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新ナノ構造体:カーボンナノウォールの量産成膜とデバイスへの応用

  • 未来社会創造機構

教授 堀 勝[ほり まさる]

http://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/horilab/

シーズの概要

【目的】
グラファイトシートを水平面に積層するのではなく、垂直方向に縦に並んだ構造は多くのニーズがあるにも拘わらず、形成が不可能であった。我々は、万里の長城のごとくグラファイトシートが縦に成長したカーボンナノウォールの創成に成功した。壁の高さ、厚さ、壁と壁とのスペースをナノメーターで制御できるのは、世界で唯一の技術であり、世界的に注目を集め、様々な応用の研究開発が進んでいる。本ナノウォールの物性、機能の解明とデバイス化、大面積低コスト成膜技術の開発とその量産装置の開発を目的にしている。

【概要】
1.カーボンナノウォールの特性を最大限に活用した新しいデバイスの形成(フィールドエミッションディスプレイ、光源、半導体電子デバイス、センサーデバイス、燃料電池用触媒電極担体、バイオセンサ、細胞培養プレートなど)
2.カーボンナノウォールをA4サイズ以上の大面積に低コストで形成する量産型成膜装置
3.超臨界流体プロセスなどを駆使したカーボンナノウオールと触媒微粒子の複合材料の合成技術
4.カーボンナノウォールの優れた電子物性、機械特性、化学特性などを利用した種々の応用分野の開拓とそのための装置の試作

この研究の新規性・独創性

カーボンナノウォールの構造とその物性は、他のカーボンナノ構造体であるカーボンナノチューブなどを大幅に凌駕する多くの利点を有している。このようなカーボンナノウォールの構造や形態をナノメータオーダーで形成できる独創的技術を有している。広い分野におけるカーボンナノウォールの応用とそのための装置を開発することにより、次世代のナノ産業を担う新材料としての大きな期待を工業的に実現することが可能になる。新規性と独自性に富んだ技術である。

産学連携を目指した応用研究

【地域経済への波及効果】
カーボンナノウォールの形態やその物性は、本地域の主産業である電子機械部品、バイオ材料、燃料電池などエネルギーデバイス、電子デバイスなどに適している。本産業を支える新材料として地域の多くの産業に利用できるため、その波及効果は極めて大きい。

【実用化への見通し】
ナノウォールの構造や形態を制御して作製できる先端プラズマCVD技術と準量産型装置はすでに完成している。また、白金ナノ微粒子を高密度担持したカーボンナノウオールが、燃料電池触媒電極として極めて高い耐久性を有することを見いだしている。さらに、細胞培養プレートとしても、高い有用性を確認している。企業のニーズに合わせてウォールの物性や形態の最適化を行い、量産装置の開発ができるレベルにある。積極的な企業ニーズとのマッチングの機会があれば、種々の応用に対して実用化や製品化が可能である。

キーワード

カーボンナノウォール、プラズマ、CVD

主な特許

  • 特許第4762945号「カーボンナノウォール構造体」, 平松 美根男, 堀 勝

主な論文

  • "Carbon Nanowalls -Synthesis and Emerging Applications-", M. Hiramatsu, M. Hori, Springer Wien New York, (2010).
  • "Fabrication of Vertically Aligned Carbon Nanowalls Using Capacitively Coupled Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition Assisted by Hydrogen Radical Injection", M. Hiramatsu, K. Shiji, H. Amano, M. Hori, Appl. Phys. Lett., Vol. 84, pp. 4708-4710 (2004).
  • "Monolithic self-sustaining nanographene sheet grown using plasma-enhanced chemical vapor deposition", W. Takeuchi, K. Takeda, M. Hiramatsu, Y. Tokuda, H. Kano, S. Kimura, O. Sakata, H. Tajiri, and M. Hori, Phys. Status Solidi A, Vol. 207, pp. 139-143 (2010).