カーボンナノチューブの電界放出顕微鏡像
カーボンナノチューブ(CNT)は電界放出陰極材料へのデバイス応用が期待されています。しかし、放出電流密度は動作雰囲気中のガス分子の吸着・脱離によって敏感に変化します。そこで我々は電界放出顕微鏡法(FEM)により多層CNT先端上のガス分子の挙動を動的に観察できることを見出し、各種ガス雰囲気中での電界放出の素過程を研究しています。
上図：多層CNT先端の五員環上に吸着したCO2分子の５つの吸着サイトを反映したFEM像。
下図：吸着サイトのモデル図：CO2分子内のO原子は五員環の対角線上にある炭素原子の直上に位置していると考えられる。
酸素雰囲気中における多層CNT先端が酸素分子の吸着脱離によって燃焼する過程の動的観察を示したFEM像と解釈。第一層目の五員環から燃焼し、五員環以外の部分とエッジから電界放出し始め，外層の残渣部分が燃焼した瞬間、第2層からの電界放出が生じる。
その結果以下のことが判明した．
・Layer by Layerで外層の除去が可能
・電界放出陰極応用において残留酸素は陰極を破壊