Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

カーボンナノ材料 / ナノチューブ / 合成制御 / 太陽電池 / 透過型電子顕微鏡 / single-walled CNT / catalyst / Co-W / chirality / solar cell / carbon nanotube / Band gap engineering / TEM

単層カーボンナノチューブ（SWNT）は代表的な一次元材料で，多くの面で特異な性質を有している．本プロジェクトでは，SWNT研究の2つの問題に焦点をあてる．第一に，直径およびカイラリティ制御合成を行った．コバルト-銅触媒から直径1nm以下の垂直配向SWNTが得られ，またコバルト-タングステン触媒からは(12,6)カイラリティを豊富に含むSWNTが得られた．第二に，太陽電池において透明導電電極に代わる材料として垂直配向SWNTを導入した．エネルギー変換効率10%を持つ太陽電池が得られ，SWNTの有用性を確かめた，PMMAコーティングを施すことで，この値はさらに12%程度まで向上可能である．

カーボンナノチューブ / 水 / 相図 / ナノ空間 / ナノチューブ / 光物性 / 相転移

構造が制御されたナノ空間として1本の単層カーボンナノチューブ（SWNT）を用い，SWNTと水分子のナノスケールにおける相互作用を解明することを目的として研究を行った。分光実験および理論計算から，SWNTの外表面には2分子層の厚さの水の吸着層が形成されることを明らかにした。この吸着水は，2層で水素結合が閉じるため「疎水的」に振る舞うこと，ラマン分光における動径呼吸モードの周波数を増加させることが分かった。SWNT内部のナノ空間に内包された水に対しては，温度と水蒸気圧により液相・固相を制御することができた。また，内包過程において，SWNT内部で凝縮相と空の空間に相分離することを明らかにした。

カーボンナノチューブ / 孤立化分散 / ナノチューブ / ナノ材料

本科研費は,教職員採用開始直後の研究活動スタート支援(若手研究スタートアップ)として,所属機関における研究環境の立ち上げを行うことを主旨としたものである.近年新材料として注目を集める単層カーボンナノチューブは,通常の状態において分子間力によって束状の凝集体を形成しているが,このままでは様々な応用に不適である.このような束状凝集体を効果的に解き,高い分散を実現する方法を実験的に探索・開発することを目的としている.現在までに特定の芳香族ポリマーを分散剤として,単層カーボンナノチューブが有機溶媒中にきわめて高濃度に分散されたカーボンナノチューブゲルの作製に至っている.当予算を使用して研究環境の立ち上げは完了しつつあり,本格的な研究進展が期待される段階に達している.

ナノ材料 / ナノチューブ / 廃棄物処理 / ナノ空間 / 分離 / 吸着 / 炭素材料 / グラファイト / カーボンナノチューブ / 活性炭 / アクチノイド / MIDAA / Tc / Re / 新抽出剤 / 核種分離 / 錯体構造

炭素材料によりアクチノイドの分離システムとして構築が可能であることを見出した。分離には、シングルナノサイズの空孔と、官能基の両方のファクターを上手く組み合わせる必要があることを見出した。

カーボンナノチューブ / ナノテクノロジー / 有機トランジスタ / ナノチューブ / バイオセンサー / 電解硬化トランジスタ

カーボンナノチューブは、ナノメートル領域におけるセンシングに適した多くの優れた特徴を有する。特に、半導体性ナノチューブの電界効果トランジスタ構造(field-effect transistors, FET)においては、そのコンダクタンスがキャリア密度に非常に敏感であるため、センサー用途に非常に適している。ナノチューブ・トランジスタは、Kongらによってガスセンサーに応用した例が報告されている。しかしながら、生体系分子の分析には、ほとんどの場合、水中環境が要求される。無機半導体デバイスや有機半導体デバイスにとって、水は悪影響を及ぼす原因となる。ナノチューブもこの例外ではない。このため、ナノチューブを水に暴露した状態で、そのコンダクタンスを安定して計測するための手法を確立することは非常に重要である。本研究では、単層カーボンナノチューブをチャネル層に用いた電界効果トランジスタを形成し、電極を保護するユニークな手法を施した結果、カーボンナノチューブのコンダクタンスを電界効果構造で水中において計測することに成功した。カーボンナノチューブは気相堆積法によってパターニングを施した基板の上に形成される。そして、電極は、シャドーマスクによって形成される。我々は、ナノチューブ・トランジスタにおいて、水を媒体とした特性の劣化は、主としてコンタクト領域においておこることを見出した。今回の実験では、このコンタクト領域は、疎水性の感光性エポキシでコーティングが施され、水による劣化が最小限になるようになっている。コーティングを施した後、ソース・ドレイン電極の間の真ん中当たりにスリットを開けた。このようにして、ナノチューブのチャンネル層のみが直接水に暴露された場合に、デバイスの水への応答は閾値電圧がシフトすることを見出し、これは可逆的でかつ再現性があることを見出した。

ナノグラファイト / カーボンナノリボン / 端局在電子状態 / 端局在格子振動 / パイ電子 / スピングラス / カーボンナノチューブ / グラファイトナノリボン / フジタ状態 / バイ電子 / 量子バンド / 量子化バンド / ナノチューブ

リボン幅1.3nmのアームチェア型の端をもつカーボンナノドリボンのフォノンスペクトルでは2つの特徴が観察された。(1)狭いリボン幅を反映した離散的なフォノンバンドが出現した。(2)アームチェァ端に局在したエッジフォノンが、TOフォノンとTAフォノン間のギャップ内部で検出された。昨年度、h-BN膜上を単原子層のグラフィンで覆うと、金属的な界面であったh-BNとNi(111)界面にギャップが発生することを示唆するフォフォノンスペクトルを報告した:STMでこの現象を観測した結果、グラフェンで覆うと整合していたh-BN膜が不整合格子に変化して、2eV程度のギャップをもつ半導体となることを検出した。ナノグラファイトの電子構造、磁気的性質を活性炭素繊維、ダイヤモンドナノ粒子の熱処理により得られるナノグラブァイトを用いて調べた。3次元乱雑ナノグラファイトネットワークを構成する活性炭素繊維の磁性がエッジ状態に起因し、熱処理によりナノグラファイト間相互作用を増加させると、絶縁体から金属に転移することが明らかとなった。また、絶縁体-金属転移近傍では、スピングラス的挙動が見出された。水、その他のゲスト分子を活性炭素繊維中のマイクロポアネットワークに物理吸着させると、ナノグラファイトの磁気モーメントが減少することが明らかとなった。このことは、ナノグラフェン間にゲス卜分子からの実行圧がかかることで理解される。
前年に引続きナノグラファト、及びナノチューブの輸送現象に関する研究とその総括を行った。まず、グラファイトリボン接合系の量子輸送について調べ、この系のコンダクタンスが、接合部分での端の形状に大きく依存する事を示した。また、欠陥を持つナノチューブの電気伝導特性を調べ、磁場中のコンダクタンスに特異なスケーリング則を見出した。これに加え、ふっ素化グラファイトの電子状態計算を行い、ふっ素化がナノスケール炭素系のEβ^2電子物性制御の一手段として有効である事を示した。ナノグラファイトにおいてエッジ状態を発現するzigzag端を、ヘテロ系であるh-BNおよびBNC-3元系に対する境界条件として課し、その電子状態を局所密度近似の範囲で詳細に調べた。BNリボンは半導体であるが、エッジ状態と同様なπ電子局在状態を示した。グラファィトリボンとBNリボンがzigzag端を介して接合したBNCx系では、CドメインとBNドメインそれぞれのエッジ状態に由来する新規な界面局在状態(ボーダー状態)が現われた。

【研究連携者】
丸山茂夫	東京大学	大学院工学研究科	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
山本貴博	東京理科大学	工学部	講師	(Kakenデータベース)
岡田晋	筑波大学	大学院数理物質科学研究科	教授	(Kakenデータベース)
千足昇平	東京大学	大学院工学系研究科	講師	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
加藤大樹	東京理科大学	理学部	助教	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
佐々木祐二	独立行政法人日本原子力研究開発機構	原子力基礎工学研究部門	研究主幹	(Kakenデータベース)
大橋朗	国立大学法人茨城大学	理学部	准教授	(Kakenデータベース)
池田泰久	国立大学法人東京工業大学	原子炉工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
三村均	国立大学法人東北大学	大学院・工学研究科	教授	(Kakenデータベース)

【研究連携者】
有阪真	独立行政法人日本原子力研究開発機構	原子力基礎工学研究部門	研究員	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
荒川泰彦	東京大学	先端科学技術研究センター	教授	(Kakenデータベース)
石田悟己	東京大学	先端科学技術研究センター	助手	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
中田恭子	青山学院大学	理工学部	講師	(Kakenデータベース)
榎敏明	東京工業大学	大学院・理工学研究科	教授	(Kakenデータベース)
中尾憲治	筑波大学	物質工学系	教授	(Kakenデータベース)