JP2006069805A - Method for manufacturing fine carbon fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カーボンナノチューブ等の微細な炭化水素繊維を製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing fine hydrocarbon fibers such as carbon nanotubes.
カーボンナノチューブは、炭素からなるナノメートルのオーダーの直径を有する円筒形チューブであり、水素吸蔵材料、燃料電池の触媒担体、電界放出ディスプレイ(FED)のエミッタ電極材料等の電子素子等の用途が検討されている。 A carbon nanotube is a cylindrical tube made of carbon and having a diameter on the order of nanometers. Applications of hydrogen storage materials, fuel cell catalyst carriers, field emission display (FED) emitter electrode materials, and other electronic devices are being studied. Has been.
前記カーボンナノチューブを製造するには、アーク放電法、熱化学蒸着法(以下、化学蒸着をCVDと略記することがある)、プラズマCVD法、スパッタ法、レーザーアブレーション法、SiC熱昇華法等の方法がある。このうち、前記基板に対して垂直に配向して形成されたカーボンナノチューブを得ることができる方法として熱CVD法がある。前記熱CVD法は、表面に触媒金属層を備える基板を、炭化水素ガスとキャリヤガスとからなる気流下、所定の処理温度で処理してカーボンナノチューブを製造する方法である(例えば特許文献1参照)。 In order to produce the carbon nanotubes, arc discharge method, thermal chemical vapor deposition method (hereinafter, chemical vapor deposition may be abbreviated as CVD), plasma CVD method, sputtering method, laser ablation method, SiC thermal sublimation method, etc. There is. Among these methods, there is a thermal CVD method as a method for obtaining carbon nanotubes formed by being oriented perpendicularly to the substrate. The thermal CVD method is a method of manufacturing a carbon nanotube by processing a substrate having a catalytic metal layer on the surface thereof at a predetermined processing temperature in an air stream composed of a hydrocarbon gas and a carrier gas (see, for example, Patent Document 1). ).
前記特許文献1には、前記炭化水素ガスとして、アセチレン、エチレン、プロピレン、ベンゼン等の不飽和炭化水素が挙げられている。また、前記キャリヤガスとしては、アルゴン、ヘリウム、窒素、水素等のガスが挙げられており、これらのガスの1種または2種以上の混合ガスを用いることができるとされているが、具体的にはアルゴンを単独で用いる例のみが記載されている。また、前記処理温度としては、700〜1000℃の範囲が好適とされている。 Patent Document 1 mentions unsaturated hydrocarbons such as acetylene, ethylene, propylene, and benzene as the hydrocarbon gas. Further, examples of the carrier gas include gases such as argon, helium, nitrogen, and hydrogen, and one or a mixture of two or more of these gases can be used. Describes only examples using argon alone. Moreover, as said process temperature, the range of 700-1000 degreeC is considered suitable.
しかしながら、前記製造方法では、得られるカーボンナノチューブは、欠陥やそれに起因する屈曲があり、あるいは周囲にアモルファスカーボン等からなる炭素堆積物が付着するために十分成長することができず、200μmを超える繊維長とすることが難しいとの不都合がある。
本発明は、かかる不都合を解消して、熱CVD法により長尺の微細炭素繊維を得ることができる製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a production method capable of solving such inconvenience and obtaining long fine carbon fibers by a thermal CVD method.
かかる目的を達成するために、本発明の製造方法は、基体と、該基体表面に形成された触媒金属層とを備える基板を、還元性ガスを含む原料ガス気流下、所定の処理温度で化学蒸着法により処理して微細炭素繊維を製造する方法において、該還元性ガスと該原料ガスとの混合比(還元性ガス/原料ガス)が0.5〜1.5の範囲にあり、該処理温度が250〜900℃の範囲であることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the production method of the present invention comprises a substrate and a catalytic metal layer formed on the surface of the substrate, which are chemically treated at a predetermined processing temperature in a source gas stream containing a reducing gas. In the method for producing fine carbon fibers by treatment by vapor deposition, the mixing ratio of the reducing gas and the raw material gas (reducing gas / raw material gas) is in the range of 0.5 to 1.5, and the treatment The temperature is in the range of 250 to 900 ° C.
本発明の製造方法では、前記基板を、還元性ガスを含む原料ガス気流下、所定の処理温度で化学蒸着(CVD)法により処理することにより、微細炭素繊維が前記基板に対して垂直に配向して形成される。このとき、前記原料ガスは前記還元性ガスを含んでいるので、該還元性ガスにより前記微細炭素繊維に生じる欠陥が解消され、該微細炭素繊維が屈曲することなく成長する。また、前記還元性ガスにより前記微細炭素繊維の周囲にアモルファスカーボン等の炭素堆積物が付着することが抑制されるので、前記原料ガスが前記触媒金属層に接触しやすくなり、該微細炭素繊維の成長が助長される。 In the production method of the present invention, the fine carbon fiber is oriented perpendicularly to the substrate by treating the substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method at a predetermined treatment temperature in a source gas stream containing a reducing gas. Formed. At this time, since the source gas contains the reducing gas, defects generated in the fine carbon fibers by the reducing gas are eliminated, and the fine carbon fibers grow without bending. Further, since the reducing gas suppresses adhesion of carbon deposits such as amorphous carbon around the fine carbon fibers, the raw material gas can easily come into contact with the catalytic metal layer, and the fine carbon fibers Growth is encouraged.
従って、本発明の製造方法によれば、前記基板上に繊維長200μm以上の長尺の前記微細炭素繊維を得ることができる。 Therefore, according to the production method of the present invention, the fine carbon fibers having a long fiber length of 200 μm or more can be obtained on the substrate.
このとき、前記還元性ガスと前記原料ガスとの混合比が0.5未満または1.5を超えると、前記微細炭素繊維の繊維長を700μm以上とすることができない。また、前記CVD法の処理温度が250℃未満であると原料ガスを分解することができず、前記微細炭素繊維の製造自体が困難になり、900℃を超えると前記微細炭素繊維の繊維長を700μm以上とすることができない。 At this time, if the mixing ratio of the reducing gas and the raw material gas is less than 0.5 or exceeds 1.5, the fiber length of the fine carbon fiber cannot be made 700 μm or more. Further, if the processing temperature of the CVD method is less than 250 ° C., the raw material gas cannot be decomposed, and the production of the fine carbon fibers becomes difficult. If the processing temperature exceeds 900 ° C., the fiber length of the fine carbon fibers is increased. It cannot be 700 μm or more.
本発明の製造方法では、前記原料ガスとして、炭化水素ガスまたはアルコールガスを用いることができる。また、前記還元性ガスとして、例えば、H2、NH3、O2、CF4、SF6からなる群から選ばれる1種の化合物を挙げることができる。 In the production method of the present invention, hydrocarbon gas or alcohol gas can be used as the raw material gas. Examples of the reducing gas include one compound selected from the group consisting of H 2 , NH 3 , O 2 , CF 4 , and SF 6 .
熱CVD法において、H2を含む炭化水素ガスを用いてカーボンナノチューブを製造することは文献に記載がある(特許文献2参照)。前記文献に記載の熱CVD法は、表面にNiからなる触媒金属層を形成したSi基板を電気炉に挿通し、1200℃に加熱し、メタンガスを30cc/分、水素ガスを70cc/分及びアルゴンガスを400cc/分の速度で5分間流通するものである。しかし、本発明者らの検討によれば、かかる高温では前述のように前記微細炭素繊維の繊維長を700μm以上とすることができない。 In the thermal CVD method, the production of carbon nanotubes using a hydrocarbon gas containing H 2 is described in the literature (see Patent Document 2). In the thermal CVD method described in the above document, a Si substrate with a catalytic metal layer made of Ni on the surface is inserted into an electric furnace and heated to 1200 ° C., methane gas is 30 cc / min, hydrogen gas is 70 cc / min, and argon Gas is circulated at a rate of 400 cc / min for 5 minutes. However, according to the study by the present inventors, at such a high temperature, the fiber length of the fine carbon fiber cannot be made 700 μm or more as described above.
ところで、前記CVD法による処理は前記範囲の高温で行うので、時間の経過と共に前記触媒金属層と基体とが相互に拡散して、該触媒金属が失活することが懸念される。そこで、本発明の製造方法では、前記基板は、前記基体と前記触媒金属層との間に、該基体と該触媒金属層との相互拡散を防止する拡散防止層を備えることが好ましい。 By the way, since the treatment by the CVD method is carried out at a high temperature within the above range, there is a concern that the catalyst metal layer and the substrate diffuse to each other with time and the catalyst metal is deactivated. Therefore, in the production method of the present invention, it is preferable that the substrate is provided with a diffusion preventing layer for preventing mutual diffusion between the substrate and the catalyst metal layer between the substrate and the catalyst metal layer.
前記拡散防止層によれば、前記触媒金属層と前記基体との相互拡散が防止されるので、前記触媒金属層が触媒活性を維持することができ、前記微細炭素繊維の成長を助長することができる。前記拡散防止層としては、例えば、窒化物、酸化物または炭化物のいずれかからなるもの挙げることができ、さらに具体的には窒化珪素または酸化珪素からなるものを挙げることができる。 According to the diffusion preventing layer, mutual diffusion between the catalytic metal layer and the substrate is prevented, so that the catalytic metal layer can maintain catalytic activity and promote the growth of the fine carbon fibers. it can. Examples of the diffusion preventing layer include those made of any of nitride, oxide, and carbide, and more specifically, those made of silicon nitride or silicon oxide.
本発明の製造方法は、具体的には、前記基板を反応炉に収容する工程と、該反応炉に前記還元性ガスを含む前記原料ガスとキャリヤガスとを充填する工程と、該還元性ガスを含む該原料ガスと該キャリヤガスとを充填した後、該反応炉に該キャリヤガスのみを充填する工程と、該キャリヤガスのみを充填した後、該キャリヤガスのみからなる気流下または該キャリヤガスと該還元性ガスとからなる気流下に該反応炉内を前記範囲の処理温度に加熱する工程と、該加熱後、該基板を、該還元性ガスを含む該原料ガスと該キャリヤガスとからなる気流下、該処理温度で化学蒸着法により処理する工程とにより実施することができる。 Specifically, the manufacturing method of the present invention includes a step of housing the substrate in a reaction furnace, a step of filling the reaction furnace with the source gas containing the reducing gas and a carrier gas, and the reducing gas. A step of filling the reaction furnace with only the carrier gas after filling the raw material gas containing the carrier gas and the carrier gas; and after filling only the carrier gas, under an air flow comprising only the carrier gas or the carrier gas And heating the interior of the reactor to a treatment temperature within the above range under an air stream comprising the reducing gas, and after the heating, the substrate is separated from the source gas containing the reducing gas and the carrier gas. And a step of treating by chemical vapor deposition at the treatment temperature.
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図1は本実施形態の製造方法に用いる基板の説明的断面図、図2は本実施形態の製造方法に用いるCVD装置の一例を示すシステム構成図、図3は本実施形態の製造方法のCVD法における熱履歴の一例を示すグラフである。 Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. 1 is an explanatory sectional view of a substrate used in the manufacturing method of the present embodiment, FIG. 2 is a system configuration diagram showing an example of a CVD apparatus used in the manufacturing method of the present embodiment, and FIG. 3 is a CVD of the manufacturing method of the present embodiment. It is a graph which shows an example of the heat history in a method.
本実施形態の微細炭素繊維の製造方法は、図1に示す基板1の表面に対して垂直方向に配向された長尺のカーボンナノチューブを製造するものである。基板1は、図1(a)に示すように、基体2の表面に直接触媒金属層3が形成されたものであってもよく、図1(b)に示すように基体2と接触媒金属層3との間に拡散防止層4を備えるものであってもよい。
The method for producing fine carbon fibers according to the present embodiment produces long carbon nanotubes oriented in the direction perpendicular to the surface of the substrate 1 shown in FIG. The substrate 1 may be a substrate in which a
基体2は、Si、ガラス等従来公知の材料を用いることができる。触媒金属層3を形成する金属は、Fe、Co、Niの単体でもよく、これらの合金であってもよい。また、Fe、Co、Niの単体または合金と、W、Mo、Ta、Pt、Cr等の金属との合金であってもよい。触媒金属層3は、スパッタ、蒸着、スピンコート等により形成することができ、100nm以下の厚さであることが好ましい。
For the substrate 2, a conventionally known material such as Si or glass can be used. The metal forming the
基体2と触媒金属層3との相互拡散を防止するために、拡散防止層4は、窒化物、酸化物または炭化物のいずれかからなるもの挙げることができ、さらに具体的には窒化珪素、酸化珪素等からなるものを挙げることができる。また、基板1は用途に応じて、触媒金属層3の下に、導電体層等を備えていてもよい。
In order to prevent mutual diffusion between the substrate 2 and the
本実施形態では、次に、基板1を、図2に示す管状炉11に収容して、還元性ガスを含む炭化水素ガス気流下、250〜900℃の範囲の処理温度でCVD法による処理を行う。管状炉11はCVD法による処理のための反応炉であり、図2に示すように、外周部にヒーター12を備え、一方の端部に管状炉11に所定のガスを供給するガス供給導管13、他方の端部に管状炉11からガスを排出するガス排出導管14が接続されている。
In the present embodiment, next, the substrate 1 is accommodated in the tubular furnace 11 shown in FIG. 2, and processed by the CVD method at a processing temperature in the range of 250 to 900 ° C. in a hydrocarbon gas stream containing a reducing gas. Do. The tubular furnace 11 is a reaction furnace for processing by the CVD method. As shown in FIG. 2, a
ガス供給導管13は、上流側で支管15a,15b,15cに分岐しており、支管15aはキャリヤガス源16に、支管15bは炭化水素ガス源17に、支管15cは還元性ガス源18に、それぞれ接続されている。また、支管15a,15b,15cは、各ガス源16,17,18から供給されるガスを、所定の量で管状炉11に流通するマスフロー19a,19b,19cをそれぞれ備えている。一方、ガス排出導管14は、開閉弁20を備えている。
The gas supply conduit 13 branches to the
キャリヤガス源16から供給されるキャリヤガスとしては、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性ガスを用いることができる。炭化水素ガス源17から供給される炭化水素ガスとしては、アセチレン、メタン、エチレン、ベンゼン等の炭化水素を挙げることができるが、さらに前記炭化水素に代えてアルコールを用いてもよい。
As the carrier gas supplied from the
また、還元性ガス源18から供給される還元性ガスとしては、前記範囲の処理温度で熱分解して、C−C結合を切断する効果のあるガスを用いることができ、例えば、H2、NH3、O2、CF4、SF6からなる群から選ばれる1種の化合物を挙げることができる。
Further, as the reducing gas supplied from the reducing
本実施形態では、基板1を管状炉11に収容した後、ガス排出導管14の開閉弁20を閉じると共に、各ガス源16,17,18から、前記キャリヤガス、前記炭化水素ガス、前記還元性ガスを供給し、管状炉11内を該キャリヤガス、該炭化水素ガス、該還元性ガスにより完全に置換することにより、管状炉11内に該キャリヤガス、該炭化水素ガス、該還元性ガスを充填する。前記各ガスは、後述のカーボンナノチューブ形成時と同一の組成とする。
In the present embodiment, after the substrate 1 is accommodated in the tubular furnace 11, the on-off
次に、開閉弁20を開いて前記各ガスを排出した後、再び開閉弁20を閉じる。そして、キャリヤガス源16から前記キャリヤガスのみを供給し、管状炉11内を該キャリヤガスにより完全に置換することにより、管状炉11内に該キャリヤガスを充填する。
Next, after opening the on-off
次に、開閉弁20を開いて前記キャリヤガスを排出した後、再びキャリヤガス源16から該キャリヤガスのみを供給し、該キャリヤガスの気流下に管状炉11内を処理温度まで加熱する。前記加熱は、図3に示すように、例えば30分間で処理温度以上まで昇温し、その後、前記キャリヤガスの気流下に例えば20分間保持して該処理温度に安定するようにする。前記処理温度は、前記炭化水素ガスが熱分解する温度であることが必要であり、該炭化水素ガスに応じて250〜900℃の範囲で適宜選択される(図3の例では750℃)。尚、前記加熱は、前記キャリヤガスと共に前記還元性ガス源18から前記還元性ガスを供給し、管状炉11内を該キャリヤガスと該還元性ガスとにより完全に置換した後、該キャリヤガスと該還元性ガスとの混合ガスの気流下に行ってもよい。
Next, after opening the on-off
次に、管状炉11内の温度が処理温度に安定したならば、各ガス源16,17,18から、前記キャリヤガスと、前記炭化水素ガスと、前記還元性ガスとの混合ガスを所定の組成で供給し、管状炉11内を該混合ガスにより完全に置換した後、該混合ガス気流下、該処理温度に例えば20分間保持して、基板1上にカーボンナノチューブを形成する。前記混合ガスにおいて、前記還元性ガスと前記炭化水素ガスとの混合比A(還元性ガス/炭化水素ガス)は0.5〜1.5の範囲にあることが必要である。また、前記混合ガスにおいて、前記炭化水素ガスと前記キャリヤガスとの混合比B(還元性ガス/キャリヤガス)は、例えば、0.04〜0.08の範囲にある。前記組成とするために、前記混合ガスは、例えば、全流量を230sccm(standard cc per minute)とする場合、前記キャリヤガスの流量を200〜210sccm、前記炭化水素ガスの流量を10〜20sccm、前記還元性ガスの流量を10〜15sccmとする。
Next, when the temperature in the tubular furnace 11 is stabilized at the processing temperature, a mixed gas of the carrier gas, the hydrocarbon gas, and the reducing gas is supplied from each
そして、前記時間経過後は、図3に示すように放冷する。この結果、基板1上に、欠陥や屈曲が少なく、繊維長が700μm以上の長尺のカーボンナノチューブを得ることができる。次に、本発明の実施例と比較例とを示す。 And after the said time passage, it cools as shown in FIG. As a result, it is possible to obtain a long carbon nanotube with few defects and bends and a fiber length of 700 μm or more on the substrate 1. Next, examples of the present invention and comparative examples will be described.
実施例1では、図1(a)に示す構成の基板1を、図2に示す管状炉11に収容し、各ガス源16,17,18から、前記キャリヤガスと、前記炭化水素ガスと、前記還元性ガスとの混合ガスを供給してCVD処理を行った。
In Example 1, the substrate 1 having the configuration shown in FIG. 1A is accommodated in the tubular furnace 11 shown in FIG. 2, and the carrier gas, the hydrocarbon gas, and the like from each
基板1は、Siからなる基体2上に直接Feからなる厚さ50オングストロームの触媒金属層3が形成されている。また、前記混合ガスにおいて、前記キャリヤガスとしてはヘリウム、前記炭化水素ガスとしてはアセチレン、前記還元性ガスとしては水素を用いた。
In the substrate 1, a
前記CVD処理は、基板1を管状炉11に収容した後、ガス排出導管14の開閉弁20を閉じ、各ガス源16,17,18から、ヘリウム、アセチレン、水素を、後述のカーボンナノチューブ形成時と同一の組成で供給し、管状炉11内をヘリウム、アセチレン、水素で完全に置換することにより、管状炉11内にヘリウム、アセチレン、水素を充填した。
In the CVD process, after the substrate 1 is accommodated in the tubular furnace 11, the on-off
次に、開閉弁20を開いて前記各ガスを排出した後、再び開閉弁20を閉じ、キャリヤガス源16からヘリウムのみを供給し、管状炉11内をヘリウムで完全に置換することにより、管状炉11内にヘリウムを充填した。次に、開閉弁20を開いてヘリウムを排出した後、再びキャリヤガス源16からヘリウムのみを供給し、ヘリウム気流下に管状炉11内を、30分間で処理温度の750℃まで加熱し、その後、ヘリウム気流下に20分間保持して該処理温度に安定させた。
Next, after opening the on-off
次に、管状炉11内の温度が前記処理温度に安定したならば、各ガス源16,17,18から、ヘリウムと、アセチレンと、水素との混合ガスを、前記還元性ガス(水素)と前記炭化水素ガス(アセチレン)との混合比A(H2/C2H2)が1であり、前記還元性ガスと前記キャリヤガス(ヘリウム)との混合比B(H2/He)が0.048である組成で供給し、管状炉11内を該混合ガスで完全に置換した後、該混合ガス気流下、該処理温度に20分間保持して、基板1上にカーボンナノチューブを形成させた後、放冷した。
Next, when the temperature in the tubular furnace 11 is stabilized at the processing temperature, a mixed gas of helium, acetylene, and hydrogen is supplied from each
処理条件と、得られたカーボンナノチューブの繊維長とを表1に示す。
〔比較例1〕
比較例1では、管状炉11内の温度が前記処理温度に安定した後、各ガス源16,17,18から、ヘリウムと、アセチレンと、水素との混合ガスを、前記混合比A(H2/C2H2)が0.3であり、前記還元性ガスと前記キャリヤガス(ヘリウム)との混合比B(H2/He)が0.053である組成で供給した以外は、実施例1と全く同一にして、基板1上にカーボンナノチューブを形成させた。
Table 1 shows the treatment conditions and the fiber length of the obtained carbon nanotubes.
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, after the temperature in the tubular furnace 11 was stabilized at the processing temperature, a mixed gas of helium, acetylene, and hydrogen was supplied from each
処理条件と、得られたカーボンナノチューブの繊維長とを表1に示す。
〔比較例2〕
比較例2では、管状炉11内の温度が前記処理温度に安定した後、各ガス源16,17,18から、ヘリウムと、アセチレンと、水素との混合ガスを、前記混合比A(H2/C2H2)が3であり、前記還元性ガスと前記キャリヤガス(ヘリウム)との混合比B(H2/He)が0.158である組成で供給した以外は、実施例1と全く同一にして、基板1上にカーボンナノチューブを形成させた。
Table 1 shows the treatment conditions and the fiber length of the obtained carbon nanotubes.
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 2, after the temperature in the tubular furnace 11 is stabilized at the processing temperature, a mixed gas of helium, acetylene, and hydrogen is supplied from each
処理条件と、得られたカーボンナノチューブの繊維長とを表1に示す。
〔比較例3〕
比較例3では、管状炉11内の温度が前記処理温度に安定した後、各ガス源16,17からヘリウムとアセチレンとを表1に示す組成で供給し、水素を全く含まない混合ガスを用いた以外は、実施例1と全く同一にして、基板1上にカーボンナノチューブを形成させた。
Table 1 shows the treatment conditions and the fiber length of the obtained carbon nanotubes.
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 3, after the temperature in the tubular furnace 11 was stabilized at the processing temperature, helium and acetylene were supplied from the
処理条件と、得られたカーボンナノチューブの繊維長とを表1に示す。 Table 1 shows the treatment conditions and the fiber length of the obtained carbon nanotubes.
実施例2〜4では、図1(b)に示す構成の基板1を用いた以外は、実施例1と同様にして、該基板1上にカーボンナノチューブを形成させた。基板1は、Siからなる基体2上に、窒化珪素(SiN)からなる厚さ3000オングストロームの拡散防止層4を介して、Feからなる厚さ50オングストロームの触媒金属層3が形成されている。
In Examples 2 to 4, carbon nanotubes were formed on the substrate 1 in the same manner as in Example 1 except that the substrate 1 having the configuration shown in FIG. In the substrate 1, a
処理条件と、得られたカーボンナノチューブの繊維長とを表1に示す。
〔比較例4〕
比較例4では、図1(b)に示す構成の基板1を用いた以外は、比較例1と全く同一にして、該基板1上にカーボンナノチューブを形成させた。
Table 1 shows the treatment conditions and the fiber length of the obtained carbon nanotubes.
[Comparative Example 4]
In Comparative Example 4, carbon nanotubes were formed on the substrate 1 in exactly the same manner as in Comparative Example 1, except that the substrate 1 having the configuration shown in FIG.
処理条件と、得られたカーボンナノチューブの繊維長とを表1に示す。
〔比較例5〕
比較例5では、図1(b)に示す構成の基板1を用いた以外は、比較例2と全く同一にして、該基板1上にカーボンナノチューブを形成させた。
Table 1 shows the treatment conditions and the fiber length of the obtained carbon nanotubes.
[Comparative Example 5]
In Comparative Example 5, carbon nanotubes were formed on the substrate 1 in exactly the same manner as in Comparative Example 2, except that the substrate 1 having the configuration shown in FIG.
処理条件と、得られたカーボンナノチューブの繊維長とを表1に示す。
〔比較例6〕
比較例6では、管状炉11内の温度が前記処理温度に安定した後、各ガス源16,17から、ヘリウムとアセチレンとを表1に示す組成で供給し、水素を全く含まない混合ガスを用いた以外は、比較例4と全く同一にして、基板1上にカーボンナノチューブを形成させた。
Table 1 shows the treatment conditions and the fiber length of the obtained carbon nanotubes.
[Comparative Example 6]
In Comparative Example 6, after the temperature in the tubular furnace 11 was stabilized at the processing temperature, helium and acetylene were supplied from the
処理条件と、得られたカーボンナノチューブの繊維長とを表1に示す。
〔比較例7〕
比較例7では、前記処理温度を1000℃とした以外は、実施例2と全く同一にして、基板1上にカーボンナノチューブを形成させた。
Table 1 shows the treatment conditions and the fiber length of the obtained carbon nanotubes.
[Comparative Example 7]
In Comparative Example 7, carbon nanotubes were formed on the substrate 1 in exactly the same manner as in Example 2 except that the treatment temperature was 1000 ° C.
処理条件と、得られたカーボンナノチューブの繊維長とを表1に示す。 Table 1 shows the treatment conditions and the fiber length of the obtained carbon nanotubes.
表1から、処理温度750℃で、前記混合ガスにおいて前記還元性ガス(水素)と前記炭化水素ガス(アセチレン)との混合比A(H2/C2H2)が0.5〜1.5の範囲にあり、前記還元性ガスと前記キャリヤガス(ヘリウム)との混合比B(H2/He)が0.04〜0.08の範囲にある場合(実施例1〜4)には繊維長が700〜1000μmとなり、長尺のカーボンナノチューブが得られることが明らかである。
From Table 1, at a treatment temperature of 750 ° C., the mixing ratio A (H 2 / C 2 H 2 ) of the reducing gas (hydrogen) and the hydrocarbon gas (acetylene) in the mixed gas is 0.5 to 1. When the mixing ratio B (H 2 / He) of the reducing gas and the carrier gas (helium) is in the range of 0.04 to 0.08 (Examples 1 to 4). It is clear that the fiber length is 700 to 1000 μm, and long carbon nanotubes can be obtained.
これに対して、混合比Aが0.5未満の場合(比較例1,4)、または混合比Aが1.5を超える場合(比較例2,5)には、いずれも繊維長が700μm未満となり、長尺のカーボンナノチューブを得ることができないことが明らかである。 On the other hand, when the mixing ratio A is less than 0.5 (Comparative Examples 1 and 4) or when the mixing ratio A exceeds 1.5 (Comparative Examples 2 and 5), the fiber length is 700 μm. It is clear that long carbon nanotubes cannot be obtained.
また、前記還元性ガスを全く含まない場合(比較例3,6)、前記還元性ガスを含んでいても前記処理温度が900℃を超える場合(比較例7)にも、いずれも繊維長が700μm未満であり、長尺のカーボンナノチューブを得ることができないことが明らかである。 Further, when the reducing gas is not included at all (Comparative Examples 3 and 6), and even when the reducing gas is included and the treatment temperature exceeds 900 ° C. (Comparative Example 7), the fiber length is all. It is clear that it is less than 700 μm, and long carbon nanotubes cannot be obtained.
1…基板、 2…基体、 3…触媒金属層、 4…拡散防止層、 11…反応炉、 17…炭化水素ガス源、 18…還元性ガス源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate, 2 ... Base | substrate, 3 ... Catalyst metal layer, 4 ... Diffusion prevention layer, 11 ... Reactor, 17 ... Hydrocarbon gas source, 18 ... Reducing gas source.
Claims (7)
該還元性ガスと該原料ガスとの混合比(還元性ガス/原料ガス)が0.5〜1.5の範囲にあり、該処理温度が250〜900℃の範囲であることを特徴とする微細炭素繊維の製造方法。 In a method for producing a fine carbon fiber by treating a substrate comprising a substrate and a catalytic metal layer formed on the surface of the substrate by a chemical vapor deposition method at a predetermined treatment temperature under a source gas stream containing a reducing gas,
The mixing ratio of the reducing gas and the source gas (reducing gas / source gas) is in the range of 0.5 to 1.5, and the treatment temperature is in the range of 250 to 900 ° C. A method for producing fine carbon fibers.
該反応炉に前記還元性ガスを含む前記原料ガスとキャリヤガスとを充填する工程と、
該還元性ガスを含む該原料ガスと該キャリヤガスとを充填した後、該反応炉に該キャリヤガスのみを充填する工程と、
該キャリヤガスのみを充填した後、該キャリヤガスのみからなる気流下または該キャリヤガスと該還元性ガスとからなる気流下に該反応炉内を前記範囲の処理温度に加熱する工程と、
該加熱後、該基板を、該還元性ガスを含む該原料ガスと該キャリヤガスとからなる気流下、該処理温度で化学蒸着法により処理する工程とからなることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の微細炭素繊維の製造方法。 Accommodating the substrate in a reactor;
Filling the reaction furnace with the source gas containing the reducing gas and a carrier gas;
Filling the reaction furnace with only the carrier gas after filling the source gas containing the reducing gas and the carrier gas;
After filling only the carrier gas, heating the inside of the reactor to a treatment temperature in the above range under an air stream consisting only of the carrier gas or an air stream consisting of the carrier gas and the reducing gas;
2. The method according to claim 1, further comprising a step of treating the substrate by chemical vapor deposition at the treatment temperature in an air stream comprising the source gas containing the reducing gas and the carrier gas after the heating. The manufacturing method of the fine carbon fiber of any one of Claim 6.
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