JP2005238388A - 炭素ナノ構造体、その製造方法、その切断方法、それを有する探針および電界電子放出源 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基体上に成長した炭素構造体の頂点付近の炭素原子と化学結合して該頂点上に成長したカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーまたはグラファイトナノファイバーから成る炭素ナノ構造体。炭素ナノ構造体は、炭素材料にイオンビーム、レーザビーム、電子ビーム等の高エネルギービームを照射することにより製造される。炭素ナノ構造体の切断は、基体上の炭素構造体および炭素ナノ構造体を樹脂中に埋め込み、樹脂および埋め込まれた炭素ナノ構造体を一緒に炭素ナノ構造体側から所定位置まで研磨した後、残留している樹脂を除去することにより行なう。
【選択図】 図1
Description
基材の表面を、上記炭素ナノ構造体の複数個並列配置に対応する位置に開口を有するマスクで覆う工程、
上記マスクの開口内に露出した基材の表面に、エッチングにより窪みを形成する工程、
上記マスク上から炭素を堆積させる工程、
上記マスクを除去して、上記窪み内のみに上記堆積炭素を残す工程、
上記窪み内に炭素を堆積させた側の基材表面に高エネルギービームを照射することにより、該堆積炭素上に上記炭素ナノ構造体を成長させる工程
を含む。
図1に、本発明の炭素ナノ構造体を模式的に示す。炭素ナノ構造体10は、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー(CNF)またはグラファイトナノファイバー(GNF)であり、基体12上に成長した炭素構造体14の頂点14T付近の炭素原子と化学結合して頂点14T上に成長している。すなわち、炭素ナノ構造体10は接合部Bにおいて炭素構造体14と化学結合により接合している。
実施形態1で説明した本発明の炭素ナノ構造体は本発明の方法により初めて製造可能になった。
前述のように、従来、種々の炭素ナノ構造体(CNT、CNF、GNF)の切断は、酸溶液中で超音波振動を加えて化学的に切断する方法、ミリング等により機械的に切断する方法などにより行なわれていたが、所望の長さに揃えて切断することが困難であった。
図5は、本発明の炭素ナノ構造体10を複数個並列に配置し且つ炭素構造体14の部分を単一の基材22中に埋め込んで一体化した構造を有するSTM、AFM等の探針あるいはFED、X線装置、SEM、TEM等の電界電子放出源を示す。
図5に示した実施形態4の、炭素ナノ構造体10を複数個並列配置した探針または電界電子放出源を本発明により製造する手順の一例を説明する。
本発明の炭素ナノ構造体10をSTM、AFM等の探針やFED、X線装置、SEM、TEM等の電界電子放出源として用いる場合、導電性をできるだけ高めることが望ましい。炭素ナノ構造体(CNT、CNF、GNF)は、内部欠陥の存在により電子伝導が妨げられ、電気抵抗が増大し、発熱や外部撹乱によるノイズの発生が起きたり、欠陥箇所で放電が発生したりして、探針による測定精度や電界電子放出源の動作精度を低下させる。
本実施形態は、特にSTM、AFMなどの探針に用いた場合に有利な形態である。
本発明の炭素ナノ構造体10を用いたSTM、AFM用探針やFED、X線装置、SEM、TEM等の電界電子放出源は、必要な先端での放電は十分に確保しつつ、不必要で有害な側面からの放電を防止することが望ましい。
12…基体
14…炭素構造体、コーン
14T…炭素構造体(またはコーン)14の頂点
16…炭素材料
20…樹脂
22…基材
26…開口
28…マスク
30…窪み
32…堆積炭素
Claims (18)
- 基体上に成長した炭素構造体の頂点付近の炭素原子と化学結合して該頂点上に成長したカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーまたはグラファイトナノファイバーから成る炭素ナノ構造体。
- 請求項1記載の炭素ナノ構造体の製造方法であって、炭素材料に高エネルギービームを照射することを特徴とする炭素ナノ構造体の製造方法。
- 請求項2において、高エネルギービームの照射を室温から200℃の温度域で行なうことを特徴とする炭素ナノ構造体の製造方法。
- 請求項2または3において、高エネルギービームが、イオンビーム、レーザビームまたは電子ビームであることを特徴とする炭素ナノ構造体の製造方法。
- 請求項1記載の炭素ナノ構造体の切断方法であって、基体上の炭素構造体および炭素ナノ構造体を樹脂中に埋め込み、樹脂および埋め込まれた炭素ナノ構造体を一緒に炭素ナノ構造体側から所定位置まで研磨した後、残留している樹脂を除去することを特徴とする炭素ナノ構造体の切断方法。
- 請求項1記載の炭素ナノ構造体を有することを特徴とする走査トンネル顕微鏡または原子間力顕微鏡の探針。
- 請求項1記載の炭素ナノ構造体を有することを特徴とする電界電子放出源。
- 請求項1記載の炭素ナノ構造体が複数個並列に配置され且つ炭素構造体を単一の基材中に埋め込まれて一体化した構造を有することを特徴とする走査トンネル顕微鏡または原子間力顕微鏡の探針。
- 請求項1記載の炭素ナノ構造体が複数個並列に配置され且つ炭素構造体を単一の基材中に埋め込まれて一体化した構造を有することを特徴とする電界電子放出源。
- 請求項8記載の探針または請求項9記載の電界電子放出源の製造方法であって、
基材の表面を、上記炭素ナノ構造体の複数個並列配置に対応する位置に開口を有するマスクで覆う工程、
上記マスクの開口内に露出した基材の表面に、エッチングにより窪みを形成する工程、
上記マスク上から炭素を堆積させる工程、
上記マスクを除去して、上記窪み内のみに上記堆積炭素を残す工程、
上記窪み内に炭素を堆積させた側の基材表面に高エネルギービームを照射することにより、該堆積炭素上に上記炭素ナノ構造体を成長させる工程
を含むことを特徴とする探針または電界電子放出源の製造方法。 - 請求項6または8において、炭素ナノ構造体のラマン分析により得られるGバンドとDバンドのピーク強度比G/Dが1よりも大きいことを特徴とする探針。
- 請求項7または9において、炭素ナノ構造体のラマン分析により得られるGバンドとDバンドのピーク強度比G/Dが1よりも大きいことを特徴とする電界電子放出源。
- 請求項6または8において、炭素構造体が円錐であり、高さが底面の直径よりも高いことを特徴とする探針。
- 請求項7または9において、炭素構造体が円錐であり、高さが底面の直径よりも高いことを特徴とする電界電子放出源。
- 請求項6または8において、炭素ナノ構造体が多層カーボンナノチューブであり、最表層が化学的修飾により絶縁性を付与されていることを特徴とする探針。
- 請求項7または9において、炭素ナノ構造体が多層カーボンナノチューブであり、最表層が化学的修飾により絶縁性を付与されていることを特徴とする電界電子放出源。
- 請求項6または8において、炭素ナノ構造体が多層カーボンナノチューブであり、最表層がキラル構造またはジグザグ構造であることを特徴とする探針。
- 請求項7または9において、炭素ナノ構造体が多層カーボンナノチューブであり、最表層がキラル構造またはジグザグ構造であることを特徴とする電界電子放出源。
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