CN109790032A - 碳纳米管集合体 - Google Patents

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畠山义治
市川智昭
增田将太郎
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Nitto Denko Corp
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Abstract

本发明提供夹持力优异的碳纳米管集合体。本发明的碳纳米管集合体为由多个碳纳米管构成的片状的碳纳米管集合体，在该碳纳米管集合体的表面及/或背面，利用压入负荷设为500μN的纳米压痕法测得的凝集力N为3nJ以上。

Description

碳纳米管集合体
技术领域
本发明涉及碳纳米管集合体。
背景技术
在半导体元件等的制造工序中，在对材料、半成品、制品等被加工物进行搬送时，使用移动臂或移动台等搬送基材对该被加工物进行搬送(例如，参见专利文献1、2)。在进行这样的搬送时，要求载置被加工物的部件(搬送固定夹具)具有使得被加工物在搬送中不偏移这样的强夹持力(grip force)。另外，这样的要求伴随着制造工序高速化的要求而逐年提高。
然而，就以往的搬送固定夹具而言，通过树脂等弹性材料来保持被加工物，从而存在该弹性材料容易附着并残留于被加工物的问题。另外，树脂等弹性材料的耐热性较低，有在高温环境下其夹持力下降这样的问题。
若将陶瓷等材料用于搬送固定夹具，则可防止被加工物的污染，另外，夹持力的温度依赖性降低。然而，由这样的材料构成的搬送固定夹具本质上夹持力较低，存在即便在常温下也无法充分保持被加工物的问题。
另外，作为在高温环境下保持被加工物的方法，可列举减压吸附的方法、利用搬送固定夹具的形状来固定被加工物的方法(例如，卡盘固定(chucking)、镗孔固定等)等。然而，进行减压吸附的方法仅在大气氛围下有效，无法在CVD工序等的真空下使用。另外，在利用搬送固定夹具的形状来固定被加工物的方法中，存在因被加工物与搬送固定夹具的接触而导致被加工物受到损伤、产生颗粒等问题。
作为解决上述问题的方法，考虑将具备碳纳米管集合体的粘合性结构体用于搬送固定夹具。碳纳米管集合体能够利用范德华力来保持被加工物，但另一方面，在要求高速搬送的情况下等，存在夹持力不充分的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-351961号公报
专利文献2：日本特开2013-138152号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的课题在于提供夹持力优异的碳纳米管集合体。
用于解决课题的手段
本发明的碳纳米管集合体为由多个碳纳米管构成的片状的碳纳米管集合体，在该碳纳米管集合体的表面及/或背面，利用压入负荷设为500μN的纳米压痕法测得的凝集力N为3nJ以上。
在一个实施方式中，利用上述纳米压痕法测得的硬度为0.4MPa以下。
在一个实施方式中，本发明的碳纳米管集合体为由多个碳纳米管构成的片状的碳纳米管集合体，在该碳纳米管集合体的表面及/或背面，利用压入负荷设为320g/cm2的热机械分析(TMA)测得的凝集力T为100μJ以上。
在一个实施方式中，在上述碳纳米管集合体的长度方向的端部附近存在碳纳米管的非取向部。
发明的效果
根据本发明，通过将单面或双面的碳纳米管集合体的凝集力设为规定的值，能够提供夹持力优异的碳纳米管集合体。
附图说明
图1为基于本发明的一个实施方式的碳纳米管集合体的示意截面图。
图2为对基于本发明的一个实施方式的碳纳米管集合体的纳米压痕法的负荷-位移曲线进行说明的图。
图3为对基于本发明的一个实施方式的碳纳米管集合体的、利用TMA得到的负荷-位移曲线进行说明的图。
图4为基于本发明的另一个实施方式的碳纳米管集合体的示意截面图。
图5为基于本发明的一个实施方式的碳纳米管集合体的SEM图像。
图6为基于本发明的一个实施方式的碳纳米管集合体的示意截面图。
图7为本发明的一个实施方式中的碳纳米管集合体的制造装置的示意截面图。
具体实施方式
A.碳纳米管集合体
A-1.碳纳米管集合体的整体构成
图1为示意性地表示基于本发明的一个实施方式的碳纳米管集合体的一部分的示意截面图。碳纳米管集合体100由多个碳纳米管10构成为片状。碳纳米管10相对于规定平面(例如，由多个碳纳米管的端部规定的碳纳米管集合体的一面)而在大致垂直方向上取向。此处，所谓“大致垂直方向”是指相对于规定平面的角度优选为90°±20°、更优选为90°±15°、进一步优选为90°±10°、特别优选为90°±5°。
在本发明中，通过将碳纳米管集合体的表面及/或背面(图1中的纸面上侧的面及/或纸面下侧的面)的凝集力设为特定的值，能够形成夹持力高的面，并且能够提供可在该面强力地保持载置物的碳纳米管集合体。在一个实施方式中，上述凝集力由利用纳米压痕法测得的凝集力N规定。在另一个实施方式中，上述凝集力由利用热机械分析(TMA)测得的凝集力T规定。
在一个实施方式中，就上述碳纳米管集合体而言，在碳纳米管集合体的表面及/或背面(图1中的纸面上侧的面及/或纸面下侧的面)，利用压入负荷设为500μN的纳米压痕法测得的凝集力N(以下，有时也简称为“凝集力N”)为3nJ以上。在本发明中，通过提高该凝集力N，能够形成夹持力高的面，从而能够提供可在该面强力地保持载置物的碳纳米管集合体。上述凝集力N例如能够如下方式进行控制：调整碳纳米管的取向；调整碳纳米管的长度；调整碳纳米管的密度；调整碳纳米管的层数及/或直径；在形成碳纳米管时适当地选择碳源；适当地调整原料浓度；适当地调整催化剂的大小；适当地调整催化剂的活性；适当地调整生长时间；等等。
在本说明书中，所谓“利用纳米压痕法测得的凝集力N”，如图2所示，是指在下述条件下得到的纳米压痕法的负荷-位移曲线中，由负载曲线、卸载曲线及位移轴规定的面积Sn。
＜纳米压痕法测定条件＞
测定温度：25℃
压头：圆锥型压头，前端曲率半径：1μm，顶角：90°
测定方法：单一压入测定
压入负荷：0μN→500μN
负载速度：5000nm/s
卸载速度：5000nm/s
上述凝集力N优选为5nJ以上、更优选为7nJ以上、进一步优选为9nJ～200nJ。若为这样的范围，则本发明的效果变得更显著。
在一个实施方式中，在碳纳米管集合体的表面及/或背面，利用上述纳米压痕法测得的硬度优选为0.4MPa以下、更优选为0.2MPa以下、进一步优选为0.1MPa以下、特别优选为0.05MPa以下。纳米压痕法的测定条件如上所述。若利用纳米压痕法测得的硬度为上述范围，则能够得到上述凝集力N高的碳纳米管集合体。在凝集力N为上述范围的面，硬度优选为上述范围。需要说明的是，上述“硬度”可由最大负荷Pmax(即，负荷500μN)、与负载最大负荷Pmax而压入压头时该压头的接触投影面积A并通过(Pmax)/A的式来计算。
在一个实施方式中，就上述碳纳米管集合体而言，在碳纳米管集合体的表面及/或背面(图1中的纸面上侧的面及/或纸面下侧的面)，利用压入负荷设为320g/cm2的热机械分析(TMA)测得的凝集力T(以下，有时也简称为“凝集力T”)为100μJ以上。在本发明中，通过提高该凝集力T，能够形成夹持力高的面，从而能够提供可在该面强力地保持载置物的碳纳米管集合体。上述凝集力T例如能够以如下方式进行控制：调整碳纳米管的取向；调整碳纳米管的长度；调整碳纳米管的密度；调整碳纳米管的层数及/或直径；形成碳纳米管时适当地选择碳源；适当地调整原料浓度；适当地调整催化剂的大小；适当地调整催化剂的活性；适当地调整生长时间；等等。尤其是，通过调整碳纳米管的取向，并如后文所述在碳纳米管集合体的长度方向的端部附近形成非取向部，从而能够在形成有该非取向部的面将上述凝集力T设为适当的值。
在本说明书中，所谓“利用热机械分析(TMA)测得的凝集力T”，如图3所示，是指在下述条件下得到的纳米压痕法的负荷-位移曲线中，由负载曲线、卸载曲线及位移轴规定的面积St。
＜TMA测定条件＞
测定温度：25℃
探针：大膨胀探针(macro expansion probe)(圆柱型压头)：Φ7mm
测定方法：压入测定
压入负荷：0N→1.2N(320g/cm2)
负载速度：1.2N/min
卸载速度：1.2N/min
上述凝集力T优选为150μJ以上、更优选为190μJ以上、进一步优选为250μJ以上。若为这样的范围，则本发明的效果变得更显著。凝集力T的上限例如为2000μJ以下、优选为1000μJ以下、更优选为800μJ以下。
图4为示意性地表示基于本发明的另一个实施方式的碳纳米管集合体的一部分的示意截面图。在该实施方式中，碳纳米管10具有碳纳米管10的非取向部110。在一个实施方式中，如图4所示，碳纳米管集合体100’还具有碳纳米管的取向部120。碳纳米管的取向部120相对于规定平面(例如，由多个碳纳米管的端部规定的碳纳米管集合体的一面)而在大致垂直的方向取向。在本发明中，通过调整碳纳米管的非取向部的位置、厚度；非取向部与取向部的厚度比等，能够控制上述凝集力N及凝集力T。
在一个实施方式中，碳纳米管的非取向部110存在于碳纳米管集合体100的长度方向的端部附近。在图4中，在碳纳米管集合体100的一端形成有非取向部110。碳纳米管的非取向部也可存在于碳纳米管集合体的长度方向的两端部附近，而不限定于图4的例子。另外，碳纳米管的非取向部还可存在于碳纳米管集合体的中间部附近。进而，碳纳米管集合体还可含有多个的碳纳米管的非取向部及取向部。
在本说明书中，所谓碳纳米管的非取向部是指以取向角度的偏差值为40°以上而构成的碳纳米管的集合部分。碳纳米管的取向角度的偏差值以下述方式求出。
(1)获取碳纳米管集合体的截面的SEM图像(倍率2万倍，图像范围：碳纳米管集合体的厚度×宽度约6μm)。图5是该SEM图像，表示碳纳米管集合体的下表面102侧。
(2)在碳纳米管集合体的厚度方向两端部附近，将由多个碳纳米管的端部规定且在宽度方向上存在10根以上的碳纳米管的面规定为上表面及下表面102。在一个实施方式中，就碳纳米管的取向角度的偏差值而言，也可在基材上形成碳纳米管集合体后且从该基材采集碳纳米管集合体之前进行测定。此时，碳纳米管集合体的下表面是与基材大致平行的面。
(3)从下表面102以与下表面102平行的方式每隔500nm划出线210，设定500nm间隔的区间。需要说明的是，在图5中，表示划出了15根线为止的状态(设定了15个区间的状态)。
(4)在1个区间内，随机地选择10根碳纳米管。
(5)对所选择的每根碳纳米管设定内包该碳纳米管的圆220。此时，以连接与该圆相接的碳纳米管的2个端部的直线230在区间内成为500nm±50nm的方式，设定圆220。
(6)测定直线230相对于下表面102的取向角度，由区间内10根碳纳米管的角度求出取向角度的标准偏差。
(7)在该取向角度的标准偏差为40°以上时，判断该区间中的碳纳米管未取向，该区间为碳纳米管的非取向部110。需要说明的是，在图5中，非取向部110的厚度为4μm。以下，有时也将碳纳米管的非取向部简称为非取向部。
在本说明书中，所谓碳纳米管的取向部是指以取向角度的偏差值小于40°而构成的碳纳米管的集合部分。即，如上所述地在每个规定区间求出碳纳米管的取向角度的标准偏差，在该标准偏差小于40°时，判断该区间的碳纳米管已取向，该区间为碳纳米管的取向部。以下，有时也将碳纳米管的取向部简称为取向部。
图6为示意性地表示基于本发明的另一实施方式的碳纳米管集合体的示意截面图。在图6所示的实施方式中，碳纳米管集合体100”不具有碳纳米管集合体100的取向部120，其整体由碳纳米管的非取向部110构成。
在由取向部及非取向部构成的碳纳米管集合体中，非取向部的厚度优选为0.5μm～50μm、更优选为1μm～20μm、进一步优选为2μm～10μm、特别优选为2μm～7μm。当在这样的范围内时，能够得到上述凝集力N及凝集力T高、粘合性优异且可维持片状的碳纳米管集合体。
在由取向部及非取向部构成的碳纳米管集合体中，非取向部厚度的比例相对于碳纳米管集合体的厚度(取向部的厚度与非取向部的厚度之和)优选为0.001％～50％、更优选为0.01％～40％、进一步优选为0.05％～30％、特别优选为0.1％～20％。当在这样的范围内时，能够得到上述凝集力N及凝集力T高、粘合性优异且可维持片状的碳纳米管集合体。
上述碳纳米管集合体的厚度例如为10μm～5000μm、优选为50μm～4000μm、更优选为100μm～3000μm、进一步优选为300μm～2000μm。碳纳米管集合体的厚度为例如在距碳纳米管集合体层的面方向端部0.2mm以上的内侧随机抽选的3处的平均值。
碳纳米管集合体表面(由多个碳纳米管的端部规定的面)的相对于玻璃表面于23℃时的最大静摩擦系数优选为1.0以上。上述最大静摩擦系数的上限值优选为50。当在这样的范围内时，能够得到夹持性优异的碳纳米管集合体。需要说明的是，毋庸赘言，相对于玻璃表面摩擦系数较大的上述粘合性结构体对于由除玻璃以外的材料构成的被载置物(例如，半导体晶片)也可呈现较强的夹持性。最大静摩擦系数的测定方法在下文进行说明。
在一个实施方式中，本发明的碳纳米管集合体可应用于搬送固定夹具。该搬送固定夹具例如可适用于半导体元件的制造工序、光学部件的制造工序等。更详细而言，上述搬送固定夹具可用于在半导体元件制造的工序与工序之间、或在规定的工序内移送材料、半成品、制品等(具体而言，半导体材料、晶片、芯片、基板、陶瓷板、膜等)。另外，可用于在光学部件制造的工序间、或在规定的工序内移送玻璃基材等。
A-1-1.在长度方向的端部附近具有非取向部的碳纳米管集合体
在一个实施方式中，如上所述，本发明的碳纳米管集合体在长度方向的端部附近具有非取向部。优选的是，在长度方向的端部附近具有非取向部的碳纳米管集合体还具有取向部、即在取向部的端部存在非取向部的构成。在长度方向的端部附近具有非取向部的碳纳米管集合体可仅在单面具有非取向部，也可在两面具有非取向部。另外，就在长度方向的端部附近具有非取向部的碳纳米管集合体而言，除具有位于端部附近的非取向部以外，还可具有位于端部附近以外的部位的非取向部。
就在长度方向的端部附近具有非取向部的碳纳米管集合体而言，其能够以具有非取向部的面为粘合面而牢固地保持载置于该粘合面的载置物(例如，半导体材料)。认为这样的效果是利用非取向部形成面具有高的凝集力T而得到的。
在长度方向的端部附近具有非取向部的碳纳米管集合体中，位于端部附近的非取向部的厚度优选为0.5μm以上、更优选为0.5μm～50μm、进一步优选为0.5μm～10μm、进一步优选为0.5μm～5μm。当在这样的范围内时，能够得到可呈现优异的夹持力的碳纳米管集合体。另外，位于端部附近的非取向部越厚，越能够使凝集力N及凝集力T(尤其是凝集力T)增大，越能够得到高的夹持力。
在长度方向的端部附近具有非取向部的碳纳米管集合体中，位于端部附近的非取向部的厚度的比例相对于碳纳米管集合体的厚度(取向部的厚度与非取向部的厚度之和)优选为0.001％～50％、更优选为0.01％～40％、进一步优选为0.05％～30％、特别优选为0.1％～20％。当在这样的范围内时，能够得到可呈现优异的夹持力的碳纳米管集合体。
在长度方向的端部附近具有非取向部的碳纳米管集合体中，形成有非取向部的面相对于玻璃表面于23℃的最大静摩擦系数优选为1.0以上、更优选为1.5以上、进一步优选为3.0以上、特别优选为5.0以上。另外，优选为100以下、更优选为50以下、进一步优选为30以下、特别优选为20以下。
关于碳纳米管集合体的特征，A-1-1项中记载的事项以外的特征如A-1项的记载。
A-2.碳纳米管
构成碳纳米管集合体的碳纳米管例如可采用下述实施方式(第1实施方式、第2实施方式)。
在第1实施方式中，碳纳米管集合体具备多个碳纳米管，且该碳纳米管具有多层，该碳纳米管的层数分布的分布宽度为10层以上，该层数分布的最频值的相对频率为25％以下。这样的构成的碳纳米管集合体的粘合力优异。
在第1实施方式中，碳纳米管的层数分布的分布宽度优选为10层以上、更优选为10层～30层、进一步优选为10层～25层、特别优选为10层～20层。通过将碳纳米管的层数分布的分布宽度调整在这样的范围内，能够得到粘合力优异的碳纳米管集合体。所谓碳纳米管的层数分布的“分布宽度”是指碳纳米管层数的最大层数与最小层数之差。
碳纳米管的层数、层数分布通过任意适当的装置进行测定即可。优选通过扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)进行测定。例如，从碳纳米管集合体取出至少10根、优选为20根以上的碳纳米管，利用SEM或者TEM进行测定，且对层数及层数分布进行评价即可。
在第1实施方式中，碳纳米管层数的最大层数优选为5层～30层、更优选为10层～30层、进一步优选为15层～30层、特别优选为15层～25层。
在第1实施方式中，碳纳米管层数的最小层数优选为1层～10层、更优选为1层～5层。
在第1实施方式中，碳纳米管层数分布的最频值的相对频率优选为25％以下、更优选为1％～25％、进一步优选为5％～25％、特别优选为10％～25％、最优选为15％～25％。通过将碳纳米管层数分布的最频值的相对频率调整在上述范围内，能够得到粘合力优异的碳纳米管集合体。
在第1实施方式中，碳纳米管层数分布的最频值优选存在于层数2层～层数10层、进一步优选存在于层数3层～层数10层。通过将碳纳米管层数分布的最频值调整在上述范围内，能够得到粘合力优异的碳纳米管集合体。
在第1实施方式中，作为碳纳米管的形状，只要其横截面具有任意适当的形状即可。例如，可列举其横截面为近圆形、椭圆形、n边形(n为3以上的整数)等。
在第1实施方式中，碳纳米管的直径优选为0.3nm～2000nm、更优选为1nm～1000nm、进一步优选为2nm～500nm。通过将碳纳米管的直径调整在上述范围内，能够得到粘合力优异的碳纳米管集合体。
在第1实施方式中，碳纳米管的比表面积、密度可设定为任意适当的值。
在第2实施方式中，碳纳米管集合体具备多个碳纳米管，且该碳纳米管具有多层，该碳纳米管的层数分布的最频值存在于层数10层以下，该最频值的相对频率为30％以上。这样的构成的碳纳米管集合体的粘合力优异。
在第2实施方式中，碳纳米管层数分布的分布宽度优选为9层以下、更优选为1层～9层、进一步优选为2层～8层、特别优选为3层～8层。通过将碳纳米管层数分布的分布宽度调整在这样的范围内，能够得到粘合力优异的碳纳米管集合体。
在第2实施方式中，碳纳米管层数的最大层数优选为1层～20层、更优选为2层～15层、进一步优选为3层～10层。
在第2实施方式中，碳纳米管层数的最小层数优选为1层～10层、更优选为1层～5层。
在第2实施方式中，碳纳米管层数分布的最频值的相对频率优选为30％以上、更优选为30％～100％、进一步优选为30％～90％、特别优选为30％～80％、最优选为30％～70％。
在第2实施方式中，碳纳米管层数分布的最频值优选为存在于层数10层以下、更优选为存在于层数1层～层数10层、进一步优选为存在于层数2层～层数8层、特别优选为存在于层数2层～层数6层。
在第2实施方式中，作为碳纳米管的形状，其横截面具有任意适当的形状即可。例如可列举其横截面为近圆形、椭圆形、n边形(n为3以上的整数)等。
在第2实施方式中，碳纳米管的直径优选为0.3nm～2000nm、更优选为1nm～1000nm、进一步优选为2nm～500nm。通过将碳纳米管的直径调整在上述范围内，能够得到粘合力优异的碳纳米管集合体。
在第2实施方式中，碳纳米管的比表面积、密度可设定为任意适当的值。
B.碳纳米管集合体的制造方法
作为碳纳米管集合体的制造方法，可采用任意适当的方法。
作为碳纳米管集合体的制造方法，例如可列举通过化学气相沉积法(CVD法，Chemical Vapor Deposition)制造从基材大致垂直地取向的碳纳米管集合体的方法，该化学气相沉积法是在基材之上形成催化剂层，在利用热、等离子体等使催化剂活化的状态下供给碳源，从而使碳纳米管生长。
作为碳纳米管集合体的制造方法中可使用的基材，可采用任意适当的基材。例如可列举具有平滑性且具有可耐受碳纳米管制造的高温耐热性的材料。作为这样的材料，例如可列举：石英玻璃、氧化锆、氧化铝等金属氧化物；硅(硅晶片等)、铝、铜等金属；碳化硅等碳化物；氮化硅、氮化铝、氮化镓等氮化物，等等。
作为用于制造碳纳米管集合体的装置，可采用任意适当的装置。例如，作为热CVD装置，可列举图7所示的以电阻加热式的电管状炉包围筒型的反应容器而构成的热壁型CVD装置等。这种情况下，作为反应容器，例如优选使用耐热性的石英管等。
作为可用于碳纳米管集合体制造的催化剂(催化剂层的材料)，可使用任意适当的催化剂。例如可列举铁、钴、镍、金、铂、银、铜等金属催化剂。
在制造碳纳米管集合体时，也可根据需要在基材与催化剂层之间设置中间层。作为构成中间层的材料，例如可列举金属、金属氧化物等。在一个实施方式中，中间层由氧化铝/亲水性膜构成。
作为氧化铝/亲水性膜的制作方法，可采用任意适当的方法。例如，可通过在基材之上制作SiO2膜，将Al蒸镀后，升温至450℃将其氧化来得到。根据这样的制作方法，Al2O3与亲水性的SiO2膜相互作用，与直接蒸镀Al2O3所得的膜相比，能够形成粒径不同的Al2O3面。若在基材之上未制作亲水性膜，则即便将Al蒸镀后升温至450℃并将其氧化，也可能难以形成粒径不同的Al2O3面。另外，即便在基材之上制作亲水性膜并直接蒸镀Al2O3，也可能难以形成粒径不同的Al2O3面。
为了形成微粒，可用于碳纳米管集合体制造的催化剂层的厚度优选为0.01nm～20nm、更优选为0.1nm～10nm。通过将可用于碳纳米管集合体制造的催化剂层的厚度调整在上述范围内，能够得到凝集力N及凝集力T高的碳纳米管集合体。另外，能够形成具有非取向部的碳纳米管集合体。
可用于碳纳米管集合体制造的催化剂层的量优选为50ng/cm2～3000ng/cm2、更优选为100ng/cm2～1500ng/cm2、特别优选为300ng/cm2～1000ng/cm2。通过将可用于碳纳米管集合体制造的催化剂层的量调整在上述范围内，能够得到凝集力N及凝集力T高的碳纳米管集合体。另外，能够形成具有非取向部的碳纳米管集合体。
催化剂层的形成方法可采用任意适当的方法。例如可列举通过EB(电子束)、溅射等来蒸镀金属催化剂的方法、将金属催化剂微粒的混悬液涂布在基材上的方法；等等。
通过上述方法形成的催化剂层可通过加热等处理进行微粒化，从而用于碳纳米管集合体的制造。例如，加热处理的温度优选为400℃～1200℃、更优选为500℃～1100℃、进一步优选为600℃～1000℃、特别优选为700℃～900℃。例如，加热处理的保持时间优选为0分钟～180分钟、更优选为5分钟～150分钟、进一步优选为10分钟～120分钟、特别优选为15分钟～90分钟。在一个实施方式中，只要进行上述加热处理，则能够适当地控制碳纳米管集合体的凝集力N及凝集力T，另外，能够得到适当地形成有非取向部的碳纳米管集合体。例如，就通过上述的加热处理等方法形成的催化剂微粒的大小而言，圆当量直径的平均粒径优选为1nm～300nm、更优选为3nm～100nm、进一步优选为5nm～50nm、特别优选为10nm～30nm。在一个实施方式中，当为上述催化剂微粒的大小时，则能够适当地控制碳纳米管集合体的凝集力N及凝集力T，另外，能够得到适当地形成有非取向部的碳纳米管集合体。
作为可用于碳纳米管集合体制造的碳源，可使用任意适当的碳源。例如可列举甲烷、乙烯、乙炔、苯等烃；甲醇、乙醇等醇；等等。
在一个实施方式中，通过所使用的碳源的种类，能够控制上述凝集力N及凝集力T。另外，能够控制上述非取向部的形成。在一个实施方式中，通过在碳源中使用乙烯，能够提高碳纳米管集合体的凝集力N及凝集力T。另外，能够形成具有非取向部的碳纳米管集合体。
在一个实施方式中，上述碳源与氦、氢及水蒸气一同作为混合气体而被供给。在一个实施方式中，通过该混合气体的组成能够控制碳纳米管集合体的凝集力N及凝集力T。另外，能够形成具有非取向部的碳纳米管集合体。例如能够通过增加混合气体中的氢量来形成非取向部。
上述混合气体中，碳源(优选为乙烯)于23℃时的浓度优选为2vol％～30vol％、更优选为2vol％～20vol％。上述混合气体中，氦于23℃时的浓度优选为15vol％～92vol％、更优选为30vol％～80vol％。上述混合气体中，氢于23℃时的浓度优选为5vol％～90vol％、更优选为20vol％～90vol％。上述混合气体中，水蒸气于23℃时的浓度优选为0.02vol％～0.3vol％、更优选为0.02vol％～0.15vol％。在一个实施方式中，当使用上述组成的混合气体时，则能够适当地控制碳纳米管集合体的凝集力N及凝集力T，另外，能够得到适当地形成有非取向部的碳纳米管集合体。
在上述混合气体中，碳源(优选为乙烯)与氢于23℃时的体积比(氢/碳源)优选为2～20、更优选为4～10。当在这样的范围内时，则能够适当地控制凝集力N及凝集力T，另外，能够得到适当地形成有非取向部的碳纳米管集合体。
在上述混合气体中，水蒸气与氢于23℃的体积比(氢/水蒸气)优选为100～2000、更优选为200～1500。当在这样的范围内时，则能够适当地控制凝集力N及凝集力T，另外，能够得到适当地形成有非取向部的碳纳米管集合体。
作为碳纳米管集合体的制造中的制造温度，可采用任意适当的温度。例如，为了形成可充分地呈现本发明效果的催化剂粒子，优选为400℃～1000℃、更优选为500℃～900℃、进一步优选为600℃～800℃、进一步优选为700℃～800℃、特别优选为730℃～780℃。通过制造温度能够控制上述凝集力N及凝集力T。另外，能够控制上述非取向部的形成。
在一个实施方式中，如上所述，在基材之上形成催化剂层，在使催化剂活化的状态下供给碳源，使碳纳米管生长后，停止碳源的供给，在碳源存在的状态下，于反应温度对碳纳米管进行维持。在一个实施方式中，通过该反应温度维持工序的条件，能够控制凝集力N及凝集力T。另外，能够形成具有非取向部的碳纳米管集合体。
在一个实施方式中，如上所述，也可在基材之上形成催化剂层，在使催化剂活化的状态下供给碳源，使碳纳米管生长后，在基材上的碳纳米管的厚度方向上施加规定的负荷，将该碳纳米管压缩。如此一来，能够得到仅由碳纳米管的非取向部构成的碳纳米管集合体(图6)。作为上述负荷，例如为1g/cm2～10000g/cm2、优选为5g/cm2～1000g/cm2、更优选为100g/cm2～500g/cm2。在一个实施方式中，压缩后的碳纳米管层(即，碳纳米管集合体)的厚度相对于压缩前的碳纳米管层的厚度为10％～90％、优选为20％～80％、更优选为30％～60％。
以上述方式在基材上形成碳纳米管集合体后，从该基材采集碳纳米管集合体，据此能够得到本发明的碳纳米管集合体。在本发明中，若形成非取向部，则能够直接以形成在基材上的片状的状态来采集碳纳米管集合体。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行说明，但本发明并不限定于此。需要说明的是，各种评价、测定利用以下的方法进行。对于碳纳米管集合体的厚度及非取向部的厚度而言，通过SEM观察碳纳米管集合体的截面来测定。
(1)碳纳米管集合体的凝集力N(纳米压痕法)
对碳纳米管集合体的规定的面，在下述条件下利用纳米压痕法获取负荷-位移曲线，测定由负载曲线、卸载曲线及位移轴规定的面积Sn，并将该面积Sn作为碳纳米管集合体的凝集力N。
＜纳米压痕法测定条件＞
测定温度：25℃
压头：圆锥型压头，前端曲率半径：1μm，顶角：90°
测定方法：单一压入测定
压入负荷：0μN→500μN
负载速度：5000nm/s
卸载速度：5000nm/s
(2)碳纳米管集合体的硬度
在与上述(1)同样的条件下，获取负荷-位移曲线，将下述值作为碳纳米管集合体的硬度，该值是由最大负荷Pmax(即，负荷500μN)、与负载最大负荷Pmax而压入压头时的该压头的接触投影面积A通过(Pmax)/A的式计算而得到的。
(3)搬送评价
将硅制半导体晶片固定于沿直线方向往返的载台上，在该硅制半导体晶片上载置实施例及比较例中制作的评价试样。此时，使评价试样的粘合面与半导体晶片相接触。
接着，在评价试样上载置负荷40g，以加速度1G使上述载台往返100次，并对其后的评价试样的偏移量进行测定。表1中，将每往返1次的平均偏移量小于0.2mm(或往返100次后的偏移量小于2cm)的情况评价为合格(○)，将0.2mm以上的情况评价为不合格(×)。
(4)碳纳米管集合体的凝集力T(TMA)
对碳纳米管集合体的规定的面，在下述条件下利用热机械分析(TMA)获取负荷-位移曲线，测定由负载曲线、卸载曲线及位移轴规定的面积St，将该面积St作为碳纳米管集合体的凝集力T。
＜TMA测定条件＞
测定温度：25℃
探针：大膨胀探针(圆柱型压头)：Φ7mm
测定方法：压入测定
压入负荷：0N→1.2N(320g/cm2)
负载速度：1.2N/min
卸载速度：1.2N/min
(5)相对于玻璃表面的最大静摩擦系数
通过下述方法测定摩擦力，且将摩擦力除以负荷所得的值作为最大静摩擦系数。
(摩擦力测定方法)
将碳纳米管集合体(尺寸：9mm×9mm)的与测定面为相反侧的面介由胶带(聚酰亚胺胶带)固定在载玻片上，制作评价用样品。
接着，使评价用样品的摩擦力测定面朝下，将评价用样品配置在另一载玻片(尺寸：26mm×76mm)上，且以在评价用样品上放置砝码从而对碳纳米管集合体施加55g负荷的方式进行设定。
接着，在23℃的环境下，在评价用样品上放置着砝码的状态下，将评价用样品沿水平方向进行拉伸(拉伸速度：100mm/min)，将评价用样品开始移动时的最大负荷作为摩擦力。摩擦力的测定使用吊秤(CUSTOM公司制，商品名“393-25”)。对于吊秤的显示为0.05kg以上的值，采用该数值，吊秤的显示为小于0.05kg时，评价为0kg，并作为摩擦力。
[实施例1]
在硅基材(Valqua-fft公司制，厚度700μm)上，利用溅射装置(芝浦Mechatronics公司制，商品名“CFS-4ES”)形成3922ng/cm2的Al2O3薄膜(极限真空度：8.0×10-4Pa，溅射气体：Ar，气压：0.50Pa)。在该Al2O3薄膜上，进一步利用溅射装置(芝浦Mechatronics公司制，商品名“CFS-4ES”)形成294ng/cm2的Fe薄膜作为催化剂层(溅射气体：Ar，气压：0.75Pa)。
其后，将该基材搭载在φ30mm的石英管内，使保持为含水率700ppm的氦/氢(105/80sccm)混合气体流入石英管内30分钟，将管内进行置换。其后，使用电管状炉使管内升温至765℃，且稳定为765℃。在将温度保持于765℃的状态下，使氦/氢/乙烯(105/80/15sccm，含水率700ppm)混合气体填充于管内，放置60分钟，使碳纳米管在基材上生长。
其后，停止供给原料气体，在将含水率保持为700ppm的氦/氢(105/80sccm)混合气体流入石英管内的状态下进行冷却。
通过上述操作，得到厚度1100μm的碳纳米管集合体。就该碳纳米管集合体而言，从硅基材起的上方1μm的部分为厚度4μm的非取向部(取向度的标准偏差：40°～67°，标准偏差的平均(各区间的标准偏差的合计/区间数(8个))：48°)。碳纳米管集合体可使用镊子从硅基材以片状剥离。
将在硅基材上制作的片状的碳纳米管集合体作为评价试样(1A)。对在评价试样(1A)中露出的碳纳米管集合体面(即，碳纳米管集合体制作时与硅基材为相反侧的面)进行上述(1)及(2)的测定。将结果示于表1。
另外，从硅基材剥离片状的碳纳米管集合体，介由粘合剂(基材：聚酰亚胺)将碳纳米管集合体制作时为硅基板侧的面固定于氧化铝基材，从而制作评价试样(1B)。
将在评价试样(1B)中露出的碳纳米管集合体面(即，碳纳米管集合体制作时与硅基板为相反侧的面)作为粘合面，进行上述(3)的评价。将结果示于表1。
[实施例2]
与实施例1同样地制造碳纳米管集合体。
从硅基材剥离片状的碳纳米管集合体，将碳纳米管集合体制作时与硅基材为相反侧的面直接配置于硅基材上，从而制作评价试样(2A)。将在评价试样(2A)中露出的碳纳米管集合体面(即，碳纳米管集合体制作时为硅基材侧的面)，进行上述(1)及(2)的测定。将结果示于表1。
另外，从硅基材剥离片状的碳纳米管集合体，介由粘合剂(基材：聚酰亚胺)将碳纳米管集合体制作时与硅基板为相反侧的面固定于氧化铝基材，从而制作评价试样(2B)。
将在评价试样(2B)中露出的碳纳米管集合体面(即，碳纳米管集合体制作时为硅基板侧的面)作为粘合面，进行上述(3)的评价。将结果示于表1。
[比较例1]
在硅基材(Valqua-fft公司制，厚度700μm)上，利用溅射装置(芝浦Mechatronics公司制，商品名“CFS-4ES”)形成3922ng/cm2的Al2O3薄膜(极限真空度：8.0×10-4Pa，溅射气体：Ar，气压：0.50Pa)。在该Al2O3薄膜上，进一步利用溅射装置(芝浦Mechatronics公司制，商品名“CFS-4ES”)形成294ng/cm2的Fe薄膜作为催化剂层(溅射气体：Ar，气压：0.75Pa)。
其后，将该基材搭载在φ30mm的石英管内，使含水率保持为600ppm的氦/氢(85/60sccm)混合气体流入石英管内30分钟，将管内进行置换。其后，使用电管状炉使管内升温至765℃，且稳定为765℃。在将温度保持于765℃的状态下，使氦/氢/乙炔(85/60/5sccm，含水率600ppm)混合气体填充至管内，放置60分钟，使碳纳米管在基材上生长。
其后，停止供给原料气体，在将含水率保持为600ppm的氦/氢(85/60sccm)混合气体流入石英管内的状态下进行冷却。
通过上述操作，得到厚度270μm的碳纳米管集合体。该碳纳米管集合体不具有非取向部。未能以片状剥离该碳纳米管集合体。
将所得到的碳纳米管集合体从硅基板转印于胶带(基材：聚酰亚胺)，从而制作评价试样。
对在评价试样中露出的碳纳米管集合体面(即，碳纳米管集合体制作时为硅基板侧的面)进行上述(1)及(2)的测定，另外，将该面作为粘合面，进行上述(3)的评价。将结果示于表1。
[参考例1]
直接配置氟系树脂，对该氟系树脂的表面进行上述(1)及(2)的评价。将结果示于表1。
另外，将氟系树脂固定于胶带(基材：聚酰亚胺)，从而制作评价试样。将氟系树脂的表面作为粘合面，进行上述(3)的评价。将结果示于表1。
[参考例2]
将氧化铝固定于胶带(基材：聚酰亚胺)，而制作评价试样。对氧化铝的表面进行上述(1)及(2)的测定，另外，将该面作为粘合面，进行上述(3)的评价。将结果示于表1。
[表1]
实施例1 实施例2 比较例1 参考例1 参考例2
凝集力(nJ) 9.8 12 2.5 0.497 0
硬度(MPa) 0.029 0.022 0.42 3.16 8166
搬送评价 ○ ○ × × ×
[实施例3]
在硅基材(Valqua-fft公司制，厚度700μm)上，利用溅射装置(芝浦Mechatronics公司制，商品名“CFS-4ES”)形成3922ng/cm2的Al2O3薄膜(极限真空度：8.0×10-4Pa，溅射气体：Ar，气压：0.50Pa)。在该Al2O3薄膜上，进一步利用溅射装置(芝浦Mechatronics公司制，商品名“CFS-4ES”)形成1360ng/cm2的Fe薄膜作为催化剂层(溅射气体：Ar，气压：0.75Pa)。
其后，将该基材搭载在φ30mm的石英管内，使含水率保持为750ppm的氦/氢(105/80sccm)混合气体流入石英管内30分钟，将管内进行置换。其后，使用电管状炉使管内升温至765℃，且稳定为765℃。在将温度保持于765℃的状态下，使氦/氢/乙烯(105/80/15sccm，含水率750ppm)混合气体填充至管内，放置60分钟，使碳纳米管在基材上生长。
其后，停止供给原料气体，在将含水率保持为750ppm的氦/氢(105/80sccm)混合气体流入至石英管内的状态下进行冷却。
通过上述操作，得到厚度700μm的碳纳米管集合体。该碳纳米管集合体在硅基材侧端部具有非取向部。
对所得到的碳纳米管集合体进行上述(4)及(5)的评价。将结果示于表2。
[实施例4]
将作为催化剂层的Fe薄膜的量由1360ng/cm2变更为540ng/cm2，且将氦/氢(105/80sccm)混合气体及氦/氢/乙烯(105/80/15sccm)混合气体的含水率由750ppm变更为250ppm，除此以外，与实施例3同样地得到碳纳米管集合体。所得到的碳纳米管集合体的厚度为600μm。该碳纳米管集合体在硅基材侧端部具有非取向部。
[实施例5]
将作为催化剂层的Fe薄膜的量由1360ng/cm2变更为540ng/cm2，将氦/氢(105/80sccm)混合气体及氦/氢/乙烯(105/80/15sccm)混合气体的含水率由750ppm变更为300ppm，除此以外，与实施例3同样地得到碳纳米管集合体。所得到的碳纳米管集合体的厚度为1000μm。该碳纳米管集合体在硅基材侧端部具有非取向部。
[实施例6]
将作为催化剂层的Fe薄膜的量由1360ng/cm2变更为540ng/cm2，且使用氦/氢(105/100sccm)混合气体代替氦/氢(105/80sccm)混合气体，使用氦/氢/乙烯(105/100/15sccm)混合气体代替氦/氢/乙烯(105/80/15sccm)混合气体，除此以外，与实施例3同样地得到碳纳米管集合体。所得到的碳纳米管集合体的厚度为1000μm。该碳纳米管集合体在硅基材侧端部具有非取向部。
[比较例2]
将石英管内的升温温度765℃设为600℃，在将温度保持为600℃的状态下，将氦/氢/乙炔(85/60/5sccm，含水率60ppm)混合气体填充至管内，除此以外，与比较例1同样地得到碳纳米管集合体。所得到的碳纳米管集合体的厚度为270μm。该碳纳米管集合体不具有非取向部。
[表2]
由表2可知，凝集力T为100μJ的碳纳米管集合体的最大静摩擦系数高。这样的碳纳米管集合体可呈现高夹持力。另外，通过在碳纳米管集合体的长度方向端部形成非取向部，能够增大凝集力T。
附图标记说明
10 碳纳米管
110 非取向部
120 取向部
100、100’ 碳纳米管集合体

Claims (4)

1.碳纳米管集合体，其为由多个碳纳米管构成的片状的碳纳米管集合体，
在该碳纳米管集合体的表面及/或背面，利用压入负荷设为500μN的纳米压痕法测得的凝集力N为3nJ以上。
2.如权利要求1所述的碳纳米管集合体，其中，在所述碳纳米管集合体的表面及/或背面，利用所述纳米压痕法测得的硬度为0.4MPa以下。
3.碳纳米管集合体，其为由多个碳纳米管构成的片状的碳纳米管集合体，
在该碳纳米管集合体的表面及/或背面，利用压入负荷设为320g/cm2的热机械分析(TMA)测得的凝集力T为100μJ以上。
4.如权利要求1～3中任一项所述的碳纳米管集合体，其中，在所述碳纳米管集合体的长度方向的端部附近存在碳纳米管的非取向部。
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