シリコンナノチューブは、シリコン原子からチューブ状の構造を形成するナノ粒子です。シリコンナノワイヤと同様に、バルクシリコンとは根本的に異なる特異な物理的特性を持つため、技術的に重要です。[2]シリコンナノチューブに関する最初の報告は2000年頃に発表されました。[3]
合成
シリコンナノチューブを作製する方法の一つは、触媒を使用せずに電気アークを用いた反応器を用いることです。[4]純度を確保するために、反応器は真空にされ、反応しない希ガスであるアルゴンで満たされます。ナノチューブの実際の形成は、化学蒸着法によって行われます。[5]
より一般的な実験室規模の方法は、ゲルマニウム、炭素、または酸化亜鉛のナノワイヤをテンプレートとして使用するものである。次に、シランまたは四塩化ケイ素ガスから得られるシリコンをナノワイヤ上に堆積させ、コアを溶解してシリコンチューブを残す。[6]テンプレートナノワイヤの成長、シリコン堆積、ナノワイヤエッチング、そして結果として得られるシリコンナノチューブの形状は、後者の方法によって正確に制御できるが、最小内径は数十ナノメートルに制限される。[1]
従来の気相・液相・固相（VLS）法と固相・液相・固相（SLS）法は、一次元シリコンナノ構造の成長に最もよく用いられる技術である。しかし、これらの技術は通常、触媒として1種類の金属しか使用しないため、管状（中空）シリコンナノ構造の成長には利用できない。最近の試みでは、ニッケル-金二層触媒層を用いることで、構成金属触媒の成長速度の不均一性を利用した。これらの改良型VLS法とSLS法を用いることで、側壁の厚さが数ナノメートルの多層シリコンナノチューブが成長した。[7]
アプリケーション
シリコンナノチューブとナノワイヤは、その弾道伝導性から、熱電発電機などの電子機器への応用が検討されている。[8]構造は水素分子を収容できるため、 CO2を含まない石炭に似ている可能性があり、シリコンナノマテリアルは金属燃料のように振る舞う可能性がある。[9] [10]水素を充填したシリコンナノチューブはエネルギーを放出し、その過程で残留水、エタノール、シリコン、砂が残る。しかし、水素の製造には相当のエネルギーが必要であるため、これはエネルギーを貯蔵する方法として提案されているに過ぎず、生成する方法ではない。
シリコンナノチューブとシリコンナノワイヤは、リチウムイオン電池に使用することができます。従来のリチウムイオン電池は、アノードとしてグラファイトカーボンを使用していますが、これをシリコンナノチューブに置き換えることで、実験的にアノードの比容量（質量比）が10倍に増加します（ただし、カソードの比容量がはるかに低いため、全体的な容量の向上は低くなります）。[11]
シリコンナノチューブの新たな応用として、発光が挙げられる。シリコンは間接バンドギャップ半導体であるため、この材料における発光再結合の量子収率は非常に低い。シリコンベースのナノ構造の厚さが有効ボーア半径（シリコンでは約9nm）よりも薄くなると、量子閉じ込め効果により、この材料からの光放出の量子効率は増加する。この事実を利用して、非常に薄い側壁を持つシリコンナノチューブの光電子放出能力が実証されている。[7]
参考文献
- ^ ab Huang, Xuezhen; Gonzalez-Rodriguez, Roberto; Rich, Ryan; Gryczynski, Zygmunt; Coffer, Jeffery L. (2013). 「多孔質シリコンナノチューブアレイの製造とサイズ依存特性」. Chemical Communications . 49 (51): 5760– 5762. doi : 10.1039/C3CC41913D . PMID 23695426.
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- ^ キリシ、イムレ;フダラ、アグネス。コンヤ、ゾルタン。ヘルナディ、クララ;レンツ、パトリック。ナジ、ヤノス B (2000)。 「管状シリカ構造の調製におけるオゾン処理の利点」。応用触媒 A: 一般。203：L1～L4。土居：10.1016/S0926-860X(00)00563-9。
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- ^ バードスリー、アール（2009年4月）「砂の選択肢：シリコンからのエネルギー」（PDF）オーストラリアR&Dレビュー。
- ^ McDermott, Mat. (2009年9月23日) 「リチウムイオン電池のブレークスルー：シリコンナノチューブで容量10倍に」TreeHugger. 2015年11月13日閲覧。
外部リンク
- リヨン科学移転 – リヨン大学、フランス
- シリコンナノ粒子の薄膜が柔軟なナノチューブに転がる、イリノイ大学
