JP2006150542A - ハイブリッドナノ構造体及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 異種材料と複合化されたハイブリッド構造を有する新規なハイブリッドナノ構造体を提供する。
【解決手段】 本発明に係るハイブリッドナノ構造体は、ナノ構造体であるナノチューブ1の外周面に、材質の異なる第1被膜2及び第2被膜3を、それぞれ180度若しくは略180度の角度範囲に亘って、片面ずつ形成して構成されている。ナノ構造体としては、ナノチューブに限らず、ナノワイヤ、ナノホーン、ナノファイバーなど、種々の一次元ナノ構造体を採用することが出来る。
【選択図】 図1
【解決手段】 本発明に係るハイブリッドナノ構造体は、ナノ構造体であるナノチューブ1の外周面に、材質の異なる第1被膜2及び第2被膜3を、それぞれ180度若しくは略180度の角度範囲に亘って、片面ずつ形成して構成されている。ナノ構造体としては、ナノチューブに限らず、ナノワイヤ、ナノホーン、ナノファイバーなど、種々の一次元ナノ構造体を採用することが出来る。
【選択図】 図1
Description
本発明は、異種材料と複合化されたハイブリッド構造を有するハイブリッドナノ構造体及びその製造方法に関するものである。
近年、ナノチューブやナノワイヤ等のナノ構造体の研究が活発に行なわれており、ナノチューブとして、例えば、炭素原子からなる六員環グラフェンシートを筒状に丸めて構成されるカーボンナノチューブが知られている。カーボンナノチューブは、独特の電気的特性、機械的特性及び化学的特性を有しているため、電子分野、情報分野、化学分野、生物分野及び医学分野など幅広い分野での応用が期待されており、例えば走査型プローブ顕微鏡のプローブ、電子デバイス、冷電子源、電気二重層キャパシタ、センサ、ドラッグデリバリーシステムなどへの応用が可能である。一方、ナノワイヤとしては、IV族半導体ナノワイヤ(例えばSi、Ge、SiC)、III−V族半導体ナノワイヤ(例えばGaAs、GaP、InP、InAs、GaN、InN)、II−VI族半導体ナノワイヤ(例えばCdS、CdSe)、酸化物ナノワイヤ(例えばTiO2、SnO2、MgO、ZnO)、金属ナノワイヤ(例えばPt、Ag)が知られており、これらの電気的特性、機械的特性及び化学的特性が報告されている。
尚、カーボンナノチューブにドーパント物質が内包されたハイブリッドカーボンナノチューブの作製方法が提案されている(特許文献1及び2参照)。
特開2002−255520号公報
特開2002−97010号公報
しかしながら、単一材料(多元混晶材料を含む)からなるナノチューブやナノワイヤ等の単一材料ナノ構造体及びその製造方法については数多く報告されているものの、異種材料と複合化されたハイブリッド構造を有するハイブリッドナノ構造体については、より広い分野での応用が期待されているにも拘わらず、報告の数は少ない。
本発明の目的は、異種材料と複合化されたハイブリッド構造を有する新規なハイブリッドナノ構造体及びその製造方法を提供することである。
本発明の目的は、異種材料と複合化されたハイブリッド構造を有する新規なハイブリッドナノ構造体及びその製造方法を提供することである。
本発明に係るハイブリッドナノ構造体は、ナノ構造体の表面に材質の異なる2種類の被膜を形成して構成されている。
前記ナノ構造体は、ナノチューブ或いはナノワイヤからなる一次元ナノ構造体であって、前記2種類の被膜は、該一次元ナノ構造体の外周面に、それぞれ180度若しくは略180度の角度範囲に亘って、片面ずつ形成されている。
又、前記2種類の被膜はそれぞれ、例えば、Al、W、Fe、Ni、Co、Pt、Nb、Mo、Ta、Cu、Au、Ti、SiOx(x>0)、ZrOx(x>0)、HfOx(x>0)、AlOx(x>0)、ZnOx(x>0)、TiOx(x>0)、SnO2、ITO、PZT、PLZT、BN、InN、GaN、AlN、GaAs、GaP、InAs及びInPの中から選ばれた少なくとも1種類の材料から形成されている。
前記ナノ構造体は、ナノチューブ或いはナノワイヤからなる一次元ナノ構造体であって、前記2種類の被膜は、該一次元ナノ構造体の外周面に、それぞれ180度若しくは略180度の角度範囲に亘って、片面ずつ形成されている。
又、前記2種類の被膜はそれぞれ、例えば、Al、W、Fe、Ni、Co、Pt、Nb、Mo、Ta、Cu、Au、Ti、SiOx(x>0)、ZrOx(x>0)、HfOx(x>0)、AlOx(x>0)、ZnOx(x>0)、TiOx(x>0)、SnO2、ITO、PZT、PLZT、BN、InN、GaN、AlN、GaAs、GaP、InAs及びInPの中から選ばれた少なくとも1種類の材料から形成されている。
上記本発明に係るハイブリッドナノ構造体は、チャンバー内にナノ構造体が装着されるべき試料ホルダを回転自在に配置すると共にターゲットが装着されるべきターゲットホルダを配置してなるレーザ蒸着装置を用いて製造される。その製造方法は、
ナノ構造体を試料ホルダに取り付けると共に第1被膜の原料原子を含むターゲットをターゲットホルダに取り付ける第1工程と、
前記ターゲットの表面にレーザ光を照射して、ナノ構造体のターゲット側の片面に第1被膜を形成する第2工程と、
試料ホルダを回転させて前記ナノ構造体の他方の片面をターゲット側に向けると共に、第2被膜の原料原子を含むターゲットをターゲットホルダに取り付ける第3工程と、
前記ターゲットの表面にレーザ光を照射して、ナノ構造体の前記他方の片面に第2被膜を形成する第4工程
とを具えている。
ナノ構造体を試料ホルダに取り付けると共に第1被膜の原料原子を含むターゲットをターゲットホルダに取り付ける第1工程と、
前記ターゲットの表面にレーザ光を照射して、ナノ構造体のターゲット側の片面に第1被膜を形成する第2工程と、
試料ホルダを回転させて前記ナノ構造体の他方の片面をターゲット側に向けると共に、第2被膜の原料原子を含むターゲットをターゲットホルダに取り付ける第3工程と、
前記ターゲットの表面にレーザ光を照射して、ナノ構造体の前記他方の片面に第2被膜を形成する第4工程
とを具えている。
前記ナノ構造体は、一次元ナノ構造体であって、その長手方向軸(中心軸)をターゲットの方向に対して傾斜させた状態で前記試料ホルダに装着する。
例えば、一次元ナノ構造体の長手方向軸の傾斜角度は45度若しくは略45度に設定される。この様に、カーボンナノチューブの長手方向軸をターゲットからの原子の飛来方向に対し45度若しくは略45度傾斜させることによって、2種類の被膜をそれぞれ、一次元ナノ構造体の外周面に片面ずつ均一に形成することが出来る。尚、一次元ナノ構造体の長手方向軸を45度若しくは略45度傾斜させることによって被膜が均一に形成されることは、実験により確認されている。
例えば、一次元ナノ構造体の長手方向軸の傾斜角度は45度若しくは略45度に設定される。この様に、カーボンナノチューブの長手方向軸をターゲットからの原子の飛来方向に対し45度若しくは略45度傾斜させることによって、2種類の被膜をそれぞれ、一次元ナノ構造体の外周面に片面ずつ均一に形成することが出来る。尚、一次元ナノ構造体の長手方向軸を45度若しくは略45度傾斜させることによって被膜が均一に形成されることは、実験により確認されている。
本発明に係るハイブリッドナノ構造体及びその製造方法によれば、異種材料と複合化されたハイブリッド構造を有する新規なナノ構造体を実現することが出来る。
以下、本発明をハイブリッドカーボンナノチューブに実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係るハイブリッドカーボンナノチューブは、図1及び図2に示す如く、カーボンナノチューブ(1)の外周面に、材質の異なる第1被膜(2)及び第2被膜(3)を、それぞれ180度の角度範囲に亘って、片面ずつ形成して構成されている。カーボンナノチューブ(1)は、0.4〜100nmの直径及び1〜10μmの長さを有している。一方、2種類の被膜(2)(3)はそれぞれ、例えばAl、W、Fe、Ni、Co、Pt、Nb、Mo、Ta、Cu、Au、Ti、SiOx(x>0)、ZrOx(x>0)、HfOx(x>0)、AlOx(x>0)、ZnOx(x>0)、TiOx(x>0)、SnO2、ITO、PZT、PLZT、BN、InN、GaN、AlN、GaAs、GaP、InAs及びInPの中から選ばれた少なくとも1種類の材料から形成されている。
本発明に係るハイブリッドカーボンナノチューブは、図1及び図2に示す如く、カーボンナノチューブ(1)の外周面に、材質の異なる第1被膜(2)及び第2被膜(3)を、それぞれ180度の角度範囲に亘って、片面ずつ形成して構成されている。カーボンナノチューブ(1)は、0.4〜100nmの直径及び1〜10μmの長さを有している。一方、2種類の被膜(2)(3)はそれぞれ、例えばAl、W、Fe、Ni、Co、Pt、Nb、Mo、Ta、Cu、Au、Ti、SiOx(x>0)、ZrOx(x>0)、HfOx(x>0)、AlOx(x>0)、ZnOx(x>0)、TiOx(x>0)、SnO2、ITO、PZT、PLZT、BN、InN、GaN、AlN、GaAs、GaP、InAs及びInPの中から選ばれた少なくとも1種類の材料から形成されている。
図3は、上記本発明に係るハイブリッドカーボンナノチューブの製造に用いられるパルスレーザ蒸着(PLD)装置を表わしている。
該PLD装置においては、チャンバー(4)の内部に、試料が設置されるべき反応室が形成されており、該反応室に、ターゲットホルダ(42)が水平軸回りに回転自在に設置され、該ターゲットホルダ(42)には、図示省略するモータが連繋している。
又、チャンバー(4)内の反応室には、前記ターゲットホルダ(42)の斜め下方位置に、ターゲットホルダ(42)に向けて伸びる試料ホルダ(41)が長手方向の軸を回転軸として回転自在に設置され、試料ホルダ(41)には、図示省略するモータが連繋している。該試料ホルダ(41)の回転軸とターゲットホルダ(42)の回転軸との間の角度は45度に設定されている。
更に、チャンバー(4)内の反応室の底部には、排気口(43)が開設されており、図示省略する真空ポンプの駆動により、反応室内の空気を該排気口(43)から排出して反応室内を真空状態に設定することが可能となっている。
チャンバー(4)の外部には、図示省略するレーザ光源からのレーザ光をチャンバー(4)内のターゲット(20)の表面に集光するためのレンズ(44)が配設されている。レーザ光源としては、例えばNd:YAGレーザ光源(波長355nm、パルス幅4〜6ns)が採用される。
該PLD装置においては、チャンバー(4)の内部に、試料が設置されるべき反応室が形成されており、該反応室に、ターゲットホルダ(42)が水平軸回りに回転自在に設置され、該ターゲットホルダ(42)には、図示省略するモータが連繋している。
又、チャンバー(4)内の反応室には、前記ターゲットホルダ(42)の斜め下方位置に、ターゲットホルダ(42)に向けて伸びる試料ホルダ(41)が長手方向の軸を回転軸として回転自在に設置され、試料ホルダ(41)には、図示省略するモータが連繋している。該試料ホルダ(41)の回転軸とターゲットホルダ(42)の回転軸との間の角度は45度に設定されている。
更に、チャンバー(4)内の反応室の底部には、排気口(43)が開設されており、図示省略する真空ポンプの駆動により、反応室内の空気を該排気口(43)から排出して反応室内を真空状態に設定することが可能となっている。
チャンバー(4)の外部には、図示省略するレーザ光源からのレーザ光をチャンバー(4)内のターゲット(20)の表面に集光するためのレンズ(44)が配設されている。レーザ光源としては、例えばNd:YAGレーザ光源(波長355nm、パルス幅4〜6ns)が採用される。
次に、上記PLD装置を用いて、本発明に係るハイブリッドカーボンナノチューブを製造する方法について説明する。
先ず、公知の電気泳動法によって、複数のカーボンナノチューブを基板に対して垂直に付着させる。
次に、第1被膜(2)の原料原子を含む第1ターゲット(20)を、PLD装置のターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、複数のカーボンナノチューブが付着した基板(10)を試料ホルダ(41)に取り付ける。このとき、基板(10)をカーボンナノチューブの中心軸が試料ホルダ(41)の回転軸に平行となる姿勢で取り付けて、カーボンナノチューブの中心軸を第1ターゲット(20)の表面に対して45度傾斜させる。
続いて、上記第1ターゲット(20)を一定速度で図中に矢印で示す如く回転させながら、レーザ光源からチャンバー(4)内の第1ターゲット(20)の表面にレーザ光を照射して、図4(a)に示す如くカーボンナノチューブのターゲット側の片面に第1被膜(2)を形成する。
先ず、公知の電気泳動法によって、複数のカーボンナノチューブを基板に対して垂直に付着させる。
次に、第1被膜(2)の原料原子を含む第1ターゲット(20)を、PLD装置のターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、複数のカーボンナノチューブが付着した基板(10)を試料ホルダ(41)に取り付ける。このとき、基板(10)をカーボンナノチューブの中心軸が試料ホルダ(41)の回転軸に平行となる姿勢で取り付けて、カーボンナノチューブの中心軸を第1ターゲット(20)の表面に対して45度傾斜させる。
続いて、上記第1ターゲット(20)を一定速度で図中に矢印で示す如く回転させながら、レーザ光源からチャンバー(4)内の第1ターゲット(20)の表面にレーザ光を照射して、図4(a)に示す如くカーボンナノチューブのターゲット側の片面に第1被膜(2)を形成する。
次に、図3に示す第1ターゲット(20)をターゲットホルダ(42)から取り外した後、第2被膜(3)の原料原子を含む第2ターゲットをターゲットホルダ(42)に取り付ける。
続いて、試料ホルダ(41)を図中に矢印で示す如く180度だけ回転させて、図4(b)に示す如くカーボンナノチューブの他方の片面を第2ターゲット(30)に向ける。このとき、カーボンナノチューブの中心軸は、該第2ターゲット(30)の表面に対して45度傾斜している。
最後に、上記第2ターゲット(30)を一定速度で回転させながら、レーザ光源からチャンバー(4)内の第2ターゲット(30)の表面にレーザ光を照射して、図4(c)に示す如くカーボンナノチューブの前記他方の片面に第2被膜(3)を形成する。
上述の製造方法によって、図1及び図2に示すハイブリッドカーボンナノチューブが得られる。
続いて、試料ホルダ(41)を図中に矢印で示す如く180度だけ回転させて、図4(b)に示す如くカーボンナノチューブの他方の片面を第2ターゲット(30)に向ける。このとき、カーボンナノチューブの中心軸は、該第2ターゲット(30)の表面に対して45度傾斜している。
最後に、上記第2ターゲット(30)を一定速度で回転させながら、レーザ光源からチャンバー(4)内の第2ターゲット(30)の表面にレーザ光を照射して、図4(c)に示す如くカーボンナノチューブの前記他方の片面に第2被膜(3)を形成する。
上述の製造方法によって、図1及び図2に示すハイブリッドカーボンナノチューブが得られる。
本発明に係るハイブリッドカーボンナノチューブは、例えば、バイメタルとして温度センサに応用することが出来る。又、磁気センサ、回折格子、光学フィルタ、走査型プローブ顕微鏡のプローブに応用することも可能である。
図24は、本発明に係るハイブリッドカーボンナノチューブを応用した磁気センサを表わしており、磁気センサにおいては、ハイブリッドカーボンナノチューブ(6)はカンチレバー(51)に取り付けられる。該ハイブリッドカーボンナノチューブ(6)は、カーボンナノチューブ(60)の外周面に強磁性材料からなる第1被膜(61)と常磁性材料からなる第2被膜(62)とを片面ずつ形成して構成されており、該ハイブリッドカーボンナノチューブ(6)を磁性体試料(50)に近づけると、該チューブ(6)は、強磁性材料からなる第1被膜(61)側に湾曲する。このとき、ハイブリッドカーボンナノチューブ(6)にて反射したレーザ光を光検出器(52)により検出すれば、その検出結果に基づいて磁性体試料(50)の磁力の大きさを測定することが出来る。
又、図25は、本発明に係るハイブリッドカーボンナノチューブをバイメタルとして応用した回折格子を表わしており、回折格子においては、複数のハイブリッドカーボンナノチューブ(7)がガラス基板(81)上に垂直に配設される。各ハイブリッドカーボンナノチューブ(7)は、カーボンナノチューブ(70)の外周面に熱膨張係数の異なる2種類の材料からなる第1被膜(71)と第2被膜(72)とを片面ずつ形成して構成されており、ヒータ(82)により加熱することによって、これらのハイブリッドカーボンナノチューブ(7)を湾曲させれば、図中に矢印で示す如く、カーボンナノチューブ側からの入射光は屈折して、カーボンナノチューブ側から出射されることになる。該回折格子によれば、加熱温度を変えることによって回折特性を変えることが出来る。光学フィルタも、同様にして構成することが出来、複数のハイブリッドカーボンナノチューブを湾曲させれば、ガラス基板側からの入射光の内、一部の光のみがカーボンナノチューブ側から出射されることになる。該光学フィルタによれば、加熱温度を変えることによってフィルタ特性を変えることが出来る。
又、第1被膜及び第2被膜をそれぞれ強磁性材料及び常磁性材料から形成してなるハイブリッドカーボンナノチューブは、電磁石を近づけることによりハイブリッドカーボンナノチューブを湾曲させて光学特性を変える回折格子及び光学フィルタに応用することも可能である。
又、第1被膜及び第2被膜をそれぞれ強磁性材料及び常磁性材料から形成してなるハイブリッドカーボンナノチューブは、電磁石を近づけることによりハイブリッドカーボンナノチューブを湾曲させて光学特性を変える回折格子及び光学フィルタに応用することも可能である。
次に、本発明者らが、本発明に係るハイブリッドカーボンナノチューブの開発時に行なった種々の実験及びその結果について説明する。
実験1
本発明者らは、多層カーボンナノチューブ(multi-walled carbon nanotube)の外周面に、SiOx(x>0)からなる被膜、ZrOx(x>0)からなる被膜、HfOx(x>0)からなる被膜、AlOx(x>0)からなる被膜、及びZnOx(x>0)からなる被膜の5種類の被膜を形成する実験を行なった。
実験においては、電気泳動法によって、20nmの平均直径及び2μm以上の長さを有する複数の多層カーボンナノチューブを3mmの直径を有するMo基板に対して垂直に付着させた後、図3に示すPLD装置を用いて被膜の形成を行なった。ターゲットとしては、SiOx被膜の形成時には単結晶Siからなるペレット、ZrOx被膜の形成時にはZrの含有率が98%であるペレット、HfOx被膜の形成時にはHfの含有率が99.9%であるペレット、AlOx被膜の形成時にはAlの含有率が99.999%であるペレット、ZnOx被膜の形成時にはZnOの含有率が99.99%であるペレットを用い、ターゲットとMo基板との距離は40mmに設定した。
そして、チャンバー(4)の内部を1.0×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1.3×10−2Paでチャンバー内に供給すると共に、ターゲット及びMo基板を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で各ターゲットの表面に繰り返し照射した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。レーザ光の照射時間は、SiOx被膜の形成時には30分間、その他の被膜の形成時には60分間に設定した。
実験1
本発明者らは、多層カーボンナノチューブ(multi-walled carbon nanotube)の外周面に、SiOx(x>0)からなる被膜、ZrOx(x>0)からなる被膜、HfOx(x>0)からなる被膜、AlOx(x>0)からなる被膜、及びZnOx(x>0)からなる被膜の5種類の被膜を形成する実験を行なった。
実験においては、電気泳動法によって、20nmの平均直径及び2μm以上の長さを有する複数の多層カーボンナノチューブを3mmの直径を有するMo基板に対して垂直に付着させた後、図3に示すPLD装置を用いて被膜の形成を行なった。ターゲットとしては、SiOx被膜の形成時には単結晶Siからなるペレット、ZrOx被膜の形成時にはZrの含有率が98%であるペレット、HfOx被膜の形成時にはHfの含有率が99.9%であるペレット、AlOx被膜の形成時にはAlの含有率が99.999%であるペレット、ZnOx被膜の形成時にはZnOの含有率が99.99%であるペレットを用い、ターゲットとMo基板との距離は40mmに設定した。
そして、チャンバー(4)の内部を1.0×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1.3×10−2Paでチャンバー内に供給すると共に、ターゲット及びMo基板を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で各ターゲットの表面に繰り返し照射した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。レーザ光の照射時間は、SiOx被膜の形成時には30分間、その他の被膜の形成時には60分間に設定した。
図17乃至図21はそれぞれ、SiOx被膜が形成された多層カーボンナノチューブ、ZrOx被膜が形成された多層カーボンナノチューブ、HfOx被膜が形成された多層カーボンナノチューブ、AlOx被膜が形成された多層カーボンナノチューブ、及びZnOx被膜が形成された多層カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡(TEM)像を表わしており、図17乃至図21に示す如く、何れの被膜も多層カーボンナノチューブの外周面に均一に形成されている。尚、各被膜の厚さを測定すると、SiOx被膜の厚さは8nm、ZrOx被膜の厚さは11nm、HfOx被膜の厚さは4nm、AlOx被膜の厚さは6nm、ZnOx被膜の厚さは7nmであった。
又、本発明者らは、多層カーボンナノチューブの外周面に、Tiからなる被膜、及びTiOx(x>0)からなる被膜を形成する実験をも行なったところ、何れの被膜も多層カーボンナノチューブの外周面に均一に形成されることを確認した。
上述の実験結果から、第1被膜及び第2被膜の材料として、種々の材料を採用することが出来ると言える。
又、本発明者らは、多層カーボンナノチューブの外周面に、Tiからなる被膜、及びTiOx(x>0)からなる被膜を形成する実験をも行なったところ、何れの被膜も多層カーボンナノチューブの外周面に均一に形成されることを確認した。
上述の実験結果から、第1被膜及び第2被膜の材料として、種々の材料を採用することが出来ると言える。
実験2
次に、本発明者らは、レーザ光の照射時間(蒸着時間)と形成されるSiO2被膜の厚さとの関係を調べる実験を行なった。
実験においては、先ず、電気泳動法によって、20nmの平均直径及び2μm以上の長さを有する複数の多層カーボンナノチューブを3mmの直径を有するMo基板に対して垂直に付着させた後、図3に示すPLD装置を用いて被膜の形成を行なった。ターゲットとしては、単結晶Siからなるペレットを用い、ターゲットとMo基板との距離は40mmに設定した。
そして、チャンバー(4)の内部を1.0×10−4Paに排気すると共に、チャンバー内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1.3×10−2Paでチャンバー(4)内に供給すると共に、ターゲット及びMo基板を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数でターゲットの表面に繰り返し照射した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。蒸着時間は、5分から120分の間で変化させ、各蒸着時間で形成されるSiO2被膜の厚さを測定した。
次に、本発明者らは、レーザ光の照射時間(蒸着時間)と形成されるSiO2被膜の厚さとの関係を調べる実験を行なった。
実験においては、先ず、電気泳動法によって、20nmの平均直径及び2μm以上の長さを有する複数の多層カーボンナノチューブを3mmの直径を有するMo基板に対して垂直に付着させた後、図3に示すPLD装置を用いて被膜の形成を行なった。ターゲットとしては、単結晶Siからなるペレットを用い、ターゲットとMo基板との距離は40mmに設定した。
そして、チャンバー(4)の内部を1.0×10−4Paに排気すると共に、チャンバー内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1.3×10−2Paでチャンバー(4)内に供給すると共に、ターゲット及びMo基板を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数でターゲットの表面に繰り返し照射した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。蒸着時間は、5分から120分の間で変化させ、各蒸着時間で形成されるSiO2被膜の厚さを測定した。
図22は、上述の実験結果を表わしている。図示の如く、蒸着時間が長くなるにつれて、形成されるSiO2被膜は厚くなっており、膜厚は蒸着時間に比例している。蒸着率は、約0.3nm/分であった。
該実験結果から、蒸着時間を調整することによって、形成される被膜の厚さを調整することが出来ると言える。
該実験結果から、蒸着時間を調整することによって、形成される被膜の厚さを調整することが出来ると言える。
実験3
更に、本発明者らは、レーザ光の照射時にチャンバー内に供給される酸素ガスの圧力と、形成されるSiOx被膜の組成比との関係を調べる実験を行なった。
実験においては、先ず、電気泳動法によって、20nmの平均直径及び3μm以上の長さを有する複数の多層カーボンナノチューブを3mmの直径を有するMo基板に対して垂直に付着させた後、図3に示すPLD装置を用いて被膜の形成を行なった。ターゲットとしては、単結晶Siからなるペレットを用い、ターゲットとMo基板との距離は40mmに設定した。
そして、チャンバー(4)の内部を1.0×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスをチャンバー内に供給すると共に、ターゲット及びMo基板を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数でターゲットの表面に繰り返し照射した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。酸素ガスの圧力は、6.7×10−4Paから1.3×10−2Paの間で変化させ、各圧力下で形成されるSiOx被膜のSiの含有量に対するOの含有量を表わす組成比(以下、O/Si比という)を測定した。
更に、本発明者らは、レーザ光の照射時にチャンバー内に供給される酸素ガスの圧力と、形成されるSiOx被膜の組成比との関係を調べる実験を行なった。
実験においては、先ず、電気泳動法によって、20nmの平均直径及び3μm以上の長さを有する複数の多層カーボンナノチューブを3mmの直径を有するMo基板に対して垂直に付着させた後、図3に示すPLD装置を用いて被膜の形成を行なった。ターゲットとしては、単結晶Siからなるペレットを用い、ターゲットとMo基板との距離は40mmに設定した。
そして、チャンバー(4)の内部を1.0×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスをチャンバー内に供給すると共に、ターゲット及びMo基板を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数でターゲットの表面に繰り返し照射した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。酸素ガスの圧力は、6.7×10−4Paから1.3×10−2Paの間で変化させ、各圧力下で形成されるSiOx被膜のSiの含有量に対するOの含有量を表わす組成比(以下、O/Si比という)を測定した。
図23は、上述の実験結果を表わしており、図示の如く、酸素ガスの圧力が増大するにつれて、形成されるSiOx被膜のO/Si比は増大している。尚、化学量論的組成比(O/Si比=2)を有するSiO2被膜が得られる酸素ガス圧は、4.3×10−3Paである。
該実験結果から、酸化物からなる被膜を形成する場合には、レーザ光の照射時にチャンバー内に供給する酸素ガスの圧力を調整することによって、形成される被膜の組成比を変えることが出来ると言える。又、同様に、窒化物からなる被膜を形成する場合には、チャンバー内に供給する窒素ガスの圧力を調整することによって、形成される被膜の組成比を調整することが出来ると言える。
該実験結果から、酸化物からなる被膜を形成する場合には、レーザ光の照射時にチャンバー内に供給する酸素ガスの圧力を調整することによって、形成される被膜の組成比を変えることが出来ると言える。又、同様に、窒化物からなる被膜を形成する場合には、チャンバー内に供給する窒素ガスの圧力を調整することによって、形成される被膜の組成比を調整することが出来ると言える。
実験4
更に又、本発明者らは、ターゲットの表面に対するカーボンナノチューブの中心軸の角度を変化させて、被膜の形成を行なった。
ターゲットの表面に対するカーボンナノチューブの中心軸の角度を90度に設定した場合、カーボンナノチューブの先端部に集中して被膜が形成された。
又、ターゲットの表面に対するカーボンナノチューブの中心軸の角度を0度に設定した場合、即ち、ターゲットの表面とカーボンナノチューブの中心軸とを平行に設定した場合、カーボンナノチューブの全外周面に被膜が形成されたが、被膜の表面に凹凸が表われた。
これに対し、図3に示すPLD装置を用いてターゲットの表面に対するカーボンナノチューブの中心軸の角度を45度に設定した場合には、上述の如く、カーボンナノチューブの全外周面に均一に被膜が形成された。
従って、ターゲットの表面に対するカーボンナノチューブの中心軸の角度は、45度若しくは略45度に設定することが望ましいと言える。
更に又、本発明者らは、ターゲットの表面に対するカーボンナノチューブの中心軸の角度を変化させて、被膜の形成を行なった。
ターゲットの表面に対するカーボンナノチューブの中心軸の角度を90度に設定した場合、カーボンナノチューブの先端部に集中して被膜が形成された。
又、ターゲットの表面に対するカーボンナノチューブの中心軸の角度を0度に設定した場合、即ち、ターゲットの表面とカーボンナノチューブの中心軸とを平行に設定した場合、カーボンナノチューブの全外周面に被膜が形成されたが、被膜の表面に凹凸が表われた。
これに対し、図3に示すPLD装置を用いてターゲットの表面に対するカーボンナノチューブの中心軸の角度を45度に設定した場合には、上述の如く、カーボンナノチューブの全外周面に均一に被膜が形成された。
従って、ターゲットの表面に対するカーボンナノチューブの中心軸の角度は、45度若しくは略45度に設定することが望ましいと言える。
本発明者らは、上述の実験結果に基づいて、3つのハイブリッドカーボンナノチューブを作製した。
第1実施例
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブの外周面に、Alからなる第1被膜及びWからなる第2被膜を180度の角度範囲に亘って片面ずつ形成して構成される。
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブの製造においては、先ず、電気泳動法によって、20nmの平均直径及び2μm以上の長さを有する複数の多層カーボンナノチューブを3mmの直径を有するMo基板に対して垂直に付着させた。
次に、Al原子を含む第1ターゲット(20)を、図3に示すPLD装置のターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、複数の多層カーボンナノチューブが付着したMo基板(10)を試料ホルダ(41)に取り付けた。
続いて、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、第1ターゲット(20)を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で20分間、第1ターゲット(20)の表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にAlからなる第1被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
第1実施例
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブの外周面に、Alからなる第1被膜及びWからなる第2被膜を180度の角度範囲に亘って片面ずつ形成して構成される。
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブの製造においては、先ず、電気泳動法によって、20nmの平均直径及び2μm以上の長さを有する複数の多層カーボンナノチューブを3mmの直径を有するMo基板に対して垂直に付着させた。
次に、Al原子を含む第1ターゲット(20)を、図3に示すPLD装置のターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、複数の多層カーボンナノチューブが付着したMo基板(10)を試料ホルダ(41)に取り付けた。
続いて、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、第1ターゲット(20)を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で20分間、第1ターゲット(20)の表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にAlからなる第1被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
次に、上記第1ターゲット(20)をターゲットホルダ(42)から取り外した後、W原子を含む第2ターゲットをターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、試料ホルダ(41)を180度だけ回転させた。
最後に、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、上記第2ターゲットを一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で20分間、第2ターゲットの表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にWからなる第2被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
最後に、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、上記第2ターゲットを一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で20分間、第2ターゲットの表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にWからなる第2被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
図5は、上述の製造方法によって得られたハイブリッドカーボンナノチューブのTEM像を表わしており、図示の如く、カーボンナノチューブの外周面に、Alからなる第1被膜とWからなる第2被膜とが片面ずつ均一に形成されている。
又、図6は、図5の拡大図を表わしており、Alからなる第1被膜とWからなる第2被膜の膜厚を測定すると、両膜厚は共に略3nmであった。尚、図7は、上記ハイブリッドカーボンナノチューブの高解像度透過型電子顕微鏡(HRTEM)像を表わしている。
又、図6は、図5の拡大図を表わしており、Alからなる第1被膜とWからなる第2被膜の膜厚を測定すると、両膜厚は共に略3nmであった。尚、図7は、上記ハイブリッドカーボンナノチューブの高解像度透過型電子顕微鏡(HRTEM)像を表わしている。
図8及び図9は、上記ハイブリッドカーボンナノチューブのエネルギー分散X線(EDX)分析装置による分析結果を表わしている。
図8は、Alからなる第1被膜の含有成分の分析結果を表わしており、第1被膜には、酸素O、アルミニウムAl及びモリブデンMoが多く含まれていた。又、Wの含有率は3at.%以下と低く、Wは殆ど混入していなかった。
一方、図9は、Wからなる第2被膜の含有成分の分析結果を表わしており、第2被膜には、酸素O、タングステンW及びモリブデンMoが多く含まれていた。又、Alの含有率は3at.%以下と低く、Alは殆ど混入していなかった。
尚、第1被膜及び第2被膜に酸素Oが含まれている理由は、ハイブリッドカーボンナノチューブがPLD装置からEDX分析装置へ搬送される際に大気に接触することにより第1被膜及び第2被膜の表面が酸化されるからであると考えられる。
又、第1被膜及び第2被膜にモリブデンMoが多く含まれている理由は、上述の如くMo基板上にハイブリッドカーボンナノチューブが配設されているからである。
図8は、Alからなる第1被膜の含有成分の分析結果を表わしており、第1被膜には、酸素O、アルミニウムAl及びモリブデンMoが多く含まれていた。又、Wの含有率は3at.%以下と低く、Wは殆ど混入していなかった。
一方、図9は、Wからなる第2被膜の含有成分の分析結果を表わしており、第2被膜には、酸素O、タングステンW及びモリブデンMoが多く含まれていた。又、Alの含有率は3at.%以下と低く、Alは殆ど混入していなかった。
尚、第1被膜及び第2被膜に酸素Oが含まれている理由は、ハイブリッドカーボンナノチューブがPLD装置からEDX分析装置へ搬送される際に大気に接触することにより第1被膜及び第2被膜の表面が酸化されるからであると考えられる。
又、第1被膜及び第2被膜にモリブデンMoが多く含まれている理由は、上述の如くMo基板上にハイブリッドカーボンナノチューブが配設されているからである。
次に、バイメタルとしての応用に向けて、上記ハイブリッドカーボンナノチューブの温度変化に対する変位量を調べる実験を行なった。該実験においては、室温で約1μmの長さを有するハイブリッドカーボンナノチューブを用いた。尚、Alの熱膨張係数は25×10−6/K、Wの熱膨張係数は4.3×10−6/Kである。
図10(a)(b)(c)及び図11(a)(b)は、ハイブリッドカーボンナノチューブの周囲温度を室温(約20℃)、200℃、400℃、600℃及び800℃と順次変化させたときのハイブリッドカーボンナノチューブのTEM像を表わしている。室温では直線状であったハイブリッドカーボンナノチューブは、周囲温度が上昇するにつれて、熱膨張係数の低いWからなる第2被膜側に湾曲しており、800℃でのハイブリッドカーボンナノチューブの先端位置は、室温での先端位置から約80nm移動した。
図12は、周囲温度を800℃まで上昇させた後のハイブリッドカーボンナノチューブの電子線回折像を表わしている。多層カーボンナノチューブはスポットとして表われているが、その周囲の第1被膜及び第2被膜はスポットとして表われておらず、第1被膜及び第2被膜は温度上昇によって結晶化していなかった。このことから、ハイブリッドカーボンナノチューブは、第1被膜及び第2被膜の結晶化によって湾曲したのではなく、第1被膜と第2被膜の熱膨張係数の差によって湾曲したと言える。
図10(a)(b)(c)及び図11(a)(b)は、ハイブリッドカーボンナノチューブの周囲温度を室温(約20℃)、200℃、400℃、600℃及び800℃と順次変化させたときのハイブリッドカーボンナノチューブのTEM像を表わしている。室温では直線状であったハイブリッドカーボンナノチューブは、周囲温度が上昇するにつれて、熱膨張係数の低いWからなる第2被膜側に湾曲しており、800℃でのハイブリッドカーボンナノチューブの先端位置は、室温での先端位置から約80nm移動した。
図12は、周囲温度を800℃まで上昇させた後のハイブリッドカーボンナノチューブの電子線回折像を表わしている。多層カーボンナノチューブはスポットとして表われているが、その周囲の第1被膜及び第2被膜はスポットとして表われておらず、第1被膜及び第2被膜は温度上昇によって結晶化していなかった。このことから、ハイブリッドカーボンナノチューブは、第1被膜及び第2被膜の結晶化によって湾曲したのではなく、第1被膜と第2被膜の熱膨張係数の差によって湾曲したと言える。
第2実施例
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブの外周面に、ZrOx(x>0)からなる第1被膜及びSiOx(x>0)からなる第2被膜を180度の角度範囲に亘って片面ずつ形成して構成される。
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブの製造においては、先ず、第1実施例と同様にして、複数の多層カーボンナノチューブをMo基板に対して垂直に付着させた。
次に、Zrを含む第1ターゲット(20)を、図3に示すPLD装置のターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、複数の多層カーボンナノチューブが付着したMo基板(10)を試料ホルダ(41)に取り付けた。
続いて、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1×10−2Paでチャンバー(4)内に供給すると共に、第1ターゲット(20)を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で30分間、第1ターゲット(20)の表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にZrOxからなる第1被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブの外周面に、ZrOx(x>0)からなる第1被膜及びSiOx(x>0)からなる第2被膜を180度の角度範囲に亘って片面ずつ形成して構成される。
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブの製造においては、先ず、第1実施例と同様にして、複数の多層カーボンナノチューブをMo基板に対して垂直に付着させた。
次に、Zrを含む第1ターゲット(20)を、図3に示すPLD装置のターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、複数の多層カーボンナノチューブが付着したMo基板(10)を試料ホルダ(41)に取り付けた。
続いて、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1×10−2Paでチャンバー(4)内に供給すると共に、第1ターゲット(20)を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で30分間、第1ターゲット(20)の表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にZrOxからなる第1被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
次に、上記第1ターゲット(20)をターゲットホルダ(42)から取り外した後、Si原子を含む第2ターゲットをターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、試料ホルダ(41)を180度だけ回転させた。
最後に、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1×10−2Paでチャンバー(4)内に供給すると共に、上記第2ターゲットを一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で30分間、第2ターゲットの表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にSiOxからなる第2被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
最後に、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1×10−2Paでチャンバー(4)内に供給すると共に、上記第2ターゲットを一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で30分間、第2ターゲットの表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にSiOxからなる第2被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
図13及び図14は、上述の製造方法によって得られたハイブリッドカーボンナノチューブのTEM像及びHRTEM像を表わしており、図13及び図14に示す如く、カーボンナノチューブの外周面には、ZrOxからなる第1被膜とSiOxからなる第2被膜とが片面ずつ均一に形成されている。又、図14から、カーボンナノチューブは結晶性を維持していると言える。
第3実施例
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブの外周面に、TiOx(x>0)からなる第1被膜及びZnOx(x>0)からなる第2被膜を180度の角度範囲に亘って片面ずつ形成して構成される。
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブの製造においては、先ず、第1実施例と同様にして、複数の多層カーボンナノチューブをMo基板に対して垂直に付着させた。
次に、Tiを含む第1ターゲット(20)を、図3に示すPLD装置のターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、複数の多層カーボンナノチューブが付着したMo基板(10)を試料ホルダ(41)に取り付けた。
続いて、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1×10−2Paでチャンバー(4)内に供給すると共に、上記第1ターゲット(20)を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で30分間、チャンバー(4)内の第1ターゲット(20)の表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にTiOxからなる第1被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブは、多層カーボンナノチューブの外周面に、TiOx(x>0)からなる第1被膜及びZnOx(x>0)からなる第2被膜を180度の角度範囲に亘って片面ずつ形成して構成される。
本実施例のハイブリッドカーボンナノチューブの製造においては、先ず、第1実施例と同様にして、複数の多層カーボンナノチューブをMo基板に対して垂直に付着させた。
次に、Tiを含む第1ターゲット(20)を、図3に示すPLD装置のターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、複数の多層カーボンナノチューブが付着したMo基板(10)を試料ホルダ(41)に取り付けた。
続いて、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1×10−2Paでチャンバー(4)内に供給すると共に、上記第1ターゲット(20)を一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で30分間、チャンバー(4)内の第1ターゲット(20)の表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にTiOxからなる第1被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
次に、上記第1ターゲット(20)をターゲットホルダ(42)から取り外した後、Zn原子を含む第2ターゲットをターゲットホルダ(42)に取り付けると共に、試料ホルダ(41)を180度だけ回転させた。
最後に、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1×10−2Paでチャンバー(4)内に供給すると共に、上記第2ターゲットを一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で30分間、第2ターゲットの表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にZnOxからなる第2被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
最後に、チャンバー(4)の内部を1×10−4Paに排気すると共に、チャンバー(4)内の温度を室温(約20℃)に設定した後、酸素ガスを1×10−2Paでチャンバー(4)内に供給すると共に、上記第2ターゲットを一定速度で回転させながら、355nmの波長及び5nsのパルス幅を有するNd:YAGレーザ光を10Hzの周波数で30分間、第2ターゲットの表面に繰り返し照射して、多層カーボンナノチューブの片面にZnOxからなる第2被膜を形成した。このとき、レーザ光のエネルギーは、140mJに設定した。
図15及び図16はそれぞれ、上述の製造方法によって得られたハイブリッドカーボンナノチューブのTEM像及びHRTEM像を表わしており、図15及び図16に示す如く、カーボンナノチューブの外周面には、TiOxからなる第1被膜とZnOxからなる第2被膜とが片面ずつ均一に形成されている。又、図16に示す如く、ZnOxからなる第2被膜は結晶性を有している。
尚、第1被膜及び第2被膜としては、後述の酸化物、窒化物、化合物半導体或いは金属からなる被膜を形成することも可能である。
(1) 酸化物
例えば、SnO2、ITO、PZT或いはPLZTからなる被膜の形成が可能である。酸化物或いは金属からなるターゲットが用いられ、レーザ光の照射時に、酸素ガスがチャンバー内に供給される。該酸素ガスの圧力を調整することによって、形成される酸化物被膜の酸素含有量を調整することが出来る。
(2) 窒化物
例えば、BN、InN、GaN或いはAlNからなる被膜の形成が可能である。レーザ光の照射時に、窒素ガスがチャンバー内に供給される。該窒素ガスの圧力を調整することによって、形成される窒化物被膜の窒素含有量を調整することが出来る。
(3) 化合物半導体
例えば、GaAs、GaP、InAs、InP或いはこれら2種類以上の混晶からなる被膜の形成が可能である。被膜材料の圧縮焼結物がターゲットとして用いられる。
(4) 金属
例えば、Fe、Ni、Co、Pt、Nb、Mo或いはTaからなる被膜の形成が可能である。真空中でレーザ光の照射が行なわれる。
(1) 酸化物
例えば、SnO2、ITO、PZT或いはPLZTからなる被膜の形成が可能である。酸化物或いは金属からなるターゲットが用いられ、レーザ光の照射時に、酸素ガスがチャンバー内に供給される。該酸素ガスの圧力を調整することによって、形成される酸化物被膜の酸素含有量を調整することが出来る。
(2) 窒化物
例えば、BN、InN、GaN或いはAlNからなる被膜の形成が可能である。レーザ光の照射時に、窒素ガスがチャンバー内に供給される。該窒素ガスの圧力を調整することによって、形成される窒化物被膜の窒素含有量を調整することが出来る。
(3) 化合物半導体
例えば、GaAs、GaP、InAs、InP或いはこれら2種類以上の混晶からなる被膜の形成が可能である。被膜材料の圧縮焼結物がターゲットとして用いられる。
(4) 金属
例えば、Fe、Ni、Co、Pt、Nb、Mo或いはTaからなる被膜の形成が可能である。真空中でレーザ光の照射が行なわれる。
又、上記実施の形態においては、ナノ構造体として、カーボンナノチューブを採用しているが、ナノワイヤ、ナノホーン、ナノファイバーなど、一軸方向に伸びる針状の種々の一次元ナノ構造体を採用することが可能である。又、多層カーボンナノチューブに限らず、単層カーボンナノチューブを採用することも可能である。更に、ナノワイヤとしては、カーボンナノワイヤ、半導体ナノワイヤ、酸化物ナノワイヤ、金属ナノワイヤなど、種々のナノワイヤが採用可能である。
(1) カーボンナノチューブ
(2) 第1被膜
(3) 第2被膜
(2) 第1被膜
(3) 第2被膜
Claims (6)
- ナノ構造体の表面に材質の異なる2種類の被膜が形成されているハイブリッドナノ構造体。
- 前記ナノ構造体は、ナノチューブ或いはナノワイヤからなる一次元ナノ構造体であって、前記2種類の被膜は、該一次元ナノ構造体の外周面に、それぞれ180度若しくは略180度の角度範囲に亘って、片面ずつ形成されている請求項1に記載のハイブリッドナノ構造体。
- 前記2種類の被膜はそれぞれ、Al、W、Fe、Ni、Co、Pt、Nb、Mo、Ta、Cu、Au、Ti、SiOx(x>0)、ZrOx(x>0)、HfOx(x>0)、AlOx(x>0)、ZnOx(x>0)、TiOx(x>0)、SnO2、ITO、PZT、PLZT、BN、InN、GaN、AlN、GaAs、GaP、InAs及びInPの中から選ばれた少なくとも1種類の材料から形成されている請求項1又は請求項2に記載のハイブリッドナノ構造体。
- ターゲットにレーザ光を照射することにより被膜を形成するレーザ蒸着装置を用いて、ナノ構造体の表面に材質の異なる第1被膜及び第2被膜を形成してなるハイブリッドナノ構造体を製造する方法であって、
第1被膜の原料原子を含むターゲットの表面にレーザ光を照射して、ナノ構造体のターゲット側の片面に第1被膜を形成する工程と、
第2被膜の原料原子を含むターゲットの表面にレーザ光を照射して、ナノ構造体の他方の片面に第2被膜を形成する工程
とを具えている製造方法。 - ナノ構造体の表面に材質の異なる第1被膜及び第2被膜を形成してなるハイブリッドナノ構造体を製造する方法であって、チャンバー内に、ナノ構造体が装着されるべき試料ホルダを回転自在に配置すると共に、ターゲットが装着されるべきターゲットホルダを配置してなるレーザ蒸着装置が用いられ、
ナノ構造体を試料ホルダに取り付けると共に第1被膜の原料原子を含むターゲットをターゲットホルダに取り付ける第1工程と、
前記ターゲットの表面にレーザ光を照射して、ナノ構造体のターゲット側の片面に第1被膜を形成する第2工程と、
試料ホルダを回転させて前記ナノ構造体の他方の片面をターゲット側に向けると共に、第2被膜の原料原子を含むターゲットをターゲットホルダに取り付ける第3工程と、
前記ターゲットの表面にレーザ光を照射して、ナノ構造体の前記他方の片面に第2被膜を形成する第4工程
とを具えている製造方法。 - 前記ナノ構造体は、ナノチューブ或いはナノワイヤからなる一次元ナノ構造体であって、該一次元ナノ構造体は、その長手方向軸をターゲットの方向に対して傾斜させた状態で前記試料ホルダに装着する請求項5に記載の製造方法。
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JP (1) | JP2006150542A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101941688B (zh) * | 2009-07-10 | 2012-11-07 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种介孔碳材料的制备方法 |
JP2016502751A (ja) * | 2012-10-19 | 2016-01-28 | ジョージア テック リサーチ コーポレイション | カーボンナノチューブの配向アレイ上に形成された多層被膜 |
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2004
- 2004-11-30 JP JP2004347851A patent/JP2006150542A/ja active Pending
Cited By (3)
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US10985313B2 (en) | 2012-10-19 | 2021-04-20 | Georgia Tech Research Corporation | Multilayer coatings formed on aligned arrays of carbon nanotubes |
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