早大ら,CNTフォレストの長尺化に成功

早稲田大学と静岡大学は,カーボンナノチューブ(CNT)の新たな成長方法を開発し,従来最長の2cmを7倍長くした14cmのCNTフォレストの成長に成功した(ニュースリリース)。

CNTは炭素のみで構成され,軽量・強靭であり高い電気・熱伝導性をもつことから,様々な産業・医療分野での応用が期待されている。現在CNTを成長させるには化学気相成長(CVD)法が主に用いられており,その際にナノ粒子触媒が必要。

基板上に触媒を担持し,高密度なCNT(CNTフォレスト)を成長させる手法は,長尺なCNTを高効率で得ることが可能な手法として有力だという。集合体ではない一本のCNTを50cm程度に成長させる手法は報告されていたが,CNTの数密度が10万倍以上であるCNTフォレストの成長においては最長で2cm程度であり,成長の停止が課題だった。そして成長の停止には,高密度に存在することに由来する触媒の構造変化が大きく関わっていることが分かっていた。

今回,CNTフォレストの成長中に起こる触媒の構造変化を止めることで,長尺なCNTを成長させることを目指した。その結果,ガス中に鉄(Fe)とアルミニウム(Al)の原料を微量に添加することで,触媒の構造変化が遅くなり26時間で14cmのCNTフォレストの成長に成功した。

この手法を近年開発されたガドリニウム(Gd)添加触媒(Fe/Gd/Al2Ox)と組み合わせることで,CNTフォレストの速い成長速度と長い成長寿命を両立させた。また従来多く用いられているホットウォール型の装置ではなく,開発したオリジナルのコールドガス化学気相成長(CVD)法を用いることで,CNT上に堆積する不純物を最小限にし,純度の高いCNTの成長を可能にした。

成長条件の詳細な検討から,Fe原料はFe触媒が下地に拡散し無くなる現象を防ぎ,またAl原料は触媒の横方向の構造変化を防いでいることが示唆され,これらの原料を供給しなかった場合は成長が1時間程度で止まってしまうのに対し,供給した場合は成長が26時間程度持続したという。

今回の結果によって,触媒構造の変化を抑制することができたが,そのメカニズムはまだはっきりと分かっていないという。メカニズムの解明による手法の改良,また更なる長尺成長へ向けて実験条件の探索と最適化の余地が残っており,今後更なる触媒や成長手法を開発することで,より実用的な成長手法を開発していくとしている。

キーワード:

関連記事

  • 中央大,リモート制御型の透視イメージセンサを設計 

    中央大学の研究グループは,高純度に半導体質へ分離されたカーボンナノチューブ(CNT)により,透視なイメージセンサを設計した(ニュースリリース)。 モノづくりを支える基幹技術としてMMW–IRイメージセンサが注目を集める中…

    2025.07.28
  • 中央大ら,長波長光とCVによる非破壊検査技術を開発

    中央大学と国立情報学研究所は,ミリ波・テラヘルツ・赤外線(MMW・THz・IR)帯域でのコンピュータビジョン(CV)画像計測に立脚する新たな非破壊検査手法を確立した(ニュースリリース)。 非破壊検査であるMMW-IR照射…

    2025.02.21
  • 京大ら,CNTを直径2倍のチューブへと効率よく変換

    京都大学,産業技術総合研究所,物質・材料研究機構は,あらかじめ構造を揃えた細いカーボンナノチューブ(CNT)の集合体に熱処理を行なうという非常にシンプルな方法で,元のCNTの炭素の並ぶ方向を保ったままCNT同士を融合し,…

    2025.02.06
  • 東北大,カーボンナノチューブの新規合成法を開発

    東北大学の研究グループは,カーボンナノチューブ(CNTs)の新たな構造制御合成法を開発した(ニュースリリース)。 CNTsはグラフェンシートが円筒状に丸まった構造を持ち,次世代半導体デバイスの新素材として期待されている。…

    2024.09.05
  • 名城大,単層CNTを液相法で安価に合成

    名城大,単層CNTを液相法で安価に合成

    名城大学の研究グループは,液体のエタノール中で単層カーボンナノチューブ(単層CNT)を作り出す方法を開発した(ニュースリリース)。 現在,CNTの作製には,炭素を含む原料ガスを触媒金属と高温で反応させる化学気相成長法(C…

    2024.08.02

新着ニュース

人気記事

編集部おすすめ

  • オプトキャリア