DE112011103166T5 - Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre - Google Patents

Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre Download PDF

Info

Publication number
DE112011103166T5
DE112011103166T5 DE112011103166T DE112011103166T DE112011103166T5 DE 112011103166 T5 DE112011103166 T5 DE 112011103166T5 DE 112011103166 T DE112011103166 T DE 112011103166T DE 112011103166 T DE112011103166 T DE 112011103166T DE 112011103166 T5 DE112011103166 T5 DE 112011103166T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
catalyst solution
carbon nanotube
catalyst
carbon nanotubes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112011103166T
Other languages
English (en)
Inventor
Eiji Nakashima
Yosuke Koike
Gang Xie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Publication of DE112011103166T5 publication Critical patent/DE112011103166T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • C01B32/162—Preparation characterised by catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M14/00—Electrochemical current or voltage generators not provided for in groups H01M6/00 - H01M12/00; Manufacture thereof
    • H01M14/005—Photoelectrochemical storage cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8817—Treatment of supports before application of the catalytic active composition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • H01M4/8825—Methods for deposition of the catalytic active composition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/96—Carbon-based electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00—Nanotechnology
    • Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
    • Y10S977/843—Gas phase catalytic growth, i.e. chemical vapor deposition

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

Ein Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre bildet ein Kohlenstoffnanoröhrenaggregat mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung, wo eine Mehrzahl von Kohlenstoffnanoröhren in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Substrats ausgerichtet sind, ohne Terpineol zu verwenden, welches ein Viskositätsverbesserer ist. Eine Katalysatorlösung mit einer vorherbestimmten Konzentration (von 0,2 M bis 0,8 M) eines darin gelösten Übergangmetallsalzes, und das frei von Terpineol ist, wird hergestellt. Es wird bewirkt, dass Katalytatorteilchen auf der Oberfläche des Substrats vorhanden sind, dadurch, dass die Katalysatorlösung mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt gebracht wird. Dadurch, dass ein Kohlenstoffnanoröhren-bildendes Gas mit der Oberfläche des Substrats in einem Temperaturbereich zum Bilden einer Kohlenstoffnanoröhre in Kontakt gebracht wird, wächst das Kohlenstoffnanoröhrenaggregat auf der Oberfläche des Substrats, wo eine Mehrzahl von Kohlenstoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre zum Herstellen eines Kohlenstoffnanoröhrenaggregats mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung auf einer Oberfläche eines Substrats, wo eine Mehrzahl von Kohlenstoffnanoröhren in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine Kohlenstoffnanoröhre ist ein kohlenstoffhaltiges Material, das in den letzten Jahren die Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat. Patent Dokument 1 offenbart ein Verfahren zum Orientieren einer Kohlenstoffnanoröhre, die in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Substrats ausgerichtet ist, durch Bilden einer Katalysatorschicht auf einer Oberfläche einer Basisplatte unter der Verwendung einer Katalysatorlösung, welche durch Lösen eines Übergangmetallsalzes in einer Flüssigkeit, die eine Mischung aus Ethanol und Terpineol ist, gebildet ist, gefolgt durch eine chemische Gasphasenabscheidung (CVD). Gemäß dieser Offenbarung enthält die Katalysatorlösung Terpineol, so dass sich die Viskosität der Katalysatorlösung erhöht. In einem Zustand, in dem sich die Viskosität der Katalysatorlösung erhöht, wird angenommen, dass die Kohlenstoffnanoröhre vorteilhaft wächst, weil sich die Dicke der Katalysatorlösung, die auf die Oberfläche des Substrats aufgebracht wird, erhöht und Katalysatorteilchen sich geeignet auf der Oberfläche des Substrats verteilen.
  • Patent Dokument 2 offenbart eine Technologie zum Erhöhen der Gleichmäßigkeit eines Katalysators, der auf eine Basisplatte aufgebracht wird, durch Bereitstellen einer Hydrophobizitätsbehandlung auf einer Oberfläche der Basisplatte, die aus Silizium hergestellt ist, durch Prozessieren mit Oktadecen und danach Bilden einer hydrophilen Oberfläche auf der Oberfläche der Basisplatte, die mit der Hydrophobizitätsbehandlung bereitgestellt ist, mit einem Tensid, um die hydrophile Eigenschaft zwischen einer Katalysatorlösung und der Basisplatte zu erhöhen.
  • Patent Dokument 3 offenbart ein Verfahren, das die in der folgenden Reihenfolge fortschreitenden Prozesse beinhaltet, einen Prozess des Bildens einer metallischen Präkursorlösung von einem Metallsalz, einen Prozess des Extrahierens eines metallischen Präkursors von der metallischen Präkursorlösung, einen Prozess des Bildens einer Flüssigkeit, die eine Mischung aus dem metallischen Präkursor, einem Tensid und einem Lösungsmittel ist, und Bewirken, dass die Flüssigkeit der Mischung bei einer Temperatur gleich oder weniger als einem Siedpunkt des Lösungsmittels reagiert, einen Prozess des Trennens von Metall-enthaltenden Nanoteilchen von der Flüssigkeit der Mischung und einen Prozess des Wachsens von Kohlenstoffnanoröhren durch die Nanoteilchen.
  • Patent Dokument 4 offenbart ein Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre, die die Kohlenstoffnanoröhren durch Aufbringen eines Gases einer Kohlenstoff-enthaltenden Komponente auf eine Basisplatte in einem Zustand, in dem Katalysatoren auf einer Oberfläche der Basisplatte geträgert sind, bildet. Gemäß dieser Offenbarung beinhaltet der Katalysator ein Feinteilchen, das ein erstes Element ausgewählt aus Gruppe 8–10 Elementen und einem zweiten Element ausgewählt aus Gruppe 4 Elementen und Gruppe 5 Elementen enthält, und einen Schutzfilm, der aus einer organischen Säure oder einer Säure eines organischen Amins gebildet ist, der eine Fläche, der das Feinteilchen umgibt, bedeckt.
    Patent Dokument 1: JP 2006-239618 A
    Patent Dokument 2: JP 2008-56529 A
    Patent Dokument 3: JP 2009-215146 A
    Patent Dokument 4: JP 2007-261839 A
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • [Probleme, die durch die Erfindung gelöst werden]
  • Die Katalysatorlösung, die in Patent Dokument 1 offenbart ist, enthält Terpineol, das eine Charakteristik zum Verbessern der Viskosität aufweist, als ein Additiv (wobei eine Menge des Additivs von 20 bis 40% Gewichtsverhältnis ist). Terpineol ist teuer, und ein Herstellungsverfahren, das Terpineol verwendet, ist bezüglich der Kosten nachteilhaft. Zusätzlich weist Terpineol einen hohen Siedpunkt von 221 Grad Celsius auf, der eine Trocknungstemperatur gleich oder höher als 221 Grad Celsius und eine lange Zeit zum Entfernen von Terpineol notwendig macht, was in einer verminderter Produktivität der Kohlenstoffnanoröhren resultiert. Darüber hinaus ist Terpineol hoch viskos und verringert die Lösungscharakteristik des Übergangmetallsalzes indem es inhibiert, dass sich das Übergangsmetallsalz in dem Lösungsmittel löst.
  • Wie die Beschreibung von Patent Dokument 1 beschreibt, weisen die Kohlenstoffnanoröhren eine Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung in einem Zustand auf, wo die Konzentration des Übergangsmetallsalzes (welches ein Nitratsalz ist), das in der Katalysatorlösung enthalten ist, gering ist, wobei die Katalysatorlösung die Konzentration von 0,01 M bis 0,05 M, beinhaltend 0,01 M und 0,05 M, aufweist. Es wird angenommen, dass dieses Ergebnis ein Effekt von Terpineol ist, welches ein Viskositätsverbesserer ist, welcher die Filmdicke der Katalysatorlösung, die auf die Oberfläche der Basisplatte aufgebracht wird, angemessen macht, so dass ein Verteilungszustand der Katalysatorteilchen geeignet wird zum Bereitstellen eines Zustandes, der zur senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren geeignet ist. Nichtsdestotrotz, obwohl die Kohlenstoffnanoröhren in einem Zustand gebildet werden, wo die Konzentration des Übergangsmetallsalzes (welches ein Nitratsalz ist) in der Katalysatorlösung hoch ist, wo die Konzentration 0,1 M beträgt, ist eine Bewertung der Homogenität und der Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren extrem niedrig und mit einem X gekennzeichnet. In einem Zustand, wo die Konzentration des Übergangsmetallsalzes (welches ein Nitratsalz ist) noch höher ist, wo die Konzentration 0,2 M beträgt, ist die Bewertung der Homogenität und der Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren extrem niedrig und mit einem Dreieck gekennzeichnet, obwohl die Kohlenstoffnanoröhren gebildet werden. In einem Zustand, wo die Konzentration des Übergangsmetallsalzes (welches ein Nitratsalz ist) noch höher ist, wo die Konzentration 0,5 M beträgt, ist die Bewertung der Homogenität und der Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren extrem niedrig und mit einem X gekennzeichnet, obwohl die Kohlenstoffnanoröhren gebildet werden. Mit anderen Worten ist in einem Fall, wo die Katalysatorlösung Terpineol enthält, ein Bereich einer anwendbarer Konzentration, die sicherstellt, dass die Kohlenstoffnanoröhren eine Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung aufweisen, in einem Bereich zwischen der Konzentration von 0,01 M bis 0,05 M, beinhaltend 0,01 M und 0,05 M, was bedeutet, dass die Katalysatorlösung, die Terpineol enthält, insofern nachteilig ist, als dass der Bereich einer anwendbaren Konzentration, die sicherstellt, dass die Kohlenstoffnanoröhren eine Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung aufweisen, auf einen engen Bereich beschränkt ist.
  • Daher besteht die Notwendigkeit für eine Erfindung gemäß dieser Offenbarung, welche ein Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre ist, zum Bilden eines Kohlenstoffnanoröhrenaggregats mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung, wo eine Mehrzahl von Kohlenstoffnanoröhren in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Substrats ausgerichtet sind, ohne die Verwendung einer Katalysatorlösung, die Terpineol enthält.
  • [Mittel zum Lösen der Probleme]
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich stark engagiert in der Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für eine Kohlenstoffnanoröhre und ein Wissen erhalten, das es selbst ohne einen Prozess des Mischens von Terpineol, das als ein Viskositätsverbesserer fungiert, in eine Katalysatorlösung, durch Verwenden einer Katalysatorlösung mit einer hohen Konzentration, die mit einer hohen Konzentration eines Übergangsmetallsalzes bereitgestellt ist, wo die Konzentration von 0,2 M bis 0,8 M, beinhaltend 0,2 M und 0,8 M beträgt, die Dicke der Katalysatorlösung, die auf eine Oberfläche eines Substrats, zum Beispiel einer Basisplatte, aufgebracht wird, geeignet wird, so dass Katalysatorteilchen, die durch die Katalysatorlösung gebildet werden, geeignet verteilt werden können zum Bereitstellen eines Zustands, der zur senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren geeignet ist, und haben basierend auf dem hierin beschriebenen erhaltenen Wissen das Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre vervollständigt, welches die vorliegende Erfindung ist. Gemäß dem Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre gemäß der vorliegenden Erfindung kann ohne das Mischen von Terpineol zu der Katalysatorlösung, als ein compoundierenden Inhaltsstoff, ein Kohlenstoffnanoröhrenaggregat mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung hergestellt werden, wo die Kohlenstoffnanoröhren in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind.
  • Bei der hiermit beschriebenen Anordnung resultiert die Verwendung von entweder einer Katalysatorlösung, die eine niedrige Konzentration eines Übergangsmetallsalzes enthält, wo die Konzentration weniger als 0,2 M ist, oder die Verwendung einer Katalysatorlösung, die eine hohe Konzentration des Übergangsmetallsalzes enthält, wo die Konzentration mehr als 0,8 M ist, in der Verschlechterung der Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren. Bei der hiermit beschriebenen Anordnung, wird in einem Zustand, wo eine Katalysatorlösung mit niedriger Konzentration verwendet wird, angenommen, dass die auf der Oberfläche des Substrats bereitgestellten Katalysatorteilchen, die durch das Übergangsmetallsalz gebildet werden, Inseln bildet, wo die Inseln in einem Zustand dispergiert sind, wo jede Insel mit einem übermäßigen Abstand zwischen benachbarten Inseln bereitgestellt wird. Unter einer hiermit beschriebenen Verfassung, wachsen die Kohlenstoffnanoröhren bei einem Wachstumsprozess der Kohlenstoffnanoröhren in einer longitudinalen Richtung in einem Zustand, wo benachbarte Kohlenstoffnanoröhren einander kontaktieren oder sich nahekommen, was zu der Annahme führt, dass sich die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren relativ zu der Oberfläche des Substrats steigert. Unter einer hiermit beschriebenen Verfassung, bilden die Katalysatorteilchen, die ein Keim zum Wachsen benachbarter Kohlenstoffnanoröhren werden, in einem Zustand, wo eine übermäßig geringe Konzentration der Katalysatorlösung verwendet wird weiterhin Inseln, allerdings werden die Trennungsabstände zwischen den Inseln zu groß, was wie angenommen darin resultiert, dass die Kohlenstoffnanoröhren ungeeignet sind, um in der longitudinalen Richtung zu wachsen während benachbarte Kohlenstoffnanoröhren einander kontaktieren oder sich nahekommen, und was in einer Tendenz resultiert, dass die Kohlenstoffnanoröhren in willkürlichen Richtungen relativ, zu der Oberfläche des Substrats wachsen.
  • Im Vergleich, agglomerieren die Katalysatorteilchen, die Keime zum Wachsen benachbarter Kohlenstoffnanoröhren werden, in einem Zustand, in dem eine übermäßig hohe Konzentration der Katalysatorlösung verwendet wird, übermäßig, was wie angenommen darin resultiert, dass die Kohlenstoffnanoröhren unfähig sind um in der longitudinalen Richtung zu wachsen, während benachbarte Kohlenstoffnanoröhren einander kontaktieren oder sich nahekommen und was in einer Tendenz resultiert, dass die Kohlenstoffnanoröhren in willkürlichen Richtungen relativ zu der Oberfläche des Substrats wachsen.
  • Wie oben beschrieben, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung ein Wissen erhalten, dass selbst ohne die Verwendung von Terpineol, durch die Verwendung einer Katalysatorlösung mit einer hoher Konzentration, die mit einer höheren Konzentration eines Übergangsmetallsalzes bereitgestellt ist, wo die Konzentration von 0,2 M bis 0,8 M, beinhaltend 0,2 M und 0,8 M, beträgt, eine Menge des Übergangsmetallsalzes, das gelöst ist und in der Katalysatorlösung enthalten ist, erhöht ist, so dass in einem Fall, wo Katalysatorteilchen von einem Film der Katalysatorlösung hergestellt sind, die auf der Oberfläche des Substrats bereitgestellt wird, die Katalysatorteilchen auf der Oberfläche des Substrats geeignet verteilt sind, um zu bewirken, dass die Kohlenstoffnanoteilchen in einem Zustand wachsen, in dem benachbarte Kohlenstoffnanoröhren einander kontaktierten oder sich nahekommen, was die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren relativ zu der Oberfläche des Substrats erhöht, und basierend auf dem oben beschriebenen Wissen haben die Erfinder das Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre gemäß der vorliegenden Erfindung vervollständigt.
  • Mit anderen Worten beinhaltet das Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre gemäß der vorliegenden Erfindung die in der folgenden Reihenfolge fortschreitenden Prozesse, welche sind: (i) ein Herstellungsprozess zum Herstellen einer Katalysatorlösung mit einer vorherbestimmten Konzentration durch Lösen eines übergangsmetallsalzes in einem Lösungsmittel (wo die Konzentration von 0,2 M bis 0,8 M, beinhaltend 0,2 M und 0,8 M, beträgt), wobei die Katalysatorlösung frei von Terpineol ist, und Herstellen eines Substrats, das eine Oberfläche aufweist, (ii) einen Prozess des Trägerns eines Katalysators, der bewirkt, dass die Oberfläche des Substrats Katalysatorteilchen trägt, dadurch, dass die Katalysatorlösung mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt gebracht wird, und (iii) einen Prozess des Wachsens einer Kohlenstoffnanoröhre zum Wachsen eines Kohlenstoffnanoröhrenaggregats mit einer Charakteristik einer senkrechten Orientierung, wo die Kohlenstoffnanoröhren in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats wachsen, dadurch, dass ein Kohlenstoffnanoröhren-bildenden Gases, das eine Kohlenstoffkomponente enthält, mit der Oberfläche des Substrats bei einer Temperatur innerhalb eines Bildungsbereichs zum Bilden einer Kohlenstoffnanoröhre in Kontakt gebracht wird. Eine Einheit von M stellt Molarität dar (was Mol pro Liter ist), was eine Molzahl eines gelösten Stoffs (eines Übergangsmetallsalzes) gelöst in einem Liter einer Katalysatorlösung bedeutet.
  • Die Katalysatorlösung, die das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet, enthält kein Terpineol, welches ein Viskositätsverbesserer ist, als ein Additiv. Terpineol, das hier beschrieben ist, ist eine Art von Monoterpenalkohol, welcher von Cajeputöl, Kiefernöl, Bitterorangenöl oder ähnlichem Material erhalten wird. Wie zuvor genannt ist Terpineol teuer. Bezüglich der Kosten ist es von Vorteil kein Terpineol zu verwenden. Demgemäß ist die Katalysatorlösung, die in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, frei von Terpineol. Dadurch ist nicht notwendig eine Temperatur zum Entfernen von Terpineol von den Kohlenstoffnanoröhren, nachdem die Kohlenstoffnanoröhren auf der Oberfläche des Substrats gewachsen sind, auf die Temperatur gleich oder höher als den Siedepunkt des Terpineols zu erhöhen, was in erhöhter Produktivität der Kohlenstoffnanoröhren resultiert.
  • Überdies, weil die Katalysatorlösung kein Terpineol enthält, ist die Löslichkeit des Übergangsmetalls beim Lösen des Übergangsmetallsalzes in dem Lösungsmittel gewährleistet, weil Terpineol, das die Löslichkeit des Übergangsmetallsalzes inhibiert, beschränkt ist. Überdies ist ein Problem unterdrückt, dass ein Teil des Übergangsmetallsalzes als ein Oxidationsprodukt separiert wird, so dass eine Verschlechterung des Katalysators unterdrückt ist. Die Katalysatorlösung, welche das Übergangsmetallsalz gelöst in dem Lösungsmittel ist, enthält kein Terpineol, welches ein Viskositätsverbesserer ist. Allerdings, selbst ohne dass Terpineol enthalten ist, wird angenommen, dass die Konzentration der Katalysatorlösung so hoch ist, wo das Übergangsmetallsalz mit einer Menge gelöst ist, die die Katalysatorlösung mit einer Konzentration von 0,2 M bis 0,8 M, beinhaltend 0,2 M und 0,8 M, bereitstellt. Durch in Kontakt bringen der Katalysatorlösung mit solch einer hohen Konzentration mit der Oberfläche des Substrats wird die Dicke des Katalysatorfilms, der auf der Oberfläche des Substrats gebildet wird, nicht übermäßig dünn oder übermäßig dick.
  • Hier, in einem Zustand, wo die Konzentration der Katalysatorlösung übermäßig gering ist, wird die Dicke des Katalysatorfilms in flüssiger Form, der auf der Oberfläche des Substrats bereitgestellt wird, übermäßig dünn. In diesem Fall bleiben die Katalysatorteilchen, die auf der Oberfläche des Substrats geträgert sind, in der Form von Inseln, während die Inseln untereinander stark beabstandet sind. In einem Zustand, wo die Kohlenstoffnanoteilchen in diesem Fall auf der Oberfläche des Substrats durch Katalyse der Katalysatorteilchen wachsen, sind die Kohlenstoffnanoteilchen nicht in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet und tendieren dazu, schräg relativ zu der Oberfläche des Substrats zu wachsen. In diesem Fall ist die Bildung der Kohlenstoffnanoröhren mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung, wo die Kohlenstoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind, schwierig.
  • Es ist zu bemerken, dass die Kohlenstoffnanoteilchen, die in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind, sich vermutlich in einem Zustand bilden, wo die Katalysatorteilchen, die auf der Oberfläche des Substrats geträgert sind, angemessen zueinander beabstandet sind, wo, durch die Katalyse der Katalysatorteilchen, die benachbarten Kohlenstoffnanoröhren wachsen, während sie einander kontaktieren oder während sie sich nahekommen.
  • Zum Vergleich wird in einem Zustand, wo die Konzentration der Katalysatorlösung übermäßig hoch ist, die Dicke des Katalysatorfilms in flüssiger Form, der auf der Oberfläche des Substrats bereitgestellt wird, übermäßig dick. Vermutlich agglomerieren in diesem Fall die Katalysatorteilchen, die auf der Oberfläche des Substrats geträgert sind, übermäßig. In einem Zustand, wo die Kohlenstoffnanoröhren in diesem Fall auf der Oberfläche des Substrats durch Katalyse der Katalysatorteilchen wachsen, sind die Kohlenstoffnanoröhren nicht in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet und tendieren dazu, in verschiedenen Richtungen zu wachsen, und als ein Ergebnis wird angenommen, dass die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren eher zufällig wird. In diesem Fall wird angenommen, dass die Bildung der Kohlenstoffnanoröhren mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung, wo die Kohlenstoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind, schwierig ist.
  • [Effekte der Erfindung]
  • Gemäß des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Kohlenstoffnanoröhrenaggregat mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung auf der Oberfläche des Substrats gebildet, wo die Kunststoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats gewachsen sind. Gemäß der Katalysatorlösung, die die vorliegende Erfindung verwendet, ist Terpineol, welches ein teurer Viskositätsverbesserer ist, nicht als ein Additiv enthalten.
  • Dementsprechend, weil die Katalysatorlösung Terpineol nicht enthält, welches ein Viskositätsverbesserer ist, benötigt das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung keine Erwärmungstemperatur, die erhöht werden muss gleich oder mehr als dem Siedepunkt des Terpineols, um Terpineol durch Ausdünstung zu entfernen. Demgemäß erhöht sich die Produktivität der Kohlenstoffnanoröhren. Darüber hinaus, weil die Katalysatorlösung kein Terpineol enthält, welches ein Viskositätsverbesserer ist, ist der Viskositätsverbesserer, der das Lösen des Übergangsmetallsalzes beim Lösen des Übergangsmetallsalzes in dem Lösungsmittel inhibiert, unterdrückt. Als ein Ergebnis ist die Löslichkeit des Übergangsmetallsalzes in dem Lösungsmittel gewährleistet. Zusätzlich ist ein Problem unterdrückt, dass sich ein Teil des Übergangsmetallsalzes als ein Oxidationsprodukt separiert, so dass eine Verschlechterung des Katalysators unterdrückt ist.
  • Gemäß dem Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Katalysatorlösung, welche ein Übergangsmetallsalz gelöst in einem Lösungsmittel ist, eine Lösung von einer hohen Konzentration, die eine Konzentration von 0,2 M bis 0,8 M, beinhaltend 0,2 M und 0,8 M, aufweist, wennglich die Katalysatorlösung Terpineol nicht enthält, welches ein Viskositätsverbesserer ist. Durch in Kontakt bringen der Katalysatorlösung mit solch einer hohen Konzentration mit der Oberfläche des Substrats wird die Dicke des Katalysatorfilms, der auf der Oberfläche des Substrats gebildet wird, nicht übermäßig dünn oder übermäßig dick. Als ein Ergebnis sind die Katalysatorteilchen, die auf der Oberfläche des Substrats geträgert sind, angemessen voneinander beabstandet und durch die Katalyse der Katalysatorteilchen wachsen die benachbarten Kohlenstoffnanoröhren während sie einander kontaktieren oder während sie sich nachkommen, um die Kohlenstoffnanoröhren mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung bereitzustellen, wo die Kohlenstoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind.
  • Die Kohlenstoffnanoröhren gemäß der vorliegenden Erfindung können anwendbar sein für z. B. Kohlenstoffmaterialien, die in einer Brennstoffzelle verwendet werden, für Kohlenstoffmaterialien, die in Elektroden eines Kondensators, einer Lithiumbatterie, einer Sekundärbatterie oder einer Solarbatterie vom Feuchtigkeitstyp, und für Elektroden von industriellen Maschinen verwendet werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Gruppe von Bildern, die durch ein Rasterelektronenmikroskop erhalten sind, wo jedes Bild eine Testprobe einer Kohlenstoffnanoröhre zeigt, die unter Verwendung einer Katalysatorlösung hergestellt ist, die mit unterschiedlichen Konzentrationen von Übergangsmetallsalz und ohne das Enthalten von Terpineol bereitgestellt ist.
  • 2 ist ein Bild, das durch ein Rasterelektronenmikroskop erhalten ist, das eine Testprobe zeigt, die als eine Vergleichsprobe hergestellt ist, wo die Kohlenstoffnanoröhren unter Verwendung einer Katalysatorlösung, die kein Terpineol enthält, hergestellt sind.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Brennstoffzelle gemäß dem Beispiel der Anwendung 1 beschreibt.
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kondensator gemäß dem Beispiel von Anwendung 2 beschreibt.
  • Bezugszeichenliste
    • 102
    Gasdiffusionsschicht für eine Anode
    103
    Katalysatorschicht für eine Anode
    104
    Elektrolytmembran
    105
    Katalysatorschicht für eine Kathode
    106
    Gasdiffusionsschicht für eine Kathode
  • WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Eine Katalysatorlösung, die ein Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet, enthält kein Terpineol, welches ein Viskositätsverbesserer ist. Überdies enthält die Katalysatorlösung bevorzugter Weise kein Natriumpolyacrylat, Polyvinylalkohol, Polyethylenoxid, Polyvinylpyrrolidon oder ätherisches Öl, welches Substanzen mit einer Charakteristik einer Viskositätsverbesserung sind.
  • Ein Übergangsmetall, das ein Übergangsmetallsalz enthält, dient als ein Katalysatormetall. Ein Gruppe 5-8-Metall ist ein bevorzugtes Übergangsmetall. Eisen, Nickel und Kobalt sind Beispiele für ein Übergangsmetall zusätzlich zu Molybdän, Kupfer, Chrom, Vanadium, Nickelvanadium, Titan, Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium, Silber, Gold und Legierungen von diesen. Nitratsalz, Chlorid, Bromid, organisches Komplexsalz, organisches Säuresalz, Borid, Oxid, Hydroxid und Sulfid sind Beispiele der Übergangsmetallsalze. Eisennitrat, Eisennitrat, Nickelnitrat und Kobaltnitrat sind Beispiele von Nitratsalz. Eisennitrat kann Eisen-(II)-Nitrat oder Eisen-(III)-Nitrat sein. Hexahydrat und Nonahydrat sind bekannt. Gemäß der Literatur ist Eisennitrat allgemein bekannt, um löslich zu sein, z. B. in Wasser, Ethanol und Azeton. Eisenchlorid, Nickelchlorid und Molybdänchlorid sind Beispiele von Chloriden. Diese sind leicht in Lösungsmitteln, z. B. Ethanol und Wasser, löslich. Eisenchlorid kann Eisen-(II)-Chlorid oder Eisen-(III)-Chlorid sein.
  • Silizium, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Quarz, Glas, Keramiken und ein Metall sind Beispiele für ein Basismaterial des Substrats. Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid sind Beispiele von Keramiken. Eisen, Eisenlegierung (zum Beispiel Edelstahl), Kupfer, Kupferlegierung, Titan, Titanlegierung, Nickel, Nickellegierung und optional Aluminium und Aluminiumlegierung sind Beispiele für ein Metall. Die Form des Substrats ist nicht besonders zu irgendeiner Form beschränkt.
  • Eine Kohlenstoffnanoröhre, die durch das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt ist, ist eine Graphenschicht in tubulärer Form und beinhaltet die Kohlenstoffnanoröhre in einer Hornform. Die Graphenschicht kann eine Einfachschicht oder eine Mehrfachschicht sein. Die Katalysatorlösung, die in einem Herstellungsprozess hergestellt wird, weist eine vorherbestimmte Konzentration auf (die Konzentration von 0,2 M bis 0,8 M, beinhaltend 0,2 M und 0,8 M), wo ein Übergangsmetallsalz in einem Lösungsmittel gelöst ist und frei von Terpineol ist, welches ein Viskositätsverbesserer ist. Bezüglich der Rasterelektronenmikroskopbildern, die in 1 gezeigt sind, ist die Konzentration der Katalysatorlösung, welche ein Übergangsmetallsalz gelöst in einem Lösungsmittel ist, bevorzugt in einem Bereich, wo die Katalysatorlösung eine Konzentration von 0,2 M bis 0,8 M, beinhaltend 0,2 M und 0,8 M, aufweist. Die Konzentration von 0,25 M bis 0,75 M, beinhaltend 0,25 M und 0,75 M, ist bevorzugt. In diesem Fall sind Beispiele der unteresten Werte für die Konzentration der Katalysatorlösung 0,2 M und 0,3 M. Beispiele der höchsten Werte für die Konzentration der Katalysatorlösung, die mit den zuvor genannten untersten Werten kombiniert werden können, sind 0,8 M und 0,7 M.
  • Weil die Katalysatorlösung kein Terpineol enthält, ist Terpineol, das die Löslichkeit inhibiert, beim Lösen eines Übergangsmetallsalzes in dem Lösungsmittel unterdrückt, so dass die Löslichkeit des Übergangsmetallsalzes gewährleistet ist. Zusätzlich ist ein Problem unterdrückt, dass sich ein Teil des Übergangsmetallsalzes als ein Oxidationsprodukt separiert, so dass eine Verschlechterung des Katalysators unterdrückt ist. Das Lösungsmittel kann ein organisches Lösungsmittel oder Wasser sein, das das Übergangsmetallsalz lösen kann. Alkohole, zum Beispiel Ethanol, Methanol, Propanol und Butanol, und auch Aceton, Acetonitril, Dimethylsulfoxid und N,N-Dimethylformamid sind Beispiele der organischen Lösungsmittel.
  • Im Wesentlichen kann das Lösungsmittel irgendetwas sein, das das Übergangsmetallsalz löst. Die elektrische Dielektrizitätskonstante des Lösungsmittels beeinflusst die Löslichkeit des Übergangsmetallsalzes, so dass, bezüglich der Löslichkeit, die elektrische Dielektrizitätskonstante bevorzugt in einem Zustand ist, in dem die Dielektrizitätskonstante größer ist. Es ist zu bemerken, dass gemäß der Literatur die Dielektrizitätskonstante von Ethanol 24 ist. Die Dielektrizitätskonstante von Methanol ist 33. Die Dielektrizitätskonstante von Wasser ist 80. Die Dielektrizitätskonstante von Acetonitril ist 37. Ein organisches Lösungsmittel mit einer Dielektrizitätskonstante von gleich oder höher als 20 ist bevorzugt und stärker bevorzugt ist die Dielektrizitätskonstante des organischen Lösungsmittels von gleich oder höher als 24.
  • In einem Prozess des Trägerns eines Katalysators wird bewirkt, dass die Katalysatorteilchen auf der Oberfläche des Substrats vorhanden sind, dadurch, dass die Katalysatorlösung mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt gebracht wird. Das Arrangieren von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die eine Grundschicht für die Katalysatorteilchen auf der Oberfläche des Substrats wird, vor dem Prozessieren des Katalysatorträgerprozesses ist bevorzugt. Demgemäß kann die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren erhöht werden. Die Dicke von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung kann innerhalb eines Bereichs von 3 bis 30 Nanometern oder innerhalb eines Bereichs von 4 bis 20 Nanometern sein.
  • Gemäß dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein Tauchverfahren, ein Pinselverfahren, ein Roll-Beschichtungsverfahren, ein Sprühverfahren und ein Rotationsbeschichtungsverfahren Beispiele für das Verfahren zum in Kontakt bringen einer Prozessierungsflüssigkeit mit der Basisplatte, welches mit anderen Worten das Verfahren zum Aufbringen der Prozessierungsflüssigkeit zu der Basisplatte ist.
  • In einem Prozess des Wachsens einer Kohlenstoffnanoröhren wird ein Kohlenstoffnanoröhren-bildendes Gas der Kohlenwasserstoffserie zum in Kontakt bringen mit der Oberfläche des Substrats bei einer Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs zum Bilden einer Kohlenstoffnanoröhre bereitgestellt, um ein Kohlenstoffnanoröhrenaggregat auf der Oberfläche des Substrats zu bilden, das Kohlenstoffnanoröhrenaggregat, das in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet ist. Beispiele von Längen der Kohlenstoffnanoröhren sind von 20 bis 120 Mikrometern und von 20 bis 60 Mikrometern. In einer Reaktion zum Bilden von Kohlenstoffnanoröhren ist das Kohlenstoffnanoröhren-Gas nicht besonders beschränkt auf einen spezifischen Typ und die Prozessierungsbedingung ist nicht auf eine spezifische Bedingung beschränkt.
  • Ein Quellgas der Alkoholserie und ein Quellgas der Kohlenwasserstoffserie sind Beispiele für Kohlenstoffnanoröhren-bildendes Gas, das Kohlenstoff zum Bilden der Kohlenstoffnanoröhren bereitstellt. In diesem Fall sind aliphatische Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Alkan, Alken und Alkyn, aliphatische Verbindungen, zum Beispiel Alkohol und Ethir, und aromatische Verbindungen, zum Beispiel aromatische Kohlenwasserstoffe, Beispiele. Demgemäß ist ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren bekannt als CVD (zum Beispiel thermisches CVD, Plasma-Enhanced-CVD, Remote-Plasma-CVD) ein Beispiel für ein Verfahren, das das Quellgas der Alkoholserie oder ein Quellgas der Kohlenwasserstoffserie verwendet (zum Beispiel Acetylen, Ethylen, Methan, Propan und Propylen). Gase von Methylalkohol, Ethylalkohol, Propanol, Butanol, Pentanol und Hexanol sind Beispiele für das Quellgas der Alkoholserie. Überdies sind Methangas, Ethangas, Acetylengas und Propan Beispiele für das Quellgas der Kohlenwasserstoffserie.
  • In dem chemischen Gasphasenabscheidungsprozess sind Beispiele der Bildungstemperatur von Kohlenstoffnanoröhren, welche zum Beispiel durch eine Zusammensetzung des Kohlenstoffnanoröhren-bildenden Gases und einer Konfiguration der Katalysatorteilchen beeinflusst wird, ungefähr zwischen 500 und 1200 Grad Celsius, ungefähr zwischen 550 und 900 Grad Celsius und ungefähr zwischen 600 und 850 Grad Celsius. Der Druck innerhalb eines Containers kann zwischen ungefähr 100 und 0,1 MPa liegen. Beispiele für eine Temperatur der Basisplatte sind ungefähr zwischen 500 und 1200 Grad Celsius, ungefähr zwischen 500 und 900 Grad Celsius und ungefähr zwischen 600 und 850 Grad Celsius.
  • [Ausführungsform 1].
  • Testproben 1 bis 12 werden hiernach beschrieben. Mit jeder der Testproben 1 bis 12 ist eine Konzentration von jeder der Katalysatorlösungen bei mehreren Zuständen innerhalb eines Bereichs zwischen 0,05 M und 1,1 M, beinhaltend die Konzentration bei 0,05 M und 1,1 M, variiert. Andere Bedingungen sind nicht variiert.
  • [Vorprozessierung der Basisplatte]
  • Prozessiert durch Sputtern wird Aluminium (welches reines Aluminium ist), das als die Grundschicht für die Katalysatorteilchen dient, als ein Film auf der Oberfläche der Basisplatte (welche als das Substrat dient) bereitgestellt. Die Dicke des Aluminiumfilms ist zwischen 4 und 6 Nanometern (welche 5 Nanometer in der Ausführungsform ist). Nachfolgend auf den zuvor genannten Prozess wird die Oberfläche der Basisplatte mit Aceton gereinigt. Die Basisplatte ist eine rechtwinklige Basisplatte, die aus Silizium mit 4 Inch auf jeder Seite (mit einer Dicke von 0,5 Millimetern) hergestellt ist. Die hiermit genannten Bedingungen sind jeder der Testproben gemeinsam.
  • [Einstellung der Katalysatorlösung]
  • Bei Normaltemperatur wird Eisen-(III)-Nitrat Nonahydrat in Ethanol, welches ein Alkohol ist, gemischt, um eine Lösung mit einer vorherbestimmten Konzentration bereitzustellen. Danach wird die Lösung bei Normaltemperatur mit einem Rührer (einer Rührmaschine) gerührt, um die Katalysatorlösung zu bilden. Terpineol wird der Katalysatorlösung nicht zugemischt. Demgemäß ist die Katalysatorlösung frei von. Terpineol. Überdies sind Elemente mit einer Charakteristik zum Verbessern der Viskosität, zum Beispiel Natriumpolyacrylat, Polyvinylalkohol, Polyethylenoxid, Polyvinylpyrrolidon und ätherisches Öl nicht zugemischt. Demgemäß ist die Katalysatorlösung frei von Terpineol, Natriumpolyacrylat, Polyvinylalkohol, Polyethylenoxid, Polyvinylpyrrolidon und ätherischem Öl. Gemäß dem hiermit beschriebenen Arrangement beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung in Testprobe 1 0,05 M. In der Testprobe 2 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung 0,1 M. In der Testprobe 3 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung 0,2 M. In der Testprobe 4 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung 0,3 M. In der Testprobe 5 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung 0,4 M. In der Testprobe 6 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung 0,5 M. In der Testprobe 7 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung 0,6 M. In der Testprobe 8 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung 0,7 M. In der Testprobe 9 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung 0,8 M. In der Testprobe 10 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung. 0,9 M. In der Testprobe 11 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung 1 M. In der Testprobe 12 beträgt die Konzentration der Katalysatorlösung 1,1 M.
  • [Beschichtungsverfahren]
  • Bei Normaltemperatur wird die Basisplatte für jede Testprobe in die zuvor genannte Katalysatorlösung korrespondierend zu jeder der Basisplatten für 10 Sekunden unter Verwendung eines Eintauchbeschichters eingetaucht. Danach wird jede Basisplatte aus der Katalysatorlösung mit einer Geschwindigkeit von 60 Millimeter/Minute herausgezogen. Danach wird jede Basisplatte bei 100 Grad Celsius atmosphärischer Luft für 5 Minuten getrocknet. Demgemäß wird eine Katalysatorschicht mit den Katalysatorteilchen auf der Oberfläche von jeder der Basisplatten gebildet. Demgemäß wird eine Gruppe von einer Mehrzahl von Katalysatorteilchen-bildenden Inseln auf der Oberfläche der Basisplatte verteilt.
  • [Kohlstoffnanoröhren-bildendes Verfahren]
  • Unter Verwendung eines thermischen CVD-Systems wird ein Druck innerhalb eines Reaktionscontainers auf einen Zustand von 0,1 MPa durch Einführen eines Stickstoffgases, das als ein Trägergas dient, in den Reaktionscontainer eingestellt, der zuvor zu einem Zustand von 10 Pa vakuumisiert wurde. Danach wird in einem Zustand, wo eine Temperatur der Basisplatte innerhalb des Reaktionscontainers auf 750 Grad Celsius erhöht wird, ein Quellgas, welches eine Mischung aus Acetylengas mit einer Strömungsrate von 10 sccm und Stickstoff mit einer Strömungsrate von 45 sccm dem Reaktionscontainer zugeführt. Eine Einheit von sccm ist eine Abkürzung für standardisierte Kubikzentimeter pro Minute, welches Kubikzentimeter pro Minute standardisiert bei einer Atmosphäre und 0 Grad Celsius ist. Dann wird unter der Quellgasatmosphäre eine Reaktion für 10 Minuten in einem Zustand ermöglicht, wo die Temperatur der Basisplatte bei 750 Grad Celsius ist und die Atmosphäre von 266 Pa ist, um Kohlenstoffnanoröhren auf der Oberfläche der Basisplatte zu bilden. Als ein Ergebnis wird ein Kohlenstoffnanoröhrenaggregat auf der Oberfläche der Basisplatte gebildet. Es ist zu bemerken, dass die Temperatur der Basisplatte bei 750 Grad Celsius ist, welches ein Zustand ist, der unter Berücksichtigung der Förderung der Zersetzung eines Reaktionsgases auf einem Katalysator, welcher ein Metallsalz ist, bereitgestellt ist.
  • [Bewertung]
  • In den zuvor genannten Testproben 1 bis 12 werden Katalysatorlösungen frei von Terpineol oder einem ähnlichen Viskositätsverbesserer verwendet. In diesem Fall ist das Lösungsmittel der Katalysatorlösung 100% Ethanol. 1 zeigt Rasterelektronenmikroskopbilder der Kohlenstoffnanoröhren, die als die Testproben 1 bis 12 hergestellt sind, wo jedes Bild eine unterschiedliche Bedingung der Konzentration der Katalysatorlösung darstellt. Wie von 1 verstanden, in einem Zustand, wo die Katalysatorlösungen frei von Terpineol verwendet werden, gemäß der Testprobe 1 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,05 M beträgt) wuchsen die Kohlenstoffnanoröhren nicht vorteilhaft und die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren wird als nicht gut bewertet. Überdies, gemäß der Testprobe 2 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,1 M beträgt) wird die Charakteristik bei einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als nicht gut bewertet.
  • Wie ferner von 1 verstanden, gemäß der Testprobe 3 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,2 M beträgt) ist die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als gut bewertet. Überdies, gemäß der Testprobe 4 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,3 M beträgt) ist die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als gut bewertet. Zusätzlich, gemäß der Testprobe 5 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,4 M beträgt) ist die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als gut bewertet. Überdies, gemäß der Testprobe 6 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,5 M beträgt) ist die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als gut bewertet. Zusätzlich, gemäß der Testprobe 7 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,6 M beträgt) ist die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als gut bewertet. Überdies, gemäß der Testprobe 8 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,7 M beträgt) ist die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als gut bewertet. Zusätzlich, gemäß der Testprobe 9 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,8 M beträgt) ist die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als gut bewertet.
  • Wie weiterhin von 1 verstanden, gemäß der Testprobe 10 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,9 M beträgt) ist die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als nicht gut bewertet. Überdies, gemäß der Testprobe 11 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 1 M beträgt) ist die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als nicht gut bewertet. Zusätzlich, gemäß der Testprobe 12 (welche bereitgestellt ist mit einer Bedingung, bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 1,1 M beträgt) ist die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als nicht gut bewertet.
  • Die Längen der Kohlenstoffnanoröhren, bestimmt durch die Rasterelektronenmikroskopbilder, sind wie folgt.
    Testprobe 1 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,05 M beträgt): ungefähr 3 Mikrometer
    Testprobe 2 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,1 M beträgt): ungefähr von 7 bis 30 Mikrometer
    Testprobe 3 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,2 M beträgt): ungefähr 50 Mikrometer
    Testprobe 4 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,3 M beträgt): ungefähr 35 Mikrometer
    Testprobe 5 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,4 M beträgt): ungefähr 60 Mikrometer
    Testprobe 6 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,5 M beträgt): ungefähr 60 Mikrometer
    Testprobe 7 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,6 M beträgt): ungefähr 40 Mikrometer
    Testprobe 8 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,7 M beträgt): ungefähr 25 Mikrometer
    Testprobe 9 (bei der die. Konzentration der Katalysatorlösung 0,8 M beträgt): ungefähr 45 Mikrometer
    Testprobe 10 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 0,9 M beträgt): ungefähr 2 Mikrometer
    Testprobe 11 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 1 M beträgt): ungefähr 2 Mikrometer
    Testprobe 12 (bei der die Konzentration der Katalysatorlösung 1,1 M beträgt): ungefähr 17 Mikrometer
  • Wie von 1 verstanden, wird ein Wissen erhalten, das sich durch die Verwendung der Katalysatorlösung, welche ein Übergangsmetallsalz gelöst in einem Lösungsmittel ist, die mit einer vorherbestimmten Konzentration von 0,2 M bis 0,8 M, beinhaltend 0,2 M und 0,8 M, bereitgestellt ist, und die frei von Terpineol ist, das Kohlenstoffnanoröhrenaggregat mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung auf der Oberfläche der Basisplatte bildet, wo die Kohlenstoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche der Basisplatte ausgerichtet sind. Wie von 1 verstanden, wachsen die Kohlenstoffnanoröhren in einer Bürstenform.
  • Um eine Vergleichsprobe bereitzustellen, werden die Kohlenstoffnanoröhren unter Verwendung einer Katalysatorlösung hergestellt, die Terpineol enthält. Ein Lösungsmittel, das in der Vergleichsprobe verwendet wird, enthält eine Mischung aus 80% Ethanol und 20% Terpineol als Massenverhältnis. Die Katalysatorlösung mit einer 0,2 M Konzentration an Eisennitrat gelöst in dem Lösungsmittel, die hiermit beschrieben ist, wird verwendet. Die Trocknungstemperatur wird auf 250 Grad Celsius eingestellt (es ist zu bemerken, dass der Siedepunkt von Terpineol 221 Grad Celsius beträgt). Die anderen Bedingungen sind die gleichen wie die Bedingungen für die Testproben 1 bis 12.
  • 2 ist ein Rasterelektronenmikroskopbild, das die Kohlenstoffnanoröhren zeigt, die als die Vergleichsprobe unter Verwendung der Katalysatorlösung, die Terpineol enthält (20 Massen-%), hergestellt sind. Wie 2 zeigt, sind die Kohlenstoffnanoröhren in willkürlichen Richtungen orientiert in einem Zustand, wo die Katalysatorlösung, die Terpineol enthält, welches ein Viskositätsverbesserer ist, verwendet wird, wo die Nitratsalzkonzentration 0,2 M beträgt. Zum Vergleich, wie das Bild in 1 in einem Bereich, das eine Eisennitratkonzentration von 0,2 M zeigt, in einem Zustand, wo die Katalysatorlösung kein Terpineol enthält, welches ein Viskositätsverbesserer ist, verwendet wird, wo die Eisennitratkonzentration 0,2 M beträgt, ist die Bewertung der Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren als gut bewertet.
  • Wie oben beschrieben sind gemäß den vorgenannten Testproben 1 bis 12 die Katalysatorlösungen frei von Terpineol, welches ein Viskositätsverbesserer ist. Terpineol ist teuer. Kein Terpineol zu verwenden ist unter dem Gesichtspunkt der Kosten vorteilhaft. Demgemäß, weil Terpineol nicht verwendet wird, ist es nicht notwendig eine Temperatur zum Entfernen von Terpineol auf die Temperatur gleich oder höher als den Siedepunkt von Terpineol zu erhöhen, so dass die Produktivität der Kohlenstoffnanoröhren bezüglich der zur Herstellung der Kohlenstoffnanoröhren notwendigen Zeit erhöht wird. Überdies, weil Terpineol nicht verwendet wird, ist Terpineol, das das Lösungsverhalten beim Lösen von Übergangsmetallsalz in dem Lösungsmittel inhibiert, unterdrückt, so dass die Löslichkeit des Übergangsmetallsalzes in dem Lösungsmittel gewährleistet ist. Zusätzlich ist ein Problem unterdrückt, dass sich ein Teil des Übergangsmetallsalzes als ein Oxidationsprodukt separiert, so dass eine Verschlechterung des Katalysators unterdrückt ist.
  • Obwohl die Katalysatorlösung, die durch Übergangsmetallsalz gelöst in dem Lösungsmittel bereitgestellt ist, frei von Terpineol ist, welches ein Viskositätsverbesserer ist, weist die Katalysatorlösung eine Konzentration von 0,2 M bis 0,8 M, beinhaltend 0,2 M und 0,8 M, auf, welches ein Niveau einer Konzentration ist, die als hoch angesehen wird. Durch in Kontakt bringen solch einer Katalysatorlösung einer hoher Konzentration mit der Oberfläche des Substrats (welches die Basisplatte ist), wird bei der Gelegenheit des In-Kontakt-Bringens der Oberfläche des Substrats mit der Katalysatorlösung die Dicke des Katalysatorfilms, der auf der Oberfläche des Substrats gebildet wird, nicht übermäßig dünn oder übermäßig dick. Hier, in einem Zustand, wo die Konzentration der Katalysatorlösung übermäßig niedrig ist, welche bewirkt, dass die Dicke des Katalysatorfilms in flüssiger Form, der auf der Oberfläche des Substrats geträgert ist, übermäßig dünn wird, bleiben die Katalysatorteilchen, die auf der Oberfläche des Substrats geträgert sind, in Inselform, während die Inseln untereinander stark beabstandet sind. In einem Zustand, wo die Kohlenstoffnanoröhren auf der Oberfläche des Substrats durch Katalyse der Katalysatorteilchen in diesem Fall wachsen, richten sich die Kohlenstoffnanoröhren nicht in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats aus und neigen dazu schräg relativ zu der Oberfläche des Substrats zu wachsen. In diesem Fall wird angenommen, dass die Bildung der Kohlenstoffnanoröhren mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung, wo die Kohlenstoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind, schwierig ist.
  • Zum Vergleich, in einem Zustand wo die Konzentration der Katalysatorlösung übermäßig hoch ist, was bewirkt, dass die Dicke des Katalysatorfilms in flüssiger Form, der auf der Oberfläche des Substrats bereitgestellt ist, übermäßig dick wird, wird angenommen, dass ein Grad der Agglomeration zwischen den Katalysatorteilchen, die auf der Oberfläche des Substrats geträgert sind, hoch ist. In einem Zustand, wo die Kohlenstoffnanoröhren auf der Oberfläche des Substrats durch Katalyse der Katalysatorteilchen in diesem Fall wachsen, sind die Kohlenstoffnanoröhren nicht in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet und neigen dazu in verschiedene Richtungen zu wachsen, und als ein Ergebnis wird angenommen, dass die Charakteristik einer senkrechten Orientierung der Kohlenstoffnanoröhren eher willkürlich wird. In diesem Fall wird angenommen, dass die Bildung der Kohlenstoffnanoröhren mit einer Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung, wo die Kohlenstoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind, schwierig ist. Wie oben beschrieben, gemäß des Herstellungsverfahrens gemäß der Ausführungsform, wird das Kohlenstoffnanoröhrenaggregat, das eine Charakteristik einer hohen senkrechten Orientierung zeigt, auf der Oberfläche des Substrats gebildet, wo die Kohlenstoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats ausgerichtet sind.
  • [Beispiel von Anwendung 1]
  • 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die wesentliche Teile einer Polymerbrennstoffzelle vom Schicht-Typ zeigt. Die Brennstoffzelle ist gebildet durch Laminierung, in der Reihenfolge einer Dickerichtung, einer Verteilungsplatte 101 für eine Anode, einer Gasdiffusionsschicht 102 für die Anode, einer Katalysatorschicht 103 für die Anode, die Katalysator enthält, einer Elektrolytmembran 104, die ionenleitende Charakteristik (protonenleitende Charakteristik) aufweist, die durch ein polymeres Material der Fluorkohlenstoffserie oder Kohlenwasserstoffserie gebildet ist, einer Katalysatorschicht 105 für eine Kathode, die Katalysator enthält, einer Gasdiffusionsschicht 106 für die Kathode und einer Verteilungsplatte 107 für die Kathode. Die Gasdiffusionsschichten 102, 106 sind mit Permeabilität für Gas bereitgestellt, so dass ein Reaktionsgas durchdringen kann. Die Elektrolytmembran 104 kann unter Verwendung eines Glasserienmaterials, das ionenleitende Charakteristik (protonenleitende Charakteristik) aufweist, gebildet sein.
  • Die Kohlenstoffnanoröhren gemäß dieser Erfindung können in einem Zustand verwendet werden, wo die Kohlenstoffnanoröhren von der Basisplatte abgetrennt sind und als die Gasdiffusionsschicht 102 und/oder die Gasdiffusionsschicht 106 verwendet werden. In diesem Fall, weil die Kohlenstoffnanoröhren gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer großen spezifischen Oberfläche bereitgestellt sind und porös sind, kann erwartet werden, dass sich die Permeabilität für Gas erhöht, das Fluten beschränkt, der elektrische Widerstand verringert und die elektrische Leitfähigkeit verbessert. Fluten bezieht sich auf ein Phänomen, wo Wasser in flüssigem Zustand die Strömungsresistenz eines Strömungspfads für das Reaktionsgas beeinträchtigt und die Strömungsresistenz eines Strömungspfads für das Reaktionsgas gering macht, so dass sich die Permeabilität für das Reaktionsgas verringert.
  • Optional können die Kohlenstoffnanoröhren gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Zustand verwendet werden, wo die Kohlenstoffnanoröhren von der Basisplatte abgetrennt sind, und für die Katalysatorschicht 103 für die Anode und/oder die Katalysatorschicht 105 für die Kathode verwendet werden. In diesem Fall, weil der Kohlenstoffnanoröhrenkomplex gemäß dieser Erfindung mit einer großen spezifischen Oberfläche bereitgestellt ist und porös ist, kann eine Katalysatorträgereffizienz erhöht werden. Demgemäß kann das Bereitstellen des Einstellens des Ablassens von erzeugtem Wasser und das Einstellen der Reaktionsgaspermeabilität erwartet werden, was vorteilhaft ist zum Unterdrücken des Flutens. Überdies kann die Rate der Verwendung von Katalysatorteilchen, zum Beispiel Platinteilchen, Rutheniumteilchen, Platin-Rutheniumteilchen, erhöht werden. Es ist zu bemerken, dass die Brennstoffzelle nicht auf den Schicht-Typ beschränkt ist und die Brennstoffzelle kann ein Röhrentyp sein.
  • [Beispiel von Anwendung 2]
  • 4 ist eine Zeichnung, um einen Kondensator für einen Stromkollektor zu beschreiben. Der Kondensator beinhaltet eine positive Elektrode 201, die durch ein Material einer Kohlenstoffserie gebildet ist und ein poröses Merkmal aufweist, eine negative Elektrode 202, die durch ein Material einer Kohlenstoffserie gebildet ist und ein poröses Merkmal aufweist, und einen Separator 203, der die positive Elektrode 201 und die negative Elektrode 202 trennt. Auf einer Oberfläche der positiven Elektrode 201 sind Kohlenstoffnanoröhren mit einer Charakteristik einer senkrechten Orientierung, wo die Kohlenstoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche der positiven Elektrode 201 ausgerichtet sind, bereitgestellt. Auf einer Oberfläche der negativen Elektrode 202 sind Kohlenstoffnanoröhren, die die Charakteristik einer senkrechten Orientierung aufweisen, wo die Kohlenstoffnanoröhren in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche der negativen Elektrode 202 ausgerichtet sind, bereitgestellt. Die Kohlenstoffnanoröhren gemäß dieser Erfindung werden mit einer großen spezifischen Oberfläche bereitgestellt und sind porös, so dass erwartet wird, dass die Stromsammelkapazität erhöht ist, um die Kondensatorleistung in einem Fall zu verbessern, wo die Kohlenstoffnanoröhren für die positive Elektrode 201 und/oder die negative Elektrode 202 verwendet werden. Die Kohlenstoffnanoröhren, die auf der Basisplatte gebildet sind, können zu den Oberflächen für die negative Elektrode 202 und/oder für die positive Elektrode 201 transferiert werden.
  • [Weitere Informationen]
  • In der Ausführungsform 1 entsprechend der oben beschriebenen Testproben 1 bis 12 wird Ethanol (das einen Siedepunkt von 79 Grad Celsius und eine Elektrizitätskonstante von 24 aufweist) als das Lösungsmittel verwendet. Allerdings ist das Lösungsmittel nicht auf Ethanol beschränkt und anstelle von Ethanol kann Methanol (das einen Siedpunkt von 65 Grad Celsius und eine Dielektrizitätskonstante von 33 aufweist), Propanol (das einen Siedpunkt von 97 Grad Celsius und eine Dielektrizitätskonstante von 20 aufweist), und zusätzlich Aceton (das einen Siedepunkt von 56 Grad Celsius und eine Dielektrizitätskonstante von 21 aufweist), Acetonitril (das einen Siedpunkt von 82 Grad Celsius und die Dielektrizitätskonstante von 37 aufweist), Dimethylsulfoxid (das einen Siedpunkt von 189 Grad Celsius und eine Dielektrizitätskonstante von 47 aufweist), N,N-Dimethylformamid (das einen Siedpunkt von 153 Grad Celsius und eine Dielektritzitätskonstante von 38 aufweist), Ameisensäure (das einen Siedepunkt von 100 Grad Celsius und eine Dielektrizitätskonstante von 58 aufweist) verwendet werden. Weiterhin kann Wasser (das einen Siedepunkt von 100 Grad Celsius und eine Dielektrizitätskonstante von 58 aufweist) verwendet werden. Unter Berücksichtigung der Effizienz des Entfernens des Lösungsmittels durch Verdampfung ist ein Lösungsmittel mit einem niedrigen Siedepunkt bevorzugt, allerdings kann ein Lösungsmittel mit einem Siedpunkt gleich oder weniger als 200 Grad Celsius oder 150 Grad Celsius ausreichend und geeignet sein. Mit anderen Worten qualifiziert sich jedes Material, das Eisennitrat oder ein ähnliches Übergangsmetallsalz löst und einen Siedpunkt niedriger als den Siedepunkt von Terpineol aufweist, als das Lösungsmittel. Eisennitrat wird als das Übergangsmetallsalz verwendet, allerdings kann Nickelnitrat, Kobaltnitrat oder ein ähnliches Übergangsmetallsalz verwendet werden.
  • In der Ausführungsform 1 entsprechend der oben beschriebenen Testproben 1 bis 12 wird Silizium als das Basismaterial des Substrats verwendet, allerdings ist das Material, das für das Basismaterial verwendet wird, nicht darauf beschränkt und Siliziumnitrit, Siliziumkarbid, Quarz, Glas, Keramiken oder ein Metall können stattdessen verwendet werden. Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid sind Beispiele von Keramiken. Eisen, Eisenlegierung (zum Beispiel Edelstahl), Kupfer, Kupferlegierung, Titan, Titanlegierung, Nickel, Nickellegierung und optional Aluminium und Aluminiumlegierung sind Beispiele für das Metall. Die Form des Substrats ist nicht auf eine Form beschränkt und kann in einer Form einer Platte, einer Schicht, eines Blocks oder eines Netzes sein. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Testproben und die Proben der Ausführungsform beschränkt und kann geeignet innerhalb eines Bereichs abgewandelt werden, wo die Abwandlung nicht von der Essenz der Erfindung abweicht.
  • Von der oben beschriebenen Spezifikation können auch die folgenden technischen Ideen verstanden werden.
  • [Zusätzliche Bemerkung 1] Ein Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre beinhaltet die in der folgenden Reihenfolge fortschreitenden Prozesse, welche sind, ein Herstellungsverfahren zum Herstellen einer Katalysatorlösung mit einer vorherbestimmten Konzentration durch Lösen eines Nitratsalzes oder eines ähnlichen Übergangsmetallsalzes in einem Lösungsmittel (wobei die Katalysatorlösung. eine Konzentration von 0,18 M bis 0,82 M, beinhaltend 0,18 M und 0,82 M, aufweist), wobei die Katalysatorlösung frei von Terpineol ist, und das Herstellen eines Substrats, das eine Oberfläche aufweist, einen Prozess des Trägerns eines Katalysators, um zu bewirken, dass die Oberfläche des Substrats Katalysatorteilchen trägert, dadurch, dass die Katalysatorlösung mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt gebracht wird, und einen Prozess des Wachsens einer Kohlenstoffnanoröhren zum Wachsen eines Kohlenstoffnanoröhrenaggregats mit einer Charakteristik einer senkrechten Orientierung auf der Oberfläche des Substrats, wo die Kohlenstoffnanoröhren in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats wachsen, durch in Kontakt bringen eines Kohlenstoffnanoröhren-bildenden Gases, das eine Kohlenstoffkomponente enthält, mit der Oberfläche des Substrats bei einer Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs zum Bilden einer Kohlenstoffnanoröhre.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Diese Erfindung kann anwendbar sein auf Kohlenstoffmaterialien, die eine große spezifische Oberfläche benötigen. Zum Beispiel kann diese Erfindung angewandt werden auf Kohlenstoffmaterial, das eine Brennstoffzelle verwendet, ein Kohlenstoffmaterial, das eine Batterie ähnlich zu einem Kondensator, eine sekundäre Batterie oder eine Solarbatterie vom Nasstyp verwendet, auf ein Kohlenstoffmaterial für einen Filter eines Wasserreinigers und auf ein Kohlenstoffmaterial für gasförmige Adsorption.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2006-239618 A [0005]
    • JP 2008-56529 A [0005]
    • JP 2009-215146 A [0005]
    • JP 2007-261839 A [0005]

Claims (4)

  1. Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre, die in der folgenden Reihenfolge fortschreitende Prozesse umfasst: einen Herstellungsprozess zum Herstellen einer Katalysatorlösung mit einer vorherbestimmten Konzentration durch Lösen eines Übergangmetallsalzes in einem Lösungsmittel, wobei die Katalysatorlösung eine Konzentration von 0,2 Mol pro Liter bis 0,8 Mol pro Liter, beinhaltend 0,2 Mol pro Liter und 0,8 Mol pro Liter, aufweist, wobei die Katalysatorlösung frei von Terpineol ist, und Herstellen eines Substrats, das eine Oberfläche aufweist; einen Prozess des Trägerns eines Katalysators, der bewirkt, dass die Oberfläche des Substrats Katalysatorteilchen trägt, dadurch, dass die Katalysatorlösung mit der Oberfläche des Substrats in Kontakt gebracht wird; und einen Prozess des Wachsens einer Kohlenstoffnanoröhre bei denn ein Kohlenstoffnanoröhrenaggregat mit einer Charakteristik einer senkrechten Orientierung auf der Oberfläche des Substrats wächst, wo die Kohlenstoffnanoröhren in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats wachsen, dadurch, dass ein Kohlenstoffnanoröhren-bildendes Gas, das eine Kohlenstoffkomponente enthält, mit der Oberfläche des Substrats bei einer Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs zum Bilden einer Kohlenstoffnanoröhren in Kontakt gebracht wird.
  2. Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre nach Anspruch 1, wobei Aluminium oder eine Aluminiumlegierung auf der Oberfläche des Substrats vor dem Prozessieren des Prozesses des Trägerns eines Katalysators angeordnet wird.
  3. Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Übergangsmetallsalz zumindest eines ist aus Eisennitrat, Nickelnitrat und Kobaltnitrat.
  4. Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Lösungsmittel, das das Übergangsmetallsalz löst, ein organisches Lösungsmittel mit einer Dielektrizitätskonstante von 20 oder mehr, oder Wasser ist.
DE112011103166T 2010-09-22 2011-09-02 Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre Pending DE112011103166T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-211617 2010-09-22
JP2010211617A JP5741897B2 (ja) 2010-09-22 2010-09-22 カーボンナノチューブ製造方法
PCT/JP2011/070660 WO2012039305A1 (ja) 2010-09-22 2011-09-02 カーボンナノチューブ製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112011103166T5 true DE112011103166T5 (de) 2013-08-01

Family

ID=45873794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112011103166T Pending DE112011103166T5 (de) 2010-09-22 2011-09-02 Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130156956A1 (de)
JP (1) JP5741897B2 (de)
KR (1) KR101474175B1 (de)
CN (1) CN103328376A (de)
DE (1) DE112011103166T5 (de)
WO (1) WO2012039305A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5730032B2 (ja) * 2011-01-20 2015-06-03 株式会社フジクラ カーボンナノチューブ電極用構造体、カーボンナノチューブ電極及び色素増感太陽電池
US20160204425A1 (en) * 2013-08-29 2016-07-14 Stc.Unm Facile Preparation Method of Silicon Materials for LI-Ion and Solar Cell Application
CN104030692B (zh) * 2014-06-23 2015-10-21 哈尔滨工业大学 一种原位合成含氧化石墨烯和碳纳米管的超高温陶瓷杂化粉体的方法
JP6866227B2 (ja) * 2017-05-12 2021-04-28 日立造船株式会社 カーボンナノチューブ複合体およびその製造方法
US11753553B2 (en) * 2019-11-28 2023-09-12 Zeon Corporation Carbon nanotube water dispersion, conductive film, electrode, and solar cell

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006239618A (ja) 2005-03-04 2006-09-14 Hitachi Zosen Corp カーボンナノチューブ成長用触媒およびその製造方法
JP2007261839A (ja) 2006-03-27 2007-10-11 Toyota Central Res & Dev Lab Inc カーボンナノチューブの製造方法
JP2008056529A (ja) 2006-08-31 2008-03-13 Aoi Electronics Co Ltd カーボンナノチューブの合成方法、カーボンナノチューブ、シリコン基板、電子源および電界放出型ディスプレイ
JP2009215146A (ja) 2008-03-13 2009-09-24 Panasonic Corp 金属含有ナノ粒子、これを用いて成長したカーボンナノチューブ構造体、及びこのカーボンナノチューブ構造体を用いた電子デバイス及びその製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3854958B2 (ja) * 2003-11-13 2006-12-06 憲治郎 尾浦 カーボンナノチューブの製造方法
US7718223B1 (en) * 2004-12-07 2010-05-18 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration (Nasa) Control of carbon nanotube density and tower height in an array
CA2613203C (en) * 2005-06-28 2013-08-13 The Board Of Regents Of The University Of Oklahoma Methods for growing and harvesting carbon nanotubes
JP4873413B2 (ja) * 2006-11-15 2012-02-08 ニッタ株式会社 多層カーボンナノチューブの集合構造
KR100801470B1 (ko) * 2007-02-15 2008-02-12 한국에너지기술연구원 탄소 종이 표면에 탄소나노튜브를 직접 성장시키고, 그탄소나노튜브 표면에 화학기상증착법을 사용하여 백금을담지시킨 백금 나노촉매의 제조방법과 그 백금 나노촉매

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006239618A (ja) 2005-03-04 2006-09-14 Hitachi Zosen Corp カーボンナノチューブ成長用触媒およびその製造方法
JP2007261839A (ja) 2006-03-27 2007-10-11 Toyota Central Res & Dev Lab Inc カーボンナノチューブの製造方法
JP2008056529A (ja) 2006-08-31 2008-03-13 Aoi Electronics Co Ltd カーボンナノチューブの合成方法、カーボンナノチューブ、シリコン基板、電子源および電界放出型ディスプレイ
JP2009215146A (ja) 2008-03-13 2009-09-24 Panasonic Corp 金属含有ナノ粒子、これを用いて成長したカーボンナノチューブ構造体、及びこのカーボンナノチューブ構造体を用いた電子デバイス及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103328376A (zh) 2013-09-25
US20130156956A1 (en) 2013-06-20
WO2012039305A1 (ja) 2012-03-29
JP2012066953A (ja) 2012-04-05
KR101474175B1 (ko) 2014-12-17
JP5741897B2 (ja) 2015-07-01
KR20130041272A (ko) 2013-04-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013225764B4 (de) Katalysatorpartikel mit einer schichtförmig aufgebauten Kern-Schale-Schale-Struktur und Verfahren zu ihrer Herstellung
Zhang et al. A strategy in deep eutectic solvents for carbon nanotube-supported PtCo nanocatalysts with enhanced performance toward methanol electrooxidation
DE112007002953B4 (de) Brennstoffzelle und Verfahren zum Herstellen eines getragenen Katalysators für eine Brennstoffzelle
DE60224813T2 (de) Anodenelektrokatalysatoren für beschichtete substrate zur verwendung in brennstoffzellen
DE112006003851B4 (de) Brennstoffzelle mit oxidationsbeständiger Kathode und Verfahren zum Herstellen einer Sauerstoff reduzierenden Elektrode für eine Brennstoffzelle
DE69831401T2 (de) Poröser metall und verfahren zur herstellung
DE112006000205B4 (de) Photokatalytische Verfahren zur Herstellung von Elektrokatalysator-Materialien
DE102004050382A1 (de) Elektrodenkatalysatorfeinpartikel, Dispersion derselben und Verfahren zur Herstellung der Dispersion
DE112007000670T5 (de) Brennstoffzelle und Herstellungsverfahren für eine Brennstoffzelle
DE112011103166T5 (de) Herstellungsverfahren für eine Kohlenstoffnanoröhre
DE102009036361A1 (de) Hybridpartikel und Kern-Mantel-Elektrodenstruktur
DE102016125396A1 (de) Elektrodenkatalysator für brennstoffzelle und verfahren zur herstellung des elektrodenkatalysators für brennstoffzelle
WO1999029423A1 (de) Polybetain-stabilisierte platin-nanopartikel, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung für elektrokatalysatoren in brennstoffzellen
EP1487572A1 (de) Verfahren zur in-situ-immobilisierung von wasserlöslichen nanodispergierten metalloxid-kolloiden
DE112018001227T5 (de) Elektrokatalysator für die Wasserstoffentwicklungsreaktion
DE102008023781A1 (de) Kohlenstoff-Titanoxid-Träger für Elektrokatalysatoren zur Sauerstoffreduktion in PEM-Brennstoffzellen
Yu et al. Electrochemical synthesis of palladium nanostructures with controllable morphology
DE102006050090A1 (de) Sauerstoff reduzierende Gasdiffusionskathode und Verfahren zur Durchführung einer Natriumchlorid-Elektrolyse
KR20190049276A (ko) Pt-CoO 나노입자, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 촉매
DE102018212409A1 (de) Kohlenwasserstoff-selektive Elektrode
DE102019214543A1 (de) Verfahren zum Vorbereiten eines Mehrkomponenten-Legierungskatalysators
DE102019104561A9 (de) Verfahren zur Herstellung einer Kompositschicht, elektrochemische Einheit und Verwendung der Kompositschicht
EP4019666A1 (de) Iridiumhaltiger katalysator für die wasserelektrolyse
DE1667107B2 (de) Verfahren zum Aufbringen einer katalytisch aktiven Schicht aus Platin oder einer Platin enthaltenden Kombination auf eine Unterlage
DE102018206378A1 (de) Elektrodenkatalysator für Brennstoffzellen und Verfahren zu dessen Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: TBK, DE

R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C01B0031020000

Ipc: C01B0032050000

R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: C01B0032050000

Ipc: C01B0032158000

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final