2001 Fiscal Year Annual Research Report
プラズマイオン照射による新機能性進化ナノチューブ創製法の開発
| Project/Area Number |
13852016
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
畠山 力三 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00108474)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平田 孝道 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80260420)
金子 俊郎 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30312599)
大原 渡 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80312601)
川添 良幸 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (30091672)
田路 和幸 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10175474)
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| Keywords | アルカリ-ハロゲンプラズマ / 超分子構造ナノチューブ / バイアス制御によるイオン照射 / ナノスケール制御 / ナノチューブの構造変形 / C_<60>分子内包ナノチューブ |
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| Research Abstract |
今年度は、超分子構造ナノチューブを創製するためのアルカリ-ハロゲンプラズマ生成用高真空装置の建造・調整と並行に、比較的早く納入された単層カーボンナノチューブ(SWNTs)自動精製用前処理装置により、新機能性ナノチューブを目指したSWNTs中空領域にアルカリ金属原子又はフラーレン分子を注入する予備的実験を行った。実験において、現有設備であるアルカリ金属内包フラーレン形成用アルカリ-フラーレンプラズマ発生装置中に設置されたSWNTsを塗布した基板に、正及び負の直流バイアス電圧を印加してイオン照射を行った結果、以下のことが判明した。
(1)電界効果透過型電子顕微鏡による直接観察を行った。負バイアス電圧を基板に印加してアルカリイオン照射を行った場合、イオン直径の小さいアルカリ金属原子(リチウム、ナトリウム、カリウム)に関しては、観察が非常に困難であることが判明した。したがって、アルカリ金属で最もイオン直径が大きいセシウム(Cs)を用いて同様のイオン照射実験を行った。その結果、基板前面に形成されたイオンシースにより加速されたイオン衝撃に伴って、SWNTsが構造変形(湾曲及び切断)を起こすことが明らかになった。さらに、これらのSWNTs内に螺旋状構造を有する物質が観察された。
(2)基板に正バイアス電圧を印加しC_<60>^-イオンを加速して照射を行った場合には、SWNTsが折れ曲がって切断されているものが多数見いだされ、アルカリ金属イオンの場合に比べて構造変形度が増強されることが分った。さらに、SWNTの切断面から侵入したC_<60>分子を内包したナノチューブが観察された。
以上の結果を総合すると、プラズマ理工学的手法を用いた本方式は、イオンの入射エネルギー及びフラックス量を容易に制御できるため、ナノスケール制御の超分子構造形成に適しているといえる。現在、第一原理分子動力学シミュレーションによる原子(分子)内包SWNTsにおける電子状態の理論計算を実験と並行して行っている。
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[Publications] G.-H.Jeong: "Effects of Bias-Voltage Application on Single-Walled Carbon-Nanotube Bundles in Magnetized Plasmas"Proceedings of Plasma Science Symposium 2001 / The 18th Symposium on Plasma Processing. 371-372 (2001)
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[Publications] R.Hatakeyama: "Formation of Junction-Structure Encapsulated Carbon Nanotubes Using Different-Polarity Ion Plasmas(Invited)"Bulletin of the American Physical Society. 171 (2001)
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[Publications] G.-H.Jeong: "Structural Modification of Single-Walled Carbon Nanotubes by Alkali-Fullerene Plasma Irradiation"Proceeding of International Conference on Phenomena in Ionized Gases. 155-156 (2001)
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[Publications] R.Hatakeyama: "Formation of Fullerene and Carbon Nanotubes with Novel Structures Using Plasma Technology(Invited)"Abstracts of the 21th Fullerene General Symposium. 4 (2001)
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[Publications] G.-H.Jeong: "Plasma-Assisted Encapsulation of Alkali Metals and Fullerenes Inside Single-Walled Carbon Nanotubes"Abstracts of the 21th Fullerene General Symposium. 116 (2001)
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[Publications] G.-H.Jeong: "Formation of Junction-Structure Encapsulated Single-Walled Carbon Nanotube Using Plasma-Ion Irradiation Method"Tsukuba Symposium on Carbon Nanotube in Commemoration of the 10^<th>Anniversary of its Discovery. 102 (2001)
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[Publications] G.-H.Jeong: "Structural deformation of single-walled carbon nanotubes and fullerene encapsulation due to magnetized-plasma ion irradiation"Applied Physics Letters. 79・25. 4213-4215 (2001)
