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IBS、半球状のナノ物質エンボシンググラフェンを製造

平面のグラフェンよりも高い化学的反応性を確認


大徳所在のIBS(基礎科学研究院、キム・ドゥチョル院長)は同研究院多次元炭素材料研究団のRodney S. Ruoff団長研究チームがふくらみが突出している半球状のグラフェンを製造して既存の平面のグラフェンよりも高い化学的反応性をもつことを実験的に確認したと5月10日に発表した。

またこのような「エンボシンググラフェン」内部の必要な部位だけ温度を高めて選択的な反応を誘導できることも確認した。ラマン分光法を利用した今回の研究は反応性が高く潜在的な活用価値が高いが製造の難しかったエンボシンググラフェンの物理的化学的物性を発現させる手がかりを提供するものとして期待される。

グラフェンの平面格子構造を変形すると炭素原子の反応性が変わり新たな物性が発現し得る。だがこの過程は主に複雑な工程をともないグラフェンが損傷される場合が多く関連研究が活発に行われていなかった。グラフェンの活用分野も主に六角形の格子構造そのままの平面グラフェンがもつ固有の性質を活用する分野に限られていた。

研究チームは黒鉛から取り出した高品質のグラフェンで研究に適した大きさと高さをもつエンボシンググラフェンを作ることに成功した。基板の上にグラフェンの薄膜をのせて加熱すると基板の表面に吸着されていた不純物の分子が気化し、グラフェン内に閉じ込められてふくらみのあるエンボシンググラフェンができる。

研究チームはまたラマン分光法を利用して平面のグラフェン格子に屈曲が生じると炭素原子間の距離が離れ張力が生じて炭素原子間の結合力が弱まり化学的反応性が高まることを確認した。さらにエンボシンググラフェンの局所部分を加熱してラマン分光法で測定した数値をもとに該当の位置の温度を計算値として算出した。これを利用してエンボシング重心点から端に熱が拡散する速度を測定してグラフェン固有の特性である高い熱伝導性を確認した。

研究チームはラマン分光法の単一波長レーザー照射がエンボシンググラフェンの温度を上昇させることに着眼してエンボシンググラフェンの温度を制御する方法をも発見した。エンボシンググラフェンの上にレーザーを照射すると入射光と反射光が重なり定常波が形成される。

特にエンボシンググラフェンの重心点に照射すると最大の定常波が形成され温度が最も高くなり、端にいくほど定常波の形成が難しくなり温度が下がる。レーザーの強さによって温度変化の幅が決定されることを実験的に明らかにした。レーザー照射の位置と光の強度によって温度を自由自在に制御できるようになった。

研究結果は『Physical Review Letters』に5月3日付で掲載された。





[2018-05-15]

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