Preparation and characterization of single-phase SiC nanotubes and C-SiC coaxial nanotubes

単相SiCナノチューブ及び同軸C-SiCナノチューブの合成とキャラクタリゼーション

田口 富嗣; 井川 直樹   ; 山本 博之; 社本 真一  ; 實川 資朗

Taguchi, Tomitsugu; Igawa, Naoki; Yamamoto, Hiroyuki; Shamoto, Shinichi; Jitsukawa, Shiro

カーボンナノチューブをテンプレート材料として、Si粉末とともに真空中で熱処理を行う簡便な方法により、単相SiCナノチューブ及び同軸C-SiCナノチューブを合成した。さらに、それらの透過型電子顕微鏡による微細構造観察及びキャラクタリゼーションを行った。その結果、1450Cにおける熱処理では、50-200nmの粒径を有するSiC粒が連なったナノワイヤーが合成された。1300Cにおける熱処理においては、同軸C-SiCナノチューブのみが合成された。1200C、100時間熱処理により、わずかではあるが、単相のSiCナノチューブの合成に成功した。単相SiCナノチューブの収率を増加させるため、1200C、100時間熱処理材を、さらに600C、1時間、大気中で熱処理を行った。この大気中熱処理により、同軸C-SiCナノチューブ内部のカーボン相が消失したため、半数以上のナノチューブが単相SiCナノチューブへと変換した。EDX測定結果から、単相SiCナノチューブのSiとCとの元素比は、ほぼ1であることがわかった。つまり単相SiCナノチューブは、化学量論比に近いSiC結晶粒から構成されていることが示された。

Preparation conditions of single-phase SiC nanotubes and C-SiC coaxial nanotubes were investigated. The characterization of single-phase SiC nanotubes and C-SiC coaxial nanotubes were carried out. The SiC nanowires, which were made of the catenated SiC grains of 50-200 nm in diameter, were obtained in carbon nanotubes reacted at 1450 C. The only C-SiC coaxial nanotubes were formed at 1300 C. A few single-phase SiC nantoubes were synthesized at 1200 C for 100 h. More than half number of nanotubes reacted at 1200 C for 100 h were altered to single-phase SiC nantoubes by heat treatment of 600 C for 1h in air since the remained carbon was removed. The energy dispersive X-ray spectroscopy analysis revealed that the atomic ratio of Si to C in single-phase SiC nanotubes was almost 1; these single-phase SiC nanotubes consisted of near-stoichiometric SiC grains.