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科研費特定領域研究(A)
フラーレンナノチューブネットワーク
ニュースレター No.1 (1999) pp.19-21.

ナノチューブおよびナノカプセルの合成，
物性制御とエレクトロニクスへ応用

代表者　齋藤 弥八（三重大・工学部）
分担者　畑　浩一 （三重大・工学部）

研究内容と目標

					
　1. カーボンナノチューブの成長機構，構造の解明
	（カーボンナノチューブとナノカプセルの関係）
				  ↓
	 ● カーボンナノチューブのトポロジー制御（直径，螺旋）
	 ● カーボンナノチューブの高収率合成

　2. BCNへテロナノチューブの合成と構造解明
				  ↓
	 ● 異種元素のドープによるナノチューブの物性制御

　3. ナノチューブの応用
	 ● 電界放出型電子源，二次電池負極材料，ガス貯蔵 etc.

研究計画・方法

1. カーボンナノチューブの成長機構，構造の解明

	単層ナノチューブ（図１）を中心に実験的研究を行う
	　　合成法…アーク放電，レーザー蒸発など
		  ○ 触媒金属の探索
		  ○ 雰囲気ガスの圧力，種類，温度，触媒の最適化
				  ↓
		ナノチューブの構造（直径，螺旋）解析
				  ↓
			　成長機構の解明
				  ↓
		高収率合成，単一構造（直径，螺旋？）のナノチューブ試料の作製
	　　評価法：電子顕微鏡法，Ｘ線回折法，ラマン散乱分光法など

図１　ニッケル超微粒子から成長する単層ナノチューブの透過電子顕微鏡像

2. BCNへテロナノチューブの合成と構造解明

		     アーク放電　…電極：ホウ化物，ガス：窒素など
	合成法 {
		     レーザー蒸発…ターゲット：BN, ホウ化物など
				         キャリアガス：窒素，アルゴンなど
				↓
		ヘテロ系に特異なネットワークトポロジーの探索（図２）
		BやNの空間分布とその化学状態の分析を行う
	評価法：
	　高分解能電子顕微鏡法と電子エネルギー損失イメージングフィルター
		（これ以外に有効な手法なし，本研究遂行上必要不可欠）

図２　BNナノチューブ先端の透過電子顕微鏡像と構造モデル
平らな先端構造（上）および三角形の先端（下）を持つBNナノチューブ

3. ナノチューブの応用

		電界放出エミッタ  →  電子源，ディスプレイへの応用（図３）
	研究手法：
	　○ 電界放出顕微鏡法…電子源基礎特性の評価（図４）
	　○ 電界イオン顕微鏡法…原子分解能での先端構造の観察
					↓
	電子放出特性，ナノチューブ先端構造の解明
	エミッタに適したナノチューブの探索と大量合成（1ｔ／年）

図３　カーボンナノチューブ冷陰極を用いた高電圧型蛍光表示管

先端の閉じた多層ナノチューブ 先端の破れた多層ナノチューブ 単層ナノチューブの束
スケールバーはスクリーン上で10mmを表わす（ティップ-スクリーン間距離＝60mm）

図４　電界放出パターン