JP2001048511A - カーボンナノチューブ薄膜の製造方法、該カーボンナノチューブ薄膜を用いた電子放出素子と表示装置 - Google Patents

カーボンナノチューブ薄膜の製造方法、該カーボンナノチューブ薄膜を用いた電子放出素子と表示装置

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JP2001048511A
JP2001048511A JP22048999A JP22048999A JP2001048511A JP 2001048511 A JP2001048511 A JP 2001048511A JP 22048999 A JP22048999 A JP 22048999A JP 22048999 A JP22048999 A JP 22048999A JP 2001048511 A JP2001048511 A JP 2001048511A
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thin film
surfactant
electrode
producing
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Tomohiro Inoue
智博 井上
Okitoshi Kimura
興利 木村
Toshiharu Murai
俊晴 村井
Hiroyuki Takahashi
裕幸 高橋
Tadao Katsuragawa
忠雄 桂川
Yasuyuki Takiguchi
康之 滝口
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 CNTに期待される物性を有効に生かしたデ
バイスを得るために、生産性に優れ、低コストで、しか
も耐環境性に配慮した上で、界面活性剤等の不純物を含
有しない高純度なCNT薄膜を作製できるCNT薄膜の
製造方法、および該CNT薄膜の製造方法により作製し
たCNT薄膜を用いて、電子放出効率を高めた電界放出
型電子放出素子、該電界放出型電子放出素子を用いた蛍
光表示管、真空マイクロデバイス(Field Emi
ssion Display)などの表示装置の提供。 【解決手段】 電気化学的に酸化および/または還元可
能な界面活性剤によりCNT粒子をミセル化して水性媒
体中に分散または可溶化し、界面活性剤を電気化学的に
酸化および/または還元してミセルを分解させ、該ミセ
ル内のCNT分散粒子を薄膜化することを特徴とするC
NT薄膜の製造方法、該CNT薄膜を用いた電子放出素
子と表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電子デバイスやマイ
クロデバイスなどの機能材料や構造材料として応用が期
待されているCNT薄膜の製造方法、該製造方法で得ら
れたCNT薄膜を用いた電子放出素子、ならびに該電子
放出素子を用いた表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】CNTは厚さ数原子層のグラファイト状
炭素原子面を丸めた円筒が、複数個入れ子構造になった
ものであり、nmオーダーの外径の極めて微小な物質で
あり、1991年に発見され(Nature 354
1991 P56)、その化学的特性、電子的特性、力
学的特性などにより大きな注目を集めた。特に、化学的
安定性、金属的、半導体的な電気伝導性、高い電子放出
能、高い機械的強度、高い熱伝導性など様々な物性が観
測、および期待されている。現在、このような物性を利
用すべく、電界放出型電子放出素子、SPMプローブ、
触媒、構造強化材料、電池電極、センサー材料など各方
面において応用の可能性が研究されている。これらの中
で、特に電界放出型電子放出素子については、ディスプ
レーの薄型化、高輝度化、高コントラスト化、高視野角
化に伴い、ディスプレー用の冷陰極電子源として、従来
の熱電子放出電子源に代わる重要なデバイスとして期待
され、CNTの実用化の可能性が最も高いといえる。た
だし、この際、CNTエミッタをいかにして形成するか
が重要な課題である。
【0003】CNTの製造方法は、黒鉛などのアーク放
電(Nature 354 P561991、Natu
re 358 P220 1992)による方法、触媒
を用いた熱分解法(J.Phys.Chem.Soli
ds 54 P18411993)、レーザー蒸発法
(Science 273 P483 1996)、C
VD法(Science 274 P1701 199
6)などが挙げられる。さらに、遠心分離法、ろ過法、
酸化法、クロマトグラフ法等の種々の精製法が検討さ
れ、より高純度なCNTが生成可能となってきた。
【0004】上記デバイス等への応用を考えた場合、n
mオーダーのCNT微粒子を集合体として取り扱う技
術、たとえば、成膜、成型、配向技術が必要である。特
に成膜に関しては重要で、CNTにおいても、蒸着法、
CVD法などの乾式成膜法(特開平6−184738、
特開平10−265208)、塗布、印刷、電気泳動
[Jpn.J.Appl.Phys.Vol.35 L
917(1996)]などの湿式成膜法の検討が行われ
ている。しかし、乾式成膜法は大規模な装置が必要であ
り、生産性が低いなどの問題がある。さらに、1μm以
下の成膜は可能であるが、逆に1μm以上の成膜に時間
がかかったり、成膜する部分にアルミナ、ポーラスSi
などのようなポーラス状の型が必要であったりと難点が
ある。
【0005】また、塗布、印刷などの湿式成膜法は各種
有機材料、顔料、ポリマー材料等では工業的には広く用
いられているが、CNTへの具体的な応用例は少なく、
CNTの分散性が悪いため、均一な薄膜が得られず、界
面活性剤を用いて分散性を向上させると、界面活性剤を
含んだ膜となってしまう。また、有機溶媒を分散媒体と
することが一般的であり、耐環境性の点で優れていると
は言えない。さらに、塗布の場合、薄膜をパターン化す
る際、薄膜形成後にフォトリソグラフィーなどの方法に
より不用な部分を除去することとなり、貴重なCNT材
料の成膜法としては効率的ではない。一方、電気泳動を
用いた方法では、必要な部分のみに成膜することが可能
であるが、塗布と同様に界面活性剤を用いてCNTを分
散した場合には生成した薄膜中に界面活性剤を含有して
しまったり、高電界を必要とするため、それに伴い、副
反応が起こったり、比較的低電界で分解の起こる水が使
用できにくく、有機溶媒を分散媒体にしなければなら
ず、塗布と同様、耐環境性において問題が残るのが現状
である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
したようなCNTに期待される物性を有効に生かしたデ
バイスを得るために、生産性に優れ、低コストで、しか
も耐環境性に配慮した上で、界面活性剤等の不純物を含
有しない高純度なCNT薄膜を作製できるCNT薄膜の
製造方法、および該CNT薄膜の製造方法により作製し
たCNT薄膜を用いて、電子放出効率を高めた電界放出
型電子放出素子、該電界放出型電子放出素子を用いた蛍
光表示管、真空マイクロデバイス(Field Emi
ssionDisplay)などの表示装置を提供する
ことにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、CNTを
電気化学的に酸化および/または還元可能な界面活性剤
によりミセル化して水性媒体中に分散または可溶化し、
界面活性剤を電気化学的に酸化および/または還元する
ことにより、低コストで生産性が優れ、しかも環境に配
慮した高純度で均一なCNT薄膜を形成できることを見
い出し、本発明に到達することができた。
【0008】本発明の成膜に用いる電気化学的に酸化お
よび/または還元する方法としては、いわゆるミセル
電解法と呼ばれる方法(特許公報1812057な
ど)、電解以外の酸化還元反応を用いる方法(特開平
3−23227など)、その他の電解方法(特開平2
−164435)などが挙げられるが、本発明で使用す
る酸化および/または還元方法は、本発明の目的を達成
し得るものであれば良く、前記の方法に限定されるもの
ではない。
【0009】特に、本発明のCNT薄膜の形成方法とし
ては、以下に記載するものが好ましい。 (1)電気化学的に酸化および/または還元可能な界面
活性剤によりCNT粒子をミセル化して、水性媒体に分
散または可溶化したミセルを電解することにより、界面
活性剤を電気化学的に酸化および/または還元してミセ
ルを分解させ該ミセル内のCNT分散粒子を薄膜化する
方法、(2)電気化学的に酸化可能な界面活性剤により
CNT粒子をミセル化して水性媒体に分散、または可溶
化した水性媒体中に、表面に界面活性剤の酸化電位より
も貴な金属化合物を付着させた電極を浸漬することによ
り前記ミセルを分解し、該ミセル内のCNT分散粒子を
陽極上に堆積させ、薄膜化する方法。
【0010】電極の表面処理 前記CNT薄膜の形成方法においては、電極基板のCN
T薄膜との接着性を向上するため、電極の表面粗さを中
心線平均粗さでRaを0.005μm以上とするのが好
ましい。この場合、例えば、電極表面を粗面化、あるい
は下地電極上に導電性微粒子層を形成してRaを0.0
05μm以上とすることができる。また、電極表面を疎
水化処理することにより、電極基板のCNT薄膜との接
着性を向上しても良い。
【0011】CNTは前述のような方法で作製した後、
副生成物であるアモルファスカーボンナノ粒子、フラー
レン類、金属ナノ粒子などを分離除去する精製プロセス
が必要であるが、この際、ほとんどの精製法は、CNT
を媒体中に分散した湿式の状態で行われ、特に精製法が
遠心分離法である場合には、そのままのサンプル状態
で、精製プロセス終了後、本発明の薄膜化プロセスへ移
行できるため、本発明のCNT薄膜の形成方法は、非常
に有効である。本発明で得たCNT薄膜はエミッタに使
用した場合、高効率で安定した電子放出能を持った電界
放出型電子放出素子、低駆動電圧の表示装置が得られ
た。
【0012】以下、本発明をさらに具体的に説明する。
前記(1)のミセル電解法では、CNTを電気化学的に
酸化および/または還元可能な界面活性剤によりミセル
化して水性媒体に分散、または可溶化して、この水性媒
体に必要に応じて支持塩を添加して電解すると、界面活
性剤が陽極近傍で酸化、また陰極近傍で還元されること
によりミセルが分解し、ミセル内のCNTの分散粒子が
陽極および/または陰極上に堆積するものである。
【0013】このミセル電解法に使用する界面活性剤と
しては、フェロセン誘導体が好ましく、これらCNTを
ミセル化する際に用いるフェロセン誘導体界面活性剤
は、電解反応に必要なフェロセン部位と非イオン性、カ
チオン性、アニオン性の界面活性部位を合わせ持ち、特
開昭63−243298、特開平1−226894、特
開平1−45370、特開平2−88387、特開平2
−96585、特開平2−250892に開示されてい
るが、これらに限定されるものではない。
【0014】フェロセン誘導体以外の界面活性剤として
は、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシ
エチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキル
フェニルエーテルなどの非イオン性の界面活性剤が用い
られ、陽極、陰極間を3.0〜5.0Vに設定し、電流
密度10〜100μA/cmとして行う。
【0015】ミセル電解液の水性媒体としては、水、お
よび水に水溶性溶媒、例えばアルコール、アセトンなど
を必要に応じて混合して用いる。また、ミセル電解液中
には、水性媒体の電気伝導度を調節するために、必要に
応じて支持電解質を添加する。この支持電解質として
は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、などの硫酸塩、
ハロゲン化物、酢酸塩、水溶性酸化物など、一般に広く
用いられているものが用いられる。
【0016】上記各材料を用いて、ミセル電解液を調製
するには、上記水性媒体中にCNT、酸化還元可能な界
面活性剤、必要に応じて、支持電解質などを入れて、ホ
モジナイザー、三本ロールミル、サンドミル、パールミ
ル、スターラー、超音波などの分散方法で、均一に分
散、あるいは可溶化する。界面活性剤濃度は0.1〜
1.0mol/lが好ましく、CNT粒子濃度は1〜5
00g/lが好ましい。
【0017】また、CNTは通常、外径1〜数十nm程
度で、長さが数μm以上の高アスペクト比の繊維状粒子
が束状になっており、水性媒体中に分散、または可溶化
するには、必要に応じて超音波等を用いてこれらの束を
ほぐしたり、アスペクト比のあまりに大きいものは粉砕
することによって安定に分散、または可溶化することが
できる。
【0018】このようにして調製したミセル電解液を用
いて薄膜を作製するには、電極基板を電解液中に浸漬し
通電処理するが、この時の電解条件としては、用いる界
面活性剤の酸化還元電位以上で、水素発生電位以下の電
圧で行なう。具体的には、0.1〜1.5V、電流密度
は1mA/cm以下が好ましく、定電位、定電流など
の電解方法にて行なう。このような条件で電解するとミ
セル電解法の原理に従って、所望の薄膜が形成する。
【0019】前記(2)の電解以外の酸化還元反応を用
いる方法では、ミセル化までは(1)と同様であるが、
薄膜を形成する電極上に使用する界面活性剤の酸化電
位、例えばフェロセン誘導体の酸化電位よりも貴な金属
化合物を付着させたものを用いてミセル分散液中で半電
池電極を形成させると、ミセル分散液中に浸漬するだけ
で、例えばフェロセン誘導体の場合、金属化合物中の金
属イオンが還元され、フェロセン誘導体のFeが酸化さ
れるため、ミセルが分解して、分散粒子のCNTが陽極
上に堆積する。ここで用いるフェロセン誘導体は(1)
と同様なものが用いられる。ただし、この方法における
場合も界面活性剤はフェロセン誘導体に限定されるもの
ではなく、基準となる酸化還元電位は、使用する界面活
性剤の酸化還元電位となる。
【0020】電極基板 前記(1)で界面活性剤としてフェロセン化合物を使用
する場合には、フェロセン化合物の酸化電位よりも貴な
導電体、たとえば、金、銀、白金、カーボン、ITOな
どの導電性金属酸化物、導電性高分子などが挙げられ
る。これらは、単体で用いても、各種金属、セラミック
ス、ガラス、ポリマーフィルム等の支持体基板上にスパ
ッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法等
の物理的方法、印刷法、塗布法、化学蒸着法などの化学
的方法などにより形成して用いてもよい。
【0021】前記(1)で界面活性剤としてフェロセン
化合物以外の界面活性剤を使用する場合には、前記で挙
げたもの以外に、アルミニウム、鉄、亜鉛、錫、ニッケ
ルなどの金属、合金、結晶シリコン、アモルファスシリ
コンなどの半導体などを用いることができる。
【0022】前記(2)の場合には、各種金属、カーボ
ン、導電性金属酸化物、導電性高分子などの上に、フェ
ロセン化合物の酸化電位よりも貴な金属化合物を付着さ
せたものを用いる。金属化合物としてはPbO、MnO
、CuO、WO、ZnO、CuS、HgS、
AgSなどが挙げられ、スパッタリング法、イオンプ
レーティング法、真空蒸着法等の物理的方法、印刷法、
塗布法、化学蒸着法などの化学的方法などによって付着
させることができる。また、鉛、マンガン、アルミニウ
ム、亜鉛などの金属単体を酸化して使用することもでき
る。
【0023】電極基板は、前述のように表面粗さを特定
の範囲に規定することにより、CNT薄膜と電極基板の
接着性が向上する。電極基板の表面粗さを制御する方法
としては、(a)上記電極の構成材料、作製条件により
制御する方法、あるいは(b)電極を表面処理する方法
が挙げられる。前者の方法としては種々考えられるが、
特に支持体基板上に導電性微粒子からなる層を粗面化層
として設けて電極としたものが効果的である。この場
合、接着性を向上させるだけでなく、導電性微粒子の種
類や分散密度を制御して、生成するCNT薄膜の密度等
を制御することも可能である。この導電性微粒子の粗面
化層とは、たとえば、金属、ITOなどの導電性金属酸
化物微粒子をフィラーとして分散し塗布した樹脂分散
層、また、支持体基板を導電性として、前述の電気化学
的手法により形成した層などが挙げられる。後者の表面
処理としては、前述の塩酸、硫酸、りん酸等の酸性溶液
等に浸漬したり、スプレー散布したりする化学的研磨に
よる方法やサンドブラスト、ショットブラスト、ブラシ
研磨、バフ研磨等による機械的粗面化方法、プラズマ中
に暴露する方法等が挙げられる。これらの方法によっ
て、電極表面を中心線平均粗さRaが0.005μm以
上とすることが好ましい。
【0024】前記中心線平均粗さRaとは、JIS−B
0601記載の方法で求められるものであり、凹凸の中
心線から各凹凸までの偏差の平均値を表している。本発
明では、DEKTAK触針式表面粗さ計を用いて、測定
長さ500μm、カットオフ値0.08μmで測定を行
なった。
【0025】電極基板の表面粗さを規定する以外に電極
基板の疎水化処理によっても接着性を向上できる。ここ
で、電極基板の疎水化処理は種々の方法で行うことがで
きるが、たとえば、カップリング剤を使用した処理など
が挙げられる。この際使用されるカップリング剤は一般
的に使用されているものでよく、たとえば、シランカッ
プリング剤、チタンカップリング剤、ジルコニウムカッ
プリング剤、アクリレート系カップリング剤、メタクリ
レート系カップリング剤などである。これらのカップリ
ング剤を溶剤中に溶解し、被処理電極基板を浸漬し加熱
還流し乾燥したり、直接カップリング剤を塗布乾燥して
もよく、これらのプロセスには限定されない。
【0026】本発明で使用するCNTは、遠心分離法に
よって精製されて得られたものが効果的であることを述
べたが、遠心分離法は、前述のように界面活性剤を用い
てCNT分散液を作製し、該CNT分散液を遠心分離機
を用いて2000〜15000rpmで、副生成物であ
るアモルファスカーボンナノ粒子、フラーレン類、金属
ナノ粒子などを沈降分離させて、かなりの高収率でCN
Tのみを分散液中に残す方法である。この状態である
と、このまま本発明の電気化学的手法による薄膜化プロ
セスに移行できるため、非常に有効である。
【0027】本発明では、このようにして作製したCN
T薄膜を電子放出源として用いた電子放出素子に応用し
た。CNT薄膜を用いた電子放出素子の構成例を図1に
示した。ただし、本発明のCNT薄膜を用いた電子放出
素子は、このような構成に限定されるものではない。
【0028】図1中、1はカソード電極(ITO電極)
で、前述の電気化学的手法によりCNT薄膜を構成でき
るものを用い、電極材料自体が支持基板を構成しても、
別の支持基板上に電極を構成しても良い。カソード電極
上には電気化学的手法により作製したCNT薄膜から構
成されたエミッタ2と絶縁層3があり、絶縁層上部にゲ
ート電極4が設けられる。これらの構成は、図1(a)
のようにカソード電極/エミッタ(CNT薄膜)/絶縁
層/ゲート電極を順次作製してから、フォトリソグラフ
ィー技術によりエミッタ部の絶縁層/ゲート電極をエッ
チング除去した構成のものが挙げられる。
【0029】また、図1(b)のように、カソード電極
/絶縁層/ゲート電極を順次作製して後、フォトリソグ
ラフィー技術によりエミッタ部の絶縁層/ゲート電極を
エッチング除去し、カソード電極の露出部分にエミッタ
(CNT薄膜)を作製した構成のものであってもよい。
ただし、後者の方が電気化学的手法のメリットが有効に
生かされる。
【0030】前記絶縁層は、金属酸化物、金属窒化物、
金属炭化物などの誘電体材料を、スパッタリング法、蒸
着法、CVD法などの乾式成膜法、塗布などの湿式成膜
法、基板の陽極酸化、熱酸化法などにより作製し、ゲー
ト電極は、導電性材料をスパッタリング法、蒸着法、C
VD法などの乾式成膜法、塗布などの湿式成膜法等によ
り作製できる。実際のカソードからの電子放出の際に
は、図3に示したように、放出された電子を捕獲するア
ノード電極が必要になり、さらに、電極上に蛍光体を組
み合わせることにより、蛍光表示管、真空マイクロデバ
イスなどの表示装置が作製できる。
【0031】
【実施例】以下、本発明の実施例を示す。
【0032】実施例1 炭素電極1対を用意し、一方をアノード電極(炭素
源)、もう一方をカソード電極(CNT収集部材)とし
て、真空容器内に配置する。真空容器内を排気するとと
もに、Arをガス真空容器内に導入し、約500tor
rにする。電極間に直流電圧10〜20Vを印加し、電
流100Aとなるようにアーク放電を発生させ、カソー
ド電極上にCNTを作製した。これをエタノール中に超
音波分散し、セラミックフィルターにてろ過して、副生
成物等の不純物成分を分離して、フィルター上に残った
CNTを回収した。回収したCNT1.5g、フェロセ
ン誘導体としてFPEG(同仁化学製)0.2g、支持
塩としてLiBr1.0gを水100mlに加えて10
分間超音波分散して、成膜用の分散液を作製した。この
分散液を用いて、陽極にITOを成膜したガラス基板
(ジオマテック社製 面抵抗20Ω/□、厚さ1200
Åガラス;コーニング社製#7059、中心線平均粗さ
Ra=0.001μm)、陰極に白金板、参照電極に飽
和カロメル電極(SCE)として、25℃、0.5V
(vs.参照電極)の定電位電解を15mC/cm
ない、陽極上に1.81μmの均一なCNT薄膜が形成
できた。さらに、このCNT薄膜を酸性水溶液中に浸漬
して超音波処理を行い、水溶性成分を抽出し、ICP発
光分光法にて分析したところ、界面活性剤のフェロセン
化合物に起因する鉄元素は検出されなかった。
【0033】実施例2 実施例1と同様にCNTを作製し、カソード電極上から
回収し、ろ過精製を行わない粗CNT2.0g、フェロ
セン誘導体としてFPEG(同仁化学製)0.2g、支
持塩としてLiBr1.0gを水100mlに加えて1
0分間超音波分散後、遠心分離(8000rpm10
分)により、副生成物、不溶解成分、分散安定度の低い
成分などを分離精製して、成膜用の分散液を作製した。
以下、実施例1と同様な電極、および条件で電解を行っ
たところ、陽極上に1.62μmの均一なCNT薄膜が
形成できた。
【0034】実施例3 ITOを成膜したガラス基板(ジオマテック社製 面抵
抗20Ω/□、厚さ1200Åガラス;コーニング社製
#7059)を2NFeCl/6NHClに1分間浸
漬した後、水洗、ブローを行ない、電極表面を粗面化し
て中心線平均粗さRaを0.0051μmとした。次
に、これをフォトリソグラフィーにて、100μmピッ
チのストライプ状パターンに加工した。この電極を陽極
として、以下、実施例2と同様な分散液、および条件で
電解を行ったところ、陽極上に1.63μmの均一なC
NT薄膜が形成できた。さらに、この薄膜は流水洗浄後
もCNT粒子の脱落がなく、均一な状態を維持してい
た。
【0035】実施例4 ポリビニルブチラール(ユニオンカーバイドXYHL)
10重量部をメチルエチルケトン/シクロヘキサノン
(7/3vol)50重量部に溶解して、導電性微粒子
としてSnO4重量部を加えて三本ロールミルにて分
散し、Al基板上に塗布して、120℃1時間乾燥し
て、電極表面を中心線平均粗さRa=0.055μmと
した。この電極を陽極として、以下、実施例1と同様な
分散液、および条件で電解を行ったところ、陽極上に
1.80μmの均一なCNT薄膜が形成できた。さら
に、この薄膜は、流水洗浄後もCNT粒子の脱落がな
く、均一な状態を維持していた。
【0036】実施例5 Al板を1N希硫酸中に浸して、酸化アルミニウム層を
形成し、中心線平均粗さRa0.0019μmのCNT
薄膜作製用電極とした。この電極を実施例2と同様な分
散液中に25℃で15分間浸漬したところ、電極上に
1.16μmの均一なCNT薄膜が形成できた。
【0037】実施例6 実施例5と同様にAl板を1N希硫酸中に浸して、酸化
アルミニウム層を形成した。この基板をシランカップリ
ング剤(信越化学社製LS−1260)の10%トルエ
ン溶液に浸漬して5時間加熱還流してITO表面を疎水
化処理し、CNT薄膜作製用の電極基板とした(中心線
平均粗さRa0.0022μm)。この電極を実施例2
と同様な分散液中に25℃で15分間浸漬したところ、
電極上に1.18μmの均一なCNT薄膜が形成でき
た。さらに、この薄膜は、流水洗浄後もCNT粒子の脱
落がなく、均一な状態を維持していた。
【0038】実施例7 Bucky USA社製CNT(BU−200)1.0
g、ポリオキシエチレンラウリルエーテル0.25g、
支持塩としてLiBr1.0gを水100mlに加えて
10分間超音波分散し、3日間マグネチックスターラー
にて攪拌後、遠心分離(2000rpm60分)により
凝集成分を分離して、電解用の分散液を作製した。そし
て、陽極に白金板、陰極に前記実施例1と同様な基板、
参照電極に飽和カロメル電極(SCE)を用いて、25
℃、−0.2mA/cmの定電流電解を15分間行な
ったところ、陰極上に0.78μmの均一なCNT薄膜
が形成できた。
【0039】実施例8 実施例1で作製したCNT薄膜を電子放出源に用いて、
以下のように電子放出素子を作製した(図2)。実施例
1で作製した表面にITO層(カソード電極)22を成
膜したガラス基板21上に、絶縁層として2.0μmの
SiO層23をスパッタリング法にて形成した
[(a)〜(b)]。前記SiO層23上に、ゲート電
極層として0.4μmのAl層24をスパッタリング法
にて形成した(c)。このような積層膜をフォトリソグ
ラフィー技術により、エミッタ作製部のSiO層23
/Al層24をエッチングし、ITO電極層(カソード
電極)を露出させた(d)。これを実施例1で作製した
成膜用分散液に浸漬して、実施例1と同様な条件にて電
解し、所定のITO電極部にCNT薄膜25を形成した
(e)。このようにして作製した電子放出素子を図3の
ように真空容器内に入れて放出電子を捕獲するアノード
電極26をエミッタから200μmの位置に保持し、真
空容器内を10−6torrとして、カソード/アノー
ド間に400V、カソード/ゲート間に50Vの電圧を
印加したところ、5mA/cmの電流が観測された。
【0040】実施例9 実施例8において、蛍光体を塗布した透明電極をアノー
ド電極としたところ、明るくかつ安定な蛍光表示が観測
された。
【0041】比較例1 実施例1で作製したCNT2gをエタノール100gに
超音波分散して、CNT分散液を作製した。これを実施
例1で用いたガラス/ITO基板上にスピンコート法に
て塗布、乾燥したところ、均一な薄膜が得られなかっ
た。
【0042】比較例2 実施例1で作製したCNT2.0gを界面活性剤として
ドデシルスルフォン酸ナトリウムを0.6wt%含有し
たエタノール100gに超音波分散して、CNT分散液
を作製した。これを実施例3で粗面化したITO基板
(パターニングなし)上にスピンコート法にて塗布、乾
燥したところ、1.60μmの薄膜が得られた。さら
に、このCNT薄膜を酸性水溶液中に浸漬して超音波処
理を行い、水溶性成分を抽出し、ICP発光分光法にて
分析したところ、界面活性剤に起因するナトリウム元素
が検出された。また、フォトリソグラフィーを用いて不
用部分を除去することにより、これをパターニングでき
たが、一部パターニング不良が見られた。
【0043】比較例3 実施例1で作製したCNT2.0gを界面活性剤として
ドデシルスルフォン酸ナトリウムを0.4wt%含有し
たイソプロピルアルコール100gに超音波分散して、
CNT分散液を作製した。これを用いて、陽極に白金
板、陰極に実施例3で用いた粗面化したITO基板(パ
ターニングなし)とし、25℃にて電極間に5.0×1
V/cmの直流電解を10分間印加して電気泳動を
行なったところ、陰極上に0.89μmのCNT薄膜が
形成できたが、有機溶媒の使用と高電界が必須となっ
た。さらに、このCNT薄膜を酸性水溶液中に浸漬して
超音波処理を行い、水溶性成分を抽出し、ICP発光分
光法にて分析したところ、界面活性剤に起因するナトリ
ウム元素が検出された。
【0044】
【効果】請求項1 本発明のCNT薄膜の製造方法により、化学的安定性、
金属的、半導体的な電気伝導性、高い電子放出能、高い
機械的強度、高い熱伝導性など様々なCNTの期待され
る物性を有効に生かし、低コストで生産性に優れ、さら
に環境にも配慮したCNT薄膜の製造が可能となり、後
述する電子放出素子や表示装置をはじめとする様々な応
用が可能となった。 請求項2 界面活性剤等の不純物を含まない均一なCNT薄膜の製
造が大規模な装置を用いることなく可能になった。 請求項3 電極基板にある程度制限を受けるが、外部から電界を印
加しなくても均一なCNT薄膜の製造が可能となった。 請求項4 本発明では、界面活性剤がフェロセン誘導体からなるミ
セル化剤である場合に、電解条件での制御が行い易く成
膜効率が高かった。 請求項5、6、7 CNT薄膜と電極基板との密着性が向上し、種々の用途
で実使用に耐える薄膜が得られた。 請求項8 精製法が遠心分離法である場合には、そのままのサンプ
ル状態で、精製プロセス終了後、本発明の薄膜化プロセ
スへ移行できるため、工程の簡略化が可能となった。 請求項9 本発明のCNT薄膜を電子放出素子とすることにより、
従来の方法に比べて作製方法が簡単で、電子放出効率の
高く安定な電子放出素子が得られた。 請求項10 本発明の電子放出素子を蛍光表示装置に用いることによ
り、電子放出効率が高いため、低駆動電圧で動作可能な
表示装置が作製できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のCNT薄膜を用いた電子放出素子の構
成例を示す図である。 (a)カソード電極/エミッタ(CNT薄膜)/絶縁層
/ゲート電極を順次作製してから、フォトリソグラフィ
ー技術によりエミッタ部の絶縁層/ゲート電極をエッチ
ング除去して得られたもの。 (b)カソード電極/絶縁層/ゲート電極を順次作製し
て後、フォトリソグラフィー技術によりエミッタ部の絶
縁層/ゲート電極をエッチング除去し、カソード電極の
露出部分にエミッタ(CNT薄膜)を作製して得られた
もの。
【図2】実施例8の電子放出素子の作製工程図である。 (a)実施例1で作製した表面にITO層22を成膜し
たガラス基板21。 (b)前記(a)のガラス基板21上に、絶縁層(Si
層)23をスパッタリング法にて形成したもの。 (c)前記(b)上に、ゲート電極層としてAl層24
をスパッタリング法にて形成したもの。 (d)前記(c)の積層膜をフォトリソグラフィー技術
により、エミッタ作製部のSiO層23/Al層24
をエッチングし、ITO電極層を露出させたもの。 (e)前記(d)を実施例1で作製した成膜用分散液に
浸漬して、実施例1と同様な条件にて電解し、所定のI
TO電極部1にCNT薄膜25を形成したもの。
【図3】図2に示す工程で得られた電子放出素子を真空
容器内に入れてカソード/ゲート間の電圧を印加する装
置。
【符号の説明】
1 カソード電極 2 電気化学的手法により作製したCNT薄膜から構成
されたエミッタ 3 絶縁層 4 Al層(ゲート電極) 21 ガラス基板 22 ITO層 23 SiO層 24 Al層 25 CNT薄膜 26 アノード電極 31 ガラス基板 32 ITO層 33 SiO層 34 Al層 35 CNT薄膜 36 アノード電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01J 9/02 H01J 31/12 C 31/12 1/30 F (72)発明者 村井 俊晴 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 高橋 裕幸 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 桂川 忠雄 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 滝口 康之 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 Fターム(参考) 4G046 CA00 CB03 4G075 AA24 BB07 BB08 BD16 BD26 CA20 CA57 EC21 5C036 EE01 EE02 EE14 EF01 EF06 EF09 EG12 EH08 EH11 EH26 5G301 BA02 BA10 BE10

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気化学的に酸化および/または還元可
    能な界面活性剤によりカーボンナノチューブ(以下、C
    NTとも言う)粒子をミセル化して水性媒体中に分散ま
    たは可溶化し、界面活性剤を電気化学的に酸化および/
    または還元してミセルを分解させ、該ミセル内のCNT
    分散粒子を薄膜化することを特徴とするCNT薄膜の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 電気化学的に酸化および/または還元す
    る方法が、電気化学的に酸化および/または還元可能な
    界面活性剤によりCNT粒子をミセル化して水性媒体に
    分散または可溶化し電解することにより、界面活性剤が
    陽極近傍で酸化および/または陰極近傍で還元されるこ
    とによりミセルが分解し、該ミセル内のCNT分散粒子
    を電極上に堆積し、薄膜化することを特徴とする請求項
    1記載のCNT薄膜の製造方法。
  3. 【請求項3】 電気化学的に酸化および/または還元す
    る方法が、CNT粒子を電気化学的に酸化可能な界面活
    性剤によりミセル化して水性媒体に分散または可溶化
    し、これに表面に前記界面活性剤の酸化電位よりも貴な
    金属化合物を付着させた電極を浸漬することにより前記
    ミセルが分解し、該ミセル内のCNT分散粒子を陽極上
    に堆積させ、薄膜化することを特徴とする請求項1記載
    のCNT薄膜の製造方法。
  4. 【請求項4】 界面活性剤がフェロセン誘導体からなる
    ミセル化剤であることを特徴とする請求項1〜3のいず
    れかに記載のCNT薄膜の製造方法。
  5. 【請求項5】 電極の表面粗さが、中心線平均粗さRa
    が0.005μm以上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CNT薄膜の製造方法。
  6. 【請求項6】 電極が支持基板上に導電性微粒子層を形
    成したものであることを特徴とする請求項5に記載のC
    NT薄膜の製造方法。
  7. 【請求項7】 電極表面が疎水化処理されていることを
    特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のCNT薄膜
    の製造方法。
  8. 【請求項8】 CNTが遠心分離法により精製されたも
    のであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記
    載のCNT薄膜の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項1〜8のいずれかに記載のCNT
    薄膜の製造方法で得られたCNT薄膜を電子放出源とし
    て用いたことを特徴とする電子放出素子。
  10. 【請求項10】 請求項9記載の電子放出素子を用いた
    表示装置。
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004052782A1 (ja) * 2002-12-06 2004-06-24 Hokkaido Technology Licensing Office Co., Ltd. ナノカーボン溶解性水溶液、精製用水溶液及び精製方法
JP2005520308A (ja) * 2001-06-14 2005-07-07 ハイピリオン カタリシス インターナショナル インコーポレイテッド 変性カーボンナノチューブを用いた電界放射装置
JP2005524000A (ja) * 2002-04-23 2005-08-11 ナンテロ,インク. カーボンナノチューブ膜、層、ファブリック、リボン、素子及び製品を製造するために予備成形ナノチューブを使用する方法
JP2005263608A (ja) * 2004-03-22 2005-09-29 Kao Corp カーボンナノチューブ用水性分散剤
WO2005095040A1 (ja) * 2004-03-31 2005-10-13 Ebara Corporation 接合方法及び接合体
JP2006278226A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Nikkiso Co Ltd 電界放出型ライトのカソード
JP2007039623A (ja) * 2005-07-08 2007-02-15 Hokkaido Univ カーボンナノチューブ分散ペースト、カーボンナノチューブ分散溶液およびその製造方法
JP2007042352A (ja) * 2005-08-02 2007-02-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電界電子放出源及びそれを用いたマグネトロン及びマイクロ波応用装置
JP2007136645A (ja) * 2005-11-22 2007-06-07 Toyo Univ Cnt薄膜の製造方法およびこの薄膜を用いたバイオセンサ
JP2007182363A (ja) * 2005-03-24 2007-07-19 Hokkaido Technology Licence Office Co Ltd 微小カーボン分散物
WO2007083771A1 (ja) * 2006-01-20 2007-07-26 Ezaki Glico Co., Ltd. 導電性コーティング用水性組成物
KR100804072B1 (ko) 2006-08-04 2008-02-18 연세대학교 산학협력단 양친매성 블록공중합체 마이셀을 이용한 단일벽탄소나노튜브의 분산방법
US7365100B2 (en) 2002-01-15 2008-04-29 Nanodynamics, Inc. Compositions of suspended non-aggregated carbon nanotubes, methods of making the same, and uses thereof
US7374467B2 (en) 2004-05-21 2008-05-20 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Fabrication method of field emitter electrode and field emission device produced by using the same
US7470353B2 (en) 2004-08-30 2008-12-30 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Method of manufacturing field emitter electrode using self-assembling carbon nanotubes and field emitter electrode manufactured thereby
CN100466145C (zh) * 2003-12-19 2009-03-04 东元奈米应材股份有限公司 一种纳米碳管的喷涂液及其喷涂方法
US20130101830A1 (en) * 2011-10-25 2013-04-25 Kevin V. Hagedorn Metal Organic Complexes For Improved Smoothness And Uniformity Of Thin Films Deposited From Nanocolloids Via Electrophoresis

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005520308A (ja) * 2001-06-14 2005-07-07 ハイピリオン カタリシス インターナショナル インコーポレイテッド 変性カーボンナノチューブを用いた電界放射装置
US7365100B2 (en) 2002-01-15 2008-04-29 Nanodynamics, Inc. Compositions of suspended non-aggregated carbon nanotubes, methods of making the same, and uses thereof
JP2005524000A (ja) * 2002-04-23 2005-08-11 ナンテロ,インク. カーボンナノチューブ膜、層、ファブリック、リボン、素子及び製品を製造するために予備成形ナノチューブを使用する方法
WO2004060798A1 (ja) * 2002-12-06 2004-07-22 Hokkaido Technology Licensing Office Co., Ltd. ナノカーボン可溶化剤、その精製方法及び高純度ナノカーボンの製造方法
US7691358B2 (en) 2002-12-06 2010-04-06 National University Corporation Hokkaido University Nanocarbon solubilizer, method for purifying same, and method for producing high-purity nanocarbon
WO2004052782A1 (ja) * 2002-12-06 2004-06-24 Hokkaido Technology Licensing Office Co., Ltd. ナノカーボン溶解性水溶液、精製用水溶液及び精製方法
CN100466145C (zh) * 2003-12-19 2009-03-04 东元奈米应材股份有限公司 一种纳米碳管的喷涂液及其喷涂方法
JP2005263608A (ja) * 2004-03-22 2005-09-29 Kao Corp カーボンナノチューブ用水性分散剤
WO2005095040A1 (ja) * 2004-03-31 2005-10-13 Ebara Corporation 接合方法及び接合体
US7374467B2 (en) 2004-05-21 2008-05-20 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Fabrication method of field emitter electrode and field emission device produced by using the same
US7470353B2 (en) 2004-08-30 2008-12-30 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Method of manufacturing field emitter electrode using self-assembling carbon nanotubes and field emitter electrode manufactured thereby
JP2007182363A (ja) * 2005-03-24 2007-07-19 Hokkaido Technology Licence Office Co Ltd 微小カーボン分散物
JP2006278226A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Nikkiso Co Ltd 電界放出型ライトのカソード
JP2007039623A (ja) * 2005-07-08 2007-02-15 Hokkaido Univ カーボンナノチューブ分散ペースト、カーボンナノチューブ分散溶液およびその製造方法
JP2007042352A (ja) * 2005-08-02 2007-02-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電界電子放出源及びそれを用いたマグネトロン及びマイクロ波応用装置
JP2007136645A (ja) * 2005-11-22 2007-06-07 Toyo Univ Cnt薄膜の製造方法およびこの薄膜を用いたバイオセンサ
WO2007083771A1 (ja) * 2006-01-20 2007-07-26 Ezaki Glico Co., Ltd. 導電性コーティング用水性組成物
US9127174B2 (en) 2006-01-20 2015-09-08 Ezaki Glico Co., Ltd. Aqueous composition for conductive coating
US9315678B2 (en) 2006-01-20 2016-04-19 Ezaki Glico Co., Ltd. Affinity of hardly soluble or insoluble substance solvent by water-soluble xylan
KR100804072B1 (ko) 2006-08-04 2008-02-18 연세대학교 산학협력단 양친매성 블록공중합체 마이셀을 이용한 단일벽탄소나노튜브의 분산방법
US20130101830A1 (en) * 2011-10-25 2013-04-25 Kevin V. Hagedorn Metal Organic Complexes For Improved Smoothness And Uniformity Of Thin Films Deposited From Nanocolloids Via Electrophoresis
WO2013063090A3 (en) * 2011-10-25 2014-03-13 Imra America, Inc. Metal organic complexes for improved smoothness and uniformity of thin films deposited from nanocolloids via electrophoresis

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