2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of ultra high strength more than 6GPa ultra light wegiht carbon nanotube spun yarn
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18H01708
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
林 靖彦 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (50314084)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鶴田 健二 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (00304329)
羽田 真毅 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70636365)
西川 亘 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (80243492)
徳永 智春 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (90467332)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ（CNT）紡績糸 / 乾式紡績 / 熱化学気相成長（CVD） / 2層CNT / 高強度 / 加熱処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，長尺・高密度2層カーボンナノチューブ（CNT）を選択高速合成し，ドライプロセスで基板から連続的に引き出し紐状に撚る2層CNT長繊維技術を確立し，そのCNT長繊維の引張強度を高める技術を開発するものである．【研究1】2層CNTが多く合成できる条件の解明，【研究2】引張応力時の破断メカニズムを解明しCNT長繊維の高強度化，について研究を進めた．
【研究1】では，透過型電子顕微鏡TEMのその場観察より，室温からCNT合成初期の温度範囲で触媒金属粒子の形状変化を明らかにした．触媒粒子の径や形状がCNTの層数に大きく影響することが，多数のCNT合成の結果から明らかになった．このため，2層CNTを選択的に合成する合成条件が解明されつつある．
【研究2】では，CNT長繊維を作製後，真空および極簿エタンガス中で長繊維全体に通電加熱することで，ラマン分光法のCNTの構造に由来するGバンド（1590 cm-1）と欠陥に由来するDバンド（1350 cm-1）の強度比が急激に大きくなることが明らかになった．この結果は，高温処理により欠陥の修復および，CNT長繊維に残留するアモルファスカーボン（a-C）が除去されたことを示唆している．また，グラフェン層数を決定する二次の二フォノン散乱の2Dバンド（2700 cm-1）の出現から，a-Cからグラフェンへの構造変化が起こっていることを発見した．CNT長繊維に通電加熱高温処理をすることで，2GPaを超える（処理前は1から1.5GPa程度）高強度化を実現した．引張試験後のCNT長繊維の破断面の観察から，通電加熱後は，一気に破壊する脆性破壊が起こっていることが分かった．一方，通電加熱処理をしないCNT長繊維は，すべりによる繊維状破壊が起こっていることが分かった．このことから，通電加熱処理は高強度化に重要な手法と言える．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2020年2月時点で，CNT高速熱化学気相合成装置の評価装置取り付け用のポートに破損が生じたこと，この破損により導入予定の装置の取付等に問題が生じ，合成装置の修理・調整が必要となり研究進捗に遅れが生じた．
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| Strategy for Future Research Activity |
メーカーでの合成装置の修理・調整が必要となった．実験を開始するまでに10ヶ月程度を要することとなり（ポートの修理・調整だけでは対応できないため），この修理・調整を行うと本研究を実施するための出発材料となるCNTの合成も長期間合成が不可能となり，全ての研究がストップすることから，評価装置自体の再検討および研究を当初予定より進展させるための評価装置の検討を行うことにした．
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] One-Minute Joule Annealing Enhances the Thermoelectric Properties of Carbon Nanotube Yarns via the Formation of Graphene at the Interface2019
Author(s)
Masaki Hada, Taisuke Hasegawa, Hirotaka Inoue, Makito Takagi, Kazuki Omoto, Daiki Chujo, Shogo Iemoto, Taihei Kuroda, Taiga Morimoto, Takuma Hayashi, Toru Iijima, Tomoharu Tokunaga, Naoshi Ikeda, Kazuhiro Fujimori, Chihiro Itoh, Takeshi Nishikawa, Yoshifumi Yamashita, et., al.
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Journal Title
ACS Applied Energy Materials
Volume: 2
Pages: 7700-7708
DOI
Peer Reviewed
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