水素誘起ナノクラスターを触媒としたカーボンナノチューブ形成メカニズムの研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13355003
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 尾浦 憲治郎 大阪大学, 工学研究科, 教授 (60029288)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平尾 孝 大阪大学, 工学研究科, 教授 (50304019) ; 本多 信一 大阪大学, 工学研究科, 助手 (90324821) ; 片山 光浩 大阪大学, 工学研究科, 助教授 (70185817) ; 綿森 道夫 高知工科大学, 工学部, 助教授 (80222412) ; 大西 秀朗 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 助手 (20324816)
• Keywords: カーボンナノチューブ / 自己組織化 / 触媒金属微粒子 / 化学気相成長法 / 成長機構 / 配向性 / プラズマ / 成長温度

Research Abstract

本研究では、自己組織化プロセスにより形成された触媒金属微粒子を用いて化学気相成長.(CVD)装置により配向したカーボンナノチューブ(CNT)を作製し、透過型電子顕微鏡(TEM)を中心とした構造評価を行い、CNTの成長機構を調べた。基板に対する配向成長機構を調べるために、新たに電界印加型熱CVD装置を開発した。この装置では、反応温度1000℃まで昇温可能、成長中同時に直流、あるいは交流電界印加可能となっている。自己組織化触媒金属微粒子として鉄、ニッケル、合金微粒子、炭素原料としてエチレン、アセチレン、メタンガスを用いて実験を行い、基板に対して水平に成長するための最適条件を見出した。そこで、水平配向CNTは、比較的大きな鉄微粒子から選択的に成長するというメカニズムを提案した。このことより、RFプラズマCVDで作製されたCNTは、基板に対し垂直にCNTが成長することから、基板に対して水平方向と、垂直方向に制御してCNTを成長させることが可能であることが明らかになった。さらに、熱CVDを用いて、ある条件下で作製されるランダム配向CNTと、RFプラズマCVDこよる垂直配向CNTの構造を、TEMで調べた結果、ランダム配向CNTでは、CNTの結晶性が悪く、CNTの先端にある自己組織化触媒金属微粒子の形状が丸いのに対し、垂直配向CNTでは、結晶性がよく、先端の金属微粒子が多面体であり、両者の間に大きな違いがあることが明らかになった。これらの結果は、触媒金属がCNTの配向成長に大きく影響していることを示唆している。

Research Products

• [Publications] K.Oura 他6名: "Enhancement of Electron Field From Amorphous Cordon Films by Plasae Treatments"J. Vac. Sci. Tecnol. B. 19. 1953-1957 (2001)
• [Publications] M.Katayama 他6名: "Field Electron Emlssion Amorphous Carbon Films Grown in Pure Metane Plasma"Appl. Snrf. Sci.. 185. 243-247 (2002)
• [Publications] K.Oura 他8名: "Formation of Vertically Aligned Carbon Nanotnbes by Dual-RF-Plasma Charical Vapor Deposition"Jpn. J. Appl. Phys.. 40. 631-634 (2001)
• [Publications] K.Oura 他8名: "Field Emission and Sernctwe of Aligned Carbon Nanofibers-Deposied by ECR-CVD Plasma Method"Diamond Relat. Mater.. 10. 631-634 (2001)
• [Publications] M.Katayama 他7名: "Formation of a Si(100)c(8×2) Surface Phase Vsing H-Indunced Self-Organiation and H Extraction"Phys. Rev. B. 64. 1534061-1534064 (2001)