JP2002220215A - Method for manufacturing nano carbon and nano carbon manufactured by the method, device for manufacturing nano carbon, method of patterning nano carbon and nano carbon base material patterned by use of the method and electron emission source using the patterned nano carbon base material - Google Patents

Method for manufacturing nano carbon and nano carbon manufactured by the method, device for manufacturing nano carbon, method of patterning nano carbon and nano carbon base material patterned by use of the method and electron emission source using the patterned nano carbon base material

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JP2002220215A
JP2002220215A JP2001353793A JP2001353793A JP2002220215A JP 2002220215 A JP2002220215 A JP 2002220215A JP 2001353793 A JP2001353793 A JP 2001353793A JP 2001353793 A JP2001353793 A JP 2001353793A JP 2002220215 A JP2002220215 A JP 2002220215A
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arc discharge
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a device for manufacturing an electron emission source by instantaneously transforming a surface of an arc discharged material consisting mainly of graphite into nano carbon by an arc discharge which does not necessarily require process vessels and the like but a welding arc torch or a similarly structured device and a method and a device for manufacturing a patterned electron emission source by transforming a part or parts of the surface of the arc discharged material into nano carbon. SOLUTION: A torch electrode 10 of an arc torch 1 which is the first electrode and an arc discharged material 2 using a graphite plate which is the second electrode are placed in the air facing each other. An arc discharge is generated by impressing electric potential between the torch electrode 10 and the arc discharged material 2. The graphite of the predetermined part of the material 2 is transformed into nano carbon by an arc discharge.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ナノカーボンの製
造方法及びその方法を用いて製造されたナノカーボン、
ナノカーボンの製造装置、ナノカーボンのパターン化方
法及びその方法を用いてパターン化されたナノカーボン
基材及びそのパターン化されたナノカーボン基材を用い
た電子放出源に関する。
[0001] The present invention relates to a method for producing nanocarbon and nanocarbon produced using the method.
The present invention relates to a nanocarbon manufacturing apparatus, a nanocarbon patterning method, a nanocarbon substrate patterned using the method, and an electron emission source using the patterned nanocarbon substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】電界電子放出源は、加熱を必要とした熱
電子放出源と比べて、省エネルギーで長寿命である。現
在、電界電子放出源の材料には、シリコン等の半導体,
Mo,Wのような金属の他、ナノチューブがある。中で
も、ナノチューブは、それ自体が電界を集中させるのに
十分なサイズと鋭利さを持ち、化学的に安定で、機械的
強度も優れているという特徴を呈するため、電界電子放
出源として有望である。
2. Description of the Related Art A field electron emission source is energy saving and has a long life as compared with a thermoelectron emission source which requires heating. At present, materials for field electron emission sources include semiconductors such as silicon,
In addition to metals such as Mo and W, there are nanotubes. Among them, nanotubes are promising as a field electron emission source because they themselves have the size and sharpness sufficient to concentrate the electric field, are chemically stable, and have excellent mechanical strength. .

【0003】従来のナノチューブの製造方法には、レー
ザアブレーション法,不活性ガス中の黒鉛電極間のアー
ク放電法,炭化水素ガスを用いたCVD法(Chemi
cal Vapor Deposition)などがあ
る。中でも、アーク放電法で製造したナノチューブは、
原子配列の欠陥が少なく、電界電子放出源には好適であ
る。
[0003] Conventional methods for producing nanotubes include laser ablation, arc discharge between graphite electrodes in an inert gas, and CVD using a hydrocarbon gas (Chemi).
cal Vapor Deposition). Among them, nanotubes manufactured by the arc discharge method,
It has few defects in the atomic arrangement and is suitable for a field electron emission source.

【0004】従来のアーク放電法のプロセスは以下のと
おりである。二つの黒鉛電極を容器内に対向して配置し
た後、容器を一旦排気し、その後不活性ガスを導入し、
アークを発生させる。アークの陽極は激しく蒸発し、す
すを発生させ、また陰極表面に堆積する。数分以上アー
クを持続させ、その後装置を大気解放して、陰極堆積物
を取り出す、若しくは陰極堆積物を回収する。
[0004] The process of the conventional arc discharge method is as follows. After disposing the two graphite electrodes in the container facing each other, the container is once evacuated, and then an inert gas is introduced.
Generates an arc. The arc anode evaporates violently, producing soot and depositing on the cathode surface. The arc is maintained for several minutes or more, and then the apparatus is opened to the atmosphere to remove the cathode deposit or collect the cathode deposit.

【0005】陰極堆積物は、ナノチューブを含むソフト
コアとナノチューブを含まないハードシェルとで構成さ
れている。なお、陽極に触媒金属を含有した黒鉛を用い
た場合、すす中にナノチューブが存在する。ソフトコア
若しくはすすからナノチューブを取り出し、そのナノチ
ューブを基板に坦持して電子放出源とする。
[0005] Cathode deposits are composed of a soft core containing nanotubes and a hard shell containing no nanotubes. When graphite containing a catalytic metal is used for the anode, nanotubes are present in the soot. A nanotube is taken out from a soft core or soot, and the nanotube is carried on a substrate to serve as an electron emission source.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のアーク放電法に
おけるナノチューブ等のナノカーボンの製造及び該ナノ
カーボンからなる電子放出源製造の課題点は以下のとお
りである。
The problems in the production of nanocarbon such as nanotubes and the production of an electron emission source composed of the nanocarbon in the conventional arc discharge method are as follows.

【0007】真空容器,真空排気装置,不活性ガス導入
装置が必要であり、装置コストが比較的高い。排気,大
気解放を繰り返さなければならず、工程が長い。プロセ
ス終了後、陰極堆積物の回収若しくはすすの回収、及び
装置の清掃をしなければならないため、連続大量生産に
は不向きである。また、この方法で生成したナノカーボ
ンを用いた電子放出素子を作成するためには、ソフトコ
アとハードシェルとの分離、すすからの単離,精製,基
板への坦持など更に多くの工程が必要であるという問題
もある。
A vacuum vessel, a vacuum exhaust device, and an inert gas introducing device are required, and the cost of the device is relatively high. Exhaust and release to the atmosphere must be repeated, and the process is long. After the process is completed, it is not suitable for continuous mass production because the cathode deposit or soot must be collected and the device must be cleaned. Further, in order to fabricate an electron-emitting device using nanocarbon generated by this method, more steps such as separation of a soft core and a hard shell, isolation and purification of soot from a soot, and loading on a substrate are required. There is also the problem that it is necessary.

【0008】本発明は、プロセス容器等を必ずしも必要
とせず、溶接用アークトーチ若しくは類似した構造を持
つ装置を用いたアーク放電によって、黒鉛を主成分とし
た被アーク材の表面を瞬時にしてナノカーボン(ナノチ
ューブも含む)に変形させ、電子放出源を作成するため
の方法を提供し、その製造装置を提供するものである。
更に、被アーク材表面の一部若しくは部分的にナノカー
ボンに変形させ、パターンニングされた電子放出源を製
造する方法を提供し、その製造装置を提供するものであ
る。
The present invention does not necessarily require a process vessel or the like, and instantaneously changes the surface of a material to be arced mainly composed of graphite by arc discharge using a welding torch or a device having a similar structure. An object of the present invention is to provide a method for forming an electron emission source by transforming the material into carbon (including a nanotube), and to provide an apparatus for manufacturing the same.
Still another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a patterned electron emission source by partially or partially deforming the surface of an arc-receiving material into nanocarbon, and to provide a manufacturing apparatus therefor.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載されたナ
ノカーボンの製造方法は、第1電極と、炭素材料を主成
分とする第2電極を、大気中で対向配置する工程と、前
記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加してアー
ク放電を発生させる工程と、前記第2電極の所定領域の
炭素材料を前記アーク放電によりナノカーボンに変える
工程を備えたことを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing nanocarbon, comprising: arranging a first electrode and a second electrode mainly composed of a carbon material to face each other in the atmosphere; A step of applying a voltage between the first electrode and the second electrode to generate an arc discharge; and a step of changing a carbon material in a predetermined region of the second electrode to nanocarbon by the arc discharge. Features.

【0010】請求項2に記載されたナノカーボンの製造
方法は、前記第1電極が、アークトーチに設けられたト
ーチ電極であり、該トーチ電極と前記第2電極を相対移
動させながら、前記第2電極の所定領域の炭素材料を前
記アーク放電によりナノカーボンに変える工程を備えた
ことを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing nanocarbon, the first electrode is a torch electrode provided on an arc torch, and the first electrode is moved relatively to the second electrode. A step of changing the carbon material in a predetermined region of the two electrodes into nanocarbon by the arc discharge.

【0011】請求項3に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項1又は2記載のナノカーボンの製造方法
において、前記第2電極が、基材表面に設けられてお
り、該基材を冷却部材により保持して、前記基材を該冷
却部材により冷却しながら、前記第2電極の所定領域の
炭素材料を前記アーク放電によりナノカーボンに変える
ことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the method for producing a nanocarbon according to the first or second aspect, the second electrode is provided on a surface of a base material. The carbon material in a predetermined region of the second electrode is changed to nanocarbon by the arc discharge while the base material is cooled by the cooling member while being held by the cooling member.

【0012】請求項4に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項1又は2記載のナノカーボンの製造方法
において、少なくとも、前記第1電極と前記第2電極と
両電極間で発生したアーク放電領域を被包部材で覆いな
がら、前記第2電極の所定領域の炭素材料を前記アーク
放電によりナノカーボンに変えることを特徴としてい
る。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nanocarbon according to the first or second aspect, wherein at least an arc generated between the first electrode, the second electrode, and both electrodes. The method is characterized in that a carbon material in a predetermined region of the second electrode is changed to nanocarbon by the arc discharge while covering a discharge region with a covering member.

【0013】請求項5に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項1又は2記載のナノカーボンの製造方法
において、前記第2電極の炭素材料が、黒鉛,活性炭,
アモルファスカーボンの何れかであることを特徴として
いる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for producing a nanocarbon according to the first or second aspect, the carbon material of the second electrode is graphite, activated carbon,
It is characterized by being one of amorphous carbon.

【0014】請求項6に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項1又は2記載のナノカーボンの製造方法
において、前記第2電極が、触媒金属を含有している炭
素材料,触媒金属が表面に形成されている炭素材料,B
及び触媒金属を含有している炭素材料,Bが表面に形成
されている炭素材料,若しくはB及び触媒金属が表面に
形成されている炭素材料の何れかであることを特徴とし
ている。
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for producing a nanocarbon according to the first or second aspect, the second electrode is formed of a carbon material containing a catalyst metal and a catalyst metal. Carbon material formed on the surface, B
And B is a carbon material containing a catalyst metal, B is a carbon material formed on the surface, or B is a carbon material formed on the surface.

【0015】請求項7に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項6記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記触媒金属が、Li,B,Mg,Al,Si,
P,S,K,Ca,Ti,V,Cr,Mn,Fe,C
o,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,As,Y,Zr,
Nb,Mo,Rh,Pd,In,Sn,Sb,La,H
f,Ta,W,Os,Pt、若しくはこれらの酸化物,
窒化物,炭化物,硫化物,塩化物、硫酸化合物,硝酸化
合物、或いはそれらの混合物であることを特徴としてい
る。
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for producing a nanocarbon according to the sixth aspect, the catalyst metal is Li, B, Mg, Al, Si,
P, S, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, C
o, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Y, Zr,
Nb, Mo, Rh, Pd, In, Sn, Sb, La, H
f, Ta, W, Os, Pt, or an oxide thereof;
It is characterized by being a nitride, carbide, sulfide, chloride, sulfate compound, nitrate compound, or a mixture thereof.

【0016】請求項8に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項1又は2又は4記載のナノカーボンの製
造方法において、前記アーク放電の発生領域に特定ガス
を供給しながら、前記アーク放電を行うことを特徴とし
ている。
According to a eighth aspect of the present invention, in the method for producing a nanocarbon according to the first or second or fourth aspect, the arc discharge is performed while supplying a specific gas to a region where the arc discharge is generated. It is characterized by performing.

【0017】請求項9に記載されたナノカーボンの製造
方法は、請求項8記載のナノカーボンの製造方法におい
て、前記特定ガスが、Ar,Heなどの希ガス,空気,
窒素ガス,炭酸ガス,酸素ガス,水素ガス若しくはこれ
らの混合ガスであることを特徴としている。
According to a ninth aspect of the present invention, in the method for producing a nanocarbon according to the eighth aspect, the specific gas is a rare gas such as Ar or He, air, or the like.
It is characterized by being a nitrogen gas, a carbon dioxide gas, an oxygen gas, a hydrogen gas or a mixed gas thereof.

【0018】請求項10に記載されたナノカーボンの製
造方法は、請求項1又は2記載のナノカーボンの製造方
法において、前記第1電極が、黒鉛若しくはW(タング
ステン)を主成分とすることを特徴としている。
According to a tenth aspect of the present invention, in the nanocarbon manufacturing method of the first or second aspect, the first electrode is mainly composed of graphite or W (tungsten). Features.

【0019】請求項11に記載されたナノカーボンの製
造方法は、請求項1又は2記載のナノカーボンの製造方
法において、前記アーク放電を直流若しくは直流パルス
で運転し、前記第2電極をアーク放電の陽極とすること
を特徴としている。
[0021] In the method for producing nanocarbon according to claim 11, in the method for producing nanocarbon according to claim 1 or 2, the arc discharge is operated by a direct current or a direct current pulse, and the second electrode is discharged by the arc discharge. The anode is characterized in that:

【0020】請求項12に記載されたナノカーボンの製
造方法は、請求項1又は2記載のナノカーボンの製造方
法において、前記アーク放電を交流若しくは交流パルス
で運転することを特徴としている。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method of producing a nanocarbon according to the first or second aspect, wherein the arc discharge is operated by an alternating current or an alternating current pulse.

【0021】請求項13に記載されたナノカーボンは、
請求項1乃至12の何れか一項記載の方法を用いて製造
されたことを特徴としている。
[0021] The nanocarbon according to claim 13 is:
It is characterized by being manufactured using the method according to any one of claims 1 to 12.

【0022】請求項14に記載されたナノカーボンの製
造装置は、第1電極と、炭素材料又は触媒金属を含有し
ている炭素材料又は触媒金属が表面に形成されている炭
素材料を主成分とする第2電極が、大気中で所定間隔に
保持されてなる電極と、前記第1電極と前記第2電極と
の間に電圧を印加して、前記第2電極の所定領域にアー
ク放電を発生させて、該アーク放電により該所定領域の
炭素材料をナノカーボンに変えるための電源からなるア
ーク発生手段と、前記アーク放電の発生領域に特定ガス
を供給する特定ガス供給手段を備えたことを特徴として
いる。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for producing nanocarbon, comprising a first electrode, a carbon material containing a carbon material or a catalyst metal, or a carbon material having a catalyst metal formed on the surface. A voltage is applied between the first electrode and the second electrode, and an arc discharge is generated in a predetermined area of the second electrode by applying a voltage between the first electrode and the second electrode that is held at a predetermined interval in the atmosphere. An arc generating means comprising a power supply for converting the carbon material in the predetermined area into nanocarbon by the arc discharge, and a specific gas supply means for supplying a specific gas to the arc discharge generating area are provided. And

【0023】請求項15に記載されたナノカーボンの製
造装置は、請求項14記載のナノカーボンの製造装置に
おいて、第1電極が、アークトーチに設けられたトーチ
電極であり、該トーチ電極と前記第2電極を相対移動さ
せる移動手段を更に有し、前記トーチ電極と前記第2電
極を相対移動させながら、前記トーチ電極と前記第2電
極との間に電圧を印加して、前記第2電極の所定領域に
アーク放電を発生させて、該アーク放電により該所定領
域の炭素材料をナノカーボンに変えることを特徴として
いる。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the nanocarbon producing apparatus according to the fourteenth aspect, the first electrode is a torch electrode provided on an arc torch. A moving unit configured to relatively move the second electrode; applying a voltage between the torch electrode and the second electrode while relatively moving the torch electrode and the second electrode; Is characterized in that an arc discharge is generated in a predetermined region, and the carbon material in the predetermined region is changed to nanocarbon by the arc discharge.

【0024】請求項16に記載されたナノカーボンの製
造装置は、請求項14又は15記載のナノカーボンの製
造装置において、前記第2電極が、基材表面に設けられ
ており、前記第1電極と前記第2電極を所定間隔で保持
する保持手段が、前記基材を冷却するための冷却手段を
有することを特徴としている。
[0024] In the apparatus for producing nanocarbon according to claim 16, the second electrode is provided on a surface of a base material, and the first electrode is provided. And a holding unit for holding the second electrode at a predetermined interval has a cooling unit for cooling the base material.

【0025】請求項17に記載されたナノカーボンの製
造装置は、請求項14又は15記載のナノカーボンの製
造装置において、少なくとも、前記第1電極と前記第2
電極と両電極間で発生したアーク放電領域を覆う被包手
段を有することを特徴としている。
According to a seventeenth aspect of the present invention, in the nanocarbon manufacturing apparatus according to the fourteenth or fifteenth aspect, at least the first electrode and the second electrode are connected to each other.
It is characterized in that it has an enclosing means for covering an electrode and an arc discharge region generated between the electrodes.

【0026】請求項18に記載されたナノカーボンのパ
ターン化方法は、第1電極と、炭素材料を主成分とする
第2電極を、大気中で対向配置する工程と、前記第1電
極と前記第2電極との間に電圧を印加してアーク放電を
発生させる工程と、前記第1電極と前記第2電極を相対
移動させながら、前記第2電極の所定領域の炭素材料を
前記アーク放電によりナノカーボンに変える工程を備え
たことを特徴としている。
The method for patterning nanocarbon according to claim 18 is a step of arranging a first electrode and a second electrode mainly containing a carbon material in the air, A step of applying a voltage between the first electrode and the second electrode to generate an arc discharge; and while relatively moving the first electrode and the second electrode, the carbon material in a predetermined region of the second electrode is subjected to the arc discharge. It is characterized by having a process of changing to nanocarbon.

【0027】請求項19に記載されたナノカーボンのパ
ターン化方法は、第1電極と、任意のパターン状に形成
された炭素材料又は任意のパターン状に形成された触媒
金属を含有している炭素材料又は任意のパターン状に形
成された触媒金属が表面に形成されている炭素材料を主
成分とする第2電極を、大気中で対向配置する工程と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、前記第2電極の所定領域
の炭素材料を前記アーク放電によりナノカーボンに変え
る工程を備えたことを特徴としている。
The method for patterning nanocarbon according to claim 19 is characterized in that the first electrode and the carbon containing an arbitrary patterned carbon material or an arbitrary patterned catalyst metal are formed. A step of disposing a second electrode mainly composed of a material or a carbon material whose surface is formed of a catalyst metal formed in an arbitrary pattern, in the air,
A step of applying a voltage between the first electrode and the second electrode to generate an arc discharge; and a step of changing a carbon material in a predetermined region of the second electrode to nanocarbon by the arc discharge. It is characterized by.

【0028】請求項20に記載されたナノカーボンのパ
ターン化方法は、第1電極と、炭素材料を主成分とする
第2電極を、大気中で対向配置する工程と、前記第2電
極の表面に任意の開口パターンを持ったマスクを配置す
る工程と、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を
印加してアーク放電を発生させる工程と、前記マスクの
開口部分に対応する前記第2電極の所定領域の炭素材料
を前記アーク放電によりナノカーボンに変える工程を備
えたことを特徴としている。
A method of patterning nanocarbon according to claim 20, wherein a first electrode and a second electrode mainly composed of a carbon material are opposed to each other in the atmosphere, and a surface of the second electrode is provided. Disposing a mask having an arbitrary opening pattern, applying a voltage between the first electrode and the second electrode to generate an arc discharge, and A step of changing the carbon material in a predetermined region of the second electrode into nanocarbon by the arc discharge.

【0029】請求項21に記載されたナノカーボンのパ
ターン化方法は、請求項18乃至20の何れか一項記載
のナノカーボンのパターン化方法において、前記第1電
極が、アークトーチに設けられたトーチ電極であること
を特徴としている。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the method for patterning a nanocarbon according to any one of the eighteenth to twentieth aspects, the first electrode is provided on an arc torch. It is a torch electrode.

【0030】請求項22に記載されたナノカーボン基材
は、請求項18乃至21の何れか一項記載の方法を用い
てパターン化されたことを特徴としている。
A nanocarbon substrate according to a twenty-second aspect is characterized by being patterned using the method according to any one of the eighteenth to twenty-first aspects.

【0031】請求項23に記載された電子放出源は、請
求項22記載のパターン化されたナノカーボン基材を用
いることを特徴としている。
An electron emission source according to a twenty-third aspect uses the patterned nanocarbon substrate according to the twenty-second aspect.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は図示の構成
に限定されるわけではなく、様々な設計変更が可能であ
ることは勿論である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited to the illustrated configuration, and various design changes can be made.

【0033】また、本発明では、カーボンナノチュー
ブ,カーボンナノファイバ,カーボンナノ粒子,ナノホ
ーン,CNナノチューブ,CN(ナノ)ファイバ,CN
ナノ粒子,BCNナノチューブ,BCN(ナノ)ファイ
バ,BCNナノ粒子,若しくはこれらの混合物などをま
とめて、ナノカーボンと呼ぶことにする。
In the present invention, carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanoparticles, nanohorns, CN nanotubes, CN (nano) fibers, CN
Nanoparticles, BCN nanotubes, BCN (nano) fibers, BCN nanoparticles, or mixtures thereof are collectively referred to as nanocarbon.

【0034】図1は、本発明の一実施形態であるナノカ
ーボンパターン化法,ナノカーボン製造法,ナノカーボ
ンとナノカーボン基材及び電子放出源製造法に使用する
製造(パターン化)装置の概略モデルである。本実施形
態は、大気中又は大気圧中又は所定ガス雰囲気中におい
て、汎用のTIG等の溶接用アークトーチ(不活性ガス
アーク溶接)及び電源(溶接電源)を用い、被アーク材
に対し、アーク放電を短時間発生させるものである。T
IGアークトーチの代わりに、MIG(metal−e
lectrode−inert−gas)トーチ等を利
用しても良い。また、TIGアークトーチに類似した構
造を持つ装置を利用しても良い。
FIG. 1 is a schematic diagram of a manufacturing (patterning) apparatus used in a nanocarbon patterning method, a nanocarbon manufacturing method, a nanocarbon and nanocarbon base material and an electron emission source manufacturing method according to an embodiment of the present invention. Model. The present embodiment uses a general-purpose welding arc torch such as TIG (inert gas arc welding) and a power supply (welding power supply) in the atmosphere, at atmospheric pressure, or in a predetermined gas atmosphere, and performs arc discharge on the material to be arced. Is generated for a short time. T
Instead of IG arc torch, MIG (metal-e
(electrode-inert-gas) torch or the like may be used. Further, a device having a structure similar to a TIG arc torch may be used.

【0035】TIG溶接は、通常不活性ガス被包中で非
消耗のW(タングステン)電極と母材との間にアーク放
電を発生させ、必要な場合には別に充填金属を加えて行
う溶接法である。
TIG welding is a welding method in which an arc discharge is generated between a non-consumable W (tungsten) electrode and a base material in an inert gas envelope, and if necessary, a filler metal is added separately. It is.

【0036】図1に示すように、本発明の装置は、第1
電極とするトーチ電極10を有する溶接用のアークトー
チ1と、前記アークトーチ1に対向して配置された第2
電極とする被アーク材2と、前記被アーク材2を保持し
た水冷ベンチ3と、前記アークトーチ1と前記被アーク
材2との間に電圧を印加(例えば、接触点弧,高電圧印
加,高周波印加等があげられる)してアーク4を発生さ
せる溶接用の電源5と、前記アークトーチ1に所定のガ
スを供給するガス供給源であるガスボンベ6と、前記ガ
スボンベ6からの所定ガスの流量を調整するガス調整器
及び流量計7から構成される。また、8はアークトーチ
1の先端部を示す。
As shown in FIG. 1, the apparatus of the present invention comprises a first
A welding arc torch 1 having a torch electrode 10 as an electrode, and a second arc torch 1
A voltage is applied between the arc material 2 as an electrode, a water-cooled bench 3 holding the arc material 2, and the arc torch 1 and the arc material 2 (for example, contact ignition, high voltage application, A high-frequency application, etc.), a welding power source 5 for generating an arc 4, a gas cylinder 6 serving as a gas supply source for supplying a predetermined gas to the arc torch 1, and a flow rate of a predetermined gas from the gas cylinder 6. And a flow meter 7 for adjusting the pressure. Reference numeral 8 denotes a tip of the arc torch 1.

【0037】図2は、図1に示したナノカーボンの製造
(パターン化)装置におけるアークトーチ1の先端部8
の拡大断面図である。図2に示すように、アークトーチ
1の先端部8は、アークトーチ1のノズル9と、タング
ステン等からなる第1電極とするトーチ電極10と、前
記トーチ電極10を保持する電極ホルダ11と、前記ノ
ズル9と前記電極ホルダ11の間の空間であって、前記
アークトーチ1と前記被アーク材2との間で発生したア
ーク4に供給される被包ガス12の流路から構成され
る。
FIG. 2 shows the tip 8 of the arc torch 1 in the nanocarbon production (patterning) apparatus shown in FIG.
It is an expanded sectional view of. As shown in FIG. 2, the tip 8 of the arc torch 1 includes a nozzle 9 of the arc torch 1, a torch electrode 10 as a first electrode made of tungsten or the like, an electrode holder 11 for holding the torch electrode 10, A space between the nozzle 9 and the electrode holder 11, which is constituted by a flow path of an encapsulating gas 12 supplied to the arc 4 generated between the arc torch 1 and the material to be arced 2.

【0038】汎用のTIG溶接用電源5は、アークトー
チ1にガス12を流す仕組みになっており、通常、アル
ゴン(Ar)ガスを供給する。ナノカーボンの製造にお
いては、使用するガスの種類は特に限定されず、アルゴ
ン(Ar),ヘリウム(He)などの希ガス,空気,窒
素(N)ガス,二酸化炭素(CO)等の炭酸ガス,
酸素(O)ガス,水素(H)ガス,若しくはこれら
の混合ガスなどを流して差し支えない。また、何も流さ
なくても良い。但し、アークトーチ1にはガス12を流
した方がより好ましい。特に、希ガスを使用した場合に
は、ナノカーボンと希ガスとが化学反応を生じないこと
から、生成されたナノカーボンが破壊される可能性が少
ないため、希ガスを使用するのが最も好ましい。即ち、
大気中では、ナノカーボンと大気中の酸素などが化学反
応を生じる可能性、即ち、生成されたナノカーボンがガ
ス化又は変質する可能性が高いことから、希ガスを使用
して、この反応を防ぐことは非常に効果的である。
The power supply 5 for general-purpose TIG welding is configured to flow gas 12 to the arc torch 1, and usually supplies argon (Ar) gas. In the production of nanocarbon, the type of gas used is not particularly limited, and rare gases such as argon (Ar) and helium (He), air, nitrogen (N 2 ) gas, and carbon dioxide such as carbon dioxide (CO 2 ) gas,
Oxygen (O 2 ) gas, hydrogen (H 2 ) gas, or a mixed gas thereof may flow. Also, it is not necessary to flow anything. However, it is more preferable to flow the gas 12 to the arc torch 1. In particular, when a rare gas is used, since the nanocarbon and the rare gas do not cause a chemical reaction, there is little possibility that the generated nanocarbon is destroyed. . That is,
In the atmosphere, nanocarbon and oxygen in the atmosphere may cause a chemical reaction, that is, the generated nanocarbon is likely to be gasified or deteriorated. Prevention is very effective.

【0039】従って、基本的に容器は必要ないが、作業
場所の清浄や雰囲気を安定に保つため、不活性ガス中で
行いたい場合、あるいは風などに起因される対流の影響
を防ぎたい場合などには、被包手段である簡単な容器内
(真空容器や加圧容器でも良い。また、密閉型の容器で
も開放型の容器でも良い。)に作業部を含む装置全体を
入れても良い。容器(外囲器)内の圧力は特に限定され
ないが、操作性の面からは大気圧前後が良い。
Accordingly, a container is basically not necessary, but when it is desired to perform the operation in an inert gas to maintain the cleanliness and atmosphere of the work place, or to prevent the influence of convection caused by wind or the like. The whole device including the working unit may be put in a simple container (a vacuum container or a pressurized container, or a closed container or an open container) which is a wrapping means. The pressure in the container (envelope) is not particularly limited, but is preferably around atmospheric pressure from the viewpoint of operability.

【0040】通常のTIG溶接では、トーチ電極10に
トリウム入りW電極あるいはセリウム入りW電極が利用
される。ナノカーボンの製造においては、それらの電極
を利用しても良いが、Wの溶融微粒子が被アーク材2に
ドロップレットとして付着するのをさけるため、純黒鉛
をトーチ電極10に用いた方がよい。トーチ電極10の
径は特に限定されないが、汎用のトーチを利用するに
は、1〜7mm程度が良い。
In ordinary TIG welding, a W electrode containing thorium or a W electrode containing cerium is used as the torch electrode 10. In the production of nanocarbon, those electrodes may be used, but pure graphite should be used for the torch electrode 10 in order to prevent the molten fine particles of W from adhering to the material to be arced 2 as droplets. . The diameter of the torch electrode 10 is not particularly limited, but is preferably about 1 to 7 mm in order to use a general-purpose torch.

【0041】更に、汎用のTIG溶接トーチのように、
金属製電極ホルダ11は水冷されることが望ましい。大
面積のナノカーボンの合成或いは連続的大量生産のた
め、アーク4を連続的(或いは間欠的に長時間)発生さ
せた場合、第1電極であるトーチ電極10および電極ホ
ルダ11が加熱され過ぎてしまう。その結果、トーチ電
極10の消耗が激しくなり、また、電極ホルダ11自体
が破損する可能性が生じる。アークトーチ1にガス12
(特定ガス)を流す等により電極ホルダ11が冷却され
れば、電極ホルダ11自体が加熱によって破損すること
は無くなり、更に、トーチ電極10も電極ホルダ11で
冷却されるため、電極の消耗が抑制される。
Further, like a general-purpose TIG welding torch,
It is desirable that the metal electrode holder 11 be water-cooled. When the arc 4 is generated continuously (or intermittently for a long time) for the synthesis or continuous mass production of large-area nanocarbon, the torch electrode 10 and the electrode holder 11, which are the first electrodes, are excessively heated. I will. As a result, the torch electrode 10 is greatly consumed, and the electrode holder 11 itself may be damaged. Gas to arc torch 1
If the electrode holder 11 is cooled by flowing (specific gas) or the like, the electrode holder 11 itself will not be damaged by heating, and furthermore, the torch electrode 10 is also cooled by the electrode holder 11, thereby suppressing electrode consumption. Is done.

【0042】ナノカーボン化加工をされるべき黒鉛を主
成分とする(即ち、炭素材料を大量に含んだ)被アーク
材2は、トーチ電極10の対向電極である。この炭素材
料としては、黒鉛,活性炭,アモルファスカーボンなど
が使用可能である。被アーク材2のサイズは限定されな
いが、厚さは0.1〜5mmが適当である。また、アー
ク4の熱から被アーク材2を保護する(即ち、アーク4
の熱による被アーク材2の破壊される可能性を低減す
る)ために、被アーク材2を冷却するため、水冷された
電極台である水冷ベンチ3の上で加工する方がよい。
The material to be arced 2 containing graphite to be subjected to nanocarbonization as a main component (that is, containing a large amount of carbon material) is a counter electrode of the torch electrode 10. As the carbon material, graphite, activated carbon, amorphous carbon and the like can be used. The size of the material to be arced 2 is not limited, but a thickness of 0.1 to 5 mm is appropriate. Further, the material to be arced 2 is protected from the heat of the arc 4 (that is, the arc 4 is protected).
In order to cool the material to be arced 2, it is better to process the material on a water-cooled bench 3, which is a water-cooled electrode base, in order to reduce the possibility of the material to be damaged 2 being broken by the heat of the material.

【0043】被アーク材2はよく乾燥しても良いが、水
分を含んでいても差し支えない。但し、被アーク材2が
水分を含んでいると、アーク4のエネルギーが水分の蒸
発に吸収されてしまい、蒸発箇所の温度を上げ難くなる
ため、乾燥している方がより好ましい。逆に、被アーク
材2が濡れていたり、湿っていたり、水分を含んでいた
り、水中にあったりする場合、アーク4による被アーク
材2の加熱を防ぐことができる。同様に被アーク材2の
加熱を防ぐためには、被アーク材2を直接水冷したり、
油冷したりすることができる。また、水や炭酸ガスなど
の冷却媒体を、被アーク材2に吹き付けたり、スプレイ
したりすることができる。
The material to be arced 2 may be dried well, but may contain moisture. However, if the material to be arced 2 contains moisture, the energy of the arc 4 is absorbed by the evaporation of the moisture, making it difficult to raise the temperature of the evaporation point. Conversely, if the material to be arced 2 is wet, wet, contains moisture, or is in water, the arc 4 can prevent the material to be arced 2 from being heated. Similarly, in order to prevent the material to be arced 2 from being heated, the material to be arced 2 is directly cooled with water,
It can be oil cooled. In addition, a cooling medium such as water or carbon dioxide can be sprayed or sprayed on the material to be arced 2.

【0044】アーク4の放電期間は、3秒程度若しくは
それ以下で十分である。特に、同一の所定領域に対する
場合は、これで問題はない。それ以上、放電を続けて
も、ナノカーボンは製造できるが、被アーク材料が蒸発
し、平坦性が失われるため、電子放出源には不適当とな
る。また、アーク電流は5A〜500Aの広い範囲で利
用できるが、被アーク材2を破壊しないためには、30
A〜300Aが適当である。アーク4をパルス電流で運
転する場合、その周波数は限定されないが、汎用電源の
実情から見て、1Hz〜500Hzが適当である。アー
クトーチ1と被アーク材2との距離は0.1〜10mm
が適当である。更に、アークトーチ1と被アーク材2と
を相対的にかつ連続的に移動させる場合、即ち、被アー
ク材2の異なる個所をトレースするようにアーク4を連
続的に発生させる場合、アーク4の放電期間は限定され
ない。アーク4の放電を持続的に行わせ、連続移動す
る、又は放電を断続的間欠的に行わせ、ナノカーボンの
製造に最適な距離を保った放電領域が不連続線状に形成
されてもよい。
It is sufficient that the discharge period of the arc 4 is about 3 seconds or less. In particular, in the case of the same predetermined area, there is no problem. Even if the discharge is continued, nanocarbon can be produced, but the material to be arced evaporates and loses its flatness, making it unsuitable for an electron emission source. Further, the arc current can be used in a wide range of 5A to 500A.
A to 300A are suitable. When the arc 4 is operated with a pulse current, the frequency is not limited, but 1 Hz to 500 Hz is appropriate in view of the actual situation of a general-purpose power supply. The distance between the arc torch 1 and the material to be arced 2 is 0.1 to 10 mm
Is appropriate. Further, when the arc torch 1 and the material to be arced 2 are relatively and continuously moved, that is, when the arc 4 is continuously generated so as to trace different portions of the material to be arced 2, the arc 4 The discharge period is not limited. The discharge of the arc 4 may be continuously performed and continuously moved, or the discharge may be performed intermittently and intermittently, and the discharge region maintaining an optimal distance for the production of nanocarbon may be formed in a discontinuous line shape. .

【0045】アーク4を直流若しくは直流パルスで運転
する場合、純黒鉛の表面にナノカーボンを製造する条件
は極めて狭い。しかし、被アーク材2として、触媒金属
等を含む材料を含有した黒鉛を用いると、大量のナノカ
ーボンがその表面に製造できる。該触媒金属等には、L
i,B,Mg,Al,Si,P,S,K,Ca,Ti,
V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,G
a,Ge,As,Y,Zr,Nb,Mo,Rh,Pd,
In,Sn,Sb,La,Hf,Ta,W,Os,P
t,若しくはこれらの混合物が利用できる。
When the arc 4 is operated with a direct current or a direct current pulse, the conditions for producing nanocarbon on the surface of pure graphite are extremely narrow. However, if graphite containing a material containing a catalytic metal or the like is used as the material to be arced 2, a large amount of nanocarbon can be produced on the surface thereof. The catalyst metal or the like includes L
i, B, Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti,
V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, G
a, Ge, As, Y, Zr, Nb, Mo, Rh, Pd,
In, Sn, Sb, La, Hf, Ta, W, Os, P
t or a mixture thereof can be used.

【0046】黒鉛に含有させるには、これらの金属自体
若しくは酸化物,窒化物,炭化物,硫化物,塩化物,硫
酸化合物,硝酸化合物などなどが利用できる。また、触
媒金属等を黒鉛に含有させる代わりに、それらの触媒金
属等,若しくは酸化物,窒化物,炭化物,硫化物,塩化
物,硫酸化合物,硝酸化合物を、黒鉛の表面に散布,塗
布,メッキ,コート(蒸着)若しくは注入しても良い。
つまり、被アーク材は、黒鉛と触媒金属とが同時にアー
ク4によって加熱されるような構造をしていれば良い。
For inclusion in graphite, these metals themselves or oxides, nitrides, carbides, sulfides, chlorides, sulfate compounds, nitrate compounds and the like can be used. Instead of containing the catalyst metal or the like in the graphite, the catalyst metal or the like, or an oxide, a nitride, a carbide, a sulfide, a chloride, a sulfate compound, or a nitrate compound is sprayed, coated, and plated on the surface of the graphite. , Coating (deposition) or implantation.
That is, the material to be arced only needs to have a structure in which the graphite and the catalyst metal are heated by the arc 4 at the same time.

【0047】アーク4を交流若しくは交流パルスで運転
する場合、純黒鉛を用いても大量のナノカーボンがその
表面に製造できる。また、前記触媒入り黒鉛電極や触媒
で表面を覆った黒鉛電極を用いても大量のナノカーボン
が製造できる。どちらかというと、純黒鉛の方が単位平
面当たりのナノカーボンの密度が高い。
When the arc 4 is operated by an alternating current or an alternating current pulse, a large amount of nanocarbon can be produced on the surface even if pure graphite is used. Also, a large amount of nanocarbon can be produced by using the above-mentioned catalyst-containing graphite electrode or a graphite electrode whose surface is covered with a catalyst. Rather, pure graphite has a higher density of nanocarbons per unit plane.

【0048】図3及び図4は、所望の一箇所若しくは複
数箇所の表面だけを一度にナノカーボンに変形させる方
法の一例を示している。ナノカーボンに変形させたい表
面のパターンを呈したマスク13(ハードマスク)を介
して、被アーク材2とトーチ電極10との間でアーク4
を放電させる方法である。
FIGS. 3 and 4 show an example of a method of transforming only one or a plurality of desired surfaces into nanocarbon at one time. An arc 4 is formed between the material to be arced 2 and the torch electrode 10 via a mask 13 (hard mask) having a surface pattern to be transformed into nanocarbon.
Is discharged.

【0049】図3は、被アーク材2とトーチ電極10と
の間でアーク4を放電させた状態を示す。図4は、図3
の方法により成長したナノカーボンを示している。図4
中、14はナノカーボンの成長箇所を示している。な
お、図3及び図4において、図1及び図2と同じ構成要
素については、同一番号を付して説明を省略する。
FIG. 3 shows a state in which the arc 4 is discharged between the material to be arced 2 and the torch electrode 10. FIG. 4 shows FIG.
2 shows nanocarbon grown by the method of (1). FIG.
In the figure, reference numeral 14 denotes a growth portion of the nanocarbon. 3 and FIG. 4, the same components as those in FIG. 1 and FIG.

【0050】被アーク材2において、アーク4が接触し
た表面にのみナノカーボンが形成される。マスク13
は、高融点金属,セラミックス,黒鉛などアークの高温
および熱衝撃に耐えるものであれば良い。また、マスク
13は被アーク材2の上に直接載せても良いし、スペー
サを介してわずかに浮かせても良い。
In the material to be arced 2, nanocarbon is formed only on the surface where the arc 4 contacts. Mask 13
May be used as long as it can withstand the high temperature and thermal shock of the arc, such as high melting point metal, ceramics and graphite. The mask 13 may be placed directly on the material to be arced 2 or may be slightly floated via a spacer.

【0051】交流アーク若しくは交流パルスアークの場
合、被アーク材2として純黒鉛,金属触媒等を含む材料
を含有させた黒鉛,又は、金属触媒等を含む材料を散
布,塗布,メッキ,コート(蒸着)若しくは注入した黒
鉛を用いることができる。一方、直流アーク若しくは直
流パルスアークの場合、純黒鉛は利用できないが、金属
触媒等を含む材料を含有させた黒鉛,又は、金属触媒等
を含む材料を散布,塗布,メッキ,コート(蒸着)若し
くは注入した黒鉛を用いることができる。
In the case of an AC arc or an AC pulse arc, a material containing pure graphite, a metal catalyst or the like is contained as the material 2 to be arced, or a material containing a metal catalyst or the like is sprayed, coated, plated, or coated (deposited). ) Or injected graphite can be used. On the other hand, in the case of a DC arc or a DC pulse arc, pure graphite cannot be used, but graphite containing a material containing a metal catalyst or the like, or a material containing a metal catalyst or the like is sprayed, coated, plated, coated (deposited) or Injected graphite can be used.

【0052】図5乃至図7は、所望の一箇所若しくは複
数箇所の表面だけを一度にナノカーボンに変形させる方
法の別例を示している。この方法は、ナノカーボンに変
形させたい黒鉛表面の箇所に、金属触媒15等を含む材
料を散布,塗布,メッキ,コート(蒸着)若しくは注入
した被アーク材を利用する方法である。
FIGS. 5 to 7 show another example of a method of transforming only one or a plurality of desired surfaces into nanocarbon at once. In this method, a material containing a metal catalyst 15 or the like is sprayed, applied, plated, coated (deposited), or injected into a portion of the graphite surface to be transformed into nanocarbon, or an arc-receiving material is used.

【0053】図5は、被アーク材2とトーチ電極10と
の間でアーク4を放電させた状態を示す。図6は、図5
の方法により成長したナノカーボンを示している。図6
中、14はナノカーボンの成長箇所を示している。図7
は、図6の点線部分の拡大図である。なお、図5乃至図
7において、図1及び図2と同じ構成要素については、
同一番号を付して説明を省略する。
FIG. 5 shows a state in which the arc 4 is discharged between the material to be arced 2 and the torch electrode 10. FIG. 6 shows FIG.
2 shows nanocarbon grown by the method of (1). FIG.
In the figure, reference numeral 14 denotes a growth portion of the nanocarbon. FIG.
FIG. 7 is an enlarged view of a portion indicated by a dotted line in FIG. 6. In FIGS. 5 to 7, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are described.
The same numbers are assigned and the description is omitted.

【0054】図7に示すように、触媒金属15は、アー
ク放電4を利用した加工によって、被アーク材2の表面
からは、ほぼ消失する。更に詳細に述べると、実際には
被アーク材2の表面がわずかにくぼみ、このくぼんだ部
分にナノカーボンが形成される。
As shown in FIG. 7, the catalytic metal 15 substantially disappears from the surface of the material to be arced 2 by the processing using the arc discharge 4. More specifically, actually, the surface of the material to be arced 2 is slightly dented, and nanocarbon is formed in the depressed portion.

【0055】直流アーク若しくは直流パルスアークを用
いれば、金属触媒15等で覆われた表面にはナノカーボ
ンが形成されるが、金属触媒15等で覆われていない表
面にはナノカーボンがほとんど形成されない。この方法
の場合、交流アーク若しくは交流パルスアークを用いる
ことは好ましくない。なぜなら、金属触媒15等で覆わ
れていない箇所にもナノカーボンが形成されるためであ
る。なお、この方法では図3で示した方法と異なり、ア
ーク放電加工時にマスク13を利用しないため、より簡
便である。
When a DC arc or a DC pulse arc is used, nanocarbon is formed on the surface covered with the metal catalyst 15 or the like, but is hardly formed on the surface not covered with the metal catalyst 15 or the like. . In the case of this method, it is not preferable to use an AC arc or an AC pulse arc. This is because nanocarbon is also formed in a portion not covered with the metal catalyst 15 or the like. Note that, unlike the method shown in FIG. 3, this method does not use the mask 13 at the time of arc discharge machining, so that the method is simpler.

【0056】本発明による製造方法によれば、被アーク
材2を順次取り替えることにより、連続生産が可能であ
る。或いはまた、被アーク材2を並べておき、アークト
ーチ1を移動させることでも、連続生産が可能である。
According to the manufacturing method of the present invention, continuous production is possible by sequentially replacing the material to be arced 2. Alternatively, continuous production is also possible by arranging the materials to be arced 2 and moving the arc torch 1.

【0057】即ち、アークトーチ1を固定しておいて被
アーク材2を移動させてもよいし、被アーク材2を固定
しておいてアークトーチ1を移動させてもよい。更に、
アークトーチ1及び被アーク材2の双方を移動させるこ
とも可能である。
That is, the material to be arced 2 may be moved while the arc torch 1 is fixed, or the arc torch 1 may be moved while the material to be arced 2 is fixed. Furthermore,
It is also possible to move both the arc torch 1 and the material to be arced 2.

【0058】また、アークトーチ1と被アーク材2との
相対移動については、手動(人間の手)で行ってもよい
し、アークトーチ1を3方向(即ち、被アーク材2に平
行な面(X方向及びY方向)及びその面に垂直な方向
(Z方向))に移動させる移動手段を有する装置を使用
して自動で行っても良い。特に、NC装置(数値制御装
置)等を使用すれば、ナノカーボンに変形させたい領域
のみをアーク4にさらしたり、触媒金属15のパターン
部分のみをアーク4にさらすことも可能である。
The relative movement between the arc torch 1 and the material to be arced 2 may be performed manually (by a human hand), or the arc torch 1 may be moved in three directions (ie, in a plane parallel to the material to be arced 2). (The X direction and the Y direction) and a device having a moving means for moving in a direction perpendicular to the plane (Z direction) may be performed automatically. In particular, if an NC device (numerical control device) or the like is used, it is possible to expose only the region desired to be transformed into nanocarbon to the arc 4, or to expose only the pattern portion of the catalyst metal 15 to the arc 4.

【0059】以上の製造方法において、アークトーチ1
に流す気体として空気や窒素を利用すると、Nを含んだ
ナノカーボン、いわゆるCNナノチューブが形成でき
る。また、被アーク電極として、Bを含む材料を含有し
た黒鉛若しくは金属触媒等入り黒鉛,若しくはBを含む
材料を散布,塗布,メッキ,コート(蒸着)又は注入し
た黒鉛,若しくはBを含む材料及び触媒金属を含む材料
を散布,塗布,メッキ,コート(蒸着)又は注入した黒
鉛を用いると、BCNのネットワークを含んだナノカー
ボン、いわゆるBCNナノチューブが形成できる。同様
にして、雰囲気ガスや添加物を変えることにより、種々
のナノカーボンが形成できる。ここで、Bはホウ素、C
は炭素、Nは窒素をそれぞれ示す。
In the above manufacturing method, the arc torch 1
When air or nitrogen is used as the gas to be flowed into the N, nanocarbon containing N, so-called CN nanotube can be formed. Further, as the electrode to be arced, graphite containing a material containing B, graphite containing a metal catalyst, or a material containing B, or a material containing B, or a material and a catalyst containing B, which are sprayed, coated, plated, coated (deposited), or injected. When graphite containing a metal-containing material is sprayed, applied, plated, coated (deposited), or injected, a nanocarbon containing a BCN network, that is, a so-called BCN nanotube can be formed. Similarly, various nanocarbons can be formed by changing the atmosphere gas and additives. Where B is boron, C
Represents carbon and N represents nitrogen.

【0060】また、以上の方法によって製造したナノカ
ーボンを含む電子放出源において、電子放出を阻害する
ナノ粒子を、酸化除去すると電子放出源の性能が向上す
る。
In the electron emission source containing nanocarbon produced by the above method, the performance of the electron emission source is improved by oxidizing and removing the nanoparticles that inhibit the electron emission.

【0061】本発明の製造方法によって生成したナノカ
ーボンの電子放出源としての利用法としては、従来の二
極管方式若しくは三極管方式が利用できる。特に、表示
管,表示パネル,発光素子,発光管,発光パネル等に好
適である。更には、特定の箇所に生成したナノカーボン
から電子放出を行うことで、複雑なパターンの表示装置
への応用も可能である。
As a method of using the nanocarbon produced by the production method of the present invention as an electron emission source, a conventional diode or triode method can be used. In particular, it is suitable for a display tube, a display panel, a light emitting element, a light emitting tube, a light emitting panel, and the like. Further, by emitting electrons from the nanocarbon generated at a specific location, application to a display device having a complicated pattern is also possible.

【0062】具体的実験結果の一例を以下に示す。図8
は、Ni/Yを含有した黒鉛板(Ni及びY含有量:
4.2及び1.0mole%、板厚:2mm)の表面を
汎用の溶接用アークトーチ1(トーチ電極10:黒鉛)
で解放大気中(大気圧下)において加工し、その表面を
走査型電子顕微鏡で観察した写真である。アーク電流は
直流100Aとした場合の結果である。同図において、
大量のナノカーボン、特に多層カーボンナノチューブが
表面を覆っていることがわかる。ここで、黒鉛板の代わ
りに、活性炭又はアモルファスカーボン又は触媒金属を
含有した黒鉛などを用いた場合にも、ほぼ同様の結果が
でた。また、特定ガス、特に、希ガスを使用した場合に
は、生成されたナノカーボンの収量が増加した。ここか
ら、希ガスを使用することが、非常に効果的であること
を確認した。
An example of specific experimental results is shown below. FIG.
Is a graphite plate containing Ni / Y (Ni and Y content:
General-purpose welding arc torch 1 (torch electrode 10: graphite) with a surface of 4.2 and 1.0 mole%, plate thickness: 2 mm)
2 is a photograph obtained by processing in open air (under atmospheric pressure) and observing the surface with a scanning electron microscope. The arc current is the result when the direct current is 100 A. In the figure,
It can be seen that a large amount of nanocarbon, especially multi-walled carbon nanotubes, covers the surface. Here, almost the same results were obtained when graphite containing activated carbon, amorphous carbon, or a catalyst metal was used instead of the graphite plate. In addition, when a specific gas, particularly a rare gas, was used, the yield of the generated nanocarbon was increased. From this, it was confirmed that the use of a rare gas was very effective.

【0063】図9は、純黒鉛表面を100Aの交流アー
クで加工し、その表面を電子顕微鏡で観測した例であ
る。同図においても、大量のナノカーボン、特に多層カ
ーボンナノチューブが表面に形成されていることがわか
る。この堆積物中には、カーボンナノ粒子なども含まれ
ていた。同試料を用い二極管構造の蛍光発光管で電子を
放出させ、蛍光面に照射したところ、蛍光面が発光する
ことを目視で観測した。ここで、黒鉛板の代わりに、活
性炭又はアモルファスカーボン又は触媒金属を含有した
黒鉛などを用いた場合の結果や、特定ガスを使用した場
合の効果は、図8の場合と同様であった。
FIG. 9 shows an example in which the surface of pure graphite was processed with an AC arc of 100 A, and the surface was observed with an electron microscope. It can also be seen from the figure that a large amount of nanocarbon, particularly multi-walled carbon nanotubes, is formed on the surface. This deposit also contained carbon nanoparticles and the like. Using the same sample, electrons were emitted from a fluorescent tube having a diode structure, and the phosphor screen was illuminated. It was visually observed that the phosphor screen emitted light. Here, the result when using activated carbon, amorphous carbon, graphite containing a catalyst metal, or the like, and the effect when using a specific gas were the same as those in FIG. 8 instead of the graphite plate.

【0064】上記の実施例では、黒鉛(第2電極)を表
面に形成した被アーク材2として黒鉛板を使用した(即
ち、基材が第2電極を兼用している)例を示したが、金
属板の上にベタパターン又はパターン化した黒鉛層を設
けた(即ち、基材と第2電極が別体に形成される)もの
を使用することも可能である。
In the above embodiment, an example was shown in which a graphite plate was used as the material to be arced 2 having graphite (second electrode) formed on the surface (that is, the base material also serves as the second electrode). It is also possible to use a metal plate provided with a solid pattern or a patterned graphite layer on a metal plate (that is, a substrate and a second electrode are formed separately).

【0065】また、ガラス基板やセラミック基板等の絶
縁板の上にベタパターン又はパターン化した黒鉛層を設
けたものを使用することも可能である。この絶縁板を使
用する場合には、更に、絶縁板と黒鉛層の間に、ベタパ
ターン又はパターン化した金属(アルミニウム等のアー
ク放電時に蒸発しない金属)層を設けてもよい。絶縁板
を使用すれば、黒鉛板等を使用するよりも、製造が容易
であり、コスト面でも低廉である。
It is also possible to use an insulating plate such as a glass substrate or a ceramic substrate provided with a solid pattern or a patterned graphite layer. When this insulating plate is used, a solid pattern or a patterned metal (a metal such as aluminum that does not evaporate during arc discharge) may be provided between the insulating plate and the graphite layer. If an insulating plate is used, it is easier to manufacture than a graphite plate or the like, and the cost is lower.

【0066】更に、金属層は、例えば、スクリーン印刷
法等により厚膜で形成したり、CVD法やマスク蒸着法
等により薄膜で形成することが可能である。この金属層
は、電子放出源としてナノカーボンを使用する際に、ナ
ノカーボンに電位を印加して電子放出を行わせるための
配線層として利用できる。
Further, the metal layer can be formed as a thick film by, for example, a screen printing method, or can be formed as a thin film by a CVD method, a mask evaporation method, or the like. This metal layer can be used as a wiring layer for applying a potential to the nanocarbon to emit electrons when nanocarbon is used as an electron emission source.

【0067】更にまた、触媒金属15は、ベタパターン
又はパターン化したものを使用することが可能である。
黒鉛層及び金属層については、ベタパターンでもよい
が、触媒金属15のパターンに準じてパターン化したも
のを使用することも可能である。この触媒金属15は、
例えば、CVD法やマスク蒸着法等により薄膜で形成す
ることが可能である。
Further, the catalyst metal 15 may be a solid pattern or a patterned metal.
As for the graphite layer and the metal layer, a solid pattern may be used, but a layer patterned according to the pattern of the catalyst metal 15 may be used. This catalytic metal 15
For example, a thin film can be formed by a CVD method, a mask evaporation method, or the like.

【0068】上記の実施例では、基材(被アーク材2)
上のナノカーボンをそのまま利用する例を示したが、基
材(被アーク材2)から分離・精製して、単体のナノカ
ーボンとして使用することも勿論可能である。上記の実
施例では、被アーク材2とトーチ電極10との角度は、
直角の例を示したが、直角に限定されず、ナノカーボン
の製造に支障のない任意の角度でよい。
In the above embodiment, the base material (the material to be arced 2)
Although an example in which the above nanocarbon is used as it is has been described, it is of course possible to separate and purify the nanocarbon from the base material (the material to be arced 2) and use it as a single nanocarbon. In the above embodiment, the angle between the material to be arced 2 and the torch electrode 10 is:
Although an example of a right angle is shown, the angle is not limited to a right angle, and may be any angle that does not hinder the production of nanocarbon.

【0069】本発明の製造方法によって製造したナノカ
ーボンは、水素等の吸蔵体に利用できる。本発明の製造
方法によって製造したナノカーボンは、二次電池電極へ
の混合物,二次電池電極,燃料電池電極への混合物,二
次電池電極に利用できる。本発明の製造方法によって製
造したナノカーボンは、ゴム,プラスチック,樹脂,セ
ラミックス,鉄鋼,コンクリートなどへの混合物として
利用できる。該ナノカーボンをこれらの材料に混合する
ことにより、強度,熱伝導性,電気導電性などを改善で
きる。
The nanocarbon produced by the production method of the present invention can be used for an occlusion material such as hydrogen. The nanocarbon produced by the production method of the present invention can be used for a mixture for a secondary battery electrode, a mixture for a secondary battery electrode, a fuel cell electrode, and a secondary battery electrode. The nanocarbon produced by the production method of the present invention can be used as a mixture with rubber, plastic, resin, ceramics, steel, concrete and the like. By mixing the nanocarbon with these materials, the strength, thermal conductivity, electric conductivity, etc. can be improved.

【0070】本発明の製造方法によって製造したナノカ
ーボンは、すすの中に多量のナノチューブ、特に多層カ
ーボンナノチューブが含まれているという特徴がある。
また、すすの中に多層ナノチューブと同時に、ナノホー
ンも含まれているという特徴がある。同様に、カーボン
ナノ粒子なども含まれているという特徴がある。
The nanocarbon produced by the production method of the present invention is characterized in that soot contains a large amount of nanotubes, particularly multi-walled carbon nanotubes.
In addition, the soot includes a nanohorn in addition to the multi-walled nanotube. Similarly, there is a feature that carbon nanoparticles and the like are also included.

【0071】ここで、ナノホーンとは、グラファイトシ
ートを円錐状に丸めた形状を持ち、先端も円錐状に閉じ
ているカーボンナノ粒子を示す(文献「Pore structure
ofsingle-wall carbon nanohorn aggregates/K.Murat
a, K.Kaneko, F.Kokai, K.Takahashi, M.Yudasaka, S.I
ijima/Chem. Phys. Lett., vol. 331, pp.14-20(200
0)」参照)。
Here, the nanohorn refers to a carbon nanoparticle having a shape obtained by rounding a graphite sheet in a conical shape and having a tip closed in a conical shape (see “Pore structure”).
ofsingle-wall carbon nanohorn aggregates / K.Murat
a, K.Kaneko, F.Kokai, K.Takahashi, M.Yudasaka, SI
ijima / Chem. Phys. Lett., vol. 331, pp.14-20 (200
0) ").

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明によれば、ナノカーボンの極めて
容易な製造方法及び製造装置を提供することができる。
また、製造が容易で、かつ、連続大量生産が可能なナノ
カーボン及びそれを用いた電子放出源(電子放出源用基
板)の製造(パターン化)方法及び製造(パターン化)
装置を提供することができる。更にまた、任意の一箇所
又は複数箇所に任意のパターン状にナノカーボン群を容
易に製造する方法及び装置を提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a very easy method and apparatus for producing nanocarbon.
In addition, the method of manufacturing (patterning) and manufacturing (patterning) of nanocarbon which is easy to manufacture and capable of continuous mass production and an electron emission source (substrate for electron emission source) using the same
An apparatus can be provided. Furthermore, it is possible to provide a method and an apparatus for easily producing a nanocarbon group in an arbitrary pattern at an arbitrary one or a plurality of locations.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ナノカーボンの製造(パターン化)装置の概略
を示す図である。
FIG. 1 is a view schematically showing an apparatus for producing (patterning) nanocarbon.

【図2】図1のナノカーボンの製造(パターン化)装置
の部分拡大断面図である。
FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of the nanocarbon manufacturing (patterning) apparatus of FIG.

【図3】特定の箇所にナノカーボンを形成(パターン
化)する方法の一例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a method for forming (patterning) nanocarbon at a specific location.

【図4】図3の方法により成長したナノカーボンを示す
図である。
FIG. 4 is a view showing nanocarbon grown by the method of FIG. 3;

【図5】特定の箇所にナノカーボンを形成(パターン
化)する方法の他の例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing another example of a method for forming (patterning) nanocarbon at a specific location.

【図6】図5の方法により成長したナノカーボンを示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing nanocarbon grown by the method of FIG. 5;

【図7】図6の点線部分の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of a portion indicated by a dotted line in FIG. 6;

【図8】直流アーク運転でNi/Y金属を含有した黒鉛
表面に加工形成したナノカーボンを示す図である。
FIG. 8 is a view showing nanocarbon processed and formed on a graphite surface containing Ni / Y metal by DC arc operation.

【図9】交流アーク運転で純黒鉛表面に加工形成したナ
ノカーボンを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing nanocarbon formed on the surface of pure graphite by AC arc operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…アークトーチ、 2…被アーク材、 3…水冷ベンチ、 4…アーク、 5…電源、 6…ガスボンベ、 7…ガス調整器及び流量計、 8…アークトーチの先端部、 9…アークトーチのノズル、 10…トーチ電極、 11…電極ホルダ、 12…被包ガス、 13…マスク、 14…ナノカーボンの成長箇所、 15…触媒金属。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Arc torch, 2 ... Arc-receiving material, 3 ... Water-cooled bench, 4 ... Arc, 5 ... Power supply, 6 ... Gas cylinder, 7 ... Gas regulator and flowmeter, 8 ... Tip of arc torch, 9 ... Arc torch Nozzle, 10: Torch electrode, 11: Electrode holder, 12: Encapsulated gas, 13: Mask, 14: Growth site of nanocarbon, 15: Catalyst metal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 茂生 千葉県茂原市大芝629 双葉電子工業株式 会社内 Fターム(参考) 4G046 CA00 CB01 CC09 CC10 5C031 DD17 DD19 (54)【発明の名称】 ナノカーボンの製造方法及びその方法を用いて製造されたナノカーボン、ナノカーボンの製造装 置、ナノカーボンのパターン化方法及びその方法を用いてパターン化されたナノカーボン基材及 びそのパターン化されたナノカーボン基材を用いた電子放出源 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (72) Inventor Shigeo Ito 629 Oshiba, Mobara-shi, Chiba Futaba Electronics Co., Ltd. F-term (reference) 4G046 CA00 CB01 CC09 CC10 5C031 DD17 DD19 (54) [Title of Invention] Nanocarbon , Nanocarbon manufactured by using the method, nanocarbon manufacturing apparatus, nanocarbon patterning method, nanocarbon substrate patterned by using the method, and nanocarbon patterned by the method Electron emission source using substrate

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1電極と、炭素材料を主成分とする第2
電極を、大気中で対向配置する工程と、 前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、 前記第2電極の所定領域の炭素材料を前記アーク放電に
よりナノカーボンに変える工程を備えたことを特徴とす
るナノカーボンの製造方法。
1. A first electrode and a second electrode mainly composed of a carbon material.
Disposing electrodes facing each other in the air; applying a voltage between the first electrode and the second electrode to generate an arc discharge; and disposing a carbon material in a predetermined region of the second electrode. A method for producing nanocarbon, comprising a step of converting into nanocarbon by arc discharge.
【請求項2】前記第1電極が、アークトーチに設けられ
たトーチ電極であり、該トーチ電極と前記第2電極を相
対移動させながら、前記第2電極の所定領域の炭素材料
を前記アーク放電によりナノカーボンに変える工程を備
えたことを特徴とする請求項1記載のナノカーボンの製
造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the first electrode is a torch electrode provided on an arc torch, and the carbon material in a predetermined region of the second electrode is discharged by the arc discharge while relatively moving the torch electrode and the second electrode. 2. The method for producing nanocarbon according to claim 1, further comprising a step of converting the carbon into nanocarbon.
【請求項3】前記第2電極が、基材表面に設けられてお
り、該基材を冷却部材により保持して、前記基材を該冷
却部材により冷却しながら、前記第2電極の所定領域の
炭素材料を前記アーク放電によりナノカーボンに変える
ことを特徴とする請求項1又は2記載のナノカーボンの
製造方法。
3. The second electrode is provided on a surface of a base material, and the base material is held by a cooling member, and the base material is cooled by the cooling member while a predetermined area of the second electrode is provided. The method for producing nanocarbon according to claim 1, wherein the carbon material is converted into nanocarbon by the arc discharge.
【請求項4】少なくとも、前記第1電極と前記第2電極
と両電極間で発生したアーク放電領域を被包部材で覆い
ながら、前記第2電極の所定領域の炭素材料を前記アー
ク放電によりナノカーボンに変えることを特徴とする請
求項1又は2記載のナノカーボンの製造方法。
4. An arc discharge region generated between the first electrode, the second electrode, and both electrodes is covered with an enclosing member, and a carbon material in a predetermined region of the second electrode is nano-sized by the arc discharge. The method for producing nanocarbon according to claim 1, wherein the method is changed to carbon.
【請求項5】前記第2電極の炭素材料が、黒鉛,活性
炭,アモルファスカーボンの何れかであることを特徴と
する請求項1又は2記載のナノカーボンの製造方法。
5. The method according to claim 1, wherein the carbon material of the second electrode is any one of graphite, activated carbon, and amorphous carbon.
【請求項6】前記第2電極が、触媒金属を含有している
炭素材料,触媒金属が表面に形成されている炭素材料,
B及び触媒金属を含有している炭素材料,Bが表面に形
成されている炭素材料,若しくはB及び触媒金属が表面
に形成されている炭素材料の何れかであることを特徴と
する請求項1又は2記載のナノカーボンの製造方法。
6. A carbon material containing a catalyst metal, a carbon material having a catalyst metal formed on its surface,
2. A carbon material containing B and a catalyst metal, a carbon material having B formed on a surface thereof, or a carbon material having B and a catalyst metal formed on a surface thereof. Or the method for producing nanocarbon according to 2.
【請求項7】前記触媒金属が、Li,B,Mg,Al,
Si,P,S,K,Ca,Ti,V,Cr,Mn,F
e,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,As,Y,
Zr,Nb,Mo,Rh,Pd,In,Sn,Sb,L
a,Hf,Ta,W,Os,Pt、若しくはこれらの酸
化物,窒化物,炭化物,硫化物,塩化物、硫酸化合物,
硝酸化合物、或いはそれらの混合物であることを特徴と
する請求項6記載のナノカーボンの製造方法。
7. The method according to claim 7, wherein the catalyst metal is Li, B, Mg, Al,
Si, P, S, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, F
e, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Y,
Zr, Nb, Mo, Rh, Pd, In, Sn, Sb, L
a, Hf, Ta, W, Os, Pt or their oxides, nitrides, carbides, sulfides, chlorides, sulfate compounds,
The method for producing nanocarbon according to claim 6, wherein the method is a nitric acid compound or a mixture thereof.
【請求項8】前記アーク放電の発生領域に特定ガスを供
給しながら、前記アーク放電を行うことを特徴とする請
求項1又は2又は4記載のナノカーボンの製造方法。
8. The method for producing nanocarbon according to claim 1, wherein the arc discharge is performed while supplying a specific gas to a region where the arc discharge is generated.
【請求項9】前記特定ガスが、Ar,Heなどの希ガ
ス,空気,窒素ガス,炭酸ガス,酸素ガス,水素ガス若
しくはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項
8記載のナノカーボンの製造方法。
9. The nanocarbon according to claim 8, wherein said specific gas is a rare gas such as Ar or He, air, nitrogen gas, carbon dioxide gas, oxygen gas, hydrogen gas or a mixed gas thereof. Manufacturing method.
【請求項10】前記第1電極が、黒鉛若しくはW(タン
グステン)を主成分とすることを特徴とする請求項1又
は2記載のナノカーボンの製造方法。
10. The method for producing nanocarbon according to claim 1, wherein the first electrode contains graphite or W (tungsten) as a main component.
【請求項11】前記アーク放電を直流若しくは直流パル
スで運転し、前記第2電極をアーク放電の陽極とするこ
とを特徴とする請求項1又は2記載のナノカーボンの製
造方法。
11. The method according to claim 1, wherein the arc discharge is operated by direct current or direct current pulse, and the second electrode is used as an anode of the arc discharge.
【請求項12】前記アーク放電を交流若しくは交流パル
スで運転することを特徴とする請求項1又は2記載のナ
ノカーボンの製造方法。
12. The method for producing nanocarbon according to claim 1, wherein the arc discharge is operated by alternating current or alternating current pulse.
【請求項13】請求項1乃至12の何れか一項記載の方
法を用いて製造されたナノカーボン。
13. A nanocarbon produced by using the method according to claim 1. Description:
【請求項14】第1電極と、炭素材料又は触媒金属を含
有している炭素材料又は触媒金属が表面に形成されてい
る炭素材料を主成分とする第2電極が、大気中で所定間
隔に保持されてなる電極と、 前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加して、
前記第2電極の所定領域にアーク放電を発生させて、該
アーク放電により該所定領域の炭素材料をナノカーボン
に変えるための電源からなるアーク発生手段と、 前記アーク放電の発生領域に特定ガスを供給する特定ガ
ス供給手段を備えたことを特徴とするナノカーボンの製
造装置。
14. A first electrode and a second electrode mainly composed of a carbon material containing a carbon material or a catalyst metal or a carbon material having a catalyst metal formed on a surface thereof are arranged at predetermined intervals in the atmosphere. Applying a voltage between the held electrode and the first electrode and the second electrode,
Arc generating means comprising a power source for generating an arc discharge in a predetermined area of the second electrode, and converting the carbon material in the predetermined area into nanocarbon by the arc discharge; An apparatus for producing nanocarbon, comprising a specific gas supply means for supplying.
【請求項15】第1電極が、アークトーチに設けられた
トーチ電極であり、該トーチ電極と前記第2電極を相対
移動させる移動手段を更に有し、前記トーチ電極と前記
第2電極を相対移動させながら、前記トーチ電極と前記
第2電極との間に電圧を印加して、前記第2電極の所定
領域にアーク放電を発生させて、該アーク放電により該
所定領域の炭素材料をナノカーボンに変えることを特徴
とする請求項14記載のナノカーボンの製造装置。
15. The method according to claim 15, wherein the first electrode is a torch electrode provided on an arc torch, and further comprises a moving means for relatively moving the torch electrode and the second electrode. While moving, a voltage is applied between the torch electrode and the second electrode to generate an arc discharge in a predetermined area of the second electrode, and the arc discharge causes the carbon material in the predetermined area to be nanocarbon. The apparatus for producing nanocarbon according to claim 14, wherein the apparatus is changed to:
【請求項16】前記第2電極が、基材表面に設けられて
おり、前記第1電極と前記第2電極を所定間隔で保持す
る保持手段が、前記基材を冷却するための冷却手段を有
することを特徴とする請求項14又は15記載のナノカ
ーボンの製造装置。
16. The apparatus according to claim 16, wherein the second electrode is provided on a surface of the base material, and holding means for holding the first electrode and the second electrode at a predetermined interval includes cooling means for cooling the base material. The nanocarbon production apparatus according to claim 14, wherein the apparatus has:
【請求項17】少なくとも、前記第1電極と前記第2電
極と両電極間で発生したアーク放電領域を覆う被包手段
を有することを特徴とする請求項14又は15記載のナ
ノカーボンの製造装置。
17. An apparatus for producing nanocarbon according to claim 14, further comprising an enclosing means for covering at least an arc discharge region generated between said first electrode, said second electrode and both electrodes. .
【請求項18】第1電極と、炭素材料を主成分とする第
2電極を、大気中で対向配置する工程と、 前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、 前記第1電極と前記第2電極を相対移動させながら、前
記第2電極の所定領域の炭素材料を前記アーク放電によ
りナノカーボンに変える工程を備えたことを特徴とする
ナノカーボンのパターン化方法。
18. A step of arranging a first electrode and a second electrode mainly composed of a carbon material to face each other in the air, and applying an electric voltage between the first electrode and the second electrode to form an arc. Generating a discharge, and changing a carbon material in a predetermined region of the second electrode into nanocarbon by the arc discharge while relatively moving the first electrode and the second electrode. Nanocarbon patterning method.
【請求項19】第1電極と、任意のパターン状に形成さ
れた炭素材料又は任意のパターン状に形成された触媒金
属を含有している炭素材料又は任意のパターン状に形成
された触媒金属が表面に形成されている炭素材料を主成
分とする第2電極を、大気中で対向配置する工程と、 前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加してア
ーク放電を発生させる工程と、 前記第2電極の所定領域の炭素材料を前記アーク放電に
よりナノカーボンに変える工程を備えたことを特徴とす
るナノカーボンのパターン化方法。
19. A method according to claim 19, wherein the first electrode comprises a carbon material formed in an arbitrary pattern or a carbon material containing a catalyst metal formed in an arbitrary pattern or a catalyst metal formed in an arbitrary pattern. A step of arranging a second electrode mainly composed of a carbon material formed on the surface thereof in the air, and applying a voltage between the first electrode and the second electrode to generate an arc discharge And a step of changing a carbon material in a predetermined region of the second electrode into nanocarbon by the arc discharge.
【請求項20】第1電極と、炭素材料を主成分とする第
2電極を、大気中で対向配置する工程と、 前記第2電極の表面に任意の開口パターンを持ったマス
クを配置する工程と、前記第1電極と前記第2電極との
間に電圧を印加してアーク放電を発生させる工程と、 前記マスクの開口部分に対応する前記第2電極の所定領
域の炭素材料を前記アーク放電によりナノカーボンに変
える工程を備えたことを特徴とするナノカーボンのパタ
ーン化方法。
20. A step of arranging a first electrode and a second electrode mainly composed of a carbon material in air, and a step of arranging a mask having an arbitrary opening pattern on a surface of the second electrode. Applying a voltage between the first electrode and the second electrode to generate an arc discharge; and discharging the carbon material in a predetermined region of the second electrode corresponding to an opening of the mask by the arc discharge. A method for patterning nanocarbon, comprising the step of:
【請求項21】前記第1電極が、アークトーチに設けら
れたトーチ電極であることを特徴とする請求項18乃至
20の何れか一項記載のナノカーボンのパターン化方
法。
21. The method for patterning nanocarbon according to claim 18, wherein the first electrode is a torch electrode provided on an arc torch.
【請求項22】請求項18乃至21の何れか一項記載の
方法を用いてパターン化されたナノカーボン基材。
22. A nanocarbon substrate patterned using the method according to any one of claims 18 to 21.
【請求項23】請求項22記載のパターン化されたナノ
カーボン基材を用いることを特徴とする電子放出源。
23. An electron emission source using the patterned nanocarbon substrate according to claim 22.
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