JP2000313608A - Production of carbon nanotube and carbon nanotube produced thereby - Google Patents
Production of carbon nanotube and carbon nanotube produced therebyInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブの製造方法及びカーボンナノチューブデバイスに関
するものであり、その応用としては電子源、電気化学セ
ンサー、ナノデバイス等のエレクトロニクス分野に期待
できる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing a carbon nanotube and a carbon nanotube device, and can be expected to be applied to the fields of electronics such as an electron source, an electrochemical sensor, and a nanodevice.
【0002】[0002]
【従来の技術】カーボンナノチューブとは数層か一層の
グラファイトを巻いて円筒状の構造を有するフラーレン
のことであり、1991年に発見された新しい炭素材料
である(Nature,354,(1991)56)。2. Description of the Related Art Carbon nanotubes are fullerenes having a cylindrical structure formed by winding several or more layers of graphite, and are new carbon materials discovered in 1991 (Nature, 354, (1991) 56). ).
【0003】カーボンナノチューブは熱的にも化学的に
も安定で、機械的強度も市販されている炭素繊維より三
桁程度も上回っている。さらに、ナノチューブは構造の
違いにより導電体か半導体になるという特徴を有するの
で、例えば同心円筒の金属チューブと半導体チューブを
組み合わせるなどして電子デバイス等への応用が期待が
できる。[0003] Carbon nanotubes are thermally and chemically stable, and have mechanical strength that is about three orders of magnitude higher than commercially available carbon fibers. Furthermore, since nanotubes have the characteristic that they become conductors or semiconductors depending on their structure, application to electronic devices and the like can be expected by combining, for example, concentric cylindrical metal tubes and semiconductor tubes.
【0004】カーボンナノチューブが発見されてから現
在までに至っている中で、主に行われている製造方法の
一つがアーク放電法である。最初に使用されたアーク放
電法では、アルゴン100Torrの雰囲気中で炭素棒
電極を用いて直流アーク放電を行なってきたが、その方
法で回収されたススの中にカーボンナノチューブがわず
かしか含まれなかった。その後、カーボンナノチューブ
を大量に生成するアーク放電法の条件を見つけた。陰極
に直径9mm、陽極に直径6mmの炭素棒を用いて1m
m離して対向させた状態で約18V、100Aのアーク
放電を起こした条件である。この方法ではヘリウム雰囲
気ガス圧500Torrにおいて生成物中のカーボンナ
ノチューブの収量が75%に達する。[0004] In the years from the discovery of carbon nanotubes to the present, one of the main production methods is the arc discharge method. In the arc discharge method initially used, DC arc discharge was performed using a carbon rod electrode in an atmosphere of 100 Torr of argon, but soot recovered by the method contained only a small amount of carbon nanotubes. . After that, the conditions of the arc discharge method for generating a large amount of carbon nanotubes were found. Use a carbon rod with a diameter of 9 mm for the cathode and a diameter of 6 mm for the anode.
This is a condition in which an arc discharge of about 18 V and 100 A was caused in a state where they were opposed to each other at a distance of m. In this method, the yield of carbon nanotubes in the product reaches 75% at a helium atmosphere gas pressure of 500 Torr.
【0005】最近は、R.Smalleyらのグループ
は、触媒金属としてCo−Ni合金(Co:Ni=0.
6:0.6at%)を混入したカーボンターゲットを用
いて、電気炉に差し込んだ石英管内でレーザーアブレー
ションを行なった。彼らはこのレーザーアブレーション
法によりロープ状単層チューブを高効率で生成する事が
できたと報告している(Chem.Phys.Let
t.243,(1995)49)。Recently, R.S. Smallley et al. Reported that a Co-Ni alloy (Co: Ni = 0.
(6: 0.6 at%), laser ablation was performed in a quartz tube inserted into an electric furnace using a carbon target mixed with 0.6 at%. They report that this laser ablation method was able to produce a rope-shaped single-layer tube with high efficiency (Chem. Phys. Let.).
t. 243, (1995) 49).
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上記のアーク放電法に
おいては、炭素棒電極に流す電流が大きいため、カーボ
ンナノチューブが生成される陰極側の炭素棒が高温にな
る。炭素棒に埋めてあった少量の触媒金属は炭素に比べ
蒸気圧が高いため、優先的に蒸発されてしまい、再現良
く十分なカーボンナノチューブ生成率を得る事は難し
い。また、放電を行なうたびに炭素棒が蒸発されていく
ため、炭素棒間の距離が離れていく。その距離を一定に
するように設定しない限りでは、カーボンナノチューブ
成長に影響が生じる。また、Si等の基体は蒸発してい
く高温の炭素棒につけられないため、Si基体上でカー
ボンナノチューブを成長させる事ができない。In the above arc discharge method, the current flowing through the carbon rod electrode is large, so that the temperature of the carbon rod on the cathode side where carbon nanotubes are formed becomes high. Since a small amount of the catalyst metal buried in the carbon rod has a higher vapor pressure than carbon, it is preferentially evaporated, and it is difficult to obtain a sufficient carbon nanotube generation rate with good reproducibility. Further, the carbon rods evaporate each time discharge is performed, so that the distance between the carbon rods increases. Unless the distance is set to be constant, the carbon nanotube growth is affected. Further, since a substrate such as Si cannot be attached to the evaporating high-temperature carbon rod, carbon nanotubes cannot be grown on the Si substrate.
【0007】次に上記の電気炉式レーザーアブレーショ
ン法においては、石英管の電気炉に差し込んだ部分の空
間は高温(1200℃)に設定しなくてはならなかった
が、より低温における合成が望まれる。さらにこのレー
ザーアブレーション法は、石英管を電気炉に差し込んだ
部分の空間がカーボンターゲットのサイズに比ベて広す
ぎてターゲット領域以外部分にも熱を供給してしまうの
で、熱的なロスが大きかった。Next, in the electric furnace type laser ablation method described above, the space of the portion of the quartz tube inserted into the electric furnace had to be set to a high temperature (1200 ° C.), but synthesis at a lower temperature is desired. It is. Furthermore, in this laser ablation method, the space where the quartz tube is inserted into the electric furnace is too large compared to the size of the carbon target, and heat is supplied to portions other than the target region, so that there is a large thermal loss. Was.
【0008】カーボンナノチューブの配向性において
は、アーク放電ではある程度炭素棒に対して垂直方向に
成長させられるが、レーザーアブレーション法はロープ
状のカーボンナノチューブ生成が主であって、所望な方
向に成長させる事ができない。Regarding the orientation of the carbon nanotubes, the arc discharge allows the carbon nanotubes to grow to some extent in the direction perpendicular to the carbon rods, but the laser ablation method mainly produces rope-like carbon nanotubes, and grows in a desired direction. I can't do things.
【0009】よって、本発明の目的はカーボンナノチュ
ーブ生成温度の低温化且つ加熱の局所的化である。ま
た、本発明の別の目的はカーボンナノチューブの配向を
制御する事である。Therefore, an object of the present invention is to lower the temperature for forming carbon nanotubes and localize the heating. Another object of the present invention is to control the orientation of carbon nanotubes.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
成された本発明の構成は以下の通りである。The configuration of the present invention which has been made to achieve the above object is as follows.
【0011】すなわち本発明の第1は、反応容器中にカ
ーボンを主体とするターゲットと基体を配置し、該ター
ゲットと該基体の間を局所的に加熱した状態で、該ター
ゲットにレーザーを照射して該ターゲットをアブレーシ
ョンさせる工程を有することを特徴とするカーボンナノ
チューブの製造方法に関する。That is, a first aspect of the present invention is to dispose a target mainly composed of carbon and a base in a reaction vessel, and irradiate the target with a laser while locally heating the target and the base. A process for ablating the target by using the method.
【0012】また本発明の第2は、反応容器中にカーボ
ンを主体とするターゲットと基体を配置し、該基体と該
ターゲットの間に電圧を印加した状態で、該ターゲット
にレーザーを照射して該ターゲットをアブレーションさ
せる工程を有することを特徴とするカーボンナノチュー
ブの製造方法に関する。A second aspect of the present invention is to dispose a target mainly composed of carbon and a substrate in a reaction vessel, and irradiate the target with a laser while applying a voltage between the substrate and the target. The present invention relates to a method for producing carbon nanotubes, comprising a step of ablating the target.
【0013】また本発明の第3は、反応容器中にカーボ
ンを主体とするターゲットと基体を配置し、且つ該基体
と該ターゲットの間に引き出し電極を設け、該引き出し
電極と該ターゲットの間、もしくは該引き出し電極と該
基体の間、もしくは該ターゲットと該引き出し電極と該
基体の間に電圧を印加した状態で、該ターゲットにレー
ザーを照射して該ターゲットをアブレーションさせる工
程を有することを特徴とするカーボンナノチューブの製
造方法に関する。A third aspect of the present invention is that a target mainly composed of carbon and a base are arranged in a reaction vessel, and an extraction electrode is provided between the base and the target. Or applying a voltage between the extraction electrode and the base or between the target and the extraction electrode and the base, and irradiating the target with a laser to ablate the target. The present invention relates to a method for producing carbon nanotubes.
【0014】上記本発明の第2または第3の製造方法に
おいては、前記カーボンターゲットと前記基体の間を局
所的に加熱するが好ましい。In the second or third manufacturing method of the present invention, it is preferable that the space between the carbon target and the substrate is locally heated.
【0015】さらに本発明の第4は、上記本発明の第2
または第3の方法で製造したカーボンナノチューブを有
するカーボンナノチューブデバイスであって、該カーボ
ンナノチューブが基体から垂直方向に成長していること
を特徴とするカーボンナノチューブデバイスに関する。A fourth aspect of the present invention is the second aspect of the present invention.
Alternatively, the present invention relates to a carbon nanotube device having a carbon nanotube produced by the third method, wherein the carbon nanotube is grown vertically from a substrate.
【0016】本発明の第1の製造方法によれば、基体温
度やプルーム空間温度を高温(1200℃程度)に設定
することなく、カーボンナノチューブの生成が可能とな
る。すなわち、プルームは一瞬に数千Kにも達するとい
われるので、プルーム空間を補助的且つ局所的に加熱す
ることにより、比較的低温下でのカーボンナノチューブ
の生成が十分に可能となるものである。According to the first manufacturing method of the present invention, it is possible to generate carbon nanotubes without setting the substrate temperature and the plume space temperature to a high temperature (about 1200 ° C.). That is, since the plume is said to reach several thousand K instantaneously, the auxiliary and local heating of the plume space makes it possible to sufficiently produce carbon nanotubes at a relatively low temperature.
【0017】また、本発明の第2もしくは第3の製造方
法によれば、基体を付けた基体ホルダーもしくは引き出
し電極を陰極とし、カーボンターゲットを陽極として、
バイアス印加(電圧印加)を行なうことにより、基体と
カーボンターゲットとの間に生じるプルーム中のC+ イ
オン等の粒子を陰極に引き付ける事が可能である。この
ような手段を用いることで、基体は高温にならないた
め、任意の材料を適用できる。また、上記のバイアス印
加を行なうことにより、基体に対して垂直方向にカーボ
ンナノチューブを成長させることができ、ナノチューブ
の配向性を制御することが可能となる。Further, according to the second or third manufacturing method of the present invention, the base holder or the lead electrode on which the base is attached is used as a cathode, and the carbon target is used as an anode.
By performing the bias application (voltage application), particles such as C + ions in the plume generated between the base and the carbon target can be attracted to the cathode. By using such a means, the substrate does not reach a high temperature, so that any material can be applied. Further, by performing the above-described bias application, the carbon nanotubes can be grown in a direction perpendicular to the substrate, and the orientation of the nanotubes can be controlled.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態例を詳述する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0019】本発明に用いることができるカーボンナノ
チューブ(CNT)製造装置の一例を図1に示す。本装
置は、二本のタングステン(W)フィラメントを並列に
接続した加熱抵抗器を用いて、その二本のフィラメント
間の空間にプルームが来るように設定している。FIG. 1 shows an example of a carbon nanotube (CNT) producing apparatus that can be used in the present invention. This apparatus uses a heating resistor in which two tungsten (W) filaments are connected in parallel, and is set so that a plume comes to a space between the two filaments.
【0020】反応容器1の外部には、YAGレーザー2
0及びミラー19と集光レンズ18の光学系が付設され
ている。レーザー波長はYAGの第二高調波である53
2nmである。レーザー光は図の右上部の石英窓17か
ら入射され、反応容器1内に配置してある三重構造下部
輻射板3内のカーボンターゲット2に照射される。さら
に輻射板3内に加熱機構を配置し、プルーム周辺だけ高
温加熱状態にできるよう設計してある。その加熱機構と
は、図1に示すように二本の電極棒10を用い、二本の
タングステンフィラメント4を並列に接続している。た
だし、電極棒10と輻射板3は電気的絶縁体5により絶
縁されている。電極棒10は電端子12を通して交流電
源13と接続されている。他に、反応容器1には圧力計
11、リークバルブ16、不活性ガス供給系15のバリ
アブルリークバルブ14、真空排気系22の真空バルブ
21も接続されている。A YAG laser 2 is provided outside the reaction vessel 1.
An optical system of a mirror 19 and a condenser lens 18 is additionally provided. The laser wavelength is 53, which is the second harmonic of YAG.
2 nm. Laser light is incident from the quartz window 17 at the upper right of the figure and is irradiated on the carbon target 2 in the triple structure lower radiation plate 3 arranged in the reaction vessel 1. Further, a heating mechanism is arranged in the radiation plate 3 so that only the periphery of the plume can be heated to a high temperature. The heating mechanism uses two electrode rods 10 and connects two tungsten filaments 4 in parallel as shown in FIG. However, the electrode rod 10 and the radiation plate 3 are insulated by the electric insulator 5. The electrode rod 10 is connected to an AC power supply 13 through an electric terminal 12. In addition, a pressure gauge 11, a leak valve 16, a variable leak valve 14 of an inert gas supply system 15, and a vacuum valve 21 of a vacuum exhaust system 22 are also connected to the reaction vessel 1.
【0021】また、目的温度に上げる間に基体ホルダー
8につけられた基体7が加熱されるのを防止するため、
基板ホルダー8とフィラメント4との間にシャッター2
3を設置してある。なお、基板ホルダー8には、ステン
レス等の耐熱材料を用いている。In order to prevent the substrate 7 attached to the substrate holder 8 from being heated while the temperature is raised to the target temperature,
Shutter 2 between substrate holder 8 and filament 4
3 is installed. The substrate holder 8 is made of a heat-resistant material such as stainless steel.
【0022】ターゲット2はタングステンフィラメント
4の真下に設置されているが、それはターゲット2から
生じるプルームが、二本のフィラメント4間の熱が生じ
る空間にくるようにするためである。The target 2 is placed directly below the tungsten filament 4 so that the plume generated from the target 2 comes to a space where heat is generated between the two filaments 4.
【0023】本装置の特徴は、電気炉の方式と違って局
所加熱ができるので、反応途中の生成物の収集が可能で
ある。また、基体温度が低温のままでカーボンナノチュ
ーブの生成が可能である。A feature of the present apparatus is that local heating can be performed unlike an electric furnace method, so that products during the reaction can be collected. In addition, carbon nanotubes can be generated with the substrate temperature kept low.
【0024】また、図1の装置には、バイアス印加機構
を付設してある。このバイアス印加機構は、基体ホルダ
ー8を陰極に、カーボンターゲット2を陽極に用いてそ
の電極間に生じるプルーム空間にバイアス印加するよう
に設計されており、基体ホルダー8は負電端子25を、
カーボンターゲット2は正電端子26を通して直流電源
27と接続してある。ただし、基体ホルダー8は電気的
絶縁体9に、カーボンターゲット2は電気的絶縁体6に
よって絶縁されている。The apparatus shown in FIG. 1 is provided with a bias applying mechanism. The bias applying mechanism is designed to apply a bias to a plume space generated between the electrodes by using the substrate holder 8 as a cathode and the carbon target 2 as an anode.
The carbon target 2 is connected to a DC power supply 27 through a positive terminal 26. However, the base holder 8 is insulated by the electrical insulator 9 and the carbon target 2 is insulated by the electrical insulator 6.
【0025】上記のバイアス印加機構を用いて基体7と
カーボンターゲット2の間にバイアス印加(電圧印加)
を行なうと、陽極に用いたカーボンターゲット2はレー
ザーアブレーションによりプルームが生じるので、バイ
アス印加を行なう間にプルーム中のC+ イオンが陰極に
引き付けられるので、アーク放電のように大きい電流を
流す必要がない。よって、陰極が高温にならず基体7に
も被害が起こらないし、少々の電流を流すか電界をかけ
てもナノチューブの形成が可能である。A bias is applied (voltage applied) between the substrate 7 and the carbon target 2 using the above-described bias applying mechanism.
Is performed, plumes are generated in the carbon target 2 used for the anode by laser ablation, so that the C + ions in the plume are attracted to the cathode during the application of the bias, so that it is necessary to flow a large current like an arc discharge. Absent. Therefore, the temperature of the cathode does not become high and the substrate 7 is not damaged, and a nanotube can be formed even when a small amount of current is applied or an electric field is applied.
【0026】本発明に用いられるバイアス印加機構の別
の例を、図2のカーボンナノチューブ製造装置を用いて
説明する。Another example of the bias applying mechanism used in the present invention will be described with reference to the carbon nanotube manufacturing apparatus shown in FIG.
【0027】本装置におけるバイアス印加機構は、引き
出し電極29を陰極として用いてバイアス印加を行なう
ものである。この引き出し電極29はシャッター23に
取り付けられており、電気的絶縁体28により絶縁され
ている。The bias applying mechanism in the present apparatus applies a bias using the extraction electrode 29 as a cathode. The extraction electrode 29 is attached to the shutter 23 and is insulated by the electrical insulator 28.
【0028】かかるバイアス印加機構の構成によれば、
基体7上でナノチューブを製造すると同時に引き出し電
極29の先に設置してあるTEM用グリッド上にもナノ
チューブを製造することが可能である。According to the structure of the bias applying mechanism,
It is possible to produce nanotubes on the TEM grid placed in front of the extraction electrode 29 at the same time as producing nanotubes on the base 7.
【0029】さらに、以上説明したようなバイアス印加
機構を用いてバイアス印加をした状態で、カーボンター
ゲット2にレーザーを照射してアブレーションさせる
と、基体7又は引き出し電極29に対して垂直方向にカ
ーボンナノチューブを成長させる、即ち垂直方向に配向
制御することが可能である。Further, when the carbon target 2 is irradiated with a laser to perform ablation in a state where a bias is applied by using the above-described bias applying mechanism, the carbon nanotubes are perpendicular to the substrate 7 or the extraction electrode 29. Can be grown, that is, the orientation can be controlled in the vertical direction.
【0030】[0030]
【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明をさらにより
詳細を説明する。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
【0031】(実施例1)図1に概略的に示した装置を
用いてバイアス印加なしでカーボンナノチューブを製造
した。本実施例で用いたカーボンナノチューブの作製条
件を以下に示す。Example 1 Carbon nanotubes were produced using a device schematically shown in FIG. 1 without applying a bias. The conditions for producing the carbon nanotubes used in this example are shown below.
【0032】 <作製条件> ・レーザー光:YAGレーザー (波長523nm、パルス幅15ns、10Hz、500mJ/pulse ) ・エネルギー密度:2.7J/cm2 (焦点距離700mm集光レンズ) 21J/cm2 (焦点距離350mm集光レンズ) ・ターゲット:Co−Ni触媒入りのカーボンペレット ・アブレーション時間:10、20sec ・プルーム空間温度:600〜1000℃ ・基体:Si、TEM用グリッド ・基体−ターゲット距離:55mm ・雰囲気:アルゴンガス500Torr<Preparation conditions> Laser light: YAG laser (wavelength 523 nm, pulse width 15 ns, 10 Hz, 500 mJ / pulse) Energy density: 2.7 J / cm 2 (focal length 700 mm condenser lens) 21 J / cm 2 ( (Focal distance: 350 mm condenser lens) ・ Target: carbon pellet containing Co-Ni catalyst ・ Ablation time: 10, 20 sec ・ Plume space temperature: 600 to 1000 ° C. ・ Base: Grid for Si, TEM ・ Base-target distance: 55 mm ・Atmosphere: Argon gas 500 Torr
【0033】なお、レーザーエネルギー密度の制御は集
光レンズの焦点距離を変えてアブレーション面積を変え
ることにより行った。また、ターゲットは、炭素とコバ
ルトとニッケルの比が98.8:0.6:0.6at
%、90.0:5.0:5.0at%の触媒金属入りの
2種類のカーボンターゲットを用いた。The laser energy density was controlled by changing the focal length of the condenser lens to change the ablation area. The target has a carbon / cobalt / nickel ratio of 98.8: 0.6: 0.6 at.
%, 90.0: 5.0: 5.0 at%, and two types of carbon targets containing a catalytic metal were used.
【0034】図3に、アルゴンガス500Torr、プ
ルーム空間温度1000℃、エネルギー密度2.7J/
cm2 でレーザーアブレーションを行なってナノチュー
ブ30が得られた試料表面の概略図を示す。TEM観察
の試料は基体をTEM用のグリッドに用いてアブレーシ
ョン実験を行なった。アブレーション時間は20秒間で
ある。図3のナノチューブ30は直径が数nmと見積も
られているが、枝分かれしているチューブの存在により
数本のチューブが束となって成長している可能性があ
る。そのナノチューブ30の周囲にはアモルファス状の
カーボン31が付着されている。FIG. 3 shows an argon gas of 500 Torr, a plume space temperature of 1000 ° C., and an energy density of 2.7 J /
FIG. 3 shows a schematic view of a sample surface on which nanotubes 30 were obtained by performing laser ablation at cm 2 . Ablation experiments were performed on the TEM observation samples using the substrate as a TEM grid. Ablation time is 20 seconds. Although the diameter of the nanotube 30 in FIG. 3 is estimated to be several nm, there is a possibility that several tubes grow as a bundle due to the presence of the branched tube. Amorphous carbon 31 is attached around the nanotube 30.
【0035】図4に、レーザー強度を21J/cm2 と
高エネルギーにしてプルーム空間温度600℃、アルゴ
ンガス500Torrでアブレーション実験した試料の
概略図を示す。アブレーション時間は10秒である。図
4に示すように、フィラメント状のナノチューブ30が
形成され、長さは約200〜300nmとなっている。
なお、上記の低エネルギーアブレーションとの違いは、
ナノチューブ30が真っ直ぐに成長したこと、太さが1
0〜20nmとなっていたこと、成長する長さが短くな
ったことが挙げられる。FIG. 4 is a schematic diagram showing a sample subjected to an ablation experiment with a plume space temperature of 600 ° C. and an argon gas of 500 Torr with a laser intensity as high as 21 J / cm 2 . Ablation time is 10 seconds. As shown in FIG. 4, a filament-shaped nanotube 30 is formed, and has a length of about 200 to 300 nm.
The difference from the above low energy ablation is
That the nanotubes 30 grew straight and the thickness was 1
0 to 20 nm, and the growth length was shortened.
【0036】本実施例ではプルーム空間を局所的且つ補
助的に加熱する事により、R.Smalleyらの開発
した電気炉式のレーザー装置より低い生成温度でカーボ
ンナノチューブの製造ができたので、結論としては従来
技術より供給される熱電力が少なく節約できる。In the present embodiment, the plume space is locally and supplementarily heated, so that the R.P. Since the carbon nanotubes can be produced at a lower production temperature than the electric furnace type laser device developed by Smallley et al., The thermal power supplied from the prior art is consequently reduced and saved.
【0037】(実施例2)本実施例では、バイアス印加
付きのレーザーアブレーション法によってカーボンナノ
チューブを作製した。本実施例のカーボンナノチューブ
の作製条件は、実施例1と同様であるが、ターゲットと
基体との距離を5〜55mmと変え、バイアス印加に用
いた直流電源は最高電圧まで変えて制御した。Example 2 In this example, carbon nanotubes were produced by a laser ablation method with bias application. The conditions for producing the carbon nanotubes in this example were the same as those in Example 1, except that the distance between the target and the substrate was changed to 5 to 55 mm, and the DC power supply used for bias application was controlled to the maximum voltage.
【0038】図5に、本実施例によって基体ホルダー8
に付けられた基体7上に成長するカーボンナノチューブ
の概略図を示す。FIG. 5 shows a substrate holder 8 according to this embodiment.
1 shows a schematic view of a carbon nanotube growing on a substrate 7 attached to FIG.
【0039】FE−SEM(電界放出走査型電子顕微
鏡)を用いてそれらの試料表面を観察したところ、バイ
アス電圧が大きいほど、作製されるカーボンナノチュー
ブ30の配向性が垂直方向になる傾向がみられた。すな
わち、実施例1のバイアス無印加より大幅な配向性の向
上がみられた。また、バイアス印加しても実施例1と同
様に配向性がないままでカーボンナノチューブが成長す
る領域があったが、印加するバイアス電圧を大きくし続
けるとそのような領域が少なくなってきた。最終的には
図5に示すように基体上のほぼ全ての領域でカーボンナ
ノチューブが垂直な方向に成長しており、その垂直に配
向するカーボンナノチューブの密度が約2〜3倍となっ
た。Observation of the surface of the sample using an FE-SEM (field emission scanning electron microscope) shows that the orientation of the carbon nanotubes 30 to be produced tends to be vertical as the bias voltage is higher. Was. In other words, a significant improvement in the orientation was observed compared to the case where no bias was applied in Example 1. Further, even when a bias was applied, there was a region where the carbon nanotubes grew without orientation as in the case of Example 1. However, if the applied bias voltage was kept increasing, such a region was reduced. Finally, as shown in FIG. 5, the carbon nanotubes were grown in the vertical direction in almost all the regions on the substrate, and the density of the vertically aligned carbon nanotubes was about 2-3 times.
【0040】実施例1のバイアス印加無しの局所的加熱
方式では垂直に配向したカーボンナノチューブがみられ
なかったが、バイアス印加により配向性のあるカーボン
ナノチューブを製造できた。In the local heating method without bias application in Example 1, no vertically aligned carbon nanotubes were observed, but oriented carbon nanotubes could be produced by bias application.
【0041】(実施例3)バイアス印加により垂直方向
に配向させたカーボンナノチューブの試料デバイス、す
なわちカーボンナノチューブデバイスを用いて、そのデ
バイスから1mm離れたところで蛍光体を有するアノー
ドを設けた。さらに、真空装置内に設置し、アノードに
1kVの電圧を印加した。この結果、蛍光体が発光する
とともに、電子放出電流が確認されたので、本実施例の
カーボンナノチューブデバイスが良好な電子放出の機能
性を有することが確認された。Example 3 A carbon nanotube sample device oriented vertically by applying a bias, that is, a carbon nanotube device, was used, and an anode having a phosphor was provided at a distance of 1 mm from the device. Further, it was set in a vacuum device, and a voltage of 1 kV was applied to the anode. As a result, since the phosphor emitted light and the electron emission current was confirmed, it was confirmed that the carbon nanotube device of this example had good electron emission functionality.
【0042】[0042]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を奏する。 (1)レーザーアブレーションに加え、プルーム空間の
局所加熱を行なうことにより、従来技術に比べて低温度
でのカーボンナノチューブの形成が可能となった。 (2)レーザーアブレーションに加え、所定のバイアス
印加(電圧印加)を行なうことにより、従来技術に比べ
て低温度でのカーボンナノチューブの形成が可能となっ
た。また、基体に対して垂直方向にカーボンナノチュー
ブを成長させることができ、ナノチューブの配向性を制
御することが可能となった。 (3)さらにナノチューブの配向性を制御することによ
り、基体にはりつけながら成長させる可能性があり、電
子機能デバイスとして単一電子トランジスター等のナノ
デバイスヘの応用にも期待できる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. (1) By performing local heating of the plume space in addition to laser ablation, carbon nanotubes can be formed at a lower temperature than in the prior art. (2) By performing a predetermined bias application (voltage application) in addition to laser ablation, carbon nanotubes can be formed at a lower temperature than in the prior art. Further, carbon nanotubes can be grown in a direction perpendicular to the substrate, and the orientation of the nanotubes can be controlled. (3) By further controlling the orientation of the nanotubes, there is a possibility that the nanotubes are grown while being bonded to the substrate, and application to nanodevices such as single electron transistors as electronic functional devices can be expected.
【図1】本発明に用いることができるカーボンナノチュ
ーブ製造装置の一例を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing one example of a carbon nanotube production apparatus that can be used in the present invention.
【図2】本発明に用いることができるカーボンナノチュ
ーブ製造装置の別の例を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of a carbon nanotube manufacturing apparatus that can be used in the present invention.
【図3】本発明の実施例1でナノチューブが得られた試
料表面の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a sample surface from which nanotubes are obtained in Example 1 of the present invention.
【図4】本発明の実施例1でナノチューブが得られた別
の試料表面の概略図である。FIG. 4 is a schematic view of another sample surface from which nanotubes were obtained in Example 1 of the present invention.
【図5】本発明の実施例2でバイアス印加時に基体ホル
ダーに付けられた基体上に成長するカーボンナノチュー
ブの概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram of carbon nanotubes growing on a substrate attached to a substrate holder when a bias is applied in Example 2 of the present invention.
1 反応容器 2 カーボンターゲット 3 三重構造下部輻射板 4 タングステンフィラメント 5、6、9、28 電気的絶縁体 7 基体 8 基体ホルダー 10 電極棒 11 圧力計 12 交流電端子 13 交流電源 14 バリアブルリークバルブ 15 不活性ガス供給系 16 リークバルブ 17 石英窓 18 集光レンズ 19 ミラー 20 YAGレーザー 21 真空バルブ 22 真空排気系 23 シャッター 24 引き出し棒 25 負電端子 26 正電端子 27 直流電源 29 引き出し電極 30 カーボンナノチューブ 31 アモルファス状のカーボン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Reaction container 2 Carbon target 3 Triple structure lower radiation plate 4 Tungsten filament 5, 6, 9, 28 Electrical insulator 7 Substrate 8 Substrate holder 10 Electrode rod 11 Pressure gauge 12 AC terminal 13 AC power supply 14 Variable leak valve 15 Inactive Gas supply system 16 Leak valve 17 Quartz window 18 Condenser lens 19 Mirror 20 YAG laser 21 Vacuum valve 22 Vacuum exhaust system 23 Shutter 24 Drawer rod 25 Negative terminal 26 Positive terminal 27 DC power supply 29 Extraction electrode 30 Carbon nanotube 31 Amorphous carbon
フロントページの続き (72)発明者 田 透 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 Fターム(参考) 4G046 CC06 4K029 BA01 BA24 BA34 BD00 CA01 CA13 DB17 DB20 DC05 Continued on the front page (72) Inventor Toru Tada 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo F-term in Canon Inc. (reference) 4G046 CC06 4K029 BA01 BA24 BA34 BD00 CA01 CA13 DB17 DB20 DC05
Claims (6)
ゲットと基体を配置し、該ターゲットと該基体の間を局
所的に加熱した状態で、該ターゲットにレーザーを照射
して該ターゲットをアブレーションさせる工程を有する
ことを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。1. A target mainly composed of carbon and a substrate are placed in a reaction vessel, and the target is irradiated with a laser while locally heating the target and the substrate to ablate the target. A method for producing a carbon nanotube, comprising the steps of:
ゲットと基体を配置し、該基体と該ターゲットの間に電
圧を印加した状態で、該ターゲットにレーザーを照射し
て該ターゲットをアブレーションさせる工程を有するこ
とを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。2. A step of arranging a target mainly composed of carbon and a substrate in a reaction vessel and irradiating the target with a laser while applying a voltage between the substrate and the target to ablate the target. A method for producing a carbon nanotube, comprising:
ゲットと基体を配置し、且つ該基体と該ターゲットの間
に引き出し電極を設け、該引き出し電極と該ターゲット
の間、もしくは該引き出し電極と該基体の間、もしくは
該ターゲットと該引き出し電極と該基体の間に電圧を印
加した状態で、該ターゲットにレーザーを照射して該タ
ーゲットをアブレーションさせる工程を有することを特
徴とするカーボンナノチューブの製造方法。3. A target mainly composed of carbon and a base are arranged in a reaction vessel, and an extraction electrode is provided between the base and the target. The extraction electrode is provided between the extraction electrode and the target, or between the extraction electrode and the target. A method for producing carbon nanotubes, comprising a step of irradiating a laser to the target to ablate the target while a voltage is applied between the substrates or between the target, the extraction electrode, and the substrate. .
いて、前記カーボンターゲットと前記基体の間を局所的
に加熱することを特徴とするカーボンナノチューブの製
造方法。4. The method according to claim 2, wherein the space between the carbon target and the substrate is locally heated.
ーボンターゲットであることを特徴とする請求項1〜4
のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the target is a carbon target mixed with a metal catalyst.
The method for producing a carbon nanotube according to any one of the above.
製造したカーボンナノチューブを有するカーボンナノチ
ューブデバイスであって、該カーボンナノチューブが基
体から垂直方向に成長していることを特徴とするカーボ
ンナノチューブデバイス。6. A carbon nanotube device having carbon nanotubes produced by the method according to claim 2, wherein the carbon nanotubes are grown vertically from a substrate. Nanotube device.
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- 1999-04-27 JP JP11951199A patent/JP3423639B2/en not_active Expired - Fee Related
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