大気圧非平衡プラズマのミクロ構造を利用した垂直配向単層カーボンナノチューブの合成
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概要
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Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) is recognized as one of the viable fabrication techniques of carbon nanotubes. The outstanding advantage of PECVD is that free-standing, vertically-aligned carbon nanotubes (VA-CNTs) are synthesized due to the electric field normal to the substrate. This feature draws intense attention for the fabrication of nanoelectronic devices such as high-resolution scanning nanoprobes, interconnects, and field emission devices. However, carbon nanotubes synthesized in PECVD are overwhelmingly carbon nanofibers (CNFs) or multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) with measurable structural defects. Tremendous interest in the preparation and characterization of vertically-aligned single-walled carbon nanotubes (VA-SWNTs) and related applications had not been realized in the scope of PECVD until recently. Here we present a fabrication technique of high-purity vertically-aligned single-walled carbon nanotubes using atmospheric pressure plasma enhanced chemical vapor deposition. By now, we have developed the atmospheric pressure radio-frequency discharge (APRFD) for this purpose. Although densely mono-dispersed Fe-Co catalysts of a few nanometers is primarily responsible for VA-SWNT growth, carbon precipitation was virtually absent in the thermal CVD regime at 700°C. On the other hand, high-yield VA-SWNTs were grown at 4 μm min-1 by applying the atmospheric pressure radio-frequency discharge. The results proved that cathodic ion sheath adjacent to the substrates, where a large potential drop exists, also plays an essential role for the controlled growth of SWNTs, while ion damage to the VA-SWNTs is inherently avoided due to high collision frequency among molecules in atmospheric pressure. In this paper, operation regime of APRFD and tentative reaction mechanisms for VA-SWNT growth are discussed along with optical imaging of near substrate region of APRFD.
- 社団法人 日本伝熱学会の論文
- 2007-01-01
著者
-
岡崎 健
東京工業大学大学院理工学研究科機械制御システム専攻
-
野崎 智洋
東京工業大学大学院理工学研究科
-
野崎 智洋
東京工業大学
-
大西 空摩
東京工業大学大学院理工学研究科
-
HEBERLEIN Joachim
The University of Minnesota, Dept. of Mechanical Engineering
-
KORTSHAGEN Uwe
The University of Minnesota, Dept. of Mechanical Engineering
-
岡崎 健
東京工業大学理工学研究科機械制御システム専攻
-
岡崎 健
東京工大
-
岡崎 健
東京工業大学
-
Kortshagen Uwe
The University Of Minnesota Dept. Of Mechanical Engineering
-
Heberlein Joachim
The University Of Minnesota Dept. Of Mechanical Engineering
-
HEBERLEIN Joachim
東京工業大学 大学院理工学研究科
-
KORTSHAGEN Uwe
東京工業大学 大学院理工学研究科
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