日本信大和三井合成直径仅为0.43nm的碳纳米管-DOIT

　　日本信州大学电气电子工程系教授远藤守信所在的研究室和三井物产下属的研究开发子公司CNRI，日前联手成功合成了直径（注1）仅0.43nm的、迄今为止最细的碳纳米管（CNT，照片）。据远藤表示：“从理论上计算，其直径已经达到了最小极限”。由于这种碳纳米管的直径比构成石墨的石墨层（Graphene Sheet）的普通层间距还小，与尼龙等高分子的直径几乎相同，因此其有望成为将不同的分子连接到一起的“新结构分子”，用于创造新功能材料。研究成果的详细内容近期将刊登在美国的学术杂志上。

　　此次合成的是单层碳纳米管（SWCNT）。尽管过去曾有报告称在多层碳纳米管（MWCNT）的最内侧观察到了直径约为0.43nm的纳米层，但是将此层分离出来在全世界尚属首次。远藤等人在预先进行的基于原子结合模型的计算机模拟中，计算出具有稳定化学特性的SWCNT的最小直径为0.43nm。此SWCNT的结构指数以专家所用的“螺旋矢量”（注2）标记为（5，1）。SWCNT具有半导体电气特性。

　　0.43nm与尺寸最小的富勒烯C20的直径相同（图1）。C20的直径根据不同方向约在0.4nm～0.43nm之间，如果能够合成螺旋矢量（5，0）的SWCNT，就能够将直径减小到比此次更细的约0.4nm。此时SWCNT将具有金属电气特性。但是，远藤表示：“从计算上来讲，由于螺旋矢量（5，0）、直径0.4nm的SWCNT在化学性质上不稳定，因此很难合成”。不过，远藤补充说：“如果能够突破构成纳米管的六元环对象形状，就有可能合成出比此次更细的SWCNT”。

　　在合成SWCNT时，使用了作为触媒的纳米粒子和碳化氢气体的化学反应。如图2所示，SWCNT被认为具有2种结构：要么是由附着在底板上的触媒开始向上生长，要么是由触媒起头，SWCNT朝着底板方向一边生长、触媒一边上升。

　　远藤寄期望于此次合成的SWCNT具有各种各样的应用。完整的单结晶石墨其石墨层的层间距为0.3nm，而非单结晶的普通石墨则为0.4～0.8nm。因此，也许能够在石墨层之间插入此次合成的SWCNT。

　　另外，尼龙等普通高分子的直径约为0.4nm。因此就有可能用SWCNT将各种不同的高分子相互接合起来。在CNT的用途方面，过去希望将其作为提高复合材料强度的填充物来使用，而此次合成的SWCNT因为能够成为结晶和分子的一部分，而不是插入到材料中的异物，所以极有可能在各种领域得以广泛应用。（记者：黑川卓）

（注1）直径: 这里所说的直径是指van del Waals半径的2倍

（注2）螺旋指数: 别名为手征指数。就是指沿纵长方向切开碳米管时，六元环方向相当于横向而产生的倾斜度。横向5对纵向1的倾斜度以螺旋指数标记为（5，1）。（5，0）表示没有倾斜。