世界一長尺なカーボンナノチューブフォレストの成長に成功 ～14cmを実現する新規成長方法の開発～
▶高い数密度で成長可能なCNTフォレストの成長において、これまで2cm程度が最長であったが、今回新たな成長方法を開発することで14cmの成長を可能にした。
▶CNTを大量合成する新たな手法の開発や、新しい材料として長尺CNTを用いた応用技術の開発などが期待される。
静岡大学工学部電子物質科学科 井上翼教授/井上研究室は、早稲田大学理工学術院総合研究所の杉目 恒志次席研究員と共同で、カーボンナノチューブ (以下、CNT)（※１）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ました。CNTは軽量で強靭でありながら高い電気伝導性や熱伝導性を持つ素材として、様々な応用が期待されています。枯渇の心配がない炭素で高機能な素材やデバイスが実現できれば、持続可能な社会を実現する技術開発につながります。しかしCNTの長尺化は難しく、その理由の一つとして、成長中の触媒の構造変化によって、速い成長速度と長い触媒寿命の両立が困難であることが分かっていました。
本研究では、ガス中に鉄(Fe)とアルミニウム(Al)の原料を極微量に添加する成長方法を開発し、近年開発された触媒技術と組み合わせることで、早い成長速度と長い触媒寿命を両立させ、長尺成長を可能にする必要条件を明らかにしました。その結果、ガス中へのFe とAl 原料の添加が、CNT の成長中に起こる触媒の構造変化を抑える効果があることが確認されました。また、電気特性評価の結果、この長尺
CNT密度は銅の1/7 と軽量でありながら銅とほぼ同程度の大きな許容電流密度を有することがわかりました。今後、メカニズムなどを更に詳細に解明していくことで、より長尺CNTの成長を可能とする手法の開発につなげ実用化を目指します。
本研究成果は、『Carbon』に2020年10月24日にオンライン掲載されました。
【論文情報】
雑誌名:Carbon
DOI: https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066
論文名:Ultra-long carbon nanotube forest via in situ supplements of iron and aluminum vapor sources
掲載URL:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0008622320310368
