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金田 美優*; 榎本 貴允*; 古林 宏之*; 深田 幸正; 狩野 旬*; 青柳 佑海人*; 藤井 達生*; 池田 直*
Japanese Journal of Applied Physics, 65(2), p.028001_1 - 028001_4, 2026/01
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Physics, Applied)反射率の低い材料は光学素子などにおいて重要な役割を果たす。この研究では、安価な原料と簡易的な合成装置を用いることで、極めて低い反射率を示すホウ素をドープしたカーボンナノウオールの合成に成功した。ナノ構造と表面状態の解析から、カーボンナノウオールにホウ素をドープすることで壁の密度が高くなり、グラファイト部分の割合が低くなることが分かった。我々はナノ構造に起因する迷光効果による光吸収の機構とキャリアドープの効果による電気伝導性の向上について議論する。ホウ素をドープしたカーボンナノウオールは極めて黒い材料への実装に有益である。
深田 幸正; 青柳 佑海人*; 横山 美沙紀*; 堀部 陽一*; 狩野 旬*; 金田 美優*; 藤井 達生*; 吉越 章隆; 小畠 雅明; 福田 竜生; et al.
Journal of Electronic Materials, 54, p.686 - 692, 2025/01
被引用回数：2 パーセンタイル：32.11(Engineering, Electrical & Electronic)カーボンナノウォール(CNW)は、基板に対して垂直に配向した高密度の多層グラフェンである。我々はメタンやエチレン等の炭化水素ガスを用いないCNWの簡易的な合成方法を開発した。この方法ではCNWの原料として固体炭素を用いる。アルゴンガスへのマイクロ波照射によって発生したアルゴンプラズマが固体炭素源に衝突すると炭素プラズマが生成する。この炭素プラズマが800から900
C程度の基板に数分間衝突し続けるとCNWが形成されることがわかった。CNWを構成する多層グラフェンの品質、サイズ、層間距離は、ラマン分光法、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡を用いて評価した。さらに、我々はCNWの構造に着目し吸着材としての応用可能性を調べた。CNWを陰極として用いることでCs水溶液中のCsの吸着を試みた。陰極として用いたCNWをX線光電子分光(XPS)で調べた結果、CsはCNWを構成するグラフェン層の間に吸着することがわかった。また、電着時間が長ければ長いほどグラフェン層間へのCsの吸着が増加することが分かった。この吸着効果は放射性同位元素である
Csを含む汚染水の浄化等の用途に有用であると考えられる。
金田 美優*; 森 みなみ*; 高橋 勝國*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 池田 直*; 狩野 旬*; 藤井 達生*
no journal, ,
カーボンナノチューブやカーボンナノウォール(CNW)等のカーボンナノ構造体が発見されて以降、それらの特徴を生かした応用が模索されている。CNWはグラフェンシートが重なり基板に対して垂直に成長した壁構造を形成している。特徴として、高い比表面積、良好な導電性、化学的安定性を有し、大容量電池や超高速半導体などへの応用が期待される。その一方でこれまでのCNWの合成には、炭素源としてCH
などの環境負荷の高いガスが必要であり、合成装置も高額であった。本講演は安価なCNWの合成方法の開発とCNWに異種元素をドープした研究について報告する。本研究では異種元素として窒素(ドナー)やボロン(アクセプタ)のドープを試みた。窒素ドープCNWはN
雰囲気中で活性炭とSi基板をプラズマ中に、ボロンドープCNWはBC粉末と活性炭の混合物とSi基板をプラズマ中に置くことで合成できる。これらのサンプルはXPS測定によりNやBをドープできていることを確認した。Si基板上のBドープCNWの電流電圧測定を行ったところ、順方向に0.2V程度の電圧降下が観測され半導体的な特性を確認した。
金田 美優*; 萱原 空輝*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 福田 竜生; 吉越 章隆; 小畠 雅明; 池田 直*; 狩野 旬*; 藤井 達生*
no journal, ,
カーボンナノチューブ(CNT)やグラフェン(GP)などの新しい炭素素材は、高い強度、電気伝導性、伝熱特性などに優れるので安価に製造する技術開発が行われている。我々はここまで、2.45GHzの電磁波を用いるプラズマ発生装置でカーボンナノウォール(CNW)を高速に形成する技術を発見・解明してきた。今回はCNWへのホウ素(B)ドープを試み、その特性評価について報告する。SPring-8、BL23SUでのXPS測定でCNWにBがドープされていることを確認した。この試料とBドープをしていない試料の抵抗値の温度依存性を測定した。アレニウス・プロットから、BドープによってCNWの活性化エネルギーが小さくなることが分かった。また、n-Si基板上のBドープCNWについて電流電圧測定を行った。n-Si基板とCNW上のITOを電極として測定を行ったところ、順方向に0.2V程度の電圧降下を確認した。この結果は、BはCNWの中でアクセプタの役割を持ち、キャリア濃度の上昇をもたらしたためと考えられる。
金田 美優*; 森 みなみ*; 高橋 勝國*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 福田 竜生; 吉越 章隆; 小畠 雅明; 池田 直*; 狩野 旬*; et al.
no journal, ,
カーボンナノチューブ(CNT)やグラフェン(GP)などの新しい炭素素材は、高強度、高電気伝導、高伝熱特性などの優れた性質を有しており、現在、産業応用のためにこれらを大量安価に製造する技術開発が盛んに行われている。特に、普遍的で安価な原料や低エネルギーコスト装置を用い、単位時間における生産量が高い技術の開発が必須となっている。申請者らの先行研究においては、電子レンジの2.4GHz電磁波を用いるプラズマ発生装置を開発した。この装置において、低圧Arガスプラズマにより固体炭素から炭素プラズマを誘起し、その再配列によってカーボンナノウォール(CNW)を高速に形成する技術を発見・解明してきた。CNWは、数層から数十層の多層グラフェンが基板に垂直に成長する2次元炭素材料であり、広い比表面積などの特徴を有する。本発表では、電磁波源を改良したロータリーキルン炉方式を用いた場合の、CNW合成における電場印加の効果および、CNWに異種元素をドープした研究について報告する。合成された試料に対して、電子顕微鏡や放射光高電子分光などによる分析を行った。詳細は当日報告する。
深田 幸正; 青柳 佑海人*; 横山 美沙紀*; 堀部 陽一*; 狩野 旬*; 金田 美優*; 藤井 達生*; 吉越 章隆; 小畠 雅明; 福田 竜生; et al.
no journal, ,
カーボンナノウォール(CNW)は層状グラフェンが基板に対して垂直に成長した物質である。特徴的な構造を持つCNWは様々な応用が検討されており、それらの一つに、電気化学的手法を用いた吸着材としての利用がある。我々はArプラズマ中に設置した活性炭から生成されるプラズマをシリコン基板に照射することでCNWの合成に成功した。合成したCNWの状態を調べるために走査型電子顕微鏡と透過型電子顕微鏡を用いた。これらの結果から、100
200nm程度のサイズを持つ数枚のグラフェンの積層構造がシリコン基板に対して垂直に形成されていることが分かった。これを負極として10mmol/Lの塩化セシウム水溶液に浸漬させ、4mAの電流を一定時間印加してCsイオンを吸着させたサンプルを得た。X線光電子分光の結果は電気化学的手法を用いることによってCsイオンがグラフェンの層間に取り込まれたことを示唆する。
金田 美優*; 森 みなみ*; 高橋 勝國*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 池田 直*; 狩野 旬*; 藤井 達生*
no journal, ,
カーボンナノウォール(CNW)は基板に対して垂直方向に成長したグラフェンから構成される。グラフェンが積層することで数ナノメートルの厚みをもつ壁状の構造となる。我々は2017年にマイクロ波と固体炭素源を用いた簡便なCNWの合成方法を報告した。本講演ではCNWに窒素またはボロンドープを行うために改良した合成方法を報告する。窒素ドープは窒素ガス雰囲気下で、ボロンドープは炭化ホウ素を原料として用いることで合成した。ドープされたCNWはシリコン基板上に合成された。窒素やボロンは炭素のCNWを構成する炭素と置換され、それぞれ電子のドナーやホールとして振舞うことが期待される。ドープされたCNWはキルン式のプラズマ炉においてシリコン基板上に合成された。プラズマを発生させるために2.4GHzのマイクロ波が使用された。500Wのマイクロ波照射時に白色発光が観測された。エックス線光電子分光(XPS)法を用いてCNWの構成成分を系統的に調べた。加えて、電流電圧特性において、ボロンドープCNWは0.2Vの順方向電圧が観測され、半導体特性を示すことが分かった。
金田 美優*; 萱原 空輝*; 池田 直*; 深田 幸正; 吉井 賢資; 狩野 旬*; 藤井 達生*
no journal, ,
Carbon nano-wall (CNW) consists of vertically oriented graphenes formed on the matrix surface. We previously found a simple and fast CNW growth process. The characteristics of this method is the use of carbon powder as a sputtering target material. We consider that the high density plasma of carbon generated in this method leads to the fast growth process. In this presentation, we report the progress of the microwave carbon plasma technique applied for doped CNW synthesis. A mixture of B
C powder and activated carbon was used for target materials. We show a comparison of conductivity for pure CNW and boron-doped CNW grown on a glass substrate. The activation energy determined by an Arrhenius relation for B-doped CNW is lower than that of CNW. This result suggests that the conductivity of CNW is improved by the B-doping. We will report further investigation through the scanning electron microscope, Raman scattering, and X-ray diffraction.
