細いCNT同士を融合、直径2倍のCNTに変換：後処理による物性変換も可能に

京都大学と産業技術総合研究所、物質・材料研究機構の研究グループは、細いカーボンナノチューブ（CNT）同士を融合し、直径が2倍となるCNTに効率よく変換できる方法を開発した。太いCNTの構造制御や後処理による物性変換が可能となる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

カイラル角が30度かそれに近いCNTのみが効率よく融合

　京都大学と産業技術総合研究所、物質・材料研究機構の研究グループは2025年2月、細いカーボンナノチューブ（CNT）同士を融合し、直径が2倍となるCNTに効率よく変換できる方法を開発したと発表した。太いCNTの構造制御や後処理による物性変換が可能となる。

　CNTは炭素の円筒状ナノ材料で、未来の機能材料として注目されている。その物性は、円筒の直径や炭素の並び方に強く依存するという。このため、特定構造を実現するための合成方法や分離方法が提案されている。ただこれまでの方法は、直径が1nm程度のCNTに限定されており、1.3nmを超えるような太いCNTでは合成や分離を行うのが難しかったという。

カーボンナノ分子の融合を示す模式図［クリックで拡大］ 出所：京都大学他

　研究グループは今回、事前に構造分離を行い構造が整ったCNT集積体を、5×10^-4Pa程度の減圧下において900〜1000℃で熱処理した。こうした極めてシンプルな方法で、細いCNT同士を効率よく融合させ、直径が2倍となるCNTに変換できることを実証した。

　また、10Pa程度の微量酸素下では酸素が触媒として機能することから、融合に必要な温度は600℃まで下げられることが分かった。しかも、得られたCNTは前駆体の細いCNTのカイラル角を保持したまま、直径が2倍になったことを確認した。ナノチューブの融合反応がナノチューブ膜全体で効率的に起こっていることも分かった。

CNTの実験結果［クリックで拡大］ 出所：京都大学他

　さらに、融合によって合成された多くのナノチューブにおいて、「励起子共鳴ピーク」を初めて観測した。これは特定構造のCNTとして固有の電子構造と光学特性があることを明確に示すものだという。

　実験において注目すべき点として挙げたのは、カイラル角が30度の「アームチェア型」と、30度に近い「近アームチェア型」のCNTのみが効率よく融合したことだ。一方でカイラル角が小さいCNTの融合はほとんど見られなかったという。

融合効率のカイラル角依存性［クリックで拡大］ 出所：京都大学他

　今回の研究成果は、京都大学エネルギー理工学研究所の宮内雄平教授や産業技術総合研究所ナノ材料研究部門の田中丈士研究グループ長、物質・材料研究機構マテリアル基盤研究センターの野原幸治主幹研究員らによるものである。