科學研究 - 早稻田大學等成功造成14cm的全球最長奈米碳管束

本文根據早稻田大學科研成果發佈資料編譯而成

日本早稻田大學理工學術院綜合研究所的杉目恆志副研究員與日本靜岡大學工學部電子物質科學科的井上研究室共同開發出了奈米碳管（CNT）的新成長方法，併成功製成了長度達到以往（最長長度爲2cm）7倍的14cm長的奈米碳管束（CNT束）。

CNT作爲一種輕且堅固、同時還具備高導電性和導熱性的材料，有望應用於多種用途。如果能利用無需擔心資源枯竭的碳來實施高功能的材料和元器件，就有望開發出實施永續發展社會的技術。但CNT難以增加長度，終極因數之一是，隨着成長程序中觸媒的結構發生變化，很難同時兼顧較快的成長速度和較長的觸媒壽命。

此次研究的目標是，透過抑制觸媒在CNT束的成長程序中發生結構變化來成長比較長的CNT，爲此開發了新的成長方法。最終，透過向氣體中添加微量的鐵（Fe）和鋁（Al）原料，延遲了觸媒的結構變化時間，在26個小時内成功成長出了14cm的CNT束（圖1）。

圖1：（a）正在成長中的CNT，（b）成長32小時後的CNT束

新開發的方法

此次開發出了在室溫下向成長CNT的普通CVD法中添加極微量的有機金屬二茂鐵和異丙醇鋁，分別作爲鐵（Fe）和鋁（Al）的原料的新方法。將這種方法與近年來開發的添加釓（Gd）的觸媒（Fe/Gd/Al2Ox）相結合，同時實施了CNT束的高成長速度和長成長壽命。另外，此次採用研究團隊獨創的冷氣化學氣相沉積（CVD）法，而非以往常用的熱壁式裝置，把CNT上沉積物的雜質降到了最低，從而可以成長高純度的CNT。

研究團隊對成長條件進行詳細調查應答，鐵原料可以防止鐵觸媒向基底擴散並消失的現象，而鋁原料可以防止觸媒發生橫向結構變化。如果不添加這些原料，約1個小時左右就會停止成長，而添加這些材料後，成長持續了26個小時左右（圖2）。