【材料・ナノ構造】グラフェンとカーボンナノチューブの特性評価

グラフェンは、炭素原子が六角形格子構造を成す二次元 (2D) 原子結晶で、強度が高く軽い素材でありながら、非常に柔軟です。さらに極めて優れた機械的剛性、高い弾性、優れた電気伝導性と熱伝導性を示します。SuperK スーパーコンティニューム白色光レーザーは、グラフェンと、グラフェンシートを管状にしたカーボンナノチューブの、マッピングや特性評価に活用されています。

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概要

グラフェン（graphene）は、sp²混成軌道間で結合された炭素原子の単層です。カーボンナノチューブ（CNT）は本質的に、グラフェンのシートを丸めたものです。

グラフェンとカーボンナノチューブの応用例

グラフェンは非常に強い素材であるため、他の材料を強化するのに使用できます。グラフェンのシートを丸めると、微細なストロー状のカーボンナノチューブが形成されます。当然この管状素材も、非常に薄く強靭です。有効質量はゼロであり、強化する材料の重量を増加させません。主な用途は、軽さと強度が重要視される、建材や航空宇宙用途などです。

グラフェンは、その高い電気伝導性により、熱を拡散するために利用することもできます。この性質は、ひずみセンサ、スーパーキャパシタ、急速充電バッテリー、太陽電池、LEDなどのマイクロエレクトロニクス分野で特に有用です。また高速の量子物理実験にも好適です。
またグラフェン、カーボンナノチューブには、不浸透性があるため、水をろ過してきれいな飲料水を得るのに利用したり、グラフェンベースの塗料で腐食を防ぐことができます。

SuperK スーパーコンティニューム白色光レーザーは、グラフェン、カーボンナノチューブの特性を評価するため、以下のような技術の光源として使用されています。

蛍光消光顕微鏡
走査型プローブ顕微鏡（SNOM/NSOM/STM/AFM）
吸収分光/吸光顕微鏡
ラマン分光
フォトルミネッセンス（PL）およびフォトルミネッセンス励起（PLE）
表面プラズモン共鳴（SPR）吸着分光
レイリーイメージング/レイリー分光

SuperK スーパーコンティニューム白色光レーザーを用いたグラフェンとカーボンナノチューブの特性評価に関する論文

Graphene/Ge microcrystal photodetectors with enhanced infrared responsivity by Virginia Falcone, Andrea Ballabio, Andrea Barzaghi, Carlo Zucchetti, Luca Anzi, Federico Bottegoni, Jacopo Frigerio, Roman Sordan, Paolo Biagioni, Giovanni Isella published in APL Photonics, 2022.
Enhanced Photodetection Performance in Graphene-Assisted Tunneling Photodetector by Congya You, Wenjie Deng, Xiaoqing Chen, Wencai Zhou, Zilong Zheng, Boxing An, Songyu Li, Bo Wang, and Yongzhe Zhang published in IEEE Transactions on Electron Devices, 2021.
Deciphering asymmetric charge transfer at transition metal dichalcogenide–graphene interface by helicity-resolved ultrafast spectroscopy by Hongzhi Zhou, Yuzhong Chen, Haiming Zhu published in Science Advances, 2021.
On-chip torsion balances with femtonewton force resolution at room temperature enabled by carbon nanotube and graphene by Lin Cong, Zi Yuan, Zaiqiao Bai, Xinhe Wang, Wei Zhao, Xinyu Gao, Xiaopeng Hu, Peng Liu, Wanlin Guo, Qunqing Li, Shoushan Fan, Kaili Jiang published in Science Advances, 2021.
Modification of graphene photodetector by TiO2 prepared by oxygen plasma by Yawei Liu, Beiyun Liu, Yi Wu, Xiaoqing Chen, Aibing Chen, Feihong Chu, Shubo Feng, Chen Zhao, Hongwen Yu published in Journal of Materials Science, 2021.
A Varifocal Graphene Metalens for Broadband Zoom Imaging Covering the Entire Visible Region by Shibiao Wei, Guiyuan Cao, Han Lin, Xiaocong Yuan, Michael Somekh, Baohua Jia published in ACS Nano, 2021.
Graphene metalens for particle nanotracking by Xueyan Li, Shibiao Wei, Guiyuan Cao, Han Lin, Yuejin Zhao, Baohua Jia published in Photonics Research, 2020.
Remote nongenetic optical modulation of neuronal activity using fuzzy graphene by Sahil K. Rastogi, Raghav Garg, Matteo Giuseppe Scopelliti, Bernardo I. Pinto, Jane E. Hartung, Seokhyoung Kim, Corban G. E. Murphey, Nicholas Johnson, Daniel San Roman, Francisco Bezanilla, James F. Cahoon, Michael S. Gold, Maysam Chamanzar, Tzahi Cohen-Karni published in PNSA, 2020.
Antimicrobial activity of graphene oxide quantum dots: impacts of chemical reduction by Mauricio D. Rojas-Andrade, Tuan Anh Nguyen, William P. Mistler, Juan Armas, Jia En Lu, Graham Roseman, William R. Hollingsworth, Forrest Nichols, Glenn L. Millhauser, Alexander Ayzner, Chad Saltikov, Shaowei Chen published in Nanoscale Advances, 2020.
Metamaterial grating-integrated graphene photodetector with broadband high responsivity by Jingfeng Li, Chen Zhao, Beiyun Liu, Congya You, Feihong Chu, Nan Tian, Yongfeng Chen, Songyu Li, Boxing An, Ajuan Cui, Xinping Zhang, Hui Yan, Danmin Liu, Yongzhe Zhang published in Applied Surface Science, 2019.
Graphene oxide-deposited tilted fiber grating for ultrafast humidity sensing and human breath monitoring by Biqiang Jiang, Zhixuan Bi, Zhen Hao, Qingchen Yuan, Dingyi Feng, Kaiming Zhou, Lin Zhang, Xuetao Gan, Jianlin Zhao published in Sensors and Actuators B: Chemical, 2019.
Relative humidity sensor of S fiber taper based on graphene oxide film by Yang Zhao, Ai-Wu Li, Qi Guo, Xin-Yu Ming, Yong-Qin Zhu, Xiang-Chao Sun, Pu Li, Yong-Sen Yu published in Science Direct, 2019.
Enhanced light–matter interaction of aligned armchair graphene nanoribbons using arrays of plasmonic nanoantennas by Markus Pfeiffer, Boris V Senkovskiy, Danny Haberer, Felix R Fischer, Fan Yang, Klaus Meerholz, Yoichi Ando, Alexander Grüneis, Klas Lindfors published in 2D Materials, 2018.
Localized Charges Control Exciton Energetics and Energy Dissipation in Doped Carbon Nanotubes by Klaus H. Eckstein, Holger Hartleb, Melanie M. Achsnich, Friedrich Schöppler, and Tobias Hertel published in ACS Nano, 2017.
Real Time Hyperspectroscopy for Dynamical Study of Carbon Nanotubes by Jacques Lefebvre published by ACS Nano, 2016.
Fully integrated quantum photonic circuit with an electrically driven light source by Svetlana Khasminskaya, Felix Pyatkov, Karolina Słowik, Simone Ferrari, Oliver Kahl, Vadim Kovalyuk, Patrik Rath, Andreas Vetter, Frank Hennrich, Manfred M. Kappes, G. Gol’tsman, A. Korneev, Carsten Rockstuhl, Ralph Krupke, and Wolfram H. P. Pernice published in Nature Photonics, 2016.
Excitation quenching in polyfluorene polymers bound to (6,5) single-wall carbon nanotubes by Angela Eckstein, Renata Karpicz, Ramūnas Augulis, Kipras Redeckas, Mikas Vengris, Imge Namal, Tobias Hertel, and Vidmantas Gulbinas published in Chemical Physics, 2016.