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カーボンナノチューブ、太陽電池の製造に利用できるのは、いつ?

 注目の炭素の六員環ネットワークが円筒状に連続した構造をもつ、カーボンナノチューブ(CNT)。エレクトロニクスから、バイオテクノロジー、そして宇宙エレベーターのケーブルとして、大きな期待と関心を集めています。
 このほど、産業技術総合研究所がすべてがCNTからなる”微細なリレー構造”を大量に製造することに成功したことにより、エレクトロニクスの分野での実用化に一歩近づいた。接点距離1μmという小さなリレーが、まさにその構造を有していることにびっくりです。

プレスリリース / 産業技術総合研究所、2008年5月5日
自由自在に設計したカーボンナノチューブ3次元デバイスを実現
Fig10505sskcarbonnanotube
-----image(”図1:集積化された3次元カーボンナノチューブ・デバイス構造のレーザー顕微鏡画像及び電子顕微鏡画像(挿入図)”)も

" -カーボンナノチューブ・デバイスの実用化に大きく近づく-
ポイント
カーボンナノチューブ・ウエハーの開発により、初めて実現。
微細加工技術により任意の場所に任意の形状で作製することが可能。
集積された微小電気機械デバイスを実現。
概要

 独立行政法人 産業技術総合研究所【理事長 吉川 弘之】(以下「産総研」という)ナノチューブ応用研究センター【研究センター長 飯島 澄男】スーパーグロースCNTチーム 畠 賢治 研究チーム長、早水 裕平 産総研特別研究員らは、単層カーボンナノチューブ(CNT)を用いた集積3次元CNTデバイスの実現に成功した。

 今回、CNTの高密度配向集合体である“カーボンナノチューブ・ウエハー(CNTウエハー)”の開発により、設計したCNTデバイスを大量作製することに成功した。その実例として、位置・形状を自由自在に制御し、複雑な3次元形状を有するCNTデバイス構造を基板上に1000個以上も集積した(図1)。さらに、作製したCNTデバイス構造の電気駆動に成功し、CNTデバイスの実用化へ大きく近づいた。

 本研究成果は、2008年5月4日18時(英国時間)に、英国科学誌Nature Nanotechnologyのオンライン版に掲載される。

..........  CNTウエハーを用いた形状加工は、平面構造にとどまらない。シリコン基板上にあらかじめ用意したピラーや溝の上にビーム状やカンチレバー状のCNT構造体を作製することも可能である(図5上段)。さらに、CNTウエハー自体が3次元的に形状保持可能であり、それをもとに、集積されたCNTの3次元カンチレバーや3次元配線を作製した(図5下段)。 Fig60505sskcarbonnanotube -----image[pop up ; ”図6:カーボンナノチューブ・リレーの模式図(左上)、電気特性(左下)、電子顕微鏡写真(右上、右下)”] これらCNT構造体の導電性を利用して、電気駆動が可能である。CNT構造体の微小電気機械デバイス応用の一例として、すべての電極がCNTからなるCNTリレーを作製し駆動させた(図6)。ゲート電極に電圧を印加することによりCNTカンチレバーの機械的スイッチングに成功した(図6左下)。このとき、複数のCNTが高密度配向したCNTカンチレバーが、一体の弾性体となってたわみ、デバイスの機械要素として機能していることが、電子顕微鏡画像からも良くわかる(図6右下)。 .......... "

 さて、気になるのはもちろん、カーボンナノチューブの太陽電池の製造のことです。CNTウェハーの製造には成功しているわけですから、シリコン、化合物系などの太陽電池と同じp-n接合をもたせ光起電力効果をもつ構造が実現するべく世界中の研究者が開発にしのぎを削っているわけです。すでにCNTにおける光起電力を得る研究は、理論や開発が行われています。光起電力効果をもつ同軸ケーブル状の構造の開発も行われれいます。

光で電気を流すナノサイズ同軸ケーブルの開発に成功-----科学技術振興機構、平成18年12月15日
" JST(理事長 沖村憲樹)は、光で電気を発生するナノサイズの同軸ケーブル注1の開発に初めて成功しました。
.........
 今回、研究グループは、電子供与体からなる分子層を、電子受容体からなる分子層で包んだ中が空洞の同軸構造で、かつ広い接触面積をもつことを可能とした同軸ケーブルの開発に成功しました。この構造体は、電子を与える部分(ヘキサベンゾコロネン)と電子を受け取る部分(トリニトロフルオレノン)が連結した分子が、ある溶剤条件下で自然に積層する現象を利用することにより形成します。この現象を利用したことにより、電子供与体と電子受容体が混ざること無く、ナノ相分離構造とヘテロ接合構造を併せ持つ材料を作り出しました。この同軸ケーブルの外径は16ナノメートル、壁厚は3ナノメートル、長さは数ミクロンにもおよびます。さらに、同軸ナノケーブルに光をあてると10000倍にもおよぶ電流値の大きな変化の誘起が実証されました。このような大きな変化は、カーボンナノチューブをはじめとする他の炭素ナノ材料では実現できていません。本研究成果は、高効率な光-電気変換デバイスの開発に向けて重要な設計指針を与えるものであります。 "

 このように、エレクトロニクスから太陽電池、ケーブル、さらにはバイオテクノロジーの分野でさまざまな期待を集めるミクロな構造体であるカーボンナノチューブ。今回の産総研のリリースのような、ミクロな回路を製造できることにより、集積度をあげることができれば、回路と発電装置を連続的にもつ不思議な構造の実現も可能になるかもしれません。さらに、バイオテクノロジーの分野で開発されているナノマシーンなどを考えると、炭素は、問題となる二酸化炭素だけでなく、次代のキーワードとしてさらに強調される時代がきそうです。
 カーボンナノチューブ関連の技術を応用した太陽電池の製造がいつのことになるかは、わかりませんが、安全に安価に効率的に光を電気に変えるすぐれた技術として確立されることを希望します。(t_t)

関連
プレスリリース / 産業技術総合研究所、2008年2月26日
金属型と半導体型のカーボンナノチューブを高い回収率で分離

参考
カーボンナノチューブを操る-----北海道大学 創成科学共同研究機構

理論的なp-n接合に成功、SWNTsデバイスにブレークスルー-----ナノテク最新事情、2005年8月26日

ナノテクジャパン / サイト内検索 : カーボンナノチューブ

「プリンターで自作可能」ナノテク太陽電池-----WIRED VISION,2007年7月26日

光で電気流す極細チューブ 次世代太陽電池に応用か / クリッピング 東京新聞-----ソフトエネルギー、2006/12/18



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投稿: Walker | 2021/08/16 12:10

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