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ナノテクノロジーにおいて、カーボンナノバッドとは、カーボンナノチューブと球状フラーレン（どちらも炭素の同素体）を組み合わせた材料で、チューブに付着した「芽」を形成します。カーボンナノバッドは2006年に発見され、合成されました。[2]
この材料では、フラーレンが共有結合によって下にあるナノチューブの外側の壁に結合しています。その結果、ナノバッドはカーボンナノチューブとフラーレンの特性を示します。ナノバッドの機械的特性と電気伝導性はカーボンナノチューブのものと似ています。[3] [4] [5]
フィンランドの企業であるCanatu Oyは、ナノバッド、その合成プロセス、およびいくつかのアプリケーションに対する知的財産権を主張しています。[6]
プロパティ
カーボンナノバッド（CNB）は、1次元の電気伝導性、柔軟性、製造適応性など、カーボンナノチューブの特性とフラーレンの化学的特性の一部を備えています。これらの特性の例には、環化付加反応を行う能力があり、複雑な構造を持つ他の分子に付着できる化学結合を容易に形成できます。CNBは単層カーボンナノチューブ（SWCNT）よりもはるかに高い化学活性を持っています。[7]
電気的特性
CNB は、フラーレンやカーボンナノチューブ (CNT) とは異なる電子特性を持つことがわかっています。CNB は、SWCNT よりも低い電界閾値、高い電流密度、および電界放出を示します。ナノチューブの壁と表面のフラーレンとの間の化学結合により、表面間で電荷移動が起こります。CNB にフラーレンが存在すると、束の形成が小さくなり、化学反応性が高くなります。[8] CNB は、反応物に対する CNB 表面の可用性が高く、π 共役構造と過剰なピリミジン化エネルギーを持つ 5 原子環が存在するため、環化付加反応を起こし、複雑な構造の分子を結合する化学結合を形成できます。[ 9]形成エネルギーから、CNB の調製は吸熱的であることが示されており、これは、CNB を作製するのに好ましくないことを意味します。[10]
すべてのCNBは、単層CNTが金属ベースか半導体ベースかに関係なく、電気を伝導できます。カーボンナノバッドのバンドギャップは一定ではなく、フラーレン基のサイズによって変化します。[7] C 60をアームチェア配向のSWCNTに付加すると、バンドギャップが開きます。一方、半導体SWCNTに付加すると、バンドギャップに不純物状態が導入され、バンドギャップが減少する可能性があります。CNBのバンドギャップは、 SWCNTの側壁に付加されたC 60の炭素密度を変更することによっても変更できます。 [11]
磁気特性
CNBの2つの構造は基底状態で強磁性であり、2つは非磁性である。 [12] CNTの表面に付着したC 60分子はナノチューブ間のスペースを広げ、単層CNTS間の接着を弱めてCNTの密な束の形成を防ぐことができる。 [7]カーボンナノバッドは分子支持体として使用でき、マトリックスが複合材料に滑り込むのを防ぎ、機械的強度を高めることができる。[8]
構造特性
CNB の安定性は、環付加反応で解離する炭素結合の種類によって異なります。フラーレン C 60分子の近くにある SWCNT の炭素原子は、フラーレンとナノチューブ間の環付加反応による共有結合により、元の壁面から外側に引き出され、さらに、それらの結合は sp 2混成からsp 3 混成に変換されたことが示されています。[8]ラマン散乱 分光法を使用した分析では、CNB サンプルは CNT と比較して化学修飾が強くなっていることがわかりました。これは、CNB の化学付加生成後に炭素 sp 3混成が発生することを示しています。[7]
合成
単層カーボンナノチューブは、水蒸気または二酸化炭素の存在下でフラーレンと反応することができます。木の枝の芽に似た共有結合した物質を生成するため、「ナノバッド」という名前が付けられています。 [9]
ナノバッドは水蒸気濃度が45ppm以上の場合に大量に生成されます。しかし、365ppmを超えると、反応によってナノバッドの代わりに不活性触媒粒子が多く生成されます。[9]
参照
- ナノバッド
参考文献
ウィキメディア・コモンズには、カーボンナノバッドに関連するメディアがあります。
- ^ abc ゴラントラ、サンディープ;ベルナート、フェリックス。バクマティウク、アリシア。ディミトラコポウロウ、マリア。ロニー・シェーンフェルダー。シャッフェル、フランツィスカ。トーマス、ユルゲン。ジェミング、トーマス。ボロヴィアク・パレン、エバ。ワーナー、ジェイミー・H。ヤコブソン、ボリス I.エッケルト、ユルゲン。ベルント・ビューヒナー;ルンメリ、マーク H. (2010)。 「カーボンナノチューブにおけるフラーレンの融合と放出のその場観察」ナノスケール。2 (10): 2077 ～ 2079 年。Bibcode :2010Nanos...2.2077G。土井：10.1039/C0NR00426J。PMID 20714658。
- ^ ナシブリン、アルバート G.ピキツァ、ピーター V.江華。ブラウン、デイビッド P.クラシェニンニコフ、アルカディ V.。アニシモフ、アントン S.ケイポ、ポーラ。モイサラ、アンナ。ゴンザレス、デイビッド。リエンシュニッヒ、ギュンター。ハッサニエン、アブドゥ (2007 年 3 月)。 「斬新なハイブリッドカーボン素材」。自然のナノテクノロジー。2 (3):156-161。Bibcode :2007NatNa...2..156N。土井：10.1038/nnano.2007.37。ISSN 1748-3395。PMID 18654245。
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- ^ Nasibulin, Albert G.; et al. (2007). 「NanoBud形成の調査」(PDF) . Chemical Physics Letters . 446 (1–3): 109–114. Bibcode :2007CPL...446..109N. doi :10.1016/j.cplett.2007.08.050. 2011年7月20日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2009年8月31日閲覧。
- ^ Fürst, Joachim A.; et al. (2009). 「フラーレン官能基化カーボンナノチューブの電子輸送特性: Ab initio およびタイトバインディング計算」(PDF) . Physical Review B . 80 (3): 115117. Bibcode :2009PhRvB..80c5427F. doi :10.1103/PhysRevB.80.035427. S2CID 7334189.
- ^ 「欧州特許庁：CANATUを検索」 。 2010年6月3日閲覧。
- ^ abcd Albert G. Nasibulin Ilya V. Anoshkin、Prasantha R. Mudimela、Janne Raula、Vladimir Ermolov、Esko I. Kauppinen、「カーボン ナノバッドの選択的化学官能化」、カーボン50、no. 11 (2012)。
- ^ abc Ahangari, M. Ghorbanzadeh; Ganji, MD; Montazar, F. (2015). 「カーボンナノバッドの機械的および電子的特性: 第一原理研究」. Solid State Communications . 203 : 58–62. Bibcode :2015SSCom.203...58G. doi :10.1016/j.ssc.2014.11.019.
- ^ abc アニシモフ、アントン。「カーボンナノチューブとナノバッドのエアロゾル合成。」 (2010)。
- ^ Seif, A.; Zahedi, E.; Ahmadi, TS (2011). 「カーボンナノバッドのDft研究」.ヨーロッパ物理ジャーナルB. 82 ( 2): 147–52. Bibcode :2011EPJB...82..147S. doi :10.1140/epjb/e2011-20139-5. S2CID 121728071.
- ^ Xiaojun Wu および Xiao Cheng Zeng、「カーボンナノバッドの第一原理研究」、ACS Nano 2、第 7 号 (2008 年)
- ^ Min Wang および Chang Ming Li、「全炭素グラフェン-フラーレンナノバッドの磁気特性」、Physical Chemistry Chemical Physics 13、第 13 号 (2011 年)。