高分散単層カーボンナノチューブの分散溶液の評価例

Figure 7 Particle size distribution of SWCNT/SDBS measured by DLS ?Dynamic Light Scattering?method
Figure 7 Particle size distribution of SWCNT/SDBS measured by DLS ?Dynamic Light Scattering?method

HiPco製SWCNT(Carbon Nanotechnologies, Inc.)を1%ドデシルベンゼン硫酸ナトリウム(SDBS)水溶液中で撹拌後,600 Wホモジナイザを用いて分散した。精製後,超遠心機(CS150NX,日立工機製)で回転速度46,000 rpm(120000G)で1時間分離し,上清を試料とした。

ナノ粒子解析装置(nano Partica SZ-100)により測定したDLS法による粒子径分布をFigure 7に示す。その大きさは50 nmから1000 nmの分布を示し,そのメジアン系は103nmであった。

当社のラマン顕微鏡(XploRA)により測定した試料分散溶液のD/GバンドのラマンスペクトルをFigure 8に示す。測定には,溶液測定用アタッチメント(マルチパスセル)を装着し,石英製角セルを用いた。遠心処理により凝集残渣は除去され,強度比ID/IGが0.015の高純度のSWCNT分散溶液を得ることができた。チューブ直径に対応するRBM(Radial Breathing Mode)領域のラマンスペクトル(Figure 9)および吸光スペクトル(Figure 10)では,各バンドの分離がよく,チューブがよく分散している様子がわかる。それぞれ,対応する半導体性SWCNTの構造をカイラル指数で示す。

Figure 8 D and G Raman bands of SWCNT/SDBS     He-Ne Lase?r 633 nm?for excitation.
Figure 8 D and G Raman bands of SWCNT/SDBS He-Ne Lase?r 633 nm?for excitation.
Figure 9  RBM Raman bands of SWCNT/SDBS
Figure 9 RBM Raman bands of SWCNT/SDBS He-Ne Lase?r 633 nm?for excitation.A pair of numbers in parenthesis is chiral indices of SWCNT.
Figure 10 Absorption Spectra of SWCNT/SDBS
Figure 10 Absorption Spectra of SWCNT/SDBS A pair of numbers in parenthesis is chiral indices of SWCNT
Figure 11 NIR-PL EEM map of SWCNT/SDBS
Figure 11 NIR-PL EEM map of SWCNT/SDBS A pair of number in parenthesis is chiral indices of SWCNT

 

近赤外発光分光装置(Nanolog)を使って測定したNIR-PLのEEMマップの結果をFigure 11に示す。明瞭な孤立ピークが観測されている。
この分散試料のNIR-PLは非常に安定で,Figure 12に示すように,試料調整後214日が経過しても励起波長720 nmにおけるPLバンドの発光波長位置の変化は約8 nm程度であった。また,励起波長位置はほとんど変化しなかった。
発光強度は,3か月経過後も初期の80%と高い値を維持し,その最大PLバンドの強度は1200 cnt/sであった。

弊社では,本試料をCNTのNIR-PLを測定するときの装置性能確認用試料として活用している。

 

Figure 12 Peak shift of NIR PL bands of SWCNT/SDBS

NIR-PL bands were assigned as(10,2)(, 9,4)and(8,6)for each.
Excitation wavelength was 720nm. The left figure is the initial spectrum. Every bands shifted about 8nm longer wavelength after 214 days.

おわりに

SWCNTは,NIST(National Institute of Standards and Technology)の参照試料としてRow Soot(SRM2483),Bucky Paper(RM8282)に加えて,2014年よりチューブ長〜0.8 μm,〜0.4 μm,〜0.15 μmのSWCNT分散溶液試料(RM8281)が提供されている。また,産業技術総合研究所では,金属型・半導体型のSWCNTを効率的・高純度に分離することに成功し,用途開発のために試料提供を実施している。このように品質の高いSWCNTの分散溶液の開発が進むにつれて,今回,紹介したSWCNT分散溶液の評価ニーズが益々高まっていくと考えられる。

当アプリケーションノートPDF版はこちら
カーボンナノチューブ分散水溶液の評価手法


中田 靖
Yasushi NAKATA
株式会社 堀場製作所
開発本部 アプリケーション開発センター
科学・半導体開発部
博士(理学)

赤路 佐希子
Sakiko AKAJI
株式会社 堀場製作所
開発本部 アプリケーション開発センター
科学・半導体開発部

篠崎 陽子
Yoko SHINOZAKI
株式会社 堀場製作所
開発本部 アプリケーション開発センター
科学・半導体開発部

参考文献

[ 1 ] M. J. O’Connell, S. M. Bachilo, C. B Huff man, V. C. Moore, M. S. Strano, E. H. Haroz, K. L. Rialon, P. J Boul, W. H. Noon, C. Kittrell, J. Ma, R. H. Hauge, R. B. Weisman, and R. E. Smalley, Science, 297, 593(2002).
[ 2 ] S. M. Bachilo, M. S. Strano, C. Kittrell, R. H. Hauge, R. E. Smalley, and R. B. Weisman, Science, 298, 2361(2002).
[ 3 ] N. Minami, Y. Kim, K. Miyashita, S. Kazaoui, and B. Nalini, Appl. Phys. Lett 88, 093123(2002).
[ 4 ] S. Kitamyra, Y. Terada, T. Takaha, M. Ikeda US 20090148573 A1.