| 第1講 カーボンナノチューブの構造と物性 田中一義 京都大学大学院工学研究科分子工学専攻教授 |
| 1. CNTの構造と作製法 3 |
| 1.1 炭素の同素体 3 |
| 1.2 CNTの特徴と種類 4 |
| 2. CNTの作製法 6 |
| 2.1 アーク放電法 7 |
| 2.2 触媒気相成長法 10 |
| 2.3 SWCNTの作製法 15 |
| 2.4 レーザーアブレーション法 18 |
| 2.5 MWCNTとSWCNTの比較 18 |
| 3. CNTの構造表示 19 |
| 3.1 グラフェンシートの利用 19 |
| 4. 理論的解析に基づく電気・電子物性 23 |
| 4.1 ヒュッケル法によるCNTの電子物性予測 25 |
| 4.2 金属一絶縁体転移の考慮 25 |
| 4.3 Hartree-Fock法によるδ電子含めたCNTの電子物性予測 26 |
| 4.4 CNTの電気伝導度測定 28 |
| 5. 電子材料としてのCNTの利用可能性 29 |
| 5.1 CNTと半導体との結線の試み 30 |
| 5.2 電界放射(フィールドエミッション)素子 32 |
| 5.3 金属的状態と量子効果 34 |
| 6. 今後のCCRT開発(大局的) 35 |
| 第2講 走査型プローブ顕微鏡探針の開発 中山喜萬 大阪府立大学大学院工学研究科電子物理工学分野教授 |
| 1. はじめに 41 |
| 1.1 CNTの特徴 41 |
| 1.2 研究の展開 42 |
| 2. CNTの合成 43 |
| 2.1 冷却効果 43 |
| 2.2 高温効果 44 |
| 2.3 生成されたCNT 44 |
| 3. CNTのハンドリング 45 |
| 3.1 高周波における純化と配向 46 |
| 3.2 カートリッジ作成 46 |
| 3.3 電子顕微鏡マニピュレータの開発 47 |
| 4. CNT探針 48 |
| 4.1 探針の長短 48 |
| 4.2 機械的特性 49 |
| 5. CNTの機械的特性の直接計測 50 |
| 5.1 曲げの実験 50 |
| 5.2 挫屈法による実験 51 |
| 5.3 バックリング・フォースによる解析 52 |
| 6. CNT探針の適用 53 |
| 6.1 CNT探針の特徴 53 |
| 6.2 DNA螺旋の観察 54 |
| 6.3 非接触原子間力顕微鏡 55 |
| 6.4 タンパク質PCNAの観察 55 |
| 6.5 タンパク質RFCの観察 56 |
| 6.6 シリコン探針との比較 57 |
| 6.7 調整方法 58 |
| 6.8 CNTの表面電位の計測 59 |
| 6.9 凹凸像 60 |
| 6.10 電位像 61 |
| 6.11 リソグラフィ 63 |
| 6.12 ナノインデンテーション 65 |
| 6.13 磁気力顕微鏡 66 |
| 7. CNTナノピンセット 69 |
| 7.1 デモンストレーション1-ナノファクトリー上のナノチューブ操作 71 |
| 7.2 デモンストレーション2-ピンセット操作 71 |
| 8. おわりに 72 |
| 第3講 リチウム電池・キャパシタへの応用 矢田静邦 (株)関西新技術研究所理事・エネルギー変換研究部長 |
| 1. はじめに 77 |
| 2. 炭素材料の構造 78 |
| 2.1 黒鉛 80 |
| 2.2 ハードカーボン 81 |
| 2.3 ポリアセン系物質 81 |
| 2.4 まとめ 84 |
| 3. 技術的特徴の潜在マーケット 85 |
| 4. MWCNTへのリチウムドーピング 86 |
| 5. SWCNTへのリチウムドーピング 91 |
| 6. MWCNTとグラファイト 93 |
| 7. 球形と円筒形の最密充填 94 |
| 8. MWCNTのリチウム電池用負極の応用 95 |
| 9. 高出力型電池の比較 96 |
| 9.1 リチウムイオン電池の広がる用途 96 |
| 9.2 キャパシタ 97 |
| 9.3 MWCNTキャパシタ 99 |
| 第4講 FEDの開発とCVD合成技術 村上裕彦 (株)アルバック筑波超材料研究所ナノスケール材料研究部部長 |
| 1. はじめに 105 |
| 2. FEDとCNT-CVDの合成技術 105 |
| 2.1 CNTの特性 105 |
| 2.2 FEDの特性 107 |
| 2.3 マイクロ波プラズマCVD法 111 |
| 2.4 電子放出特性 115 |
| 2.5 CNTの特性 117 |
| 2.6 マイクロ波プラズマCVDの問題点 122 |
| 3. FEDとGNF-CVD合成技術 123 |
| 3.1 GNF合成技術 123 |
| 3.2 電界電子放出特性 125 |
| 3.3 GNFの選択成長 126 |
| 3.4 ディスプレイの応用例 127 |
| 4. FEDとカーボンナノ材料の今後 132 |
| 4.1 FEDとCVD合成技術 132 |
| 4.2 ディスプレイの消費電力 136 |
| 4.3 おわりに 138 |
| 第5講 カーボンナノチューブの分子素子への応用 谷垣勝己 大阪市立大学大学院理学研究科物質科学科教授 |
| 1. はじめに 143 |
| 2. ナノテクノロジー・材料分野の最近の動向 143 |
| 3. 研究の初期と現状 146 |
| 4. CNTの機能 148 |
| 4.1 CNTの物性 148 |
| 4.2 チューブ構造による電子物性 151 |
| 4.3 一次元性 152 |
| 4.4 ラマン計測 153 |
| 5. 分子素子、ナノデバイスから何が引き出せるか 154 |
| 5.1 材料の特徴 154 |
| 5.2 弾性散乱と非弾性散乱 155 |
| 5.3 バリスチック領域 156 |
| 6. 微細加工 157 |
| 6.1 微細加工のプロセス 157 |
| 6.2 ナノクラスパターン形成装置 161 |
| 6.3 人工原子 161 |
| 6.4 MBE 164 |
| 6.5 LB膜作成装置 166 |
| 7. CNT 169 |
| 8. クーロンブロッケイド 175 |
| 9. おわりに 182 |
| 第6講 カーボンナノストラクチャーによる水素貯蔵 曽根田靖 独立行政法人産業技術総合研究所エネルギー利用研究部門エネルギー貯蔵材料研究グループ主任研究員 |
| 1. 水素利用技術と水素吸蔵材料 189 |
| 1.1 水素エネルギーの総合的利用 189 |
| 1.2 水素貯蔵技術 190 |
| 1.3 水素吸蔵合金と炭素材料 191 |
| 2. カーボンナノストラクチャーの構造と分類 192 |
| 3. CNTによる水素吸蔵 194 |
| 3.1 SWCNTによる最初の水素吸蔵報告例 194 |
| 3.2 低温での水素吸着(高純度SWCNTでの追試) 197 |
| 3.3 室温での水素吸着 198 |
| 3.4 SWCNTの超音波処理による水素吸蔵量増大 198 |
| 3.5 電気化学反応による水素吸蔵 201 |
| 3.6 SWCNTについてのまとめ 202 |
| 3.7 MWCNTによる水素吸蔵報告例 203 |
| 4. グラファイトナノファイバーによる水素吸蔵 207 |
| 5. その他の炭素材料による水素吸蔵 213 |
| 5.1 黒鉛層間化合物 213 |
| 5.2 黒鉛の粉砕に伴う水素固定 217 |
| 5.3 SWCNTなどでの水素吸蔵シミュレーション 217 |
| 6. おわりに 220 |
| 第7講 気相熱分解法によるカーボンナノチューブ、ナノファイバーの生成機構と超高性能複合材料の開発 遠藤守信 信州大学工学部電気電子工学科教授 |
| 1. はじめに 225 |
| 2. 熱分解法によるカーボンナノファイバーとナノチューブの生成 227 |
| 3. 高結晶性ナノファイバーと低結晶性ナノファイバーの比較 228 |
| 4. 産業応用 233 |
| 4.1 CFRPの電気伝導性 233 |
| 4.2 リチウム電池電極の添加剤 234 |
| 第8講 水熱条件下における各種ナノカーボンの生成 吉村昌弘 東京工業大学応用セラミックス研究所・教授/構造デザイン研究センター長 |
| 1. 要旨 241 |
| 2. はじめに 241 |
| 3. 実験 242 |
| 4. 結果 243 |
| 4.1 カーボンナノパイプ 243 |
| 4.2 多層ナノチューブ(MWCNT) 246 |
| 4.3 竹状カーボンフィラメント 247 |
| 4.4 カーボンセル 247 |
| 4.5 その他の構造をもつカーボン 248 |
| 5. 考察 250 |
| 6. 結論 251 |
| 7. 謝辞 252 |
| 第9講 大量合成を目指したアーク放電法 滝川浩史 豊橋技術科学大学電気・電子工学系助教授 |
| 1. はじめに 257 |
| 2. 従来法のまとめ 257 |
| 2.1 従来の合成法 257 |
| 2.2 従来の低圧アーク放電法(陽極蒸発法) 258 |
| 2.3 低圧アーク装置の具体例 259 |
| 2.4 低圧アーク法の問題点 260 |
| 3. アーク放電法 261 |
| 3.1 高圧・低圧アーク放電現象と真空陰極アーク放電現象 261 |
| 3.2 アーク放電法におけるキーワード 263 |
| 3.3 ヘテロ電極低圧アーク実験 263 |
| 3.4 黒鉛陰極真空アーク実験 265 |
| 3.5 真空アーク法の可能性 266 |
| 4. 触媒の影響 268 |
| 4.1 触媒ヘテロ電極低圧アーク 268 |
| 4.2 低圧アーク、真空アークのまとめ 269 |
| 5. 大気中トーチアーク法 270 |
| 5.1 MWCNT合成装置の概要 270 |
| 5.2 直流、交流放電 271 |
| 5.3 黒鉛内の金属の役割 274 |
| 5.4 SWCNT、CNHの合成 275 |
| 5.5 トーチアーク法のまとめ 276 |
| 6. おわりに 277 |
| 第10講 単層力カーボンナノチューブとナノホーンの生成機構と生成法 湯田坂雅子 科学技術振興事業団国際共同研究事業ナノチューブ状物質プロジェクト研究員 |
| 1. SWCNTとは 283 |
| 2. SWCNTの大量生成 284 |
| 3. SWCNTの生成機構 286 |
| 4. SWCNTについて 289 |
| 第11講 炭化水素熱分解法によるMWCNTの大量合成 大嶋哲 独立行政法人産業技術総合研究所新炭素系材料開発センター一次元ナノ構造主任研究員 |
| 1. 産業技術総合研究所におけるCNT研究の経緯 295 |
| 1.1 CNTの発見 295 |
| 1.2 アーク法から炭化水素熱分解法へ 295 |
| 1.3 アーク法の開発経緯 295 |
| 1.4 黒鉛アーク放電法 297 |
| 1.5 回転陰極CNT製造装置 298 |
| 1.6 実験条件と目的生成物 301 |
| 1.7 分離操作方法 303 |
| 2. アーク法から炭化水素熱分解法へ 305 |
| 2.1 CNTを用いた電子源の実用化 305 |
| 2.2 化学法 306 |
| 2.3 原料供給系改良後 308 |
| 3. 炭化水素分解法による大量合成 308 |
| 3.1 装置と合成例 308 |
| 3.2 大きさの制御とガスの影響 309 |
| 4. 逆ミセル法による触媒の調製 313 |
| 4.1 コバルトナノ粒子の合成法 313 |
| 5. 基礎研究の大型装置への適用 315 |
| 6. まとめ 316 |
| 第12講 フラーレン・ナノチューブの商業化展望 片桐進 フラーレンインターナショナルコーポレーションCEO＆PRESIDENT |
| 1. はじめに 321 |
| 2. ビジネスアライアンス 321 |
| 3. 製造技術 322 |
| 4. 注目される用途 322 |
| 5. おわりに 322 |
| 第1講 カーボンナノチューブの構造と物性 田中一義 京都大学大学院工学研究科分子工学専攻教授 |
| 1. CNTの構造と作製法 3 |
| 1.1 炭素の同素体 3 |
| 1.2 CNTの特徴と種類 4 |
| 2. CNTの作製法 6 |
| 2.1 アーク放電法 7 |
