総論

本 研 究 で は ，固 液 界 面 ア ー ク 放 電 法 と い う 手 法 に お い て ，陰 極 点 に 着 目 し た 放 電 現 象 に つ い て 述 べ ， そ の 放 電 に よ っ て 創 成 さ れ た 金 属 内 包 C N T の 特 徴 に つ い て 明 ら か に し た ．内 包 さ せ る 金 属 に は 強 磁 性 体 で あ る F e や N i を 含

ん だ N i，S U S 3 0 4，N i - C u の 3 種 で あ り ， 形 状 磁 気 異 方 性 を 持 つ よ う に 直 線

的 で 結 晶 性 の 高 く ， 細 く ， 長 い C N T の 成 長 を 目 指 し た ．

第 一 章 に お い て ， 金 属 内 包 C N T の 創 成 の 背 景 に つ い て ま と め ， 強 磁 性 金 属 を 内 包 し た C N T の 応 用 と 研 究 目 的 に 関 し て 言 及 し た ．

第 二 章 で は ，固 液 界 面 ア ー ク 放 電 に つ い て 陰 極 点 を 中 心 に 放 電 現 象 の 検 討 を 行 っ た ．V-I 特 性 に お い て 暗 流 領 域 か ら 火 花 放 電 へ ， 更 に グ ロ ー 放 電 ・ 遷 移 領 域 と ア ー ク 放 電 の 中 間 に お け る 電 圧-電 流 の 振 動 領 域 や ， そ の 際 の 陰 極 点 の 発 光 や 電 位 及 び ス ペ ク ト ル の 関 係 に つ い て 述 べ た ． 同 時 に M c k e o w n の 式 か ら 空 間 電 荷 電 界 と 空 間 電 荷 層 の 厚 み を 算 出 し た ． ま た ，分 光 器 に よ っ て 陰 極 点 の 発 光 ス ペ ク ト ル か ら ，温 度 を 算 出 し ，S a h a の 式 に よ っ て 単 位 体 積 中 の 電 離 度 に つ い て も 求 め ， 金 属 内 包 C N T の 生 成 さ れ る 温 度 領 域 が 1 2 7 0 ~ 1 7 3 0 K で あ る こ と を 示 し た ．

第 三 章 で は ，N i 内 包 C N T の 創 成 に 関 し て 述 べ た ．N i 内 包 C N T は 直 線 的 に 成 長 し ，N i 単 体 を f c c 構 造 の 単 結 晶 で 内 包 し て い た ．ア ー ク 電 流 に よ っ て

C N T の 直 径 や 長 さ 及 び ア ス ペ ク ト 比 の 制 御 が 可 能 で あ り ，Ia c= 3 . 0 A か ら 5 . 0 A

に 変 化 さ せ る こ と で ， 直 径 を 5 ~ 2 0 n m に ， 長 さ を 2 5 ~ 1 2 0 n m に ， ア ス ペ ク ト

比 を 5 ~ 5 0 ま で 変 化 さ せ る こ と が 可 能 で あ る ． ま た 加 熱 時 間 を 変 化 さ せ る こ

と で ，N i メ ッ シ ュ 表 面 に 堆 積 し た N i 微 粒 子 や N i 内 包 C N T の 成 長 度 合 い か ら ，成 長 機 構 を 見 出 し た ．顕 微 ラ マ ン の 評 価 で は H O P G や M W C N T の 文 献 値 と 比 較 し て ，M W C N T に 類 似 す る ラ マ ン ス ペ ク ト ル を 得 た ．

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第 四 章 で は S U S 3 0 4 を 内 包 し た C N T の 創 成 に つ い て 述 べ た ．S U S 3 0 4 を 内 包 し た 形 成 物 は 2 種 類 が 見 い だ さ れ ， そ れ ぞ れ S A S P S - C N S と S A S P S - C N T と 呼 ん だ ．S U S 3 0 4 で の 実 験 で 特 徴 で あ っ た の が ア ー ク 放 電 の 発 光 ス ペ ク ト ル が 連 続 ス ペ ク ト ル の 他 に 線 ス ペ ク ト ル を 発 し て い た 点 で あ る ．線 ス ペ ク ト ル の 発 光 強 度 よ り 二 線 強 度 比 法 か ら ア ー ク 放 電 の 温 度 は S A S P S - C N S の 実 験 で は 3 0 6 6 K と な り ，S A S P S - C N T の 実 験 で は 6 6 4 5 K を 示 し た ．S A S P S - C N S は 3 つ の 相 に 分 か れ て お り ，そ れ ぞ れ F e と C r の 合 金 の 酸 化 物 の 単 結 晶 ，F e と C r の 合 金 の 酸 化 物 の 多 結 晶 ，F e と C r の 合 金 の 単 結 晶 構 造 を 持 っ て い た ．

S A S P S - C N T の 場 合 ， 直 線 的 な 形 態 の 他 ，4 つ の 相 を 持 っ て い た ．E D X 元 素

分 析 に よ っ て C r の 偏 析 が 確 認 さ れ ， 合 金 状 態 図 よ り 考 察 す る に N i と C r の 共 晶 系 が 固 相 分 離 の 要 因 で は な い か と 結 論 付 け た ．

第 五 章 で は N i - C u 合 金 内 包 C N M T の 創 成 に 関 し て 述 べ た ．N i - C u 合 金 内 包

C N M T は 成 長 の 際 に ， 他 の 金 属 で の 実 験 と 比 較 し て V-I 特 性 の 振 動 領 域 が 非

常 に 拡 が っ て い た ． 低 融 点 金 属 で あ る C u が 加 わ っ た こ と で 電 界 放 射 型 の ア ー ク 放 電 の 成 分 が 増 え ，陰 極 点 の 移 動 が 大 き く な っ た た め 大 量 創 成 を 実 現 し

た ．N i - C u 合 金 内 包 C N M T は ，そ の 直 径 と 長 さ が N i 内 包 C N T の 1 0 倍 近 く ，

直 径 は 2 0 ~ 5 4 0 n m， 長 さ は 2 ~ 1 7 µ m と 非 常 に 細 く て 長 い C N T が 創 成 で き た ． 内 包 さ れ た N i - C u 合 金 は f c c 構 造 の 単 結 晶 と 一 部 の 多 結 晶 構 造 と な っ て い た ．

こ の N i - C u 合 金 内 包 C N M T の 1 本 の V-I 特 性 を 測 定 し た 結 果 ，N i - C u 合 金 を

半 分 だ け 内 包 し た C N M T は オ ー ミ ッ ク 特 性 を ， 完 全 内 包 し た C N M T は 絶 縁 特 性 を 示 し た ．

各 章 に お け る 重 要 な 要 素 の 特 徴 を ま と め る と 次 の 通 り で あ る ．

【 固 液 界 面 ア ー ク 放 電 】

・ エ タ ノ ー ル 液 体 中 で の 安 定 し た ア ー ク 放 電 の 発 生 が 可 能 ．

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・ 放 電 形 態 が 移 行 す る 際 に 電 圧-電 流 の 振 動 現 象 や 陰 極 点 が 発 生 す る こ と を 明 ら か に し た ．

・ 陰 極 点 の 空 間 電 荷 電 界 や 空 間 電 荷 層 の 厚 み を 計 算 し ， 金 属 内 包 C N T の 生 成 温 度 領 域 を 明 ら か に し た ．

【N i 内 包 C N T】

・ 直 線 的 で 単 結 晶 構 造 の N i を 内 包 さ せ る こ と が 可 能 ．

・ ア ー ク 放 電 の 電 流 値 に よ っ て 伸 長 制 御 が 可 能 ．

【S U S 合 金 内 包 C N T】

・ 直 線 性 を 有 し な が ら S U S 合 金 が 3 ~ 4 相 に 固 相 分 離 し つ つ 内 包 さ せ る こ と が 可 能 ．

・ 固 相 分 離 に は 共 晶 合 金 系 の 合 金 が 適 し て い る こ と を 明 ら か に し た ．

【N i - C u 合 金 内 包 C N M T】

・ マ イ ク ロ メ ー ト ル の 長 さ の N i - C u 合 金 内 包 C N M T の 大 量 創 成 に 成 功 し た ．

・1 本 の V-I 特 性 の 測 定 に 成 功 し ，2 種 類 の 新 奇 な 特 性 を 測 定 し た ．

以 上 の 特 徴 を 持 っ た 3 種 類 の 金 属 内 包 C N T は ， 精 密 な マ ニ ピ ュ レ ー シ ョ ン に よ っ て 移 植 が 実 現 で き れ ば N i 内 包 C N T は M F M 用 の 探 針 や ， 大 ス ピ ン 流 注 入 用 の 探 針 へ の 応 用 が 可 能 と な る ．S U S 3 0 4 や N i - C u を 内 包 し た C N T な ら ば ，メ ゾ ス コ ピ ッ ク な 系 の 拡 散 領 域 に お け る 磁 界 が 電 気 伝 導 に 影 響 す る 磁 気 抵 抗 デ バ イ ス や ナ ノ ピ ペ ッ ト の よ う な 接 合 ・切 断 加 工 を 担 う 探 針 が 作 製 可 能 で あ り ， 今 後 の ナ ノ 測 定 ・ 加 工 技 術 な ど に 貢 献 す る こ と を 期 待 し て い る ．

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謝 辞

本 研 究 に 着 手 す る 機 会 を 与 え て 頂 き ，真 摯 に 懇 切 丁 寧 な 指 導 と ご 鞭 撻 を 賜 り ま し た 日 本 大 学 理 工 学 部 電 気 工 学 科 鈴 木 薫 教 授 に 心 よ り 感 謝 致 し ま す 。

研 究 を 遂 行 す る う え で ，日 頃 よ り 様 々 な 機 器 の 提 供 や 基 本 的 な 助 言 を 下 さ っ た 日 本 大 学 理 工 学 部 電 気 工 学 科 胡 桃 聡 助 手 に 深 く 感 謝 致 し ま す 。

本 論 文 を 完 成 さ せ る に あ た っ て ，有 益 な ご 助 言 を 下 さ っ た 日 本 大 学 理 工 学 部 電 気 工 学 科 小 野 隆 教 授 ，日 本 大 学 理 工 学 部 電 子 工 学 科 山 本 寛 学 部 長 ， 日 本 大 学 理 工 学 部 電 気 工 学 科 松 田 健 一 准 教 授 に 心 よ り 感 謝 の 意 を 表 し ま す 。

試 料 作 製 の 相 談 や 実 施 を 賜 り ま し た 皆 藤 孝 氏 に 感 謝 の 意 を 表 し ま す 。 試 料 の 観 察 に あ た り ，装 置 を お 貸 し 頂 い た 日 本 大 学 理 工 学 部 理 工 学 研 究 所 先 端 材 料 科 学 セ ン タ ー な ら び に 材 料 創 造 研 究 セ ン タ ー の 皆 様 に も 感 謝 致 し ま す 。

本 研 究 （ の 一 部 ） は 、 文 部 科 学 省 の 支 援 を 受 け た 東 京 大 学 先 端 ナ ノ 計 測 ハ ブ 拠 点 に お い て 実 施 さ れ ま し た 。

放 電 レ ー ザ 工 学 研 究 室 の 学 生 の 皆 様 に も 感 謝 致 し ま す 。

長 年 ， 学 生 生 活 を 支 え て く れ た 父 と 母 に 心 よ り 感 謝 致 し ま す 。