらに状態エネルギーの減少が生じることを明らかにした.また,グリーン関数法を用いた電子輸送解析プログラムを開発し,軸方向圧縮ひずみを負荷したCNTの電子輸送特性変化を解析した.これにより,CNTの屈曲に伴い臨界値(30度)を超える二面角の数が急激に増加するため,屈曲部で軌道混成による電子散乱が増加し,CNTの電気抵抗が急激に増加することを明らかにした.一方で,CNT内部の欠陥の増加に伴い電気抵抗のひずみ感度が低下することから,CNTをひずみセンサとして応用するためには欠陥密度の制御が不可欠であることを明らかにした.これらの解析により二面角と分子動力学解析による構造解析を用いることで,CNTひずみ感度のカイラリティや欠陥依存性を定量的に予測できる見通しが得られた.これらの知見は,CNTの電子特性ひずみ依存性を応用したひずみセンサ作製やCNTデバイスの信頼性向上に活用されることが期待される.

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (10 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Quantitative Evaluation of Orbital Hybridization in Carbon Nanotubes Under Radial Deformation Using π-orbital Axis Vector2015

    • Author(s)
      Masato Ohnishi, Ken Suzuki, and Hideo Miura
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 5 Pages: 047124-1-6

    • DOI

      10.1063/1.4918676

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electronic Conductivity of Carbon Nanotubes Under Anisotropic Strain Field2014

    • Author(s)
      Masato Ohnishi, Meng Yang, Ken Suzuki, and Hideo Miura
    • Journal Title

      Proceedings of ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition

      Volume: IMECE2014-39470 Pages: 1-6

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Spatial distribution of state densities dominating strain sensitivity of carbon nanotubes2014

    • Author(s)
      Masato Ohnishi, Ken Suzuki, and Hideo Miura
    • Journal Title

      Proceedings of 2014 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD)

      Volume: SISPAD2014 Pages: 165-168

    • DOI

      10.1109/SISPAD.2014.6931589

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 半径方向ひずみ負荷によるカーボンナノチューブの電気伝導特性変化2014

    • Author(s)
      大西正人,鈴木研,三浦英生
    • Organizer
      日本機械学会第27回計算力学講演会(CMD2014)
    • Place of Presentation
      岩手県,盛岡市
    • Year and Date
      2014-11-22 – 2014-11-24
  • [Presentation] Change in Spatial Distribution of State Densities of Carbon Nanotubes Under Anisotropic Strain Field2014

    • Author(s)
      Masato Ohnishi, Meng Yang, Ken Suzuki, and Hideo Miura
    • Organizer
      ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition(IMECE2014)
    • Place of Presentation
      Montreal Convention Centre, Montreal, Canada
    • Year and Date
      2014-11-14 – 2014-11-20
  • [Presentation] Electronic Conductivity of Carbon Nanotubes Under Anisotropic Strain Field2014

    • Author(s)
      Masato Ohnishi, Meng Yang, Ken Suzuki, and Hideo Miura
    • Organizer
      ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition(IMECE2014)
    • Place of Presentation
      Montreal Convention Centre, Montreal, Canada
    • Year and Date
      2014-11-14 – 2014-11-20
  • [Presentation] Spatial Distribution of State Densities Dominating Strain Sensitivity of Carbon Nanotubes2014

    • Author(s)
      Masato Ohnishi, Ken Suzuki, and Hideo Miura
    • Organizer
      2014 International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices (SISPAD2014)
    • Place of Presentation
      神奈川県,横浜市
    • Year and Date
      2014-09-09 – 2014-09-11
  • [Presentation] Development of Two-dimensional Tactile Sensor Using Carbon Nanotubes2014

    • Author(s)
      Masato Ohnishi, Meng Yang, Takuya Nozaki, Ken Suzuki, and Hideo Miura
    • Organizer
      International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2014)
    • Place of Presentation
      茨城県,筑波市
    • Year and Date
      2014-09-08 – 2014-09-11
  • [Presentation] カーボンナノチューブ電気伝導特性のひずみ依存性2014

    • Author(s)
      大西正人,楊猛,鈴木研,三浦英生
    • Organizer
      日本機械学会M&M2014材料力学カンファレンス
    • Place of Presentation
      福島県,福島市
    • Year and Date
      2014-07-18 – 2014-07-21
  • [Remarks] 東北大学三浦研究室ホームページ

    • URL

      http://www.miura.rift.mech.tohoku.ac.jp/

URL: 

Published: 2016-06-01  

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