Name: 磁気強化アークプラズマにおける単層カーボンナノチューブとグラフェンの同時合成 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-02-02T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 48 s
Description: 学ぶ 単層カーボンナノチューブとグラフェンの同時合成法。非一様磁場を用いたアーク放電プラズマプロセスで、数値シミュレーションに基づき電極配置を最適化し、高純度カーボンナノ構造体を効率的に製造する手法です。

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この作品は、プラズマ理工学におけるNSF / DOEパートナーシップ（NSFグラント号CBET - 0853777およびDOEグラント番号DE - SC0001169）、STTRフェーズIプロジェクト（NSF STTR PHASE I No.1010133）によってサポートされていました。著者らは、アークの実験をサポートするための核融合エネルギー科学のオフィスによってサポートされているPPPLオフサイトの研究プログラムに感謝します。

1。アノードの準備<ol><li>触媒粉末として4.2:1のモルラジオによると規模ニッケル粉末（99.8％、300メッシュ）とイットリウム粉末（99.9％、40メッシュ）。 </li><li>非常によく黒鉛粉末と触媒粉末（99.9995パーセント、200メッシュ）を混ぜる。しっかりと中空のグラファイト棒（5mmの外径は、2.5内径と75mmの長さ）に混合した粉体を埋める。ニッケル：：アノードロッドのYは94.8:4.2:1場合、SWCNT 9合成する最適な比率であるCの合計モルラジオを確認してください。 </li><li>陰極棒（純粋なグラファイト、13mmの直径）と円筒形のチャンバー内部の詰め物を陽極ロッド（ステンレス製、152 mm径と254 mmの長さ）をインストールします。約3 mmにカソードとアノードとの間のギャップ距離を調整します。 </li></ol> 2。基板のセットアップ<ol><li>電極間軸から約25 mmの距離でチャンバー内の直方体の永久磁石（25ミリメートル× 25ミリメートル× 100 mm）を置きます。使用される超高温度アルニコ磁石実験で650グラムの重量は持っています。電極間ギャップは、永久磁石の底部からH約= 75ミリメートル（ 図1a）の距離に配置された構成を使用してください。 </li><li> 25ミリメートル× 100mmの長方形の形状として0.3mm厚のモリブデンシート（99.95％）カット。 50パーセント超音波処理の振幅、150ワットの出力電力と40 kHzの周波数で30分間アセトンおよびエタノールで超音波dismembratorによる表面汚染を削除します。 </li><li>永久磁石の片側を接続するモリブデンシートをインストールし、電極に向かってこちら側に回します。 </li><li>ガウスメーターにより、電極間ギャップに磁界を測定します。電極間の平均磁界は約0.06 Tの維持</li></ol> 3。アークプラズマの着火<ol><li>圧力未満10 -1 Torrの真空としてヘリウム（99.995パーセント）でそれを埋め〜500 Torrに円筒状のチャンバーをポンプダウン。 </li><li> DC weldiにアーク電極を接続するngの電源と約75 Aの電流をアークに電源を設定する</li><li>アーク電流、アーク電圧とポスト実験解析のためのチャンバ圧力のリアルタイム値を記録します。 </li><li>同時に二つのデジタルカメラで右と正面ビューポートからアークのビデオを始める。弧の1秒は起動後にスナップショットは、 図1bに示すように、（右ビューポートから）と図1d（フロントビューポートから）されています。 </li><li> 15秒間のアークを実行します。少なくとも20分間自然対流によってチャンバを冷やす。 </li></ol> 4。合成後の解析と特性評価<ol><li>アークプラズマジェットが指示されたモリブデンシートの表面から沈着のフレークをティアオフするピンセットを使用してください。別のサンプルは、カソードの黒襟から収集されます。 SEMの下に堆積フレーク（30 KVの加速電圧が使われていた）の両側の形態を観察。 </li><li>のための試料調製に関しては TEM分析、サンプルの薄膜は、50％振幅の超音波処理と超音波dismembratorを使用して60分間超音波処理した後、メタノール分散SWCNTソリューションの懸濁液をキャストしドロップすることによって得られた。メタノール溶液の揮発後に100 KVの電圧でJEOL TEM下で薄膜の形態を観察。試料中の目的の位置については、電子線回折パターンはTEMに関連付けられている50cmのCCDカメラの長さを得ることができます。 </li><li>ラマン分光法は、ホログラフィック光学系、0.5 mの分光器とCCD検出器冷却液体窒素で、200 mWのLexel 3000 Arイオンレーザー（波長可変シングルライン出力）に基づいて、顕微ラマンシステム上で実行され、波長に対応する514 nmの2.33 eVのエネルギー。ラマン測定は、100 cm -1【〜3100 cm -1の範囲をカバーし、グラフェンフレークの表面に実施した。 </li></ol> 5。代表的な結果"チャンバーの右側と正面ビューポートから同時に得られる&gt;ビデオスナップショットを図1bに示されて、時間D = 75 mmである。これらの画像は、軸対称アーク柱と比較して、外部磁界の存在下でアークプラズマ柱の重要な摂動を示しています磁気フィールド10のない場合に観察された。 図2aおよび2bは 、それぞれ、磁場のない陰極の襟にとTEMの下でB = 0.06テスラの磁場で収集したSWCNTや触媒粒子の典型的な形態が表示されます。それは、磁場を持つSWCNTは2〜20 nmのため、個々のSWCNTの間にファンデルワールス相互作用の範囲の直径を持つバンドルに密であることがわかる。比較では、磁場のないSWCNTはバンドルの直径が大きいとラマンスペクトルの解析と一致している大規模な個々の直径を、持っている。また、磁場CA図2a及び2bに示すように、より高い純度を持つSWCNT内のn個の結果。 磁場の中で最も興味深い影響がグラフェン薄片が同じプロセスでモリブデンシートに近い堆積フレークの表面から得られることである。 図2Cおよび2Dは ​​グラフェンフレークのSEMおよびTEM像を示すだけでなく、いくつかの、場所で採取したサンプルから得られた層のグラフェンは、アークプラズマジェットに相当する。 図2dの挿入図は、グラフェンに関連付けられた電子回折パターンを示しています 。電子線回折の六角形のドットパターンは規則正しい結晶構造の証拠を提示。 ラマンスペクトルは、グラフェンのフレークとSWCNTの特性評価のための強力なツールです。グラフェンで観測された典型的なピークは514 nmの励起波長を使用して、〜1600 cm -1にすると-1をそれぞれ〜2700センチメートルでGと2Dのピークです。 Gピークは、すべてのsp2炭素材料で観察することができる面内振動に起因しています。 2Dピークは、四次のフォノンの運動量の交換二重共鳴過程に起因するDピークの二階ですが、さらに非乱れた系で見られている。それは、グラフェンの特性評価において重要な役割を果たしている。私（2D）/ I（G）強度がこういった可能性グラフェン層の厚さを推定すること、それに続く層の追加により、約4単層グラフェンと減少するためである。11 図3は、私の値（2D）ことを示しています/ I（G）は、数層グラフェンの証拠とすることができる、1付近です。 120およびラマンスペクトルに-1 350センチメートルの間にラジアルブリージングモード（RBM）は半径方向のC原子のコヒーレント振動の周波数を通じて、ナノチューブの直径を識別するために使用することができます。周波数とSWCNTの直径の間に実験的な関係は、ωRBMです= A / D T + B、パラメータOバンドル内に形成された典型的なSWCNTのためのそれぞれf Aおよび234と10cm -1に等しいB、、。 図3から、なしと磁場によるSWCNTのRBM周波数は1.52と1.14 nmの平均個々のSWCNTの直径に相当する163.8と215.2センチメートル-1、それぞれです。 <img alt="図1。" src="/files/ftp_upload/3455/3455fig1.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図1。"> 図1。FEMM 4.2ソフトウェアでシミュレート磁場の分布（）、右のビューポート（B）、電極間ギャップが配置されている場合のギャップの電極の位置と方向磁界の模式図から、アークプラズマジェットの写真永久磁石の底部（c）は上記の約75mm、およびアークプラズマの写真正面ビューポート（D）からジェット。 <img alt="図2。" src="/files/ftp_upload/3455/3455fig2.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図2。"> 図2のような合成の代表的なTEM像磁場なしのSWCNTバンドル（）と磁場（B）、磁場（C）、および磁場を持つグラフェンのTEM像と合成されたグラフェン薄片の代表的なSEM像とSWCNTバンドル。挿入図は、グラフェンの結晶構造を示す、選択した領域の電子回折パターンです。 <img alt="図3。" src="/files/ftp_upload/3455/3455fig3.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図3。"> 図3。100〜3100センチメートル-1の範囲の磁場で試料のラマンスペクトル。挿入図：RBM周波数の周りの磁場のない試料のラマンスペクトル。 <img alt="図4。" src="/files/ftp_upload/3455/3455fig4.jpg" data-altupdatedat="1788238805000" data-alt="図4。"> 図4電極の左側と右側に示すように、炭素とニッケルの密度は、同じ地域で共存している60 Aの注の弧のための炭素とニッケルのナノ構造の成長領域と数密度。

<ol><li>Dai, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+transport+properties+and+field+effect+transistors+of+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano%22%5BJournal%5D)">Electrical transport properties and field effect transistors of carbon nanotubes.</a> Nano. 1, 1-13 (2006).</li>
<li>Lai, K. W. C., Xi, N., Fung, C. K. M., Chen, H. Z., Tarn, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+the+band+gap+of+carbon+nanotube+for+infrared+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Engineering the band gap of carbon nanotube for infrared sensors.</a> Applied Physics Letters. 95, 221107-221107 (2009).</li>
<li>Gabor, N. M., Zhong, Z. H., Bosnick, K., Park, J., McEuen, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extremely+Efficient+Multiple+Electron-Hole+Pair+Generation+in+Carbon+Nanotube+Photodiodes%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Extremely Efficient Multiple Electron-Hole Pair Generation in Carbon Nanotube Photodiodes.</a> Science. 325, 1367-1371 (2009).</li>
<li>Liu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+storage+in+single-walled+carbon+nanotubes+at+room+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Hydrogen storage in single-walled carbon nanotubes at room temperature.</a> Science. 286, 1127-1129 (1999).</li>
<li>Keidar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic-field-enhanced+synthesis+of+single-wall+carbon+nanotubes+in+arc+discharge%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">Magnetic-field-enhanced synthesis of single-wall carbon nanotubes in arc discharge.</a> Journal of Applied Physics. 103, 094318-094318 (2008).</li>
<li>Li, J., Volotskova, O., Shashurin, A., Keidar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+Diameter+Distribution+of+Catalyst+Nanoparticles+in+Arc+Discharge%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanoscience+and+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Controlling Diameter Distribution of Catalyst Nanoparticles in Arc Discharge.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 11, 10047-10052 (2011).</li>
<li>Volotskova, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailored+Distribution+of+Single-Wall+Carbon+Nanotubes+from+Arc+Plasma+Synthesis+Using+Magnetic+Fields%5BTitle%5D)+AND+%22Acs.+Nano%22%5BJournal%5D)">Tailored Distribution of Single-Wall Carbon Nanotubes from Arc Plasma Synthesis Using Magnetic Fields.</a> Acs. Nano. 4, 5187-5192 (2010).</li>
<li>Volotskova, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-step+synthesis+and+magnetic+separation+of+graphene+and+carbon+nanotubes+in+arc+discharge+plasmas%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Single-step synthesis and magnetic separation of graphene and carbon nanotubes in arc discharge plasmas.</a> Nanoscale. 2, 2281-2285 (2010).</li>
<li>Farhat, S., Scott, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+the+arc+process+modeling+for+fullerene+and+nanotube+production%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Nanoscience+and+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Review of the arc process modeling for fullerene and nanotube production.</a> Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 6, 1189-1210 (2006).</li>
<li>Keidar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increasing+the+length+of+single-wall+carbon+nanotubes+in+a+magnetically+enhanced+arc+discharge%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Increasing the length of single-wall carbon nanotubes in a magnetically enhanced arc discharge.</a> Applied Physics Letters. 92, 043129-043129 (2008).</li>
<li>Ferrari, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Raman+spectrum+of+graphene+and+graphene+layers%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Raman spectrum of graphene and graphene layers.</a> Physical Review Letters. 97, 187401-187401 (2006).</li>
</ol>

我々は、開示することは何もない。

電極間ギャップは、永久磁石の底部から約H = 75 mmの距離に配置されている場合のために、 図1bおよび1Dに示すようにビデオのスナップショットでは、磁石の位置の変化が（我々は磁石のシフトをテストすることに留意すべきであるz軸に沿ってと磁石をめくっ） 図1cに示すJ × B力の方向に対応するx方向のアークジェット流れの偏差の結果。また、アークプラズマ柱の形状は、陽極からニッケル触媒を除去することによって変更されていないことが観察された。これは、ニッケル触媒粒子の運動に対する磁場の影響がプラズマ柱の全体的な形状に影響しないことを意味します。我々は、永久磁石の位置を変更することにより、磁場の分布を制御することができます、そして結果的にカーボンナノ構造の成長領域が容易にJ × Bの方向にしたがって操作することができます。 SWCNTとグラフェンのフレークはcollecですさまざまな分野でのテッドは、このように分離は8が可能です。 磁場のアプリケーションによって生成...

特定の試薬と機器の表： <table border="1"><tbody><tr><th>試薬の名前</th><th>会社</th><th>カタログ番号</th><th>コメント（省略可能） </th></tr><tr><td>メタノール</td><td>アクロスオーガニック</td><td> 423950010 </td><td></td></tr><tr><td>ニッケルの粉</td><td>アルファAesar </td><td> 10581 </td><td></td></tr><tr><td>イットリウム粉末</td><td>アクロスオーガニック</td><td> 318060050 </td><td></td></tr><tr><td>黒鉛粉末</td><td>アルファAesar </td><td> 40799 </td><td></td></tr><tr><td>中空グラファイトロッド</td><td>土星産業</td><td> POCO EDM 3 </td><td></td></tr><tr><td>永久磁石</td><td>マクマスター、カー</td><td> 57315K51 </td><td></td></tr><tr><td>モリブデン板</td><td> Dingqi科学。とテック。 </td><td> 080504〜11 </td><td></td&gt; </tr><tr><td>超音波 dismembrator </td><td>フィッシャーサイエンティフィック</td><td>モデル150T </td><td></td></tr><tr><td>ホール効果ガウスメーター</td><td> AI </td><td>モデル100 </td><td></td></tr><tr><td>溶接電源</td><td>ミラー電動</td><td>ゴールドスター600SS </td><td></td></tr><tr><td>真空ポンプ</td><td> J / B </td><td> DV - 85N </td><td></td></tr><tr><td> SEM </td><td>ツァイス</td><td> LEO 1430VP </td><td></td></tr><tr><td> TEM </td><td> JEOL </td><td> 1200 EX </td><td></td></tr><tr><td>ラマン</td><td>堀場</td><td> HR800 </td><td></td></tr></tbody></table>

磁気強化アークプラズマにおける単層カーボンナノチューブとグラフェンの同時合成

Simultaneous Synthesis of Single-walled Carbon Nanotubes and Graphene in a Magnetically-enhanced Arc Plasma

このような単層カーボンナノチューブ（SWCNT）とグラフェンなどの炭素ナノ構造体は、分子センサー、電界効果トランジスタと超薄型でフレキシブルな電子デバイス1-4の彼らの非常に有望なアプリケーションに、今日のための学者の関心の大洪水を引き付ける。陽極材料の浸食によってサポートされている陽極アーク放電は、比較的高い温度での開発の構造に特有の非平衡過程と炭素材料の高流入を提供することができる最も実用的かつ効率的な方法のいずれか、およびその結果であるとして、合成された製品は、いくつかの構造欠陥とより良い結晶性を持っている。 さらにアーク放電におけるカーボンナノ構造体の合成の制御性と柔軟性を向上させるために、磁場は、アークプラズマの強力な磁気応答に応じて合成プロセス中に適用することができます。それは、磁気強化アークディッシュことが実証されたARGEは、SWCNT 5の平均の長さを増加させる金属触媒粒子とカーボンナノチューブ6の直径分布を狭くし、金属と半導体カーボンナノチューブ7の比率を変更するだけでなく、グラフェン合成8につながることができます。 さらに、それは我々が弧で現在の法線成分と不均一な磁場を導入すると、J × Bの方向に沿ってローレンツ力は、プラズマジェットを生成し、炭素のイオン粒子の効果的な配信を行うことができるマーキングする価値があると試料への熱流束。その結果、大規模なグラフェンのフレークおよび高純度単層カーボンナノチューブは、同時にそのような新しい磁気強化された陽極アーク法によって生成されました。アークイメージングは​​、電子顕微鏡（SEM）走査型、透過型電子顕微鏡（TEM）およびラマン分光法は、カーボンナノ構造体の特性を分析するために用いられた。これらの知見は示しているアークの条件を制御することによりプラズマで生産ナノ構造の特性と操作する機会の広いスペクトル。

陽極アーク放電は、種々の炭素ナノ構造体を合成するための最も実用的かつ効率的な方法のひとつです。アークの制御性と柔軟性を高めるために、不均一な磁場が大規模なグラフェンのフレークおよび高純度単層カーボンナノチューブの一段階合成を処理するために導入されました。

単層カーボンナノチューブ（SWCNT）やグラフェンなどのカーボンナノ構造体は、その極めて優れた特性により、今日、多くの研究者の強い関心を集めています。

本実験の全体的な目的は、アーク放電法を用いて単層カーボンナノチューブおよびグラフェンを合成することである。具体的には、まずアノードとカソードの2つのアーク電極を準備することでこれを達成する。アノードは、カーボン、ニッケル、イットリウムを94.8：4.2：1の特定の比率で構成し、カソードには純炭素棒を用いる。次に、磁場と粒子種の分布を示す数値シミュレーションを用いて、合成場所に関する詳細な情報を得ます。その後、シミュレーション結果に基づいて磁石と基板として機能するモリブデンシートを設置し、電極間のアーク放電を開始します。これによりプラズマジェットが形成され、単層カーボンナノチューブとグラフェンがモリブデンシートの表面に堆積します。最終的に、透過電子顕微鏡および走査電子顕微鏡、電子回折パターン、そしてラマン分光法に基づき、本手順によって高純度の単層カーボンナノチューブおよびグラフェンが得られることが示されます。このプロセスは非常に複雑であり、多くの工程が含まれるため、視覚的な実演が不可欠です。特に、プラズマベースの合成プロセスにおいて不均一磁場を用いた場合、化学ベースのプロセスと比較して多くの利点があります。具体的には、化学的な排気処理を必要としないため、本質的に環境に優しく、さらに大規模な展開への大きな可能性を秘めています。化学気相成長法などの既存の手法と比較した本手法の主な利点は、アーク放電による1回の単純なスタンプ操作で、単層ナノチューブと数層の厚さのフィンを同時に形成できることです。したがって、本実験では、外部磁場を用いてアーク放電を制御することで、ナノチューブやグラフェンのような異なる種類のナノ構造を合成する方法論を基本的に実証しています。本手法の設計は、磁気的に強化されたアークにおける強力な力に基づいています。また、ナノ粒子の成長を理解するためには、磁場および種の分布の数値シミュレーションが不可欠です。陽極を準備するには、触媒粉末としてニッケル粉末とイットリウム粉末を4.2対1のモル比で混合します。この触媒粉末をグラファイト粉末と十分に混合し、単層カーボンナノチューブを合成するための最適比である、炭素：ニッケル：イットリウム＝94.8：4.2：1の比率にします。混合した粉末を中空のグラファイトロッドにしっかりと充填します。円筒形チャンバー内に、陰極ロッドと粉末を充填した陽極ロッドを設置します。カソードとアノードの間のギャップ距離を約3 mmに調整します。基板を設置するには、チャンバー内にOID永久磁石を配置し、電極間軸から約25 mm離します。この構成では、電極間ギャップは永久磁石の底部から約75 mmの距離に設定されます。アセトンおよびエタノールを用い、超音波カッターで0.3 millimeter厚の中間シートを25 millimeter × 100 millimeterの長方形に切断します。超音波振幅50%、出力150 watt、周波数40 kilohertzの条件で30分間処理し、表面の汚染を除去します。MAリプタムシートを永久磁石の片面に貼り付け、この面を電極側に向けて配置します。ガウスメーターを用いて、電極間ギャップの磁場を測定してください。電極間の平均磁場を約 0.06 Tesla に維持します。これにより、アークプラズマを点火させます。円筒形チャンバーを0.1 Torr未満の真空度まで排気し、その後、ヘリウムを充填して500 Torrにします。アーク電極をDC溶接電源に接続し、電源のアーク電流を約75 ampsに設定します。実験後の解析のため、アーク電流、アーク電圧、およびチャンバー圧力のリアルタイム値を記録します。2台のデジタルカメラを用いて、右側および前面のビューポートからのアーク放電のビデオ撮影を同時に開始します。アークを15秒間発生させます。その後、自然対流によりチャンバーを少なくとも20分間冷却します。合成が完了したら、ピンセットを使用して、アークプラズマジェットを照射したMeumシートの表面から堆積片を剥がします。また、カソードの黒色のカラー部分から別のサンプルを回収します。加速電圧30 kilovoltsの走査電子顕微鏡を用いて、堆積片の両面の形態を観察します。透過型電子顕微鏡（TEM）用の試料を調製するため、メタノール分散単層カーボンナノチューブ溶液を超音波処理します。超音波洗浄機を用い、打撃振幅50%で60分間処理した後、懸濁液をドロップキャストします。メタノール溶液の揮発後、加速電圧100 kVの透過型電子顕微鏡を用いてフィルムの形態を観察します。試料の関心領域において、カメラ長50 cmのCCDカメラを用いて電子回折パターンを取得できます。合成した構造のTEM画像を観察してください。表示されたサンプルの電子回折パターンを観察してください。ここでは、電極間距離が75 millimetersのときの、チャンバーの右側および前面のビューポートから同時に取得したビデオスナップショットを示します。これらの画像は、外部磁場が存在する場合にアークプラズマカラムに大きな摂動が生じることを示しています。これらの画像は、それぞれ磁場がない場合とB = 0.06 Teslaの磁場がある場合に、カソードの表面に収集された単層カーボンナノチューブと触媒粒子の典型的な形態をTEMで示したものです。磁場なしで収集されたナノチューブは、より大きな直径のバンドルと、より大きな個々の直径を形成しており、これはラマン分光分析の結果と一致しています。また、磁場を印加することで、磁場がない場合よりも純度の高いナノチューブの収集が可能となりました。ここでは、磁場を用いて得られた100から3,100 cm⁻¹の範囲におけるサンプルのラマンスペクトルを示します。挿入図は、磁場がないサンプルの放射状呼吸モード（RBM）周波数付近のスペクトルです。Gピークに対する2Dピークの強度比は、グラフェン層の厚さを推定するために利用されます。このスペクトルでは強度値が約1となっており、これはグラフェン層の数が約2層であることを示しています。このアニメーションでは、アーク電流60 ampsにおける、カーボン、ニッケル、およびアトリウムのナノ構造成長領域と数密度を示しています。現像後、右平面、左平面、および垂直平面に示されている炭素、ニッケル、および白金（atrium）の密度が同一領域に共存していることに注意してください。この手法により、単層カーボンナノチューブとグラフェンの両方を磁気制御で合成する道が開かれ、単層カーボンナノチューブの長さや直径などの特性を制御することが可能になります。また、グラフェンについては、層数を制御することができます。化学合成法に対する本手法の主な利点は、化学排気装置を必要とせず、本質的に環境に優しい（グリーンである）点にあります。習得すれば、適切に実施することで30分で完了させることが可能です。合成プロセス全体において、基板に対するプラズマジェットの方向が非常に重要であることに注意してください。最初のプラズマジェットは、生成物の合成に必要な炭素種を基板に供給し、2番目のプラズマジェットは基板に熱フラックスを供給することで、グラフェンの合成に適した温度条件を作り出します。この手順に続き、基板を移動させるなどの他の手法を行うことで、flaの厚さの制御性といった追加的な課題に対処することが可能です。

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Co原子およびN原子をドープしたカーボンナノチューブに担持された金属ナノ粒子の合成と水素製造における触媒応用

学ぶ 単層カーボンナノチューブとグラフェンの同時合成法。非一様磁場を用いたアーク放電プラズマプロセスで、数値シミュレーションに基づき電極配置を最適化し、高純度カーボンナノ構造体を効率的に製造する手法です。

磁気強化アークプラズマにおける単層カーボンナノチューブとグラフェンの同時合成

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