CN113316558B - 碳纳米管、碳纳米管集合线、碳纳米管集合线集束的制造方法及制造装置 - Google Patents

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Abstract

一种碳纳米管的制造方法，包括：通过将含碳气体供给至浮游状态的催化剂粒子，从而使碳纳米管从所述催化剂粒子开始生长的生长工序；以及通过对浮游状态的所述碳纳米管施加拉伸力，从而使所述碳纳米管伸长的伸长工序。

Description

碳纳米管、碳纳米管集合线、碳纳米管集合线集束的制造方法 及制造装置
技术领域
本发明涉及碳纳米管的制造方法、碳纳米管集合线的制造方法、碳纳米管集合线集束的制造方法、碳纳米管制造装置、碳纳米管集合线制造装置以及碳纳米管集合线集束制造装置。本专利申请要求基于2018年12月27日提出的日本专利申请特愿2018-245685号的优先权、以及基于2019年9月3日提出的日本专利申请特愿2019-160765号的优先权。通过参照将该日本专利申请中所记载的全部记载内容援引在本说明书中。
背景技术
具有将碳原子以六边形结合的石墨烯片制成圆筒状而得的结构的碳纳米管(以下也记为CNT)是一种具有优异特性的材料，其重量为铜的1/5、强度为钢铁的20倍、并且具有金属的导电性等。因此，使用了碳纳米管的电线作为一种有助于(特别是)提高汽车用发动机的轻量化、小型化以及耐腐蚀性的材料而被期待。
例如，如专利文献1(日本特开2005-330175号公报)所示，利用气相生长法得到碳纳米管，在气相生长法中，通过在加热铁等微细催化剂的同时供给含碳的原料气体，使得碳纳米管从催化剂上开始生长。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-330175号公报
非专利文献
非专利文献1：Agnieszka Lekawa-Raus et.al.“Electrical Properties ofCarbon Nanotube Based Fibers and Their Future Use in Electrical Wiring(碳纳米管纤维的电气特性及其在电线中的应用前景)”,Advanced Functional Materials,Vo.24,p.p.3661-3682(2014).DOI:10.1002/adfm.201303716
发明内容
本发明的一个方式涉及的碳纳米管的制造方法包括：
通过将含碳气体供给至浮游状态的催化剂粒子，从而使碳纳米管从所述催化剂粒子开始生长的生长工序；以及
通过对浮游状态的所述碳纳米管施加拉伸力，从而使所述碳纳米管伸长的伸长工序。
本发明的其他方式涉及的碳纳米管集合线的制造方法包括：
通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，使得1个或多个碳纳米管从所述多个催化剂粒子的每一个开始生长，从而使多个碳纳米管生长的生长工序；
通过对浮游状态的所述多个碳纳米管施加拉伸力，从而使所述多个碳纳米管伸长的伸长工序；以及
通过将浮游状态的所述多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并集合，以得到碳纳米管集合线的集合工序。
本发明的其他方式涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法包括：
通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，使得1个或多个碳纳米管从所述多个催化剂粒子的每一个开始生长，从而使多个碳纳米管生长的生长工序；
通过对浮游状态的所述多个碳纳米管施加拉伸力，从而使所述多个碳纳米管伸长的伸长工序；
通过将浮游状态的所述多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并集合，以得到多个碳纳米管集合线的集合工序；以及
通过将所述多个碳纳米管集合线沿着所述多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束，以得到碳纳米管集合线集束的集束工序。
本发明的其他方式涉及的碳纳米管制造装置具备：
管状的碳纳米管生长部、
将含碳气体从所述碳纳米管生长部的一个端部侧供给到所述碳纳米管生长部内的气体供给部、
将催化剂粒子供给到所述碳纳米管生长部内的催化剂供给部、以及
配置在所述碳纳米管生长部的另一个端部侧，且将在所述碳纳米管生长部中得到的碳纳米管伸长的碳纳米管伸长部。
本发明的其他方式涉及的碳纳米管集合线制造装置具备：
管状的碳纳米管生长部、
将含碳气体从所述碳纳米管生长部的一个端部供给到所述碳纳米管生长部内的气体供给部、
将催化剂粒子供给到所述碳纳米管生长部内的催化剂供给部、以及
配置在所述碳纳米管生长部的另一个端部侧，且将在所述碳纳米管伸长部中得到的多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并集合的碳纳米管集合部。
本发明的其他方式涉及的碳纳米管集合线集束制造装置具备：
所述碳纳米管集合线制造装置、以及
将由所述碳纳米管集合线制造装置得到的多个碳纳米管集合线沿着所述多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束，以得到碳纳米管集合线集束的集束部。
附图说明
[图1]图1是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线的图。
[图2]图2是本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线的一个例子的透射电子显微镜(TEM：Transmission Electron Microscope)图像。
[图3]图3是对图2的TEM图像进行二值化处理而得的图像。
[图4]图4是对图3的二值化处理后的图像进行傅立叶变换而得的图像。
[图5]图5是表示由图4的傅立叶变换图像得到的定向角度与定向强度之间的关系的曲线图。
[图6]图6是表示在本发明的一个实施方式中所使用的碳纳米管的一个例子的图。
[图7]图7是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线集束的图。
[图8]图8是本实施方式涉及的CNT集合线集束的一个例子的扫描电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscopy)图像。
[图9]图9是对图8的SEM图像进行二值化处理而得的图像。
[图10]图10是对图9的二值化处理后的图像进行傅立叶变换而得的图像。
[图11]图11是表示由图10的傅立叶变换图像得到的定向角度与定向强度之间的关系的曲线图。
[图12]图12是本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线集束的一个例子的SEM图像。
[图13]图13是示意性地表示本发明的一个实施方式涉及的CNT集合线集束的定向区域的图。
[图14]图14是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线制造装置的图。
[图15]图15是用于说明本发明的其他实施方式涉及的碳纳米管集合线制造装置的电场产生部的图。
[图16]图16是用于说明本发明的其他实施方式涉及的碳纳米管集合线制造装置的磁场产生部的图。
[图17]图17是样品1的碳纳米管集合线的图像。
[图18]图18是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管制造装置的图。
[图19]图19是用于说明在实施例中所制作的装置5和装置6的图。
[图20]图20是表示本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合部的第2流路的图。
[图21]图21是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线集束制造装置的图。
[图22]图22是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线集束制造装置的其他例子的图。
[图23]图23是表示蜂窝结构体的一个例子的图。
[图24]图24是图23的蜂窝结构体的XXIV-XXIV线剖面图。
[图25]图25是表示蜂窝结构体的其他例子的图。
[图26]图26是从箭头XXVI所示的方向(上游侧)观察图25的蜂窝结构体的图。
[图27]图27是从箭头XXVII所示的方向(下游侧)观察图25的蜂窝结构体的图。
[图28]图28是图25的蜂窝结构体的XXVIII-XXVIII线剖面图。
[图29]图29是表示蜂窝结构体的其他例子的图。
[图30]图30是从箭头XXX所示的方向(上游侧)观察图29的蜂窝结构体的图。
[图31]图31是从箭头XXXI所示的方向(下游侧)观察图29的蜂窝结构体的图。
[图32]图32是图29的蜂窝结构体的XXXII-XXXII线剖面图。
[图33]图33是表示蜂窝结构体的其他例子的图。
[图34]图34是从箭头XXXIV方向(上游侧)观察图33的蜂窝结构体的图。
[图35]图35是从箭头XXXV所示的方向(下游侧)观察图33的蜂窝结构体的图。
[图36]图36是图33的蜂窝结构体的XXXVI-XXXVI线剖面图。
具体实施方式
[本发明要解决的课题]
由现在的碳纳米管的制作技术得到的碳纳米管，其直径为约0.4nm～20nm、且长度最大为55cm。为了将碳纳米管用作电线或高强度材料，需要更长的碳纳米管，因此对能够延长碳纳米管的技术进行了研究。
作为延长碳纳米管的方法，考虑了将多个碳纳米管沿着纵向方向定向并集合以成为集合线的方法。
作为这样的方法之一，研究了通过将无定向的多个CNT与分散剂(表面活性剂或聚合物等)混合，并以纤维状射出成形，从而得到CNT集合线的方法(非专利文献1：AgnieszkaLekawa-Raus et.al.“Electrical Properties of Carbon Nanotube Based Fibers andTheir Future Use in Electrical Wiring”,Advanced Functional Materials,Vo.24,p.p.3661-3682(2014).DOI:10.1002/adfm.201303716)。根据该方法，由于包括除去分散剂的工序，因此难以控制作为集合线的构成单元的CNT单线的定向。另外，在分散剂除去后，由于残留在CNT集合线中的分散剂，CNT所具有的导电性和机械强度等特性倾向于降低。
因此，本发明的目的在于提供能够延长CNT的CNT制造方法以及CNT制造装置。此外，本发明的目的还在于提供可以将CNT在纵向方向上定向并集合以得到延长了的CNT集合线以及CNT集合线集束的CNT集合线、CNT集合线集束、CNT集合线制造装置以及CNT集合线集束制造装置。
[本发明的效果]
根据上述方式，可以提供一种延长了的CNT。此外，根据上述方式，可以提供将CNT在纵向方向上定向并集合的、延长了的CNT集合线以及CNT集合线集束。
[本发明实施方式的详细说明]
首先列举本发明的实施方式并进行说明。
(1)本发明的一个方式涉及的碳纳米管的制造方法包括：
通过将含碳气体供给至浮游状态的催化剂粒子，从而使碳纳米管从所述催化剂粒子开始生长的生长工序；以及
通过对浮游状态的所述碳纳米管施加拉伸力，从而使所述碳纳米管伸长的伸长工序。
由此，可以提供一种延长了的CNT。
(2)在所述伸长工序中，优选将所述碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并伸长。由此，碳纳米管难以弯曲，可以得到管部T仅由六元环的碳构成的直线状的碳纳米管。仅由六元环的碳构成的碳纳米管难以发生劣化，从而可以保持性质。
(3)优选通过改变所述含碳气体的流速，对所述碳纳米管施加所述拉伸力。由此，由于可以使用含碳气体进行CNT的伸长，因此不需要使用用于CNT伸长的特别的机构，在制造成本方面是有利的。
(4)所述含碳气体的下游侧的平均流速优选大于所述含碳气体的上游侧的平均流速。由此，可以对碳纳米管施加朝向下游侧的拉伸力。
(5)优选通过使用磁场对所述碳纳米管施加所述拉伸力。由此，磁力直接作用于包含在CNT中的金属，CNT可以沿着磁感线的方向定向并伸长。
(6)优选通过使用电场对所述碳纳米管施加所述拉伸力。由此，静电力直接作用于CNT和包含在CNT中的金属，CNT可以沿着电场线的方向定向并伸长。
(7)本发明的一个方式涉及的碳纳米管集合线的制造方法包括：
通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，使得1个或多个碳纳米管从所述多个催化剂粒子的每一个开始生长，从而使多个碳纳米管生长的生长工序；
通过对浮游状态的所述多个碳纳米管施加拉伸力，从而使所述多个碳纳米管伸长的伸长工序；以及
通过将浮游状态的所述多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并集合，以得到碳纳米管集合线的集合工序。
由此，可以提供一种将CNT在纵向方向上定向并集合的、延长了的CNT集合线。
(8)在所述伸长工序中，优选将所述多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并伸长。由此，可以得到沿着含碳气体的流动的形状的CNT。
(9)优选同时进行所述伸长工序和所述集合工序。由此，可以缩短伸长工序和集合工序所需要的时间。此外，不需要使用用于CNT的生长和CNT的伸长的单独的机构，在制造成本方面是有利的。
(10)优选通过改变所述含碳气体的流速，对所述多个碳纳米管施加所述拉伸力。由此，由于可以使用含碳气体进行CNT的伸长，因此不需要使用用于CNT伸长的特别的机构，在制造成本方面是有利的。
(11)所述含碳气体的下游侧的平均流速优选大于所述含碳气体的上游侧的平均流速。由此，可以对碳纳米管施加朝向下游侧的拉伸力。
(12)优选通过使用磁场对所述多个碳纳米管施加所述拉伸力。由此，使磁力直接作用于一根一根的CNT上，CNT可以沿着磁感线的方向定向并伸长。
(13)优选通过使用电场对所述多个碳纳米管施加所述拉伸力。由此，静电力直接作用于一根一根的CNT上，CNT可以沿着电场线的方向定向并伸长。
(14)在所述集合工序中，所述多个碳纳米管优选以定向的状态彼此靠近。由此，在所得的CNT集合线中，可以使碳纳米管定向。
(15)在所述生长工序中，所述多个碳纳米管和所述含碳气体经过第1流路；
在所述集合工序中，所述多个碳纳米管和所述含碳气体经过配置在所述第1流路的下游侧的1个以上的第2流路，
所述第2流路的各个截面积优选均小于所述第1流路的截面积。
由此，可以对碳纳米管施加朝向下游侧的拉伸力。
(16)所述第2流路的下游侧的所述含碳气体的温度优选低于所述第2流路的上游侧的所述含碳气体的温度。由此，容易使CNT彼此集合。
(17)所述第2流路的上游侧的所述含碳气体的温度优选为800℃以上；所述第2流路的下游侧的所述含碳气体的温度优选为600℃以下。由此，容易使CNT彼此集合。
(18)关于所述第2流路内的所述含碳气体的温度，优选的是下游侧低于上游侧，
所述第2流路内的下游侧端部处的所述含碳气体的温度优选为600℃以下。
由此，容易使CNT在第2流路内彼此集合。
(19)在所述第2流路内的下游侧存在所述含碳气体的温度为600℃以下的第1区域，该第1区域沿着所述第2流路的纵向方向的长度优选为1cm以上。
由此，容易使CNT在第2流路内彼此集合。
(20)所述第2流路的各个截面积优选均为0.01mm2以上4mm2以下。由此，CNT的直径容易缩小。
(21)所述第1流路的截面积S1与所述第2流路的各个截面积S2之比S1/S2优选为100以上1,000,000以下。由此，CNT容易伸长，并且CNT的直径容易缩小。
(22)在所述集合工序中，优选将所述多个碳纳米管的直径缩小。由此，可以得到包含直径小的CNT的CNT集合线。
(23)所述第2流路的各个长度优选均为10mm以上200mm以下。由此，CNT容易伸长，并且CNT的直径容易缩小。
(24)所述第2流路的每一个优选均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。由此，第2流路内的气体呈螺旋状流动，从而容易在CNT集合线中形成均匀的绞合角。
(25)关于所述第2流路的各个截面积，优选的是下游侧小于上游侧。由此，容易使CNT在第2流路内集合，从而容易形成CNT集合线。
(26)本发明的一个方式涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法包括：
通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，使得1个或多个碳纳米管从所述多个催化剂粒子的每一个开始生长，从而使多个碳纳米管生长的生长工序；
通过对浮游状态的所述多个碳纳米管施加拉伸力，从而使所述多个碳纳米管伸长的伸长工序；
通过将浮游状态的所述多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并集合，以得到多个碳纳米管集合线的集合工序；以及
通过将所述多个碳纳米管集合线沿着所述多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束，以得到碳纳米管集合线集束的集束工序。
由此，可以提供一种将CNT在纵向方向上定向并集合的、延长了的CNT集合线集束。
(27)所述集束工序优选包括：使挥发性液体附着于所述多个碳纳米管集合线的附着工序；以及使附着于所述碳纳米管集合线的所述挥发性液体蒸发的蒸发工序。由此，所得的CNT集合线集束的密度提高。
(28)所述附着工序优选在将所述多个碳纳米管集合线沿着其纵向方向的方向定向并集束之前进行。由此，在使渗透在碳纳米管细丝间的空隙中的液体蒸发的过程中，可以使碳纳米管细丝间接近并牢固地接合。
(29)所述附着工序优选在将所述多个碳纳米管集合线沿着其纵向方向的方向定向并集束之后进行。由此，在使渗透在碳纳米管细丝间的空隙中的液体蒸发的过程中，可以使碳纳米管细丝间接近并牢固地接合。
(30)优选的是，在对所述多个碳纳米管集合线施加张力的同时进行所述集束工序。由此，所得的CNT集合线集束的强度提高。
(31)在所述生长工序中，所述多个碳纳米管和所述含碳气体经过第1流路；
在所述集合工序和所述集束工序中，所述多个碳纳米管和所述含碳气体经过配置在所述第1流路的下游侧的1个以上的第2流路，
所述第2流路的各个截面积优选均小于所述第1流路的截面积。
由此，可以对碳纳米管施加朝向下游侧的拉伸力。
(32)所述第2流路的每一个优选均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。由此，第2流路内的气体呈螺旋状流动，从而容易在CNT集合线中形成均匀的绞合角。
(33)存在多个所述第2流路，
关于所述第2流路间的最近距离，优选的是下游侧小于上游侧。由此，容易使CNT集合线彼此集束，从而容易形成CNT集合线集束。
(34)关于所述第2流路的各个截面积，优选的是下游侧小于上游侧。由此，容易使CNT和CNT集合线在第2流路内集合，从而容易形成CNT集合线和CNT集合线集束。
(35)本发明的一个方式涉及的碳纳米管制造装置具备：
管状的碳纳米管生长部、
将含碳气体从所述碳纳米管生长部的一个端部侧供给到所述碳纳米管生长部内的气体供给部、
将催化剂粒子供给到所述碳纳米管生长部内的催化剂供给部、以及
配置在所述碳纳米管生长部的另一个端部侧，且将在所述碳纳米管生长部中得到的碳纳米管伸长的碳纳米管伸长部。
由此，可以提供一种延长了的CNT。
(36)本发明的一个方式涉及的碳纳米管集合线制造装置具备：
管状的碳纳米管生长部、
将含碳气体从所述碳纳米管生长部的一个端部供给到所述碳纳米管生长部内的气体供给部、
将催化剂粒子供给到所述碳纳米管生长部内的催化剂供给部、以及
配置在所述碳纳米管生长部的另一个端部侧，且将在所述碳纳米管生长部中得到的多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并集合的碳纳米管集合部。
由此，可以提供一种将CNT在纵向方向上定向并集合的、延长了的CNT集合线。
(37)在所述碳纳米管集合部中，优选将在所述碳纳米管生长部中得到的碳纳米管伸长。由此，不需要使用用于CNT的生长和CNT的伸长的单独的机构，在制造成本方面是有利的。此外，可以缩短伸长工序和集合工序所需要的时间。
(38)所述碳纳米管集合部内的所述含碳气体的平均流速优选大于所述碳纳米管生长部内的所述含碳气体的平均流速。由此，可以在碳纳米管集合部内对CNT施加拉伸力。
(39)所述碳纳米管生长部在其内部具有第1流路；
所述碳纳米管集合部在其内部具有1个以上的第2流路，
所述第2流路的各个截面积优选均小于所述第1流路的截面积。
由此，可以对碳纳米管施加朝向下游侧的拉伸力。
(40)所述碳纳米管集合部优选具有蜂窝结构。由此，在碳纳米管集合部内，在对CNT施加拉伸力的同时，可以使多个碳纳米管以定向的状态彼此靠近。
(41)所述蜂窝结构是具有由多个通孔构成的多个第2流路的蜂窝结构体，
所述第2流路的各个截面积优选为0.01mm2以上4mm2以下。
由此，CNT的直径容易缩小。
(42)所述第1流路的截面积S1与所述第2流路的各个截面积S2之比S1/S2优选为100以上1,000,000以下。由此，CNT容易伸长，并且CNT的直径容易缩小。
(43)在所述碳纳米管集合部中，优选使所述多个碳纳米管的直径缩小。由此，可以得到包含直径小的CNT的CNT集合线。
(44)所述碳纳米管集合部的第2流路的各个长度优选均为10mm以上200mm以下。由此，CNT容易伸长，并且CNT的直径容易缩小。
(45)所述第2流路的每一个优选均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。由此，第2流路内的气体呈螺旋状流动，从而容易在CNT集合线中形成均匀的绞合角。
(46)关于所述第2流路的各个截面积，优选的是下游侧小于上游侧。由此，容易使CNT在第2流路内集合，从而容易形成CNT集合线。
(47)本发明的一个方式涉及的碳纳米管集合线集束制造装置具备：
所述碳纳米管集合线制造装置、以及
将由所述碳纳米管集合线制造装置得到的多个碳纳米管集合线沿着所述多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束，以得到碳纳米管集合线集束的集束部。
由此，可以提供一种将CNT在纵向方向上定向并集合的、延长了的CNT集合线集束。
(48)所述集束部优选包括将挥发性液体附着于所述多个碳纳米管集合线的液体附着装置。
由此，可以提供一种具有高密度的CNT集合线集束。
(49)所述集束部优选包括在对所述多个碳纳米管集合线施加张力的同时将所述多个碳纳米管集合线沿着其纵向方向的方向定向并集束且卷取的卷取装置。由此，CNT集合线集束的制作效率提高。
(50)所述碳纳米管集合部和所述集束部由具有多个第2流路的相同的蜂窝结构体构成，
所述第2流路的每一个优选均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。
由此，第2流路内的气体呈螺旋状流动，从而容易在CNT集合线中形成均匀的绞合角。
(51)关于所述第2流路间的最近距离，优选的是下游侧小于上游侧。由此，容易使CNT集合线彼此集束，从而容易形成CNT集合线集束。
(52)关于所述第2流路的各个截面积，优选的是下游侧小于上游侧。由此，容易使CNT和CNT集合线在第2流路内集合，从而容易形成CNT集合线和CNT集合线集束。
由此，可以提供一种具有高强度的CNT集合线集束。
[本发明实施方式的详细说明]
以下参照附图对本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线和碳纳米管集合线集束的具体例子进行说明。
在本发明的附图中，相同的参照符号表示相同部分或相当部分。另外，为了使附图清楚和简化，适当地改变了长度、宽度、厚度、深度等尺寸关系，不一定表示实际的尺寸关系。
在本说明书中，“A～B”形式的记法是指范围的上限下限(即A以上B以下)，在A处没有记载单位而仅在B处记载单位的情况下，A的单位与B的单位相同。另外，范围的上限值为C是指范围的上限为C以下，范围的下限值为D是指范围的下限为D以上。
[实施方式1：碳纳米管的制造方法]
对实施方式1涉及的碳纳米管的制造方法进行说明。碳纳米管的制造方法包括：通过将含碳气体供给至浮游状态的催化剂粒子，从而使碳纳米管从催化剂粒子开始生长的生长工序(以下也记为生长工序)；以及通过对浮游状态的碳纳米管施加拉伸力，从而使碳纳米管伸长的伸长工序(以下也记为伸长工序)。
实施方式1涉及的碳纳米管的制造方法例如可以通过图18所示的碳纳米管制造装置10来制作。碳纳米管制造装置10可以具备：管状的碳纳米管生长部(以下也记为CNT生长部)21、将含碳气体从CNT生长部21的一个端部(图18中右侧的端部)侧供给到CNT生长部21内的气体供给部22、将催化剂粒子P供给到CNT生长部21内的催化剂供给部23、以及配置在CNT生长部21的另一个端部侧(图18中左侧的端部)且将在CNT生长部21中得到的碳纳米管伸长的碳纳米管伸长部(以下也记为CNT伸长部)30。CNT生长部21、CNT伸长部30以及催化剂供给部23包括连续的反应管31，在反应管31的内部制造CNT。
<生长工序>
在生长工序中，通过将含碳气体供给至浮游状态的催化剂粒子，使得碳纳米管从催化剂粒子开始生长。在本说明书中，在生长工序中，CNT的长度为20μm以下。
生长工序在CNT生长部21的内部进行。生长工序优选在800℃以上1200℃以下的温度条件下进行。当温度小于800℃时，CNT的生长速度倾向于变慢。另一方面，当温度超过1200℃时，杂质碳的含量倾向于增加。生长工序的温度条件更优选为900℃以上1150℃以下、进一步优选为950℃以上1050℃以下。
通过从气体供给部22供给到催化剂供给部23和CNT生长部21的含碳气体的风压，使得配置在催化剂供给部23的内部的催化剂27崩解成为催化剂粒子P，从而将催化剂粒子P供给到CNT生长部21内。
作为催化剂粒子P，例如可以使用铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钯、铂。其中，从大量生产长的CNT的观点来看，优选使用铁。
将含碳气体从气体供给部22经由催化剂供给部23而供给到CNT生长部21。作为含碳气体，可以使用烃类气体等具有还原性的气体。作为这样的含碳气体，例如可以使用甲烷与氩气的混合气体、乙烯与氩气的混合气体、乙醇与氩气的混合气体等。含碳气体优选含有作为辅助催化剂的二硫化碳(CS2)。
作为从气体供给部22供给的含碳气体在CNT生长部内的平均流速的下限，可以为0.05cm/秒钟、优选为0.10cm/秒钟、更优选为0.20cm/秒钟。另一方面，作为CNT生长部21内的平均流速的上限，优选为10.0cm/秒钟、更优选为5.0cm/秒钟。在含碳气体在CNT生长部21内的平均流速不足上述下限的情况下，供给至催化剂粒子P的碳原料气体不足，形成在催化剂粒子P之间的碳纳米管的生长倾向于停滞。反之，在含碳气体在CNT生长部21内的平均流速超过上述上限的情况下，由于碳纳米管从催化剂粒子P上剥离，使得碳纳米管的生长停止，从而碳纳米管的形成倾向于受到阻碍。
作为从气体供给部22供给的含碳气体在CNT生长部21内的流动的雷诺数的下限，优选为0.01、更优选为0.05。另一方面，作为上述雷诺数的上限，可以为1000、优选为100、更优选为10。当上述雷诺数小于上述下限时，装置的设计受到过度地限制，因此该碳纳米管集合线制造装置20有可能不必要地变得昂贵，或者碳纳米管的制造效率倾向于不必要地降低。在上述雷诺数超过上述上限的情况下，含碳气体的流动变得紊乱，催化剂粒子P之间的碳纳米管的生成倾向于受到阻碍。
由生长工序所得的CNT的长度优选为0.1μm以上20μm以下。当由生长工序所得的CNT的长度小于0.1μm时，相近的CNT不会在纵向方向上定向而是缠绕在一起，倾向于形成二次粒子。另一方面，当CNT的长度超过20μm时，截止到进行伸长工序的时间变长，碳纳米管的制造效率倾向于不必要地降低。由生长工序所得的CNT的长度更优选为0.5μm以上15μm以下、进一步优选为1μm以上10μm以下。CNT的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。
<伸长工序>
接着，通过对在生长工序中得到的浮游状态的碳纳米管施加拉伸力，使得碳纳米管伸长。
伸长工序在CNT伸长部30的内部进行。在伸长工序中，优选将碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并伸长。由此，碳纳米管难以弯曲，可以得到管部T仅由六元环的碳构成的直线状的碳纳米管。仅由六元环的碳构成的碳纳米管难以发生劣化，从而可以保持性质。
优选通过改变含碳气体的流速，对多个碳纳米管施加拉伸力。例如，通过使含碳气体的下游侧的平均流速大于含碳气体的上游侧的平均流速，可以对CNT施加朝向下游侧方向的拉伸力。通过将拉伸力作用于碳纳米管的端部，使得从催化剂粒子P延伸的碳纳米管被拉伸，在塑性变形且缩径的同时沿着纵向方向伸长。
作为使含碳气体的下游侧的平均流速大于含碳气体的上游侧的平均流速的方法，例如可以列举出：与含碳气体的上游侧相比，含碳气体的下游侧的含碳气体所经过的中空部的截面积更小。更具体而言，可以列举出：(i)与CNT生长部(相当于上游侧)中的含碳气体所经过的中空部的截面积相比，CNT伸长部(相当于下游侧)中的含碳气体所经过的中空部的截面积更小；或者(ii)在CNT伸长部中，与含碳气体的上游侧相比，含碳气体的下游侧的含碳气体所经过的中空部的截面积更小。由此，在中空部的截面积减小的区域附近产生加速度场，含碳气体的流速增大。
在上述(i)的情况下，优选将CNT伸长部的中空部的截面积设为CNT生长部的截面积的0.0001％以上35％以下，优选设为0.001％以上35％以下、更优选设为0.005％以上20％以下、进一步优选设为0.01％以上5％以下。当CNT伸长部的中空部的截面积比CNT生长部的中空部的截面积的35％大时，倾向于难以产生加速度场。另一方面，当CNT伸长部的中空部的截面积小于CNT生长部的中空部的截面积的0.0001％时，倾向于产生CNT堵塞。
在本说明书中，除非特别说明，否则CNT生长部的中空部的截面积除了其两个端部的一部分以外从上游侧到下游侧是恒定的。在本说明书中，在CNT伸长部具有多个中空部的情况下，CNT伸长部的中空部的截面积是指一个中空部的截面积。在本说明书中，除非特别说明，否则CNT伸长部的中空部的截面积除了其两个端部的一部分以外从上游侧到下游侧是恒定的。这里，截面积恒定是指截面积的最大值和最小值在平均值±5％以内。
需要说明的是，当CNT伸长部的中空部的截面积为CNT生长部的截面积的1％以下时，CNT彼此集合而形成CNT集合线的可能性变高。因此，在想要增加作为CNT单体的回收量的情况下，优选将CNT伸长部的中空部的截面积设为CNT生长部的截面积的超过1％且35％以下。
在上述(i)的情况下，例如可以将CNT生长部的截面积设为70mm2以上7000mm2以下。例如可以将CNT伸长部的截面积设为0.005mm2以上50mm2以下。需要说明的是，当CNT伸长部的截面积为4mm2以下时，CNT彼此集合而形成CNT集合线的可能性变高。因此，在想要增加作为CNT单体的回收量的情况下，优选将CNT伸长部的截面积设为超过4mm2且50mm2以下。
在上述(ii)的情况下，在CNT伸长部中，优选将含碳气体的下游侧的中空部的截面积设为上游侧的中空部的截面积的0.001％以上35％以下、更优选设为0.005％以上20％以下、进一步优选设为0.010％以上5％以下。当下游侧的中空部的截面积大于上游侧的中空部的截面积的35％时，倾向于难以产生加速度场。另一方面，当下游侧的中空部的截面积小于上游侧的中空部的截面积的0.001％时，倾向于产生CNT的堵塞。
在上述(ii)的情况下，例如可以将下游侧的中空部的截面积设为0.005mm2以上50mm2以下。例如可以将上游侧的截面积设为70mm2以上7000mm2以下。
作为CNT伸长部30内的含碳气体的平均流速的下限，可以为0.05cm/秒钟、优选为0.2cm/秒钟、更优选为1cm/秒钟。另一方面，作为CNT伸长部30内的平均流速的上限，优选为10cm/秒钟、更优选为5cm/秒钟。在含碳气体在CNT伸长部30内的平均流速不足0.05cm/秒钟的情况下，没有对碳纳米管施加充分的拉伸力，CNT的伸长倾向于停滞。反之，在含碳气体在CNT伸长部30内的平均流速超过10cm/秒钟的情况下，由于碳纳米管从催化剂粒子P上剥离，使得碳纳米管的生长停止，从而碳纳米管的形成倾向于受到阻碍。
作为含碳气体在CNT伸长部30内的流动的雷诺数的下限，优选为0.01、更优选为0.05。另一方面，作为上述雷诺数的上限，可以为1000、优选为100、更优选为10。当上述雷诺数小于0.01时，装置的设计受到过度地限制，因此该碳纳米管制造装置10有可能不必要地变得昂贵，或者碳纳米管的制造效率倾向于不必要地降低。在上述雷诺数超过1000的情况下，含碳气体的流动变得紊乱，倾向于阻碍催化剂粒子P之间的碳纳米管的伸长。
优选通过使用磁场对碳纳米管施加拉伸力。例如，在CNT伸长部中，在反应管的周围设置线圈状的电线，通过使该电线通电，在反应管的内部产生沿着反应管的中心轴的方向的磁感线，从而可以对CNT施加来自磁场的拉伸力。通过在CNT伸长时施加磁场，磁力直接作用于包含在CNT中的金属，由此，CNT可以沿着反应管内的磁感线的方向定向并伸长。
优选通过使用电场对碳纳米管施加拉伸力。例如，在CNT伸长部中，在含碳气体的下游侧设置由导电性材料构成的+电极、在上游侧设置由导电性材料构成的-电极，产生沿着反应管的中心轴的电场，从而可以对CNT施加来自电场的拉伸力。通过在CNT伸长时施加电场，静电力直接作用于每一根CNT，从而CNT可以沿着电场线的方向定向并伸长。
在碳纳米管被拉伸力伸长的期间，在催化剂粒子P上也会生长具有原本大小直径的碳纳米管。因此，如图6所示，经过伸长工序所制作的碳纳米管可以具备管状的管部T、和从管部的端部连续地扩径的圆锥状的锥部C。
也就是说，在伸长工序中，利用气相生长法形成的碳纳米管在其形成的同时被拉伸力拉伸，使得碳纳米管的一部分六边形单元替换成五边形单元从而形成圆锥状的锥部，通过再次替换成六边形单元，从而形成直径小的碳纳米管即管部。
在伸长工序中，一边使用拉伸力拉伸在催化剂粒子P上生长的碳纳米管，一边使其生长，因此与在催化剂粒子P上的碳纳米管的生长速度相比，可以以极大的速度形成管部。由此，可以在较短的时间内形成较长的碳纳米管。因此，即使能够保持使碳纳米管在催化剂粒子P上持续生长的条件的时间缩短，也可以形成足够长的碳纳米管。
据认为：在伸长工序中，通过使拉伸力作用于催化剂粒子P上的碳纳米管，可以促进碳纳米管的生长点处的碳原子的获取。因此认为：可以使碳纳米管的生长速度、甚至所得的碳纳米管的长度的增大速度变得更大。
据认为：在伸长工序中，通过使拉伸力作用于催化剂粒子P上的碳纳米管，碳纳米管难以弯曲，可以得到管部T仅由六元环的碳构成的片状构成的筒状体所构成的直线状的碳纳米管。仅由六元环的碳构成的碳纳米管难以发生劣化，从而可以保持性质。
由伸长工序所得的CNT的长度优选为10μm以上、更优选为100μm以上。特别是，当碳纳米管的长度为100μm以上时，从制作CNT集合线的观点来看是优选的。对碳纳米管的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为600mm以下。CNT的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。
[实施方式2：碳纳米管]
使用图6对通过实施方式1涉及的碳纳米管的制造方法所制作的碳纳米管进行说明。
(碳纳米管的形状)
作为碳纳米管，可以使用公知结构的CNT。例如可以使用只有1层碳层(石墨烯)的呈筒状的单层碳纳米管、处于多层碳层层叠状态的呈筒状的双层碳纳米管或多层碳纳米管等。
对碳纳米管的形状没有特别地限定，可以使用前端闭合或前端开孔的任意一种。另外，如图6所示，可以在碳纳米管2的管部T的一个或两个端部附着在制作碳纳米管时所使用的催化剂P。另外，也可以在碳纳米管2的管部T的一个或两个端部形成由圆锥状的石墨烯构成的锥部C。
可以根据用途适当地选择碳纳米管的长度。碳纳米管的长度例如优选为10μm以上、更优选为100μm以上。特别是，当碳纳米管的长度为100μm以上时，从制作CNT集合线的观点来看是优选的。对碳纳米管的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为600mm以下。CNT的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。
碳纳米管的直径优选为0.6nm以上20nm以下、更优选为1nm以上10nm以下。特别是，当碳纳米管的直径为1nm以上10nm以下时，从氧化条件下的耐热性的观点来看是优选的。
碳纳米管的直径的测定方法可以和上述CNT间的距离与CNT的平均直径的比较中所说明的方法相同，因此不重复其说明。在CNT的一个或两个端部包括锥部的情况下，在除了锥部以外的位置处测定直径。
(D/G比)
碳纳米管在波长532nm的拉曼光谱分析中的G波段的峰值强度与D波段的峰值强度之比D/G比优选为0.1以下。
G波段是指在利用拉曼光谱分析法所得的拉曼光谱中，在拉曼位移1590cm-1附近观察到的来自CNT的峰。D波段是指在利用拉曼光谱分析法所得的拉曼光谱中，在拉曼位移1350cm-1附近观察到的来自无定形碳、石墨、CNT的缺陷的峰。因此，D/G比的值越小，表示碳纳米管的结晶性越高，包含在碳纳米管中的无定形碳和具有缺陷的石墨的量越少。
当CNT的D/G比为0.1以下时，无定形碳和石墨的缺陷较少，结晶性高。因此，该CNT可以具有高拉伸强度和高导电率。当CNT的D/G比超过0.1时，CNT可能无法具有充分的拉伸强度和高导电率。D/G比优选为0.1以下、更优选为0.01以下。对D/G比的下限值没有特别地限定，例如可以将其设为0以上。
在本说明书中，碳纳米管的D/G比是通过下述方法测定的值。
在下述条件下对碳纳米管进行拉曼光谱分析，并得到拉曼光谱(以下也记为CNT集合线的拉曼光谱)。在该CNT的拉曼光谱中，根据G波段的峰值强度与D波段的峰值强度算出D/G比。
拉曼光谱分析的测定条件
波长：532nm
激光功率：17mW
曝光时间：1秒
平均次数：3次
物镜倍数：50倍
[实施方式3：碳纳米管制造装置]
使用图18对实施方式1涉及的碳纳米管的制造方法中所使用的碳纳米管制造装置进行说明。图18所示的碳纳米管制造装置10可以具备：管状的碳纳米管生长部(以下也记为CNT生长部)21、将含碳气体从CNT生长部21的一个端部(图18中右侧的端部)侧供给到CNT生长部21内的气体供给部22、将催化剂粒子P供给到CNT生长部21内的催化剂供给部23、以及配置在CNT生长部21的另一个端部侧(图18中左侧的端部)且将在CNT生长部21中得到的碳纳米管伸长的碳纳米管伸长部(以下也记为CNT伸长部)30。CNT生长部21、CNT伸长部30以及催化剂供给部23包括连续的反应管31，在反应管31的内部制造CNT。
<碳纳米管生长部>
碳纳米管生长部21例如具有由石英管构成的管状的形状。在CNT生长部21中，使用含碳气体在催化剂粒子P上形成碳纳米管2。
碳纳米管生长部21配置在电炉28内，利用加热器(未图示)加热。
作为CNT生长部21的内部温度，优选为800℃以上1200℃以下。为了保持这样的温度，可以将加热后的含碳气体从气体供给部22供给到CNT生长部21，也可以在CNT生长部21中加热含碳气体。
<气体供给部>
气体供给部22将含碳气体从碳纳米管生长部22的一个端部(图18中右侧的端部)供给到CNT生长部21中。气体供给部22的构成可以具有储气瓶(未图示)和流量调节阀(未图示)。
从气体供给部22供给的含碳气体的种类、CNT生长部内的平均流速、CNT生长部内的流动的雷诺数可以与上述实施方式1中所记载的相同，因此不重复其说明。
优选的是，气体供给部22可以重复地改变供给到CNT生长部21的含碳气体的量。由此，通过增减CNT生长部21中的含碳气体的流速，促进一体化的多个催化剂粒子的分离，从而可以增加所得的碳纳米管的数量。
<催化剂供给部>
催化剂供给部23可以配置在气体供给部22与CNT生长部21之间。在催化剂供给部23的内部配置有保持催化剂27的催化剂保持具26。催化剂供给部23附设有加热器25。即，利用加热器来加热催化剂供给部23。
催化剂供给部23将通过含碳气体的风压而崩解并分割成多个催化剂粒子P的催化剂27供给到含碳气体的气流中。因此，通过使用催化剂27，可以在含碳气体的气流中形成高温且接触状态的多个催化剂粒子P。由此，可以在多个催化剂间可靠地生长碳纳米管。
作为催化剂27，例如可以列举出二茂铁(Fe(C5H5)2)、二茂镍(Ni(C5H5)2)、二茂钴(Co(C5H5)2等)等。其中，特别优选崩解性和催化作用优异的二茂铁。据认为：通过将二茂铁在催化剂供给部23内加热至高温并暴露于含碳气体中，以利用浸炭在表面形成碳化铁(Fe3C)，容易从表面崩解，从而可以依次放出催化剂粒子P。在这种情况下，碳化铁或铁成为所形成的催化剂粒子P的主要成分。
作为催化剂粒子P的平均粒径的下限，优选为30nm、更优选为40nm、进一步优选为50nm。另一方面，作为催化剂粒子P的平均粒径的上限，优选为1000μm、更优选为100μm、进一步优选为10μm。在催化剂粒子P的平均粒径不足上述下限的情况下，由催化剂粒子形成的碳纳米管的直径较小、延展率较小，倾向于无法使碳纳米管充分地变长。反之，在催化剂粒子的平均粒径超过上述上限的情况下，倾向于难以使由催化剂粒子形成的碳纳米管延伸。
<碳纳米管伸长部>
碳纳米管伸长部30配置在与CNT生长部21的气体供给部23侧相反一侧的端部。也就是说，CNT伸长部30配置在CNT生长部21的含碳气体的下游侧。在CNT伸长部30中，碳纳米管被伸长。
只要CNT伸长部是能够对浮游状态的碳纳米管施加拉伸力以使其伸长的结构即可，可以使用任意的结构。例如，如图18所示，CNT伸长部可以由直径小于CNT生长部的筒状结构体构成。另外，CNT伸长部可以由蜂窝结构体、直管型细管结构等构成。
在CNT伸长部由筒状结构体构成的情况下，优选将CNT伸长部的中空部的截面积设为CNT生长部的截面积的0.01％以上、优选设为0.005％以上20％以下、更优选设为0.01％以上5％以下。另外，在这种情况下，例如可以将CNT伸长部的截面积设为0.005mm2以上50mm2以下。
在CNT伸长部由筒状结构体构成的情况下，沿着筒状结构体的通孔的方向(纵向方向)的长度优选为1mm以上1m以下、更优选为10mm以上50cm以下、进一步优选为15mm以上10cm以下。当沿着筒状结构体的通孔的方向的长度小于1mm时，浮游在气相中的CNT无法充分地被加速，倾向于抑制生长促进作用。另一方面，当沿着筒状结构体的通孔的方向的长度超过1m时，在通孔的内壁处的CNT的沉积量增加，因此倾向于难以回收CNT。
需要说明的是，当CNT伸长部的长度超过20mm时，CNT彼此集合并形成CNT集合线的可能性变高。因此，在想要增加作为CNT单体的回收量的情况下，优选将CNT伸长部的长度设为1mm以上且小于20mm。
在CNT伸长部由蜂窝结构体构成的情况下，在碳纳米管集合线制造装置中配置蜂窝结构体，使得通孔的纵向方向成为沿着含碳气体的流动的方向。
在本说明书中，蜂窝结构体是指具有多个细筒状的通孔的多孔体。
在CNT伸长部由蜂窝结构体构成的情况下，一个通孔的截面积优选为0.005mm2以上、优选为0.01mm2以上、优选为0.05mm2以上、更优选为0.1mm2以上、进一步优选为0.5mm2以上。当一个通孔的截面积小于0.005mm2时，在通孔内部倾向于产生CNT的堵塞。另一方面，一个通孔的截面积的上限值例如优选为100mm2、更优选为50mm2、进一步优选为10mm2。在本说明书中，一个通孔的截面积从上游侧到下游侧是恒定的。这里，截面积恒定是指截面积的最大值和最小值在平均值±5％以内。
需要说明的是，当CNT伸长部的截面积为4mm2以下时，CNT彼此集合并形成CNT集合线的可能性变高。因此，在想要增加作为CNT单体的回收量的情况下，优选将CNT伸长部的截面积设为大于4mm2且100mm2以下。
在CNT伸长部由蜂窝结构体构成的情况下，沿着蜂窝结构体的通孔的方向(纵向方向)的长度优选为1mm以上1m以下、更优选为10mm以上50cm以下、进一步优选为15mm以上10cm以下。当沿着蜂窝结构体的通孔的方向的长度小于1mm时，浮游在气相中的CNT无法充分地被加速，倾向于抑制生长促进作用。另一方面，当沿着蜂窝结构体的通孔的方向的长度超过1m时，在通孔的内壁处的CNT的沉积量增加，因此倾向于难以回收CNT。
需要说明的是，当CNT伸长部的长度超过20mm时，CNT彼此集合并形成CNT集合线的可能性变高。因此，在想要增加作为CNT单体的回收量的情况下，优选将CNT伸长部的长度设为1mm以上且小于20mm。
蜂窝结构体可以由陶瓷(氧化铝、氧化锆、氮化铝、碳化硅、氮化硅、镁橄榄石、皂石、堇青石、莫来石、铁素体等)、石英玻璃、玻璃、金属类、石墨构成。其中，从CNT制造时所需要的耐热性和耐久性的观点来看，优选由陶瓷构成。
<其他构成>
除了上述构成以外，CNT制造装置可以包括产生磁场的磁场产生部。具体而言，在CNT伸长部中，可以在反应管的周围设置线圈状的电线。通过使该电线通电，在反应管的内部产生沿着反应管的中心轴的方向的磁感线，从而可以对CNT施加来自磁场的拉伸力。
除了上述构成以外，CNT制造装置可以包括产生电场的磁场产生部。具体而言，在CNT伸长部中，可以在含碳气体的下游侧设置由导电材料构成的+电极、在上游侧设置由导电材料构成的-电极。由此，产生沿着反应管的中心轴的电场，从而可以对CNT施加来自电场的拉伸力。
[实施方式4：碳纳米管集合线的制造方法]
对实施方式4涉及的碳纳米管集合线的制造方法进行说明。碳纳米管集合线的制造方法包括：通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，从而使1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子的每一个开始生长的生长工序(以下也记为生长工序)；通过对浮游状态的多个碳纳米管施加拉伸力，从而使多个碳纳米管伸长的伸长工序(以下也记为伸长工序)；以及通过将浮游状态的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合，以得到碳纳米管集合线的集合工序(以下也记为集合工序)。
碳纳米管集合线例如可以使用图14所示的碳纳米管集合线制造装置来制作。碳纳米管集合线制造装置20可以具备：管状的碳纳米管生长部(以下也记为CNT生长部)21、将含碳气体从CNT生长部21的一个端部(图14中右侧的端部)供给到CNT生长部21中的气体供给部22、将催化剂粒子P供给到CNT生长部21内的催化剂供给部23、以及配置在CNT生长部21的另一个端部侧(图14中左侧的端部)、且将在CNT生长部21中得到的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合的碳纳米管集合部24(以下也记为CNT集合部)。
<生长工序>
在生长工序中，通过将含碳气体供给至浮游状态的催化剂粒子，使得1个或多个碳纳米管从催化剂粒子开始生长。生长工序的内容与实施方式1中所记载的生长工序相同，因此不重复其说明。
由生长工序得到的CNT的长度优选为0.1μm以上20μm以下。当由生长工序得到的CNT的长度小于0.1μm时，接近的CNT没有在纵向方向上定向而是缠绕在一起，倾向于形成二次粒子。另一方面，当CNT的长度超过20μm时，截止到进行伸长工序的时间变长，碳纳米管的制造效率倾向于不必要地降低。由生长工序得到的CNT的长度更优选为0.5μm以上15μm以下、进一步优选为1μm以上10μm以下。CNT的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。
<伸长工序>
接着，通过对在生长工序中得到的浮游状态的多个碳纳米管施加拉伸力，使得多个碳纳米管伸长。
伸长工序在CNT生长部21和CNT集合部24的内部、或者在CNT集合部24的内部进行。在CNT生长部21的内部进行伸长工序的情况下，优选在CNT生长部21的含碳气体的下游侧，即CNT集合部侧进行伸长工序。
优选通过改变含碳气体的流速，对多个碳纳米管施加拉伸力。例如，通过使含碳气体的下游侧的平均流速大于含碳气体的上游侧的平均流速，可以对CNT施加朝向下游侧方向的拉伸力。通过将拉伸力作用于碳纳米管的端部，使得从催化剂粒子P延伸的碳纳米管被拉伸，从而在塑性变形且缩径的同时沿着纵向方向伸长。
在伸长工序中，优选将多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并伸长。由此，据认为：碳纳米管难以弯曲，可以得到管部T仅由六元环的碳构成的直线状的碳纳米管。仅由六元环的碳构成的碳纳米管难以发生劣化，从而可以保持性质。
上述含碳气体的下游侧的平均流速优选为0.051cm/秒钟以上10.001cm/秒钟以下、更优选为0.201cm/秒钟以上5.001cm/秒钟以下。当含碳气体的下游侧的平均流速小于0.051cm/秒钟时，与生长速度相比，碳纳米管的伸长速度倾向于不是充分地快。另一方面，当含碳气体的下游侧的平均流速超过10.001cm/秒钟时，由于碳纳米管从催化剂粒子P剥离，使得碳纳米管的生长停止，从而碳纳米管的形成倾向于受到阻碍。
上述含碳气体的上游侧的平均流速优选为0.050cm/秒钟以上10.000cm/秒钟以下、更优选为0.200cm/秒钟以上5.000cm/秒钟以下。当含碳气体的上游侧的平均流速小于0.050cm/秒钟时，由于风压不足，在催化剂粒子P间所形成的碳纳米管的生长倾向于停滞。另一方面，当含碳气体的上游侧的平均流速超过10.000cm/秒钟时，碳纳米管从催化剂粒子P上剥离，使得碳纳米管的生长停止，从而碳纳米管的形成倾向于受到阻碍。
作为使含碳气体的下游侧的平均流速大于含碳气体的上游侧的平均流速的方法，例如可以列举出：与含碳气体的上游侧相比，含碳气体的下游侧的含碳气体经过的中空部的截面积更小。更具体而言，可以列举出：(i)在CNT生长部中，与含碳气体的上游侧相比，含碳气体的下游侧的含碳气体经过的中空部的截面积更小；或者(ii)与CNT生长部(相当于上游侧)中的含碳气体经过的中空部的截面积相比，CNT集合部(相当于下游侧)中的含碳气体经过的中空部的截面积更小。由此，在中空部的截面积减小的区域附近产生加速度场，从而含碳气体的流速增大。
在上述(i)的情况下，在CNT生长部21中，优选将含碳气体的下游侧的中空部的截面积设为上游侧的中空部的截面积的0.001％以上35％以下、更优选设为0.005％以上20％以下、进一步优选设为0.010％以上5％以下。当下游侧的中空部的截面积比上游侧的中空部的截面积的35％大时，倾向于难以产生加速度场。另一方面，当下游侧的中空部的截面积比上游侧的中空部的截面积的0.001％小时，倾向于产生CNT的堵塞。
优选通过使用磁场对多个碳纳米管施加拉伸力。使用图15对使用磁场作为拉伸力的情况的具体例子进行说明。图15是表示CNT集合线制造装置20a的磁场产生部24a周边的图。如图15所示，在位于CNT集合线制造装置20a的含碳气体的下游侧的CNT集合部24a中，在反应管31的周围设置线圈状的电线301，通过使该电线通电，在反应管31的内部产生沿着反应管31的中心轴的方向的磁感线32，从而可以对CNT施加来自磁场的拉伸力。通过在CNT伸长时施加磁场，磁力直接作用于包含在CNT中的金属，由此，CNT可以沿着反应管内的磁感线32的方向定向并伸长。
需要说明的是，在图15中示出了通过磁场使CNT在伸长的同时集合的情况，但是也可以不同时进行CNT的伸长与CNT的集合。即，通过磁场仅使CNT伸长而不使其集合。在这种情况下，将电线301设置在CNT生长部21的含碳气体的下游侧，并在CNT生长部21中产生磁场。
优选通过使用电场对多个碳纳米管施加拉伸力。使用图16对使用电场作为拉伸力的情况的具体例子进行说明。图16是表示CNT集合线制造装置20b的电场产生部24b周边的图。如图16所示，在CNT集合部24b中，在含碳气体的下游侧设置由导电材料构成的+电极33、在上游侧设置由导电材料构成的-电极34，产生沿着反应管31的中心轴的电场，从而可以对CNT施加来自电场的拉伸力。通过在CNT伸长时施加电场，静电力直接作用于CNT和包含在CNT中的金属，从而CNT可以沿着电场线的方向定向并伸长。
需要说明的是，在图16中示出了通过电场使CNT在伸长的同时集合的情况，但是也可以不同时进行CNT的伸长与CNT的集合。即，通过电场仅使CNT伸长而不使其集合。在这种情况下，将+电极33和-电极34设置在CNT生长部21的含碳气体的下游侧，在CNT生长部21中产生电场。
在碳纳米管被拉伸力伸长的期间，在催化剂粒子P上也会生长具有原本大小直径的碳纳米管。因此，如图6所示，经过伸长工序所制作的碳纳米管可以具备管状的管部T、和从管部的端部连续地扩径的圆锥状的锥部C。
也就是说，在伸长工序中，利用气相生长法形成的碳纳米管在其形成的同时被拉伸力拉伸，使得碳纳米管的一部分六边形单元替换成五边形单元，从而形成圆锥状的锥部，通过再次替换成六边形单元，从而形成直径小的碳纳米管即管部。
在伸长工序中，一边使用拉伸力拉伸在催化剂粒子P上生长的碳纳米管，一边使其生长，因此与在催化剂粒子P上的碳纳米管的生长速度相比，可以以极大的速度形成管部。由此，可以在较短的时间内形成较长的碳纳米管。因此，即使能够保持在催化剂粒子P上持续生长碳纳米管的条件的时间较短，也可以形成足够长的碳纳米管。
据认为：在伸长工序中，通过使拉伸力作用于催化剂粒子P上的碳纳米管，可以促进碳纳米管的生长点处的碳原子的获取。因此认为：可以使碳纳米管的生长速度、甚至所得的碳纳米管的长度的增大速度变得更大。
据认为：在伸长工序中，通过使拉伸力作用于催化剂粒子P上的碳纳米管，碳纳米管难以弯曲，可以得到管部T仅由六元环的碳构成的片状构成的筒状体所构成的直线状的碳纳米管。仅由六元环的碳构成的碳纳米管难以发生劣化，从而可以保持性质。
由伸长工序得到的CNT的长度优选为10μm以上、更优选为100μm以上。特别是，当碳纳米管的长度为100μm以上时，从制作CNT集合线的观点来看是优选的。对碳纳米管的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为600mm以下。CNT的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。
<集合工序>
接着，通过将浮游状态的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合，从而得到碳纳米管集合线。集合工序在CNT集合部24的内部进行。
作为将浮游状态的多个CNT沿着含碳气体的流动的方向定向并集合的方法，可以列举出将多个碳纳米管以定向的状态彼此靠近的方法。例如可以列举出：使CNT集合部的含碳气体所经过的中空部的截面积小于CNT生长部和CNT伸长部的含碳气体所经过的中空部的截面积。更具体而言，可以列举出：将CNT集合部配置为蜂窝结构体，使得蜂窝结构体的通孔的纵向方向成为沿着含碳气体的流动的方向。
如图14的蜂窝结构体29所示，本实施方式中所使用的蜂窝结构体是指具有多个细筒状的通孔的多孔体。
在CNT集合部由蜂窝结构体构成的情况下，一个通孔的截面积优选为0.005mm2以上100mm2以下、优选为0.01mm2以上100mm2以下、优选为0.05mm2以上100mm2以下、更优选为0.1mm2以上50mm2以下、进一步优选为0.5mm2以上10mm2以下。当一个通孔的截面积小于0.005mm2时，在通孔内部倾向于产生CNT的堵塞。另一方面，当一个通孔的截面积超过100mm2时，CNT彼此无法充分地靠近，从而倾向于无法集合。
需要说明的是，当CNT集合部的截面积超过4mm2时，无法充分地进行CNT的彼此集合，在形成CNT集合线的同时，可能存在CNT单体。因此，在想要增加作为CNT集合线的回收量的情况下，优选将CNT集合部的截面积设为0.005mm2以上4mm2以下、更优选设为0.01mm2以上4mm2以下。
在CNT集合部由蜂窝结构体构成的情况下，沿着蜂窝结构体的通孔的方向(纵向方向)的长度优选为1mm以上1m以下、更优选为10mm以上50cm以下、进一步优选为15mm以上10cm以下。当沿着蜂窝结构体的通孔的方向的长度小于1mm时，浮游在气相中的CNT无法充分地加速，倾向于抑制生长促进作用。另一方面，当沿着蜂窝结构体的通孔的方向的长度超过1m时，在通孔的内壁处的CNT的沉积量增加，因此倾向于难以回收CNT。
需要说明的是，当CNT伸长部的长度小于20mm时，无法充分地进行CNT的彼此集合，在形成CNT集合线的同时，可能存在CNT单体。因此，在想要增加作为CNT集合线的回收量的情况下，优选将CNT伸长部的长度设为20mm以上1m以下。
CNT集合部中的含碳气体的平均流速优选为0.05cm/秒钟以上10cm/秒钟以下、更优选为0.2cm/秒钟以上5cm/秒钟以下。当含碳气体的平均流速小于0.05cm/秒钟时，倾向于得到薄膜状的无定向CNT。另一方面，当含碳气体的平均流速超过10cm/秒钟时，未反应而到达CNT集合部的含碳气体会发生不完全的分解反应，从而倾向于有焦油附着。
在上述中，说明了在伸长工序之后进行集合工序的情况，但是也可以同时进行伸长工序与集合工序。另外，也可以在进行了伸长工序之后，再同时进行伸长工序与集合工序。例如，在使用蜂窝结构体作为CNT集合部的情况下，CNT的伸长与集合可以在蜂窝结构体的通孔内同时进行。
根据上述CNT集合线的制造方法，通过将含碳气体连续地供给到催化剂供给部、CNT生长部以及CNT集合部中，可以不限制长度地连续制造CNT集合线。通过调整含碳气体的流量、供给时间等，可以适当调整CNT集合线的长度。
由集合工序得到的CNT集合线的长度优选为100μm以上、更优选为1,000μm以上、进一步优选为10,000μm以上。对CNT集合线的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为1m以下。CNT集合线的长度可以通过利用光学显微镜或目视观察来测定。
<更优选的实施方式>
使用图14和图20对碳纳米管集合线的制造方法的更优选的实施方式进行说明。图14是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线制造装置的图。图20是碳纳米管集合部的第2流路的放大图。在图20中，右侧为上游侧、左侧为下游侧。
在生长工序中，多个碳纳米管和含碳气体经过第1流路；在集合工序中，多个碳纳米管和含碳气体经过配置在第1流路的下游侧的1个以上的第2流路，第2流路的各个截面积优选均小于第1流路的截面积。在图14中，第1流路相当于CNT生长部21的中空部；第2流路相当于CNT集合部24的中空部(即，蜂窝结构体29的通孔)。
由此，可以对碳纳米管施加朝向下游侧的拉伸力。
第2流路的下游侧的含碳气体的温度优选低于第2流路的上游侧的含碳气体的温度。由此，容易使CNT彼此集合。
第2流路的上游侧的含碳气体的温度优选为800℃以上；第2流路的下游侧的含碳气体的温度优选为600℃以下。由此，容易使CNT彼此集合。
第2流路的上游侧的含碳气体的温度优选为800℃以上1200℃以下、优选为900℃以上1150℃以下、更优选为950℃以上1050℃以下。
第2流路的下游侧的含碳气体的温度优选为600℃以下、更优选为500℃以下、进一步优选为300℃以下。对第2流路的下游侧的含碳气体的温度的下限没有特别地限定，但是例如可以设为80℃。需要说明的是，对于从第2流路出来的CNT集合线，使用液体的乙醇喷雾等将液体浸入CNT细丝间的空隙，然后通过在约78℃下使其蒸发，可以追加使CNT细丝间变窄并粘接而使其高密度化的工序。
关于第2流路内的含碳气体的温度，优选的是下游侧低于上游侧，第2流路内的下游侧端部处的含碳气体的温度优选为600℃以下。由此，容易使CNT在第2流路内彼此集合。这里，在图20中，第2流路内的下游侧端部相当于第2流路240(蜂窝结构体的通孔)的下游侧的出口291。
第2流路内的下游侧端部处的含碳气体的温度优选为500℃以下、更优选为300℃以下。对第2流路内的下游侧端部处的含碳气体的温度的下限没有特别地限定，例如可以设为80℃。
在第2流路内的下游侧存在含碳气体的温度为600℃以下的第1区域，该第1区域沿着第2流路的纵向方向的长度优选为1cm以上。由此，容易使CNT在第2流路内彼此集合。
第1区域沿着第2流路的纵向方向的长度优选为1cm以上、更优选为5cm以上。对第1区域沿着第2流路的纵向方向的长度的上限没有特别地限定，例如优选为20cm。
第2流路的各个截面积优选为0.01mm2以上4mm2以下。由此，CNT的直径容易缩小。第2流路的各个截面积更优选为0.1mm2以上2mm2以下、进一步优选为0.2mm2以上1mm2以下。
第1流路的截面积S1与第2流路的各个截面积S2之比S1/S2优选为100以上1,000,000以下。由此，CNT容易伸长，并且CNT的直径容易缩小。S1/S2更优选为1,000以上100,000以下、进一步优选为4,000以上40,000以下。
在本说明书中，除非特别说明，否则第1流路的截面积除了其两端部的一部分以外从上游侧到下游侧是恒定的。在本说明书中，除非特别说明，否则第2流路的各个截面积除了其两端部的一部分以外从上游侧到下游侧是恒定的。这里，截面积恒定是指截面积的最大值和最小值在平均值±5％以内。
在集合工序中，优选将多个碳纳米管的直径缩小。由此，可以得到包含直径小的CNT的CNT集合线。
第2流路的各个长度优选为10mm以上200mm以下。由此，CNT容易伸长，并且CNT的直径容易缩小。第2流路的各个长度更优选为20mm以上100mm以下、进一步优选为30mm以上80mm以下。
使用图23和图24对第2流路的优选方式的一个例子进行说明。图23示出了包括多个第2流路240a的蜂窝结构体29d。图24是图23的蜂窝结构体的XXIV-XXIV线剖面图。如图24所示，第2流路240a的每一个优选均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽M1的形状。由此，第2流路内的气体呈螺旋状流动，从而容易在CNT集合线中形成均匀的绞合角。当CNT集合线具有均匀的绞合角时，将该CNT集合线集束而形成的CNT集合线集束也能够具有均匀的绞合角。由此，该CNT集合线集束可以具有优异的机械强度。
使用图33～图36对第2流路的优选方式的其他例子进行说明。图33示出了包括多个第2流路240d的蜂窝结构体29g。图34是从箭头XXXIV方向(上游侧)观察图33的蜂窝结构体而得的图。图35是从箭头XXXV所示的方向(下游侧)观察图33的蜂窝结构体而得的图。图36是图33的蜂窝结构体的XXXVI-XXXVI线剖面图。
如图36所示，关于第2流路240d的各个截面积，优选的是下游侧小于上游侧。由此，容易使CNT在第2流路内集合，从而容易形成CNT集合线。这里，第2流路的截面积是指以第2流路的纵向方向作为法线的剖面的面积。
第2流路的上游侧的截面积优选为0.1mm2以上100mm2以下、更优选为0.5mm2以上50mm2以下。下游侧的截面积优选为0.005mm2以上10mm2以下、更优选为0.01mm2以上1mm2以下。
第2流路的下游侧的截面积S2B相对于上游侧的截面积S2A的比例S2B/S2A优选为0.00005以上0.5以下、更优选为0.0001以上0.25以下。
[实施方式5：碳纳米管集合线]
对由实施方式4的碳纳米管集合线制造方法所制作的碳纳米管集合线进行说明。图1是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线(以下也记为CNT集合线)的图。如图1所示，本实施方式涉及的碳纳米管集合线1具备多个碳纳米管2。在该CNT集合线中，多个碳纳米管2优选以0.9以上1.0以下的定向度定向。
(碳纳米管)
在本实施方式中，作为碳纳米管2，基本上可以使用实施方式2中所记载的碳纳米管。
可以根据用途适当地选择碳纳米管的长度。碳纳米管的长度例如优选为10μm以上、更优选为100μm以上。特别是，当碳纳米管的长度为100μm以上时，从制作CNT集合线的观点来看是优选的。对碳纳米管的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为600mm以下。CNT的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。
碳纳米管的直径优选为0.6nm以上20nm以下、更优选为1nm以上10nm以下、进一步优选为1nm以上2nm以下。当碳纳米管的直径为1nm以上10nm以下时，从氧化条件下的耐热性的观点来看是优选的。当碳纳米管的直径为0.6nm以上2nm以下时，从提高断裂强度的观点来看是优选的。
在本说明书中，碳纳米管的直径是指一个CNT的平均外径。CNT的平均外径可以通过以下方法得到：利用透射电子显微镜直接观察CNT的任意2处的剖面，在该剖面中，测定CNT外周上的最远离的2点间距离即外径，算出所得外径的平均值。在CNT的一个或两个端部包括锥部的情况下，在除了锥部以外的位置处测定直径。
碳纳米管在波长532nm的拉曼光谱分析中的G波段的峰值强度与D波段的峰值强度之比即D/G比优选为0.1以下。
在本说明书中，碳纳米管集合线中的碳纳米管的D/G比是通过下述方法测定的值。
在下述条件下对碳纳米管集合线进行拉曼光谱分析，并得到拉曼光谱(以下也记为CNT集合线的拉曼光谱)。在该CNT集合线的拉曼光谱中，根据G波段的峰值强度与D波段的峰值强度算出D/G比。将该CNT集合线的D/G比视为碳纳米管集合线中的碳纳米管的D/G比。
拉曼光谱分析的测定条件
波长：532nm
激光功率：17mW
曝光时间：1秒
平均次数：3次
物镜倍数：50倍
将本实施方式涉及的CNT集合线中的CNT的D/G比与CNT集合线的D/G比视为相同的理由如下所述。
本发明人在与上述相同的条件下对成为集合线之前的多个碳纳米管进行拉曼光谱分析，并得到拉曼光谱(以下也记为CNT拉曼光谱)。在所得的多个CNT拉曼光谱的每一个中，根据G波段的峰值强度与D波段的峰值强度算出D/G比。
接着，使该碳纳米管进行集合线化，准备了CNT集合线。在上述条件下对该CNT集合线进行拉曼光谱分析，并得到拉曼光谱(以下也记为CNT集合线拉曼光谱)。在该CNT集合线拉曼光谱中，根据G波段的峰值强度与D波段的峰值强度算出D/G比。
经确认：对上述算出的成为集合线之前的多个碳纳米管的D/G比的数据进行平均化后的值与CNT集合线的D/G比的值大致相同。这表明在成为集合线之前的碳纳米管的D/G比在CNT集合线中的CNT中依然保持。因此，在本说明书中，可以将CNT集合线中的碳纳米管的D/G比与成为集合线之前的CNT的D/G比视为相同。
(定向度)
使用图2～图5对本说明书中CNT的定向度的计算方法进行说明。在本说明书中，CNT的定向度是指根据下述(a1)～(a6)的步骤算出的值。
需要说明的是，经确认：只要是本申请人测定的、并且只要在同一样品中进行测定，那么，即使改变测定视野(尺寸：10nm×10nm)的选择位置来多次算出后述的定向度的测定结果，其测定结果也几乎没有偏差。
(a1)CNT集合线的摄像
在以下条件下，使用下述设备对CNT集合线进行摄像。
透射电子显微镜(TEM)：JEOL公司制造的“JEM2100”(商品名)
摄像条件：倍数5万倍～120万倍、加速电压60kV～200kV。
本实施方式涉及的CNT集合线的TEM图像的一个例子如图2所示。
(a2)摄像所得的图像的二值化处理
使用下述图像处理程序，按照下述步骤对在上述(a1)中摄像所得的图像实施二值化处理。
图像处理程序：非破坏性纸张表面纤维定向分析程序“FiberOri8single03”(http://www.enomae.com/FiberOri/index.htm)
处理步骤：
1.直方图平均亮度校正
2.背景去除
3.单阈值二值化
4.亮度反转。
对图2的TEM图像进行二值化处理所得的图像如图3所示。
(a3)二值化处理所得的图像的傅立叶变换
使用与上述相同的图像处理程序(非破坏性纸张表面纤维定向分析程序“FiberOri8single03”(http://www.enomae.com/FiberOri/index.htm))，对在上述(a2)中所得的图像进行傅立叶变换。
对图3的二值化处理图像进行傅立叶变换所得的图像如图4所示。
(a4)定向角度和定向强度的计算
在傅立叶变换图像中，将X轴正方向设为0°，并计算相对于逆时针旋转角度(θ°)的平均振幅。
表示由图4的傅立叶变换图像所得的定向角度与定向强度之间的关系的曲线图如图5所示。
(a5)半峰宽的测定
基于图5的曲线图，测定半峰宽(FWHM：full width at half maximum)。
(a6)定向度的计算
基于上述半峰宽，根据下式(1)计算定向度。
定向度＝(180°-半峰宽)/180°···(1)
定向度为0的情况是指完全无定向。定向度为1的情况是指完全定向。
在本实施方式涉及的碳纳米管集合线中，多个碳纳米管优选以0.9以上1.0以下的定向度定向。这意味着在本实施方式的CNT集合线中，多个CNT的定向性较高。因此，本实施方式涉及的CNT集合线可以在保持CNT所具有的导电性和机械强度的特性的同时得以延长。
当CNT集合线中的CNT的定向度小于0.9时，导电性和机械强度倾向于降低。定向度的下限值优选为0.93、更优选为0.94、进一步优选为0.95。定向度的上限值优选为0.99、更优选为1。
(形状)
碳纳米管集合线的形状是将多个碳纳米管在它们的纵向方向上定向并集合而成的丝状。
对碳纳米管集合线的长度没有特别地限定，可以根据用途适当地调节。CNT集合线的长度例如优选为100μm以上、更优选为1000μm以上、进一步优选为10cm以上。对CNT集合线的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为1m以下。CNT集合线的长度可以通过利用扫描电子显微镜、光学显微镜或者目视观察来测定。
对碳纳米管集合线的直径的大小没有特别地限定，可以根据用途适当地调节。CNT集合线的直径例如优选为0.1μm以上、更优选为1μm以上。对CNT集合线的直径的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为100μm以下。在本实施方式中，CNT集合线的直径的大小比CNT集合线的长度小。即，CNT集合线的长度方向相当于纵向方向。
在本说明书中，碳纳米管集合线的直径是指一个CNT集合线的平均外径。一个CNT集合线的平均外径可以通过以下方法得到：利用透射电子显微镜或扫描电子显微镜观察一个CNT集合线的任意2处的剖面，在该剖面中，测定CNT集合线的外周上的最远离的2点间距离即外径，算出所得的外径的平均值。
(来自催化剂的元素)
碳纳米管集合线含有选自由铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少1种金属元素，该金属元素优选在所述碳纳米管集合线的纵向方向上分散。这里，金属元素在CNT集合线的纵向方向上分散是指金属元素在CNT集合线的纵向方向上不会局部存在。
这些金属元素来自CNT集合线制造时所使用的催化剂(二茂铁(Fe(C5H5)2)、二茂镍(Ni(C5H5)2)、二茂钴(Co(C5H5)2等)。在本实施方式涉及的CNT集合线中，由于这些金属元素分散存在于CNT集合线的纵向方向上，因此金属元素不会影响CNT所具有的导电性的特性，从而CNT集合线可以在保持原本具有的导电性的同时得以延长。
包含在CNT集合线中的金属元素的种类及其含量可以利用能量色散X射线分析(Energy dispersive X-ray spectrometry，EDX)来确认和测定。以原子数为基准，CNT集合线中的金属元素的总含量优选为0.1％以上50％以下、更优选为1％以上40％以下、进一步优选为5％以上20％以下。
包含在CNT集合线中的金属元素在碳纳米管集合线的纵向方向上分散的情况可以利用与SEM或TEM等电子显微镜同时测量的EDX或电子能量损失光谱分析(Electron energyloss spectrometry，EELS)来确认。
碳纳米管集合线含有硫元素，该硫元素优选在所述碳纳米管集合线的纵向方向上分散。这里，硫元素在CNT集合线的纵向方向上分散是指硫元素在CNT集合线的纵向方向上不会局部存在。
硫元素来自CNT集合线制造时所使用的辅助催化剂(CS2)。在本实施方式涉及的CNT集合线中，由于硫元素分散存在于CNT集合线的纵向方向上，因此硫元素不会影响CNT所具有的导电性和机械强度等特性，CNT集合线可以在保持这些特性的同时得以延长。
CNT集合线含有硫元素的情况、以及CNT集合线中的硫元素的含量可以利用EDX、热重分析、X射线光电子能谱来确认和测定。以原子数为基准，CNT集合线中的硫元素的含量优选为0.1％以上20％以下、更优选为1％以上15％以下、进一步优选为2％以上10％以下。
包含在CNT集合线中的硫元素在碳纳米管集合线的纵向方向上分散可以利用与SEM或TEM等电子显微镜同时测量的EDX或EELS来确认。
[实施方式6：碳纳米管集合线制造装置]
使用图14对实施方式6涉及的用于制造碳纳米管集合线的碳纳米管集合线制造装置进行说明。
图14所示的碳纳米管集合线制造装置20可以具备：管状的碳纳米管生长部(以下也记为CNT生长部)21、将含碳气体从CNT生长部21的一个端部(图14中右侧的端部)供给到CNT生长部21中的气体供给部22、将催化剂粒子P供给到CNT生长部21内的催化剂供给部23、以及配置在CNT生长部21的另一个端部侧(图14中左侧的端部)、且将在CNT生长部21中得到的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合的碳纳米管集合部(以下也记为CNT集合部)。
<碳纳米管生长部>
碳纳米管生长部21例如具有由石英管构成的管状的形状。在CNT生长部21中，使用含碳气体在催化剂粒子P上形成碳纳米管2。
碳纳米管生长部21配置在电炉28内，利用加热器(未图示)加热。
作为CNT生长部21的内部温度，优选为800℃以上1200℃以下。为了保持这样的温度，可以将加热后的含碳气体从气体供给部22供给到CNT生长部21，也可以在CNT生长部21中加热含碳气体。
CNT生长部21中，优选的是，与含碳气体的上游侧相比，含碳气体的下游侧的含碳气体所经过的中空部的截面积更小。因此，含碳气体的平均流速在下游侧大于上游侧，从而可以对碳纳米管2施加拉伸力。
在CNT生长部21中，含碳气体的下游侧的中空部的截面积与上游侧的中空部的截面积之间的大小关系可以与实施方式4的CNT集合线的制造方法中所记载的关系相同，因此不重复其说明。
<气体供给部>
气体供给部22可以与实施方式3的碳纳米管制造装置中所记载的气体供给部相同，因此不重复其说明。
<催化剂供给部>
催化剂供给部23可以与实施方式3的碳纳米管制造装置中所记载的催化剂供给部相同，因此不重复其说明。
<碳纳米管集合部>
碳纳米管集合部24配置在CNT生长部21的与气体供给部23侧相反一侧的端部。即，CNT集合部24配置在CNT生长部21的含碳气体的下游侧。在CNT集合部24中形成碳纳米管集合线。
只要CNT集合部能够将浮游状态的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合即可，可以使用任意的结构。例如，CNT集合部可以由蜂窝结构体、直管型细管结构等构成。
在CNT集合部由蜂窝结构体构成的情况下，在碳纳米管集合线制造装置中配置蜂窝结构体，使得通孔的纵向方向成为沿着含碳气体的流动的方向。
在CNT集合部由蜂窝结构体构成的情况下，其构成可以与实施方式4的CNT集合线的制造方法中所记载的构成相同，因此不重复其说明。
<其他构成>
如图15所示，除了上述构成以外，CNT集合线制造装置20a可以包括产生磁场的磁场产生部24a。在CNT生长部21或CNT集合部24中，磁场产生部24a通过在反应管31的周围设置线圈状的电线301来构成。通过使电线301通电，在反应管31的内部产生沿着反应管31的中心轴的方向的磁感线32，从而可以产生磁场。由此，可以对CNT施加来自磁场的拉伸力。
如图16所示，除了上述构成以外，CNT集合线制造装置20b可以包括产生电场的电场产生部24b。在CNT生长部21或CNT集合部24中，电场产生部24b是通过在含碳气体的下游侧设置由导电材料构成的+电极33、在上游侧设置由导电材料构成的-电极34来构成的。因此产生沿着反应管31的中心轴的电场，从而产生电场。由此，可以对CNT施加来自电场的拉伸力。
<更优选的实施方式>
以下对碳纳米管集合线制造装置的更优选的实施方式进行说明。
碳纳米管生长部在其内部具有第1流路；碳纳米管集合部在其内部具有1个以上的第2流路，第2流路的各个截面积优选均小于第1流路的截面积。在图14中，第1流路相当于CNT生长部21的中空部；第2流路相当于CNT集合部24的中空部(即，蜂窝结构体29的通孔)。
由此，可以对碳纳米管施加朝向下游侧的拉伸力。
碳纳米管集合部具有蜂窝结构，该蜂窝结构是具有由多个通孔构成的多个第2流路的蜂窝结构体，第2流路的各个截面积优选为0.01mm2以上4mm2以下。由此，CNT的直径容易缩小。第2流路的各个截面积更优选为0.02mm2以上2mm2以下、进一步优选为0.1mm2以上1mm2以下。
第1流路的截面积S1与第2流路的各个截面积S2之比S1/S2优选为100以上1,000,000以下。由此，CNT容易伸长，并且CNT的直径容易缩小。S1/S2更优选为1000以上100,000以下、进一步优选为2000以上20,000以下。
在碳纳米管集合部中，优选使多个碳纳米管的直径缩小。由此，可以得到包含直径小的CNT的CNT集合线。
碳纳米管集合部的第2流路的各个长度优选为10mm以上200mm以下。由此，CNT容易伸长，并且CNT的直径容易缩小。第2流路的各个长度更优选为20mm以上100mm以下、进一步优选为30mm以上50mm以下。
第2流路的每一个优选具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。由此，第2流路内的气体呈螺旋状流动，从而容易在CNT集合线中形成均匀的绞合角。第2流路的每一个均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状的情况的详细说明已经在实施方式4的CNT集合线的制造方法中记载了，因此不重复其说明。
关于第2流路的各个截面积，优选的是下游侧小于上游侧。由此，容易使CNT在第2流路内集合，从而容易形成CNT集合线。第2流路的各个截面积在下游侧小于上游侧的情况的详细说明已经在实施方式4的CNT集合线的制造方法中记载了，因此不重复其说明。
[实施方式7：碳纳米管集合线集束的制造方法]
实施方式7涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法可以包括：通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，从而使1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子的每一个开始生长的生长工序(以下也记为生长工序)；通过对浮游状态的多个碳纳米管施加拉伸力，从而使多个碳纳米管伸长的伸长工序(以下也记为伸长工序)；通过将浮游状态的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合，以得到多个碳纳米管集合线的集合工序(以下也记为集合工序)；以及通过将多个碳纳米管集合线沿着多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束，以得到碳纳米管集合线集束的集束工序(以下也记为集束工序)。
碳纳米管集合线集束的制造方法中的生长工序、伸长工序以及集合工序分别与实施方式4涉及的碳纳米管集合线的制造方法中的生长工序、伸长工序以及集合工序是相同的工序，因此不重复其说明。
<集束工序>
在集束工序中，将多个碳纳米管集合线沿着多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束，从而得到碳纳米管集合线集束。
集束工序可以与集合工序同时进行。即，在集合工序中，可以与CNT集合线的制作并行地将所得到的CNT集合线沿着纵向方向的方向定向并集束以得到CNT集合线集束。在这种情况下，集束工序可以在CNT集合部24的内部进行。
集束工序也可以在集合工序之后独立地进行。即，在集合工序中制作CNT集合线，然后进行集束工序。在这种情况下，CNT集束部优选连续地配置在CNT集合部24的含碳气体的下游侧。
作为CNT集束部，例如可以使用蜂窝结构体、直管型细管结构等。
集束工序优选包括：使挥发性液体附着于多个碳纳米管集合线的附着工序；以及使附着于碳纳米管集合线的挥发性液体蒸发的蒸发工序。由此，所得到的CNT集合线集束的密度提高。
作为挥发性液体，例如可以使用甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、甲基乙基酮、二甲苯、苯甲醚、甲苯、甲酚、吡咯烷酮、卡必醇、乙酸卡必醇酯、水、环氧单体、丙烯酸单体。挥发性液体中含有单体或树脂。
附着工序优选在将多个碳纳米管集合线沿着它们的纵向方向的方向定向并集束之前进行。由此，在使渗透在碳纳米管间的液体挥发并除去的过程中，可以使碳纳米管均匀且高密度地彼此密接。
附着工序优选在将多个碳纳米管集合线沿着它们的纵向方向的方向定向并集束之后进行。由此，在使渗透在碳纳米管间的液体挥发并除去的过程中，可以使碳纳米管均匀且高密度地彼此密接。
蒸发工序可以通过自然干燥来进行。
集束工序优选在对多个碳纳米管集合线施加张力的同时进行。由此，所得的CNT集合线集束的强度提高。
<其他优选方式>
在上述生长工序中，多个碳纳米管和含碳气体经过第1流路；在集合工序和集束工序中，多个碳纳米管和含碳气体经过配置在第1流路的下游侧的1个以上的第2流路，第2流路的各个截面积优选小于第1流路的截面积。由此，可以对碳纳米管施加朝向下游侧的拉伸力。
第2流路的每一个优选均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。由此，第2流路内的气体呈螺旋状流动，从而容易在CNT集合线中形成均匀的绞合角。第2流路的每一个均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状的情况的详细说明已经在实施方式4的CNT集合线的制造方法中记载了，因此不重复其说明。
关于第2流路的各个截面积，优选的是下游侧小于上游侧。由此，容易使CNT和CNT集合线在第2流路内集合，从而容易形成CNT集合线和CNT集合线集束。第2流路的各个截面积在下游侧小于上游侧的情况的详细说明已经在实施方式4的CNT集合线的制造方法中记载了，因此不重复其说明。
使用图25～图28对第2流路的其他优选方式进行说明。图25是表示包括多个第2流路240b的蜂窝结构体29e的一个例子的图。图26是从箭头XXVI所示的方向(上游侧)观察图25的蜂窝结构体29e而得的图。图27是从箭头XXVII所示的方向(下游侧)观察图25的蜂窝结构体29e而得的图。图28是图25的蜂窝结构体的XXVIII-XXVIII线剖面图。
在图26和图28中，上游侧的第2流路间的最近距离表示为2个第2流路的外缘间的最短距离dA。在图27和图28中，下游侧的第2流路间的最近距离表示为2个第2流路的外缘间的最短距离dB。如图26～图28所示，存在多个第2流路240b，第2流路间的最近距离优选的是下游侧(最短距离dB)短于上游侧(最短距离dA)。由此，容易使CNT集合线彼此集束，从而容易形成CNT集合线集束。
使用图29～图32对第2流路的其他优选方式进行说明。图29是表示包括多个第2流路240c的蜂窝结构体29f的其他例子的图。图30是从箭头XXX所示的方向(上游侧)观察图29的蜂窝结构体29f而得的图。图31是从箭头XXXI所示的方向(下游侧)观察图29的蜂窝结构体29f而得的图。图32是图29的蜂窝结构体的XXXII-XXXII线剖面图。
在图30和图32中，上游侧的第2流路间的最近距离表示为2个第2流路的外缘间的最短距离dC。如图32所示，多个第2流路240c在下游侧(图32中的左侧)连接起来，下游侧的第2流路间的最短距离为0。即，图29～图32的方式相当于第2流路间的最近距离在下游侧(最短距离0)短于上游侧(最短距离dC)的情况。由此，容易使CNT集合线彼此集束，从而容易形成CNT集合线集束。
第2流路可以具备上述说明的下述(I)～(III)方式中的2个以上。
(I)第2流路的每一个均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。
(II)第2流路间的最近距离在下游侧短于上游侧。
(III)第2流路的各个截面积在下游侧小于上游侧。
[实施方式8：碳纳米管集合线集束]
对由实施方式7涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法所制作的碳纳米管集合线集束进行说明。图7是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线集束的图。如图7所示，本实施方式涉及的碳纳米管集合线集束(以下也记为CNT集合线集束)3优选包括碳纳米管集合线1以0.8以上1以下的定向度定向的定向区域。
(碳纳米管集合线集束的构成)
作为构成碳纳米管集合线集束3的碳纳米管集合线1，可以使用实施方式5的CNT集合线。另外，作为构成该CNT集合线1的碳纳米管2，可以使用与实施方式2所记载的碳纳米管相同的碳纳米管。
(定向度)
在碳纳米管集合线1中，碳纳米管2以0.9以上1以下的定向度定向，在该碳纳米管集合线集束3中，优选包括碳纳米管集合线1以0.8以上1以下的定向度定向的定向区域。
碳纳米管集合线中的CNT的定向度是通过与实施方式5中所记载的碳纳米管集合线中的碳纳米管的定向度的计算方法相同的方法算出的值，因此不重复其说明。
碳纳米管集合线集束中的CNT集合线的定向度基本上是通过与实施方式5的定向度的计算方法中所记载的(a1)～(a6)步骤相同的步骤算出的值。不同点在于：在(a1)的步骤中，在以下条件下使用下述设备对CNT集合线集束进行摄像。
扫描电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscopy)：“テクネックス工房”公司制造的“Cry-10”(商品名)
摄像条件：倍数40倍～10万倍、加速电压1kV～17kV
测定视野：30μm×30μm
在上述条件下所拍摄的本实施方式涉及的CNT集合线集束的一个例子的SEM图像如图8所示。
在上述(a2)的步骤中，对图8的SEM图像进行二值化处理后的图像如图9所示。
在上述(a3)的步骤中，对图9的二值化处理图像进行傅立叶变换后的图像如图10所示。
在上述(a4)的步骤中，表示由图10的傅立叶变换图像所得到的定向角度与定向强度之间的关系的曲线图如图11所示。
在上述(a5)的步骤中，基于图11的曲线图，测定半峰宽。
在上述(a6)的步骤中，基于上述半峰宽，根据下式(1)计算定向度。
定向度＝(180°-半峰宽)/180°···(1)
定向度为0的情况是指完全无定向。定向度为1的情况是指完全定向。
在任意选择的10处以上的测定视野中进行上述测定。在所有的测定视野当中，在1处以上的测定视野中碳纳米管集合线集束中的碳纳米管集合线的定向度为0.8以上1以下时，判定为该碳纳米管集合线集束包括碳纳米管集合线以0.8以上1以下的定向度定向的定向区域。
优选的是，在本实施方式涉及的碳纳米管集合线集束中，在碳纳米管集合线中，碳纳米管以0.9以上1以下的定向度定向，并且该碳纳米管集合线集束包括碳纳米管集合线以0.8以上1以下的定向度定向的定向区域。这意味着在本实施方式的CNT集合线集束中，CNT和CNT集合线的定向性高。因此，本实施方式涉及的CNT集合线集束可以在保持CNT所具有的导电性和机械强度的特性的同时得以延长。
当CNT集合线中的CNT的定向度小于0.9时，导电性和机械强度倾向于降低。定向度的下限值为0.9、优选为0.93、更优选为0.94、进一步优选为0.95。定向度的上限值优选为0.99、更优选为1。
当CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度小于0.8时，导电性和机械强度倾向于降低。定向度的下限值为0.8、优选为0.83、更优选为0.85。定向度的上限值优选为0.95、更优选为1。
(形状)
碳纳米管集合线集束的形状是将多个碳纳米管集合线在其纵向方向上定向并集合而成的带形状。CNT集合线集束是将多个碳纳米管集合线在其纵向方向上定向并集合而成的带形状可以通过利用光学显微镜或扫描电子显微镜观察来确认。
对碳纳米管集合线集束的长度没有特别地限定，可以根据用途适当地调节。CNT集合线集束的长度例如优选为100μm以上、更优选为1000μm以上、进一步优选为10cm以上。对CNT集合线集束的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为1m以下。CNT集合线集束的长度可以通过利用光学显微镜或者目视观察来测定。
对碳纳米管集合线集束的直径的大小没有特别地限定，可以根据用途适当地调节。CNT集合线集束的直径例如优选为1μm以上、更优选为10μm以上。对CNT集合线集束的直径的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为1000μm以下。在本实施方式中，CNT集合线集束的直径的大小比CNT集合线集束的长度小。
在本说明书中，碳纳米管集合线集束的直径是指一个CNT集合线集束的平均外径。一个CNT集合线集束的平均外径可以通过以下方法得到：利用光学显微镜观察一个CNT集合线集束的任意2处的剖面，在该剖面中测定CNT集合线集束的外周上的最远的2点间距离即外径，算出所得的外径的平均值。
(定向区域和不定形区域)
图12是本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线集束的SEM图像。如图12所示，碳纳米管集合线集束包括定向区域35、以及碳纳米管集合线的定向度为0以上且小于0.8的不定形区域36。在本说明书中，定向区域是指CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度为0.8以上1.0以下的区域。另一方面，不定形区域是指CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度为0以上且小于0.8的区域。通过使CNT集合线集束包括定向区域和不定形区域，可以任意地施加对于弯曲和扭转的缓冲作用，而不会使相邻的CNT集合线彼此粘接。
碳纳米管集合线集束中的定向区域的比例优选为50体积％以上且小于100体积％。由此，在碳纳米管集合线集束中，CNT集合线可以具有充分的定向度。CNT集合线集束中的定向区域的比例更优选为60体积％以上99体积％以下、进一步优选为70体积％以上99体积％以下。
碳纳米管集合线集束中的不定形区域的比例优选为大于0体积％且50体积％以下。由此，在碳纳米管集合线集束中，CNT集合线可以具有充分的定向度。CNT集合线集束中的不定形区域的比例更优选为1体积％以上40体积％以下、进一步优选为1体积％以上30体积％以下。
碳纳米管集合线集束中的定向区域和不定形区域的比例是通过下述(b1)～(b3)的步骤算出的值。
(b1)测定视野的设定
在碳纳米管集合线集束的表面上，随机选择10处以上1mm×1mm的矩形的测定视野。
(b2)定向度的测定
通过与上述CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度的测定相同的步骤，在上述(b1)所设定的10处以上的测定视野的每一个中计算CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度。
(b3)比例的计算
通过计算在所有测定视野当中定向度为0.8以上1.0以下(定向区域)的测定视野的数量的比例，可以得到CNT集合线集束中的定向区域的比例。另外，通过计算所有测定视野当中定向度为0以上且小于0.8(不定形区域)的数量的比例，可以得到CNT集合线集束中的不定形区域的比例。
(碳纳米管集合线间的距离)
在本实施方式的CNT集合线集束的定向区域的至少一部分中，相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值优选为多个碳纳米管集合线的平均直径的10倍以上。由此，可以任意地施加对于弯曲和扭转的缓冲作用，而不会使相邻的碳纳米管集合线彼此粘接。
使用图13对本说明书中的CNT集合线集束的定向区域中的相邻的CNT集合线间的距离的测定方法进行说明。图13是示意性地表示本发明的一个实施方式涉及的CNT集合线集束的定向区域的一个例子的图。在本说明书中，CNT集合线间的距离可以通过下述(c1)和(c2)的步骤来确认。
(c1)测定视野的设定
在上述(b1)～(b3)所观察到的定向区域当中，任意选择一个定向区域，并且在该定向区域内设定0.1mm×0.1mm的正方形的测定视野。在设定测定视野时，以使得作为测定视野的边框的正方形的至少一边与至少一条碳纳米管集合线大致平行的方式进行设定。例如在图13中，碳纳米管集合线1a与正方形的一边W平行。这里，大致平行是指特定的碳纳米管集合线与矩形的一边所成的角度为5°以下。
(c2)相邻的碳纳米管集合线间的距离的测定
在上述(c1)所设定的测定视野中，利用扫描电子显微镜观察，从而测定相邻的碳纳米管集合线间的距离。这里，相邻的碳纳米管集合线间是指特定的一条碳纳米管集合线与位于该碳纳米管集合线最近的碳纳米管集合线之间。
例如，与图13所示的碳纳米管集合线1a相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1b，并且CNT集合线1a与CNT集合线1b之间的距离的最小值为d1。与碳纳米管集合线1c相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1b，并且CNT集合线1c与CNT集合线1b之间的距离的最小值为d2。与碳纳米管集合线1d相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1c，并且CNT集合线1d与CNT集合线1c之间的距离的最小值为d3。
(CNT集合线间的距离与CNT集合线的平均直径的比较)
测定上述d1、d2、d3的各自长度，并确定它们当中的最小值。通过比较该最小值与多个碳纳米管集合线的平均直径，来确认在CNT集合线集束的定向区域的至少一部分中，相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值是否为多个碳纳米管集合线的平均直径的10倍以上。这里，多个碳纳米管集合线的平均直径是指在上述(c1)所设定的测定视野中存在的多个碳纳米管集合线的平均直径。
在本说明书中，碳纳米管集合线的直径是指一个CNT集合线的平均外径。CNT集合线1a、1b、1c、1d的各个CNT集合线的平均外径可以通过以下方法得到：利用透射电子显微镜或扫描电子显微镜直接观察各个CNT集合线的任意2处的剖面，在该剖面中，测定CNT集合线的外周上的最远离的2点间距离即外径，计算所得的外径的平均值。根据CNT集合线1a、1b、1c、1d的各个CNT集合线的平均外径，计算测定视野中的多个碳纳米管集合线的平均直径。
上述相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值优选为多个碳纳米管集合线的平均直径的10倍以上50倍以下、更优选为15倍以上40倍以下、进一步优选为20倍以上30倍以下。当相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值超过多个碳纳米管集合线的平均直径的50倍时，空隙增多，容易混入异物，在施加外力时在异物附近产生应力集中，缓冲作用降低，从而可能断裂。
(碳纳米管集合线间的角度)
在本实施方式的CNT集合线集束的定向区域的至少一部分中，相邻的碳纳米管集合线间的角度的最大值优选为10°以下。由此，可以任意地施加对于弯曲和扭转的缓冲作用，而不会使相邻的碳纳米管集合线彼此粘接。
在本说明书中，CNT集合线集束的定向区域的至少一部分中的相邻的碳纳米管集合线间的角度可以通过以下(d1)和(d2)的步骤来确认。
(d1)测定视野的确定
通过与上述(c1)相同的方法，确定0.1mm×0.1mm的正方形的测定视野。
(d2)相邻的碳纳米管集合线间的角度的测定
在上述(d1)所设定的视野中，测定相邻的碳纳米管集合线间的角度。这里，相邻的碳纳米管集合线间是指特定的一条碳纳米管集合线与位于该碳纳米管集合线最近的碳纳米管集合线之间。
例如，与图13所示的碳纳米管集合线1a相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1b，并且CNT集合线1a与CNT集合线1b的角度(跟CNT集合线1a的平行线1a’与CNT集合线1b的角度相同)为α1°。与碳纳米管集合线1c相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1b，并且CNT集合线1c与CNT集合线1b的角度(跟CNT集合线1c的平行线1c’与CNT集合线1b的角度相同)为α2°。与碳纳米管集合线1c相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1d，并且CNT集合线1c与CNT集合线1d平行，角度为0°。
当上述角度α1°、α2°的最大值为10°以下时，判定为在CNT集合线集束的定向区域的至少一部分中相邻的碳纳米管集合线间的角度为10°以下。
上述相邻的碳纳米管集合线间的角度优选为10°以下、更优选为9°以下、进一步优选为5°以下、最优选为0°。
(来自于催化剂的元素)
碳纳米管集合线集束含有选自由铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少1种金属元素，该金属元素优选在所述碳纳米管集合线集束的纵向方向上分散。这里，金属元素在CNT集合线集束的纵向方向上分散是指金属元素在CNT集合线的纵向方向上不局部存在。
这些金属元素来自CNT集合线集束制造时所使用的催化剂(二茂铁(Fe(C5H5)2)、二茂镍(Ni(C5H5)2)、二茂钴(Co(C5H5)2等)。在本实施方式涉及的CNT集合线集束中，由于这些金属元素在CNT集合线集束的纵向方向上分散存在，因此金属元素不会影响CNT所具有的导电性的特性，从而CNT集合线集束可以在保持原本具有的导电性的同时得以延长。
包含在CNT集合线集束中的金属元素的种类及其含量可以利用能量色散X射线分析(Energy dispersive X-ray spectrometry，EDX)来确认和测定。以原子数为基准，CNT集合线集束中的金属元素的总含量优选为0.1％以上50％以下、更优选为1％以上40％以下、进一步优选为5％以上20％以下。
包含在CNT集合线集束中的金属元素在碳纳米管集合线集束的纵向方向上分散可以利用可与SEM或TEM等电子显微镜同时测量的EDX或电子能量损失光谱分析(Electronenergy loss spectrometry，EELS)来确认。
碳纳米管集合线集束含有硫元素，该硫元素优选在所述碳纳米管集合线集束的纵向方向上分散。这里，硫元素在CNT集合线集束的纵向方向上分散是指硫元素在CNT集合线集束的纵向方向上不会局部存在。
硫元素来自CNT集合线集束制造时所使用的辅助催化剂(CS2)。在本实施方式涉及的CNT集合线集束中，由于硫元素在CNT集合线集束的纵向方向上分散存在，因此硫元素不会影响CNT所具有的导电性和机械强度等特性，从而CNT集合线集束可以在保持这些特性的同时得以延长。
CNT集合线集束含有硫元素、以及CNT集合线集束中的硫元素的含量可以利用EDX、热重分析、X射线光电子能谱来确认和测定。以原子数为基准，CNT集合线集束中的硫元素的含量优选为0.1％以上20％以下、更优选为1％以上15％以下、进一步优选为2％以上10％以下。
包含在CNT集合线集束中的硫元素在碳纳米管集合线的纵向方向上分散可以利用可与SEM或TEM等电子显微镜同时测量的EDX或EELS来确认。
[实施方式9：碳纳米管集合线集束制造装置]
使用图21和图22对用于实施方式7涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法的碳纳米管集合线集束制造装置进行说明。图21和图22是表示碳纳米管集合线集束制造装置的图。
碳纳米管集合线集束制造装置500、501具备：实施方式6中所记载的碳纳米管集合线制造装置20、以及将由碳纳米管集合线制造装置所得到的多个碳纳米管集合线沿着多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束以得到碳纳米管集合线集束的集束部50。
碳纳米管集合线制造装置20可以设为与实施方式6的碳纳米管集合线制造装置相同的结构，因此不重复其说明。
<集束部>
在集束部50中，将浮游状态的多个CNT集合线沿着纵向方向的方向定向并集束，从而形成碳纳米管集合线集束。
只要集束部可以将由碳纳米管集合线制造装置所得到的多个碳纳米管集合线沿着其纵向方向的方向定向并集合即可，可以使用任意的结构。
例如，集束部可以由蜂窝结构体、直管型细管结构等构成。
在集束部由蜂窝结构体构成的情况下，在碳纳米管集合线集束制造装置中配置蜂窝结构体，使得通孔的纵向方向成为沿着含碳气体的流动的方向。
在集束部由蜂窝结构体构成的情况下，其构成可以与上述CNT集合线制造装置中所记载的蜂窝结构体相同。
集束部可以为与碳纳米管集合部兼用的结构。即，CNT集合部也可以具有作为集束部的功能。
另外，集束部可以是与碳纳米管集合部分开的结构。在这种情况下，集束部优选配置在CNT集合部24的含碳气体的下游侧。例如，优选的是，在配置于CNT集合线的下游侧的集束部中设有收缩器(絞り)55，通过使多个碳纳米管集合线1经过收缩器55，从而使它们在纵向方向上定向并集合。
集束部50优选包括将挥发性液体53附着在多个碳纳米管集合线1上的液体附着装置51。由此，可以提供具有高密度的CNT集合线集束。
作为将挥发性液体附着在碳纳米管集合线上的方法，例如可以列举出：将挥发性液体雾化以成为蒸汽55，并将该蒸汽55喷雾到碳纳米管集合线上。
液体附着装置51配置在可以使挥发性液体附着在碳纳米管集合线1上的位置处。例如，如图21所示，液体附着装置51可以配置在收缩器55的下游侧。另外，如图22所示，液体附着装置51可以配置在收缩器55的上游侧。
集束部优选包括在对所述多个碳纳米管集合线施加张力的同时，将所述多个碳纳米管集合线沿着其纵向方向的方向定向并集束且卷取的卷取装置52。
由此，可以提供具有高强度的CNT集合线集束。
<其他构成>
除了上述构成以外，CNT集合线集束制造装置还可以包括产生磁场的磁场产生部。其构成可以与上述CNT集合线制造装置中所记载的磁场产生部相同。
除了上述构成以外，CNT集合线集束制造装置还可以包括产生电场的电场产生部。其构成可以与上述CNT集合线制造装置中所记载的电场产生部相同。
<其他优选方式>
碳纳米管集合部和集束部由具有多个第2流路的相同的蜂窝结构体构成，第2流路的每一个优选均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。由此，第2流路内的气体呈螺旋状流动，从而容易在CNT集合线中形成均匀的绞合角。第2流路的每一个都呈螺旋状延伸的情况的详细说明已经在实施方式4的CNT集合线的制造方法中记载了，因此不重复其说明。
关于第2流路间的最近距离，优选的是下游侧短于上游侧。由此，容易使CNT集合线彼此集束，从而容易形成CNT集合线集束。第2流路间的最近距离在下游侧短于上游侧的情况的详细说明已经在实施方式7的CNT集合线集束的制造方法中记载了，因此不重复其说明。
关于第2流路的各个截面积，优选的是下游侧小于上游侧。由此，容易使CNT和CNT集合线在第2流路中集合，从而容易形成CNT集合线和CNT集合线集束。第2流路的各个截面积在下游侧小于上游侧的情况的详细说明已经在实施方式4的CNT集合线的制造方法中记载了，因此不重复其说明。
实施例
根据实施例进一步对本实施方式进行具体地说明。但是，本实施方式不限于这些实施例。
《研究1》
[碳纳米管制造装置的准备]
<装置1>
准备了概要与图18所示的碳纳米管制造装置具有相同构成的碳纳米管制造装置作为装置1。具体而言，将碳纳米管生长部21和碳纳米管伸长部30配置在电炉28内。CNT生长部由内径20mm、长度800mm的石英管构成。碳纳米管伸长部30是与碳纳米管生长部连续的石英管，内径的平均值为8mm、长度为300mm。
在CNT生长部21的与CNT伸长部30连续的一侧的相反侧配置催化剂供给部23。催化剂供给部23由内径20mm、长度200mm的石英管构成，且与CNT生长部连续地配置。在催化剂供给部23内的催化剂保持具26上配置有作为催化剂的二茂铁。利用加热器25加热催化剂供给部23。
在催化剂供给部23的与CNT生长部21连续一侧的相反侧配置有气体供给部22。
上述装置1相当于实施例。
<装置2>
准备了基本上与装置1具有相同构成的装置作为装置2。与装置1的不同点在于：没有配置碳纳米管伸长部30。即，在该装置中，在CNT生长部21的与催化剂供给部23连续一侧的相反侧的端部处没有配置CNT伸长部。需要说明的是，装置2的碳纳米管生长部的长度与装置1的碳纳米管生长部和碳纳米管伸长部的总长度相同。
上述装置2相当于比较例。
[碳纳米管的制作]
使用装置1和装置2的制造装置，分别制造样品1和样品2的碳纳米管。首先，分别在装置1和装置2中，将氩气浓度为100体积％的氩气以1000cc/分钟的流量(流速3.4cm/秒钟)从气体供给部向CNT生长部内供给50分钟，同时将电炉内的温度升温至1000℃。接着，除了氩气以外，还将甲烷气体以50cc/分钟的流量(流速0.17cm/秒钟)、以及二硫化碳(CS2)气体以1cc/分钟的流量(流速0.003cm/秒钟)供给120分钟。含有氩气、甲烷气体、二硫化碳的混合气体(含碳气体)的总流速为3.6cm/秒钟。
通过供给上述氩气、甲烷气体、二硫化碳气体，催化剂发生崩解，并且催化剂粒子释放到CNT生长部内。然后，CNT在CNT生长部内生长。
然后，在装置1中，在CNT伸长部内伸长CNT。
[碳纳米管的测定]
(形状)
对样品1和样品2的碳纳米管，测定其平均长度和平均直径。平均长度和平均直径的测定方法是与实施方式2所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。
样品1的CNT是碳纳米管在其纵向方向上伸长了的直线丝状，平均长度为10μm、平均直径为1.2nm。
样品2的CNT的平均长度为2μm、平均直径为1.2nm。
由上述可以确认：由装置1所得的CNT(样品1)比由装置2所得的CNT(样品2)长。
《研究2》
[碳纳米管集合线制造装置的准备]
<装置3>
准备了概要与图14所示的碳纳米管集合线制造装置具有相同构成的碳纳米管集合线制造装置作为装置3。具体而言，将碳纳米管生长部21和碳纳米管集合部24配置在电炉28内。CNT生长部由内径20mm、长度800mm的石英管构成。作为碳纳米管集合部24，将由陶瓷构成的蜂窝结构体配置在与CNT生长部连续的石英管内。蜂窝结构体具有约200个/英寸的通孔，一个通孔的截面积为0.8mm2。
在CNT生长部21的与CNT集合部24连续一侧的相反侧配置催化剂供给部23。催化剂供给部23由内径20mm、长度200mm的石英管构成，且与CNT生长部连续地配置。在催化剂供给部23内的催化剂保持具26上配置有作为催化剂的二茂铁。利用加热器25加热催化剂供给部23。
在催化剂供给部23的与CNT生长部21连接一侧的相反侧配置有气体供给部22。装置3相当于实施例。
<装置4>
准备了基本上与装置3具有相同构成的装置作为装置4。与装置3的不同点在于：没有配置碳纳米管集合部24。即，在该装置中，在CNT生长部21的与催化剂供给部23连续一侧的相反侧的端部处没有配置CNT集合部。装置4相当于比较例。
<装置5>
准备了基本上与装置3具有相同构成的装置作为装置5。与装置3的不同点在于：蜂窝结构体的位置不是如图19的蜂窝结构体29a那样配置在碳纳米管生长部的下游侧，而是如蜂窝结构体29b所示那样配置在碳纳米管生长部21内的碳原料气体的上游侧。装置5相当于比较例。
<装置6>
准备了基本上与装置3具有相同构成的装置作为装置6。与装置3的不同点在于：蜂窝结构体的位置不是如图19的蜂窝结构体29a那样配置在碳纳米管生长部的下游侧，而是如蜂窝结构体29c所示那样配置在催化剂供给部23内。装置6相当于比较例。
[碳纳米管集合线的制作]
使用装置3～装置6的制造装置分别制作样品3～样品6的碳纳米管集合线。首先，分别在装置3～装置6中，将氩气浓度为100体积％的氩气以1000cc/分钟的流量(流速3.4cm/秒钟)从气体供给部向CNT生长部内供给50分钟，同时将电炉内的温度升温至1000℃。接着，除了氩气以外，还将甲烷气体以50cc/分钟的流量(流速0.17cm/秒钟)、以及二硫化碳(CS2)气体以1cc/分钟的流量(流速0.003cm/秒钟)供给120分钟。含有氩气、甲烷气体、二硫化碳的混合气体(含碳气体)的总流速为3.6cm/秒钟。
通过供给上述氩气、甲烷气体、二硫化碳气体，催化剂发生崩解，并且催化剂粒子释放到CNT生长部内。然后，CNT在CNT生长部内生长。
然后，在装置3中，在CNT集合部内使CNT在伸长的同时集合，从而得到CNT集合线。如图17所示，通过目视观察构成装置3的CNT集合部的蜂窝结构的下游侧，结果确认了由多个CNT集合而形成的碳纳米管集合线1(样品3)从蜂窝结构体29的通孔中放出。
在装置4中，利用SEM观察CNT生长部的下游侧，结果确认了由多个CNT集合而成的CNT集合线(样品4)。
在装置5和装置6中，在CNT生长部内没有确认到CNT集合线。
[碳纳米管集合线的测定]
(定向度)
对样品3和样品4的碳纳米管集合线测定了定向度。定向度的计算方法与实施方式5中所记载的方法相同，因此不重复其说明。
样品3的CNT集合线的TEM图像如图2所示、傅立叶变换图像如图4所示。样品1的定向的角度与强度之间的关系如图5所示。
样品3的半峰宽为12°、定向度为0.93。
样品4的半峰宽为54°、定向度为0.70。
由上述可以确认：与由装置4所得的CNT集合线(样品4)相比，由装置3所得的CNT集合线(样品3)中CNT集合线中的CNT的定向度更高。
(形状)
对样品3的碳纳米管集合线测定了平均长度和平均直径。平均长度和平均直径的测定方法是与实施方式5中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。
样品3的CNT集合线是将多个碳纳米管在其纵向方向上定向并集合而成的直线丝状，平均长度为10cm、平均直径为50μm。
(来自催化剂的元素)
通过对样品3的碳纳米管集合线进行EDX分析，确定了包含在CNT集合线中的来自催化剂的元素。
确认了样品3中含有铁和硫。另外，通过SEM观察和EDX分析，确认了铁和硫在CNT集合线的纵向方向上分散。
《研究3》
[碳纳米管集合线集束制造装置的准备]
(装置7)
准备了基本上与上述装置3具有相同构成的碳纳米管集合线集束制造装置作为装置7。与装置3的不同点在于：为了将CNT集合线收束到一点，在蜂窝的出口侧设置孔板。
(装置8)
准备了基本上与装置7具有相同构成的装置作为装置8。与装置7的不同点在于：没有安装将CNT集合线收束的机构。
[碳纳米管集合线集束的制作]
使用装置7和装置8的制造装置分别制作样品7和样品8的碳纳米管集合线集束。首先，分别在装置7和装置8中，将氩气浓度为100体积％的氩气以1000cc/分钟的流量(流速3.4cm/秒钟)从气体供给部向CNT生长部内供给50分钟，同时将电炉内的温度升温至1000℃。接着，除了氩气以外，还将甲烷气体以50cc/分钟的流量(流速0.17cm/秒钟)、以及二硫化碳(CS2)气体以1cc/分钟的流量(流速0.003cm/秒钟)供给120分钟。含有氩气、甲烷气体、二硫化碳的混合气体(含碳气体)的总流速为3.6cm/秒钟。
通过供给上述氩气、甲烷气体、二硫化碳气体，催化剂发生崩解，并且催化剂粒子释放到CNT生长部内。然后，CNT在CNT生长部内生长。
然后在装置7中，在CNT集合部内使CNT伸长的同时集合，从而得到CNT集合线，将该CNT集合线集束化，从而得到CNT集合线集束。通过目视观察构成装置7的CNT集合部的蜂窝结构的下游侧，结果确认了由多个CNT集合线集合而形成的碳纳米管集合线集束(样品7)从蜂窝结构体29的通孔中出来。
在装置8中，利用SEM观察CNT生长部的下游侧，结果确认了由多个CNT集合而成的CNT集合线(样品8)。
[碳纳米管集合线集束的测定]
(定向度)
对样品7和样品8的碳纳米管集合线集束测定了定向度。CNT集合线中的CNT的定向度的计算方法是与实施方式5中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度的计算方法是与实施方式8中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。
在样品7的CNT集合线集束中，CNT集合线中的CNT的定向度为0.94、CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度为0.93。
在样品8的CNT集合线集束中，CNT集合线中的CNT的定向度为0.93、CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度为0.76。
由上述可以确认：与由装置8所得的CNT集合线集束(样品8)相比，由装置7所得的CNT集合线集束(样品7)中CNT集合线中的CNT的定向度以及CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度都较高。
(形状)
对样品7的碳纳米管集合线集束测定了平均长度和平均直径。平均长度和平均直径的测定方法是与实施方式8中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。
样品7的CNT集合线集束是将多个碳纳米管集合线在其纵向方向上定向并集合而成的直线丝状，平均长度为10cm、平均直径为200μm。
(来自催化剂的元素)
通过对包含在样品7的碳纳米管集合线集束中的CNT集合线进行EDX分析，确定了包含在CNT集合线中的来自催化剂的元素。
确认了样品7中含有铁和硫。另外，通过SEM观察和EDX分析，确认了铁和硫在CNT集合线的纵向方向上分散。
(定向区域和不定形区域的比例)
对样品7的碳纳米管集合线集束测定了定向区域和不定形区域的体积比例。定向区域和不定形区域的体积比例的测定方法是与实施方式8中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。
样品7的CNT集合线集束中的定向区域为80体积％、不定形区域为20体积％。
(碳纳米管间的距离)
对样品7的碳纳米管集合线集束测定了定向区域中的相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值。另外，也测定了构成CNT集合线集束的CNT集合线的平均直径。定向区域中的相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值和CNT集合线的平均直径的测定方法是与实施方式8中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。
在样品7中，定向区域中的相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值为300nm、CNT集合线的平均直径为25nm。即，确认了相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值为多个碳纳米管集合线的平均直径的10倍以上。
(碳纳米管集合线间的角度)
对样品7的碳纳米管集合线集束测定了定向区域中的相邻的碳纳米管集合线间的角度的最大值。定向区域中的相邻的碳纳米管集合线间的角度的测定方法是与实施方式8中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。
在样品7中，定向区域中的相邻的碳纳米管集合线间的角度的最大值为9°。即，确认了相邻的碳纳米管集合线间的角度的最大值为10°以下。
《研究4》
在研究4中，对于在CNT集合线制造装置中CNT集合部的第2流路的截面积与包含在所得到的CNT集合线中的CNT的直径和长度之间的关系进行了研究。
[碳纳米管集合线制造装置的准备]
(装置9～装置14)
装置9～装置14具有与图14所示的碳纳米管集合线制造装置相同的构成。具体而言，将碳纳米管生长部21和碳纳米管集合部24配置在电炉28内。CNT生长部由内径20mm、长度800mm的石英管构成。作为碳纳米管集合部24，将由陶瓷构成的蜂窝结构体配置在与CNT生长部连续的石英管内。装置9～装置14中的蜂窝结构体的各通孔(第2流路)的截面积和长度如表1所示。例如，装置9中的蜂窝结构体的各通孔(第2流路)的截面积为1mm2、长度为50mm。
在CNT生长部21的与CNT集合部24连续一侧的相反侧配置催化剂供给部23。催化剂供给部23由内径20mm、长度200mm的石英管构成，且与CNT生长部连续地配置。在催化剂供给部23内的催化剂保持具26上配置有作为催化剂的二茂铁。利用加热器25加热催化剂供给部23。
在催化剂供给部23的与CNT生长部21连接一侧的相反侧配置有气体供给部22。装置9～装置14相当于实施例。
[碳纳米管集合线的制作]
使用装置9～装置14的制造装置分别制作样品9～样品14的碳纳米管集合线。首先，分别在装置9～装置14中，将氩气浓度为100体积％的氩气以1000cc/分钟的流量(流速3.4cm/秒钟)从气体供给部向CNT生长部内供给50分钟，同时将电炉内的温度升温至1000℃。接着，除了氩气以外，还将甲烷气体以50cc/分钟的流量(流速0.17cm/秒钟)、以及二硫化碳(CS2)气体以1cc/分钟的流量(流速0.003cm/秒钟)供给120分钟。含有氩气、甲烷气体、二硫化碳的混合气体(含碳气体)的总流速为3.6cm/秒钟。
在装置9～装置14的每一个中，CNT集合部的上游侧的含碳气体的温度为1000℃、CNT集合部的下游侧的含碳气体的温度为600℃。
在装置9～装置14的每一个中，通过供给上述氩气、甲烷气体、二硫化碳气体，催化剂发生崩解，并且催化剂粒子释放到CNT生长部内。然后，CNT在CNT生长部内生长。进一步，在CNT集合部内CNT在伸长的同时集合，从而得到样品9～样品14的CNT集合线。
[CNT集合线的测定]
在样品9～样品14的CNT集合线中，测定了定向度和CNT的直径。定向度的计算方法和CNT的直径的测定方法与实施方式5中所记载的方法相同，因此不重复其说明。结果表示在表1的“CNT”的“定向度”和“直径”的栏中。
[表1]
[评价]
根据样品9～样品14可以确认：通孔(第2流路)的截面积越小，CNT的直径倾向于越小。另外，根据样品11和样品12可以确认，通孔的长度越长，CNT的直径倾向于越小。
《研究5》
在研究5中，对于在CNT集合线制造工序中CNT集合部的上游侧的含碳气体的温度和CNT集合部的下游侧的含碳气体的温度与CNT的集合比例之间的关系进行了研究。
[碳纳米管集合线制造装置的准备]
准备了与研究4的装置9具有相同构成的装置作为CNT集合线制造装置。
[碳纳米管集合线的制作]
(制造工序9-1)
首先，在装置9中，将氩气浓度为100体积％的氩气以1000cc/分钟的流量(流速3.4cm/秒钟)从气体供给部向CNT生长部内供给50分钟，同时将电炉内的温度升温至1000℃。接着，除了氩气以外，还将甲烷气体以50cc/分钟的流量(流速0.17cm/秒钟)、以及二硫化碳(CS2)气体以1cc/分钟的流量(流速0.003cm/秒钟)供给120分钟。含有氩气、甲烷气体、二硫化碳的混合气体(含碳气体)的总流速为3.6cm/秒钟。
在制造工序9-1中，CNT集合部的上游侧的含碳气体的温度为1200℃、CNT集合部的下游侧的含碳气体的温度为600℃、CNT集合部的通孔(第2流路)内的下游侧端部处的含碳气体的温度为600℃。
通过供给上述氩气、甲烷气体、二硫化碳气体，催化剂发生崩解，并且催化剂粒子释放到CNT生长部内。然后，CNT在CNT生长部内生长。进一步，在CNT集合部内CNT在伸长的同时集合，从而得到CNT集合线。
(制造工序9-2)
在制造工序9-2中，除了将CNT集合部的下游侧的含碳气体的温度以及CNT集合部的通孔(第2流路)内的下游侧端部处的含碳气体的温度设为500℃以外，通过与制造工序9-1相同的方法制作了CNT集合线。
(制造工序9-3)
在制造工序9-3中，除了将CNT集合部的下游侧的含碳气体的温度以及CNT集合部的通孔(第2流路)内的下游侧端部处的含碳气体的温度设为300℃以外，通过与制造工序9-1相同的方法制作了CNT集合线。
[评价]
在制造工序9-1中，利用TEM观察CNT集合部的下游侧，结果确认了同时存在CNT集合线和CNT单体。
在制造工序9-2中，利用TEM观察CNT集合部的下游侧，结果确认了同时存在CNT集合线和CNT单体。CNT单体的比例低于制造工序9-1。
在制造工序9-3中，利用电子显微镜观察CNT集合部的下游侧，结果确认了CNT集合线。没有确认到CNT单体。
[考察]
由上述可以确认：CNT集合部的下游侧的温度越低，CNT集合线的形成比例越高，并且CNT单体的存在比例越低。据推测，这是因为CNT集合部的下游侧的温度越低，CNT越容易彼此集合。
《研究6》
在研究6中，对CNT集合线集束制造工序中是否包括挥发性液体的附着工序和蒸发工序与CNT集合线集束的密度之间的关系进行了研究。
[碳纳米管集合线集束制造装置的准备]
(装置10-1)
准备了这样的装置作为装置10-1，其具备：与研究4的装置9具有相同构成的CNT集合线制造装置、以及在其下游侧包括收缩器和卷取装置的集束部。
(装置10-2)
准备了具有图21所示构成的CNT集合线集束制造装置作为装置10-2。具体而言，装置10-2具有与装置10-1相同的构成，进一步在收缩器的下游侧依次具备液体附着装置和卷取装置。液体附着装置内装有乙醇。
(装置10-3)
准备了具有图22所示构成的CNT集合线集束制造装置作为装置10-3。具体而言，装置10-3具有与装置10-1相同的构成，进一步具备：配置在CNT集合线制造装置与收缩器之间的液体附着装置、以及配置在收缩器的下游侧的卷取装置。液体附着装置内装有作为挥发性液体的乙醇。
(装置10-4)
准备了与研究3的装置7具有相同构成的装置作为装置10-4。
[碳纳米管集合线集束的制作]
(制造工序10-1)
在制造工序10-1中，在与制造工序9-1相同的条件下制造CNT集合线，然后将该CNT集合线经过收缩器而集束，从而得到了样品10-1的CNT集合线集束。在对CNT集合线施加张力的同时，通过用卷取装置卷取CNT集合线集束来进行集束工序。
(制造工序10-2)
在制造工序10-2中，在与制造工序9-1相同的条件下制造CNT集合线，并将该CNT集合线经过收缩器而集束，然后将挥发性液体的蒸汽附着在该CNT集合线上，然后利用自然干燥蒸发挥发性液体，从而得到了样品10-2的CNT集合线集束。在对CNT集合线施加张力的同时，通过用卷取装置卷取CNT集合线集束来进行集束工序。
(制造工序10-3)
在制造工序10-3中，在与制造工序9-1相同的条件下制造CNT集合线，并将挥发性液体的蒸汽附着在该CNT集合线上，然后将该CNT集合线经过收缩器而集束，并利用自然干燥蒸发挥发性液体，从而得到了样品10-3的CNT集合线集束。在对CNT集合线施加张力的同时，通过用卷取装置卷取CNT集合线集束来进行集束工序。
(制造工序10-4)
在制造工序10-4中，在与研究3的样品7相同的条件下制造了CNT集合线集束。
[评价]
<碳纳米管集合线集束的测定>
(定向度)
对样品10-1～样品10-4的碳纳米管集合线集束测定了定向度。CNT集合线中的CNT的定向度(以下也记为“CNT定向度”)的计算方法是与实施方式5中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度(以下也记为“CNT集合线定向度”)的计算方法是与实施方式8中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。结果表示在表2的“CNT定向度”和“CNT集合线定向度”的栏中。
(密度)
测定了样品10-1～样品10-4的CNT集合线集束的密度。密度是基于CNT集合线集束的体积和重量算出的，并且与CNT100％的情况相比以％表示。结果表示在表2的“密度”的栏中。
(断裂强度)
对样品10-1～样品10-4的碳纳米管集合线集束测定了断裂强度。强度的测定方法如下所述。
准备长度约3cm的CNT集合线，并使用粘接剂将其两端固定在拉伸夹具板上。利用负重传感器(测定仪器：(株)イマダ制造的“ZTS-5N”)测量了未被粘接剂固定的部分的长度为1cm的CNT集合线一直到发生断裂为止时的拉伸应力。结果表示在表2的“断裂强度”的栏中。
[表2]
[考察]
比较样品10-1与样品10-4，可以确认：通过在集束工序中对CNT集合线施加张力，CNT集合线集束的密度增大，强度提高。
比较样品10-1～样品10-3，可以确认：通过在集束工序中进行挥发性液体的附着工序和蒸发工序，CNT集合线集束的密度增大，强度提高。
如上所述，对本发明的实施方式和实施例进行了说明，但是最初也预定的是将上述各实施方式和实施例的构成进行适当组合或各种变形。
应当认为本次公开的实施方式和实施例在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围不限于上述实施方式和实施例，而是由权利要求书的范围表示，并且意图包括与权利要求书等同的意义和范围内的所有变化。
符号的说明
1、1a、1b、1c、1d碳纳米管集合线；2碳纳米管；3碳纳米管集合线集束；20、20a、20bCNT集合线制造装置；21CNT生长部；22气体供给部；23催化剂供给部；24、24a碳纳米管集合部；25加热器；26催化剂保持具；27催化剂；28电炉；29、29a、29b、29c、29d、29e、29f、29g蜂窝结构体；30 CNT伸长部；291出口；240、240a、240b、240c、240d第2流路；301电线；31反应管；32磁感线；33+电极；34-电极；35定向区域；36不定形区域；50集束部；51液体附着装置；52卷取装置；53挥发性液体；54蒸汽；55收缩器；500、501碳纳米管集合线集束制造装置；T管部；C锥部；P催化剂粒子；M1螺旋状的槽

Claims (42)

1.一种碳纳米管的制造方法，包括：
通过将含碳气体供给至浮游状态的催化剂粒子，从而使碳纳米管从所述催化剂粒子开始生长的生长工序；以及
通过对浮游状态的所述碳纳米管施加拉伸力，从而使所述碳纳米管伸长的伸长工序，
通过改变所述含碳气体的流速，对所述碳纳米管施加所述拉伸力，
所述含碳气体的下游侧的平均流速大于所述含碳气体的上游侧的平均流速。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管的制造方法，其中，
在所述伸长工序中，所述碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并伸长。
3.一种碳纳米管集合线的制造方法，包括：
通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，使得1个或多个碳纳米管从所述多个催化剂粒子的每一个开始生长，从而使多个碳纳米管生长的生长工序；
通过对浮游状态的所述多个碳纳米管施加拉伸力，从而使所述多个碳纳米管伸长的伸长工序；以及
通过将浮游状态的所述多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并集合，以得到碳纳米管集合线的集合工序，
通过改变所述含碳气体的流速，从而对所述多个碳纳米管施加所述拉伸力，
所述含碳气体的下游侧的平均流速大于所述含碳气体的上游侧的平均流速。
4.根据权利要求3所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
在所述伸长工序中，所述多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并伸长。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
同时进行所述伸长工序和所述集合工序。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
在所述集合工序中，使所述多个碳纳米管以定向的状态彼此靠近。
7.根据权利要求3或权利要求4所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
在所述生长工序中，所述多个碳纳米管和所述含碳气体经过第1流路；
在所述集合工序中，所述多个碳纳米管和所述含碳气体经过配置在所述第1流路的下游侧的1个以上的第2流路，
所述第2流路的各个截面积均小于所述第1流路的截面积。
8.根据权利要求7所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
所述第2流路的下游侧的所述含碳气体的温度低于所述第2流路的上游侧的所述含碳气体的温度。
9.根据权利要求8所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
所述第2流路的上游侧的所述含碳气体的温度为800℃以上；
所述第2流路的下游侧的所述含碳气体的温度为600℃以下。
10.根据权利要求7所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
所述第2流路内的所述含碳气体的温度在下游侧低于上游侧，
所述第2流路内的下游侧端部处的所述含碳气体的温度为600℃以下。
11.根据权利要求7所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
在所述第2流路内的下游侧存在所述含碳气体的温度为600℃以下的第1区域，所述第1区域沿着所述第2流路的纵向方向的长度为1cm以上。
12.根据权利要求7所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
所述第2流路的各个截面积均为0.01mm2以上4mm2以下。
13.根据权利要求7所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
所述第1流路的截面积S1与所述第2流路的各个截面积S2之比S1/S2为100以上1000000以下。
14.根据权利要求3或权利要求4所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
在所述集合工序中，所述多个碳纳米管的直径缩小。
15.根据权利要求7所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
所述第2流路的各个长度均为10mm以上200mm以下。
16.根据权利要求7所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
所述第2流路的每一个均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。
17.根据权利要求7所述的碳纳米管集合线的制造方法，其中，
所述第2流路的各个截面积在下游侧小于上游侧。
18.一种碳纳米管集合线集束的制造方法，包括：
通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，使得1个或多个碳纳米管从所述多个催化剂粒子的每一个开始生长，从而使多个碳纳米管生长的生长工序；
通过对浮游状态的所述多个碳纳米管施加拉伸力，从而使所述多个碳纳米管伸长的伸长工序；
通过将浮游状态的所述多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并集合，以得到多个碳纳米管集合线的集合工序；以及
通过将所述多个碳纳米管集合线沿着所述多个碳纳米管集合线的纵向的方向定向并集束，以得到碳纳米管集合线集束的集束工序，
在所述生长工序中，所述多个碳纳米管和所述含碳气体经过第1流路；
在所述集合工序和所述集束工序中，所述多个碳纳米管和所述含碳气体经过配置在所述第1流路的下游侧的1个以上的第2流路，
所述第2流路的各个截面积均小于所述第1流路的截面积。
19.根据权利要求18所述的碳纳米管集合线集束的制造方法，其中，
所述集束工序包括：使挥发性液体附着于所述多个碳纳米管集合线的附着工序；以及使附着于所述多个碳纳米管集合线的所述挥发性液体蒸发的蒸发工序。
20.根据权利要求19所述的碳纳米管集合线集束的制造方法，其中，
所述附着工序在将所述多个碳纳米管集合线沿着其纵向的方向定向并集束之前进行。
21.根据权利要求19所述的碳纳米管集合线集束的制造方法，其中，
所述附着工序在将所述多个碳纳米管集合线沿着其纵向的方向定向并集束之后进行。
22.根据权利要求18至权利要求21中任意1项所述的碳纳米管集合线集束的制造方法，其中，
在对所述多个碳纳米管集合线施加张力的同时进行所述集束工序。
23.根据权利要求18所述的碳纳米管集合线集束的制造方法，其中，
所述第2流路的每一个均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。
24.根据权利要求18或权利要求23所述的碳纳米管集合线集束的制造方法，其中，
存在多个所述第2流路，
所述第2流路间的最近距离在下游侧短于上游侧。
25.根据权利要求18或权利要求23所述的碳纳米管集合线集束的制造方法，其中，
所述第2流路的各个截面积在下游侧小于上游侧。
26.一种碳纳米管制造装置，具备：
管状的碳纳米管生长部、
将含碳气体从所述碳纳米管生长部的一个端部侧供给到所述碳纳米管生长部内的气体供给部、
将催化剂粒子供给到所述碳纳米管生长部内的催化剂供给部、以及
配置在所述碳纳米管生长部的另一个端部侧、且将在所述碳纳米管生长部中得到的碳纳米管伸长的碳纳米管伸长部，
与所述碳纳米管生长部中的所述含碳气体所经过的中空部的截面积相比，所述碳纳米管伸长部中的所述含碳气体所经过的中空部的截面积更小。
27.一种碳纳米管集合线制造装置，具备：
管状的碳纳米管生长部、
将含碳气体从所述碳纳米管生长部的一个端部供给到所述碳纳米管生长部内的气体供给部、
将催化剂粒子供给到所述碳纳米管生长部内的催化剂供给部、以及
配置在所述碳纳米管生长部的另一个端部侧、且将在所述碳纳米管伸长部中得到的多个碳纳米管沿着所述含碳气体的流动的方向定向并集合的碳纳米管集合部，
所述碳纳米管集合部内的所述含碳气体的平均流速大于所述碳纳米管生长部内的所述含碳气体的平均流速。
28.根据权利要求27所述的碳纳米管集合线制造装置，其中，
在所述碳纳米管集合部中，将在所述碳纳米管生长部中得到的碳纳米管伸长。
29.根据权利要求27或权利要求28所述的碳纳米管集合线制造装置，其中，
所述碳纳米管生长部在其内部具有第1流路；
所述碳纳米管集合部在其内部具有1个以上的第2流路，
所述第2流路的各个截面积均小于所述第1流路的截面积。
30.根据权利要求29所述的碳纳米管集合线制造装置，其中，
所述碳纳米管集合部具有蜂窝结构。
31.根据权利要求30所述的碳纳米管集合线制造装置，其中，
所述蜂窝结构是具有由多个通孔构成的多个第2流路的蜂窝结构体，
所述第2流路的各个截面积均为0.01mm2以上4mm2以下。
32.根据权利要求29所述的碳纳米管集合线制造装置，其中，
所述第1流路的截面积S1与所述第2流路的各个截面积S2之比S1/S2为100以上1000000以下。
33.根据权利要求29所述的碳纳米管集合线制造装置，其中，
在所述碳纳米管集合部中，所述多个碳纳米管的直径缩小。
34.根据权利要求29所述的碳纳米管集合线制造装置，其中，
所述碳纳米管集合部的第2流路的各个长度均为10mm以上200mm以下。
35.根据权利要求29所述的碳纳米管集合线制造装置，其中，
所述第2流路的每一个均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。
36.根据权利要求29所述的碳纳米管集合线制造装置，其中，
所述第2流路的各个截面积在下游侧小于上游侧。
37.一种碳纳米管集合线集束制造装置，具备：
权利要求27至权利要求36中任意1项所述的碳纳米管集合线制造装置、以及
将由所述碳纳米管集合线制造装置得到的多个碳纳米管集合线沿着所述多个碳纳米管集合线的纵向的方向定向并集束，以得到碳纳米管集合线集束的集束部。
38.根据权利要求37所述的碳纳米管集合线集束制造装置，其中，
所述集束部包括使挥发性液体附着于所述多个碳纳米管集合线的液体附着装置。
39.根据权利要求37或权利要求38所述的碳纳米管集合线集束制造装置，其中，
所述集束部包括在对所述多个碳纳米管集合线施加张力的同时，将所述多个碳纳米管集合线沿着其纵向的方向定向并集束且卷取的卷取装置。
40.根据权利要求37所述的碳纳米管集合线集束制造装置，其中，
所述碳纳米管集合部和所述集束部由具有多个第2流路的相同的蜂窝结构体构成，
所述第2流路的每一个均具有在通孔的外周具备螺旋状的槽的形状。
41.根据权利要求40所述的碳纳米管集合线集束制造装置，其中，
所述第2流路间的最近距离在下游侧短于上游侧。
42.根据权利要求40或权利要求41所述的碳纳米管集合线集束制造装置，其中，
所述第2流路的各个截面积在下游侧小于上游侧。
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