JP2007197306A - Manufacturing method of single-wall carbon nanotube, single-wall carbon nanotube, and manufacturing method of electronic element - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、単層カーボンナノチューブの製造方法、単層カーボンナノチューブおよび電子素子の製造方法に関し、例えば、単層カーボンナノチューブを用いる各種の電子素子に適用して好適なものである。 The present invention relates to a method for producing single-walled carbon nanotubes, a method for producing single-walled carbon nanotubes, and an electronic device, and is suitable for application to various electronic devices using single-walled carbon nanotubes, for example.
単層カーボンナノチューブ(SWNT)は、特有の電気的、機械的、電気光学的および電気機械的特性を有するために、電界放出素子、電界効果トランジスタ、単電子トランジスタ、分子センサーなどの将来のナノサイズ電子素子の魅力的な構成単位とみなされてきた(例えば、非特許文献1〜5参照。)。そのような魅力的な応用を実現するためには、制御された構造を有する高品質の単層カーボンナノチューブを製造することが必然的に望まれる。単層カーボンナノチューブを製造するために過去10年間にわたって多くの努力が払われてきており、高品質の単層カーボンナノチューブを高収率かつ低コストで製造するために、アーク放電(例えば、非特許文献6参照。)、レーザーアブレーション(例えば、非特許文献7参照。)および化学気相成長(CVD)(例えば、非特許文献8〜10参照。)を含む様々な技術が開発されてきた。単層カーボンナノチューブの応用(例えば、非特許文献11参照。)および基礎科学(例えば、非特許文献12〜16参照。)は、製造に新しいアプローチおよびフレキシビリティーを要求している。
Single-walled carbon nanotubes (SWNTs) have unique electrical, mechanical, electro-optical and electromechanical properties, so that future nano-sizes such as field emission devices, field effect transistors, single electron transistors, molecular sensors, etc. It has been regarded as an attractive structural unit of an electronic device (for example, see Non-Patent
上記のCVD法は、一般に、高品質の単層カーボンナノチューブを低コストで製造するための一つの有力な方法と考えられている。このため、触媒の組成、担持/基板材料、反応温度および炭素源ガスを探索することによりCVD法を最適化するために多くの研究が集中的に行われてきた(例えば、非特許文献17〜20参照。)。最近、エタノールが高品質の単層カーボンナノチューブをCVD法により減圧条件下で製造するための理想的な炭素源であると報告されている(例えば、非特許文献21〜23参照。)。また、酸素を有する化合物からなる炭素源または酸素を有する化合物と炭素を有する化合物との混合物を加熱温度下に触媒と接触させることにより単層カーボンナノチューブをCVD法により減圧条件下で製造する方法が提案されており、上記の炭素源の例としてエタノールなどのアルコール類またはエーテル類が、上記の混合物の例として水とアセチレンなどの炭化水素との混合物や、NOx 、SOx とアセチレンなどの炭化水素との混合物などが挙げられている(例えば、特許文献1参照。)。 The above CVD method is generally considered to be one effective method for producing high-quality single-walled carbon nanotubes at low cost. For this reason, a lot of research has been conducted to optimize the CVD method by searching for the catalyst composition, support / substrate material, reaction temperature and carbon source gas (for example, Non-Patent Documents 17- 20). Recently, ethanol has been reported to be an ideal carbon source for producing high-quality single-walled carbon nanotubes under reduced pressure conditions by CVD (see, for example, Non-Patent Documents 21 to 23). Also, there is a method for producing single-walled carbon nanotubes under reduced pressure conditions by a CVD method by contacting a mixture of a carbon source comprising an oxygen-containing compound or a compound having oxygen and a carbon-containing compound with a catalyst at a heating temperature. Alcohols or ethers such as ethanol have been proposed as examples of the above carbon source, and mixtures of water and hydrocarbons such as acetylene as examples of the above mixture, and carbons such as NO x , SO x and acetylene have been proposed. The mixture with hydrogen etc. are mentioned (for example, refer patent document 1).
しかしながら、CVD法により減圧条件下で単層カーボンナノチューブを製造する場合には、単層カーボンナノチューブの成長パラメータを制御することが難しいため、制御された構造を有する高品質の単層カーボンナノチューブを製造することは難しい。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、制御された構造を有する高品質の単層カーボンナノチューブを容易に製造することができ、しかも直径が極めて小さい単層カーボンナノチューブを含み、かつ直径の分布幅が極めて狭い単層カーボンナノチューブを容易に製造することができる単層カーボンナノチューブの製造方法、この方法により製造された単層カーボンナノチューブおよびこの方法を用いる電子素子の製造方法を提供することである。
However, when manufacturing single-walled carbon nanotubes under reduced pressure conditions by CVD, it is difficult to control the growth parameters of single-walled carbon nanotubes, so high-quality single-walled carbon nanotubes with a controlled structure are manufactured. Difficult to do.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a high-quality single-walled carbon nanotube having a controlled structure can be easily produced, and the single-walled carbon nanotube having a very small diameter is included, and the distribution of diameters To provide a single-walled carbon nanotube production method capable of easily producing a single-walled carbon nanotube having an extremely narrow width, a single-walled carbon nanotube produced by this method, and a method for producing an electronic device using this method .
上記課題を解決するために、第1の発明は、
アルコールまたはアルコールの水溶液を気化させることにより得られるガスを反応ガスに用い、化学気相成長法により常圧で単層カーボンナノチューブを成長させるようにしたことを特徴とする単層カーボンナノチューブの製造方法である。
第2の発明は、
アルコールまたはアルコールの水溶液を気化させることにより得られるガスを反応ガスに用い、化学気相成長法により常圧で単層カーボンナノチューブを成長させることにより製造されることを特徴とする単層カーボンナノチューブである。
第3の発明は、
単層カーボンナノチューブを用いた電子素子の製造方法において、
アルコールまたはアルコールの水溶液を気化させることにより得られるガスを反応ガスに用い、化学気相成長法により常圧で上記単層カーボンナノチューブを成長させるようにしたことを特徴とするものである。
In order to solve the above problem, the first invention is:
A method for producing single-walled carbon nanotubes, characterized in that a single-walled carbon nanotube is grown at atmospheric pressure by chemical vapor deposition using a gas obtained by vaporizing alcohol or an aqueous solution of alcohol as a reaction gas It is.
The second invention is
A single-walled carbon nanotube produced by growing single-walled carbon nanotubes at normal pressure by chemical vapor deposition using a gas obtained by vaporizing an alcohol or an aqueous solution of alcohol as a reaction gas. is there.
The third invention is
In the method of manufacturing an electronic device using single-walled carbon nanotubes,
The single-walled carbon nanotube is grown at normal pressure by chemical vapor deposition using a gas obtained by vaporizing an alcohol or an aqueous solution of alcohol as a reaction gas.
この発明においては、典型的には、化学気相成長装置の反応部の外部でアルコールまたはアルコールの水溶液を自然蒸発などで気化させることにより得られるガスをこの反応部に導入することにより反応を行う。アルコールの水溶液のアルコール濃度(体積濃度)は0%より大きく100%未満であり、この範囲内であれば基本的にはアルコール濃度は問わないが、アルコール濃度が75%以上では100%に近いほどより小さい直径の単層カーボンナノチューブを製造することができ、アルコール濃度が50%以上95%以下、好適には50%以上80%以下とすると直径の分布幅が狭い単層カーボンナノチューブを製造することができ、特にアルコール濃度が70%以上80%以下では直径の分布幅が極めて狭い単層カーボンナノチューブを製造することができる。 In this invention, typically, the reaction is carried out by introducing a gas obtained by vaporizing alcohol or an aqueous solution of alcohol by natural evaporation or the like outside the reaction part of the chemical vapor deposition apparatus. . The alcohol concentration (volume concentration) of the aqueous solution of alcohol is greater than 0% and less than 100%, and the alcohol concentration is basically not limited as long as it is within this range, but the closer the alcohol concentration is to 75%, the closer to 100%. Single-walled carbon nanotubes with a smaller diameter can be produced, and if the alcohol concentration is 50% or more and 95% or less, preferably 50% or more and 80% or less, single-walled carbon nanotubes with a narrow diameter distribution width are produced. In particular, when the alcohol concentration is 70% or more and 80% or less, single-walled carbon nanotubes having a very narrow diameter distribution range can be produced.
単層カーボンナノチューブの成長温度は、一般的には500℃以上1500℃以下であるが、好適には、650℃以上900℃以下、より好適には800℃以上900℃以下とするが、これに限定されるものではない。単層カーボンナノチューブの成長は、典型的には、この成長温度において、アルコールまたはアルコールの水溶液を気化させることにより得られるガスを金属触媒に接触させることにより行う。金属触媒としては、カーボンナノチューブの成長に従来より用いられている公知の各種のものを用いることができる。 The growth temperature of the single-walled carbon nanotube is generally 500 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower, preferably 650 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. It is not limited. Single-wall carbon nanotubes are typically grown by contacting a metal catalyst with a gas obtained by vaporizing alcohol or an aqueous solution of alcohol at this growth temperature. As the metal catalyst, various known catalysts conventionally used for the growth of carbon nanotubes can be used.
アルコールとしては基本的にはどのようなものを用いてもよく、一価アルコールでも多価アルコールでもよく、飽和アルコールでも不飽和アルコールでもよい。一般に炭素数が少ない一価アルコールは常温で液体であり、水と任意に混和するため、アルコール濃度が高い水溶液も容易に調製することができ、好ましい。アルコールとしては、具体的には、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール(イソプロパノール)、1−ブタノール、2−ブタノール(sec−ブタノール)、2−メチル−1−プロパノール(イソブタノール)、2−メチル−2−プロパノール(tert−ブタノール)、1−ペンタノールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Basically, any alcohol may be used, which may be a monohydric alcohol or a polyhydric alcohol, and may be a saturated alcohol or an unsaturated alcohol. In general, a monohydric alcohol having a small number of carbon atoms is liquid at room temperature, and is arbitrarily mixed with water. Therefore, an aqueous solution having a high alcohol concentration can be easily prepared, which is preferable. Specific examples of the alcohol include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol (isopropanol), 1-butanol, 2-butanol (sec-butanol), 2-methyl-1-propanol (isobutanol), 2 -Methyl-2-propanol (tert-butanol), 1-pentanol and the like are exemplified, but not limited thereto.
アルコールの水溶液のアルコール濃度および/またはアルコールの水溶液の気化速度を調節することにより、単層カーボンナノチューブの直径および/または直径の分布を制御することができる。アルコールの水溶液の気化速度は、例えば、アルコールの水溶液を入れる容器の温度を変えることにより調節することができる。
好適には、化学気相成長法により単層カーボンナノチューブを成長させた後、生成物の組成的な精製を行う。これは、生成物には一般に、単層カーボンナノチューブ以外にアモルファスカーボンや金属不純物などが含まれることから、これらを除去するためである。この精製は、好適には、塩酸を用いた酸処理、硝酸を用いた還流および空気酸化により行う。
By adjusting the alcohol concentration of the aqueous alcohol solution and / or the vaporization rate of the aqueous alcohol solution, the diameter and / or diameter distribution of the single-walled carbon nanotubes can be controlled. The vaporization rate of the aqueous alcohol solution can be adjusted, for example, by changing the temperature of the container containing the aqueous alcohol solution.
Preferably, single-walled carbon nanotubes are grown by chemical vapor deposition, and then the product is purified compositionally. This is because the product generally contains amorphous carbon, metal impurities, etc. in addition to the single-walled carbon nanotubes, so that they are removed. This purification is preferably carried out by acid treatment with hydrochloric acid, reflux with nitric acid and air oxidation.
この単層カーボンナノチューブは、その特有の電気的、機械的、電気光学的あるいは電気機械的特性を応用する素子であれば、どのような素子にも適用することができる。例えば、この単層カーボンナノチューブを用いる電子素子としては、具体的には、電界放出素子、電界効果トランジスタ(FET)(薄膜トランジスタ(TFT)も含む)、単電子トランジスタ、分子センサー、太陽電池、光電変換素子、発光素子、メモリーなどが挙げられる。 This single-walled carbon nanotube can be applied to any element as long as it is an element that applies its specific electrical, mechanical, electro-optical or electromechanical characteristics. For example, as an electronic device using this single-walled carbon nanotube, specifically, a field emission device, a field effect transistor (FET) (including a thin film transistor (TFT)), a single electron transistor, a molecular sensor, a solar cell, a photoelectric conversion An element, a light emitting element, a memory, etc. are mentioned.
上述のように構成されたこの発明においては、化学気相成長法により常圧で単層カーボンナノチューブを成長させることにより、化学気相成長法により減圧下で単層カーボンナノチューブを成長させる場合に比べて、成長パラメータの制御が容易であり、制御された構造を有する高品質の単層カーボンナノチューブの成長が容易である。また、アルコールまたはアルコールの水溶液を気化させることにより得られるガスを反応ガスに用いることにより、直径が極めて小さい単層カーボンナノチューブを含み、かつ直径の分布幅が極めて狭い単層カーボンナノチューブの成長が可能となる。 In the present invention configured as described above, single-walled carbon nanotubes are grown at atmospheric pressure by chemical vapor deposition, compared to growing single-walled carbon nanotubes under reduced pressure by chemical vapor deposition. Thus, the growth parameters can be easily controlled, and the growth of high-quality single-walled carbon nanotubes having a controlled structure is easy. In addition, by using a gas obtained by vaporizing alcohol or an aqueous solution of alcohol as a reaction gas, it is possible to grow single-walled carbon nanotubes that contain single-walled carbon nanotubes with a very small diameter and a very narrow diameter distribution range. It becomes.
この発明によれば、制御された構造を有する高品質の単層カーボンナノチューブを容易に製造することができ、しかも直径が極めて小さい単層カーボンナノチューブを含み、かつ直径の分布幅が極めて狭い単層カーボンナノチューブを容易に製造することができる。そして、この方法により製造された単層カーボンナノチューブを用いることにより、高性能の電子素子を得ることができる。 According to the present invention, a high-quality single-walled carbon nanotube having a controlled structure can be easily manufactured, and the single-walled carbon nanotube includes a very small diameter and has a very narrow diameter distribution width. Carbon nanotubes can be easily produced. A high-performance electronic device can be obtained by using single-walled carbon nanotubes produced by this method.
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
この一実施形態においては、基板上に金属触媒を形成し、アルコール(炭素源)またはアルコールの水溶液を気化させることにより得られるガスを反応ガスに用いてCVD法により常圧で単層カーボンナノチューブを合成する。この場合、CVD装置の反応部(炉の中に入っている反応管の部分)の外部でアルコールまたはアルコールの水溶液を気化させることにより得られるガスをこの反応部に導入することにより反応を行う。この後、こうして合成された単層カーボンナノチューブの組成的な精製を行う。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In this embodiment, a single-walled carbon nanotube is formed at atmospheric pressure by a CVD method using a gas obtained by forming a metal catalyst on a substrate and vaporizing an alcohol (carbon source) or an alcohol aqueous solution as a reaction gas. Synthesize. In this case, the reaction is carried out by introducing a gas obtained by vaporizing alcohol or an aqueous solution of alcohol outside the reaction part (the part of the reaction tube in the furnace) of the CVD apparatus. Thereafter, compositional purification of the single-walled carbon nanotube thus synthesized is performed.
単層カーボンナノチューブを成長させる基板は、無機材料および/または有機材料からなる基板であり、必要に応じてその材料が選ばれる。無機材料からなる基板としては、例えば、シリコン基板(表面にSiO2 膜が形成されたものを含む)、ガラス基板、石英基板などが用いられる。有機材料からなる基板としては、例えば、ポリマー基板が用いられる。無機材料および有機材料からなる基板としては、これらの材料を組み合わせたものが用いられる。 The substrate on which the single-walled carbon nanotube is grown is a substrate made of an inorganic material and / or an organic material, and the material is selected as necessary. As the substrate made of an inorganic material, for example, a silicon substrate (including a substrate on which a SiO 2 film is formed), a glass substrate, a quartz substrate, or the like is used. As the substrate made of an organic material, for example, a polymer substrate is used. As a substrate made of an inorganic material and an organic material, a combination of these materials is used.
基板上に形成する金属触媒としては、例えば、Fe、Co、Ni、Mo、Pt、Pd、Rh、Irなどの金属や、これらの金属のうちの二種以上を組み合わせたもの、例えば、Fe−Co、Ni−Co、Fe−Mo、Co−Moなどを用いることができるが、これらに限定されるものはない。この金属触媒は、典型的には、所定の担体に担持させる。この担体としては、例えば、MgO、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ジルコニア、チタニアなどを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
成長温度は、500℃以上1500℃以下、好適には650℃以上900℃以下、より好適には800℃以上900℃以下とする。
Examples of the metal catalyst formed on the substrate include metals such as Fe, Co, Ni, Mo, Pt, Pd, Rh, Ir, and combinations of two or more of these metals, such as Fe- Co, Ni—Co, Fe—Mo, Co—Mo, and the like can be used, but are not limited thereto. This metal catalyst is typically supported on a predetermined carrier. As this carrier, for example, MgO, silica, alumina, zeolite, zirconia, titania and the like can be used, but are not limited thereto.
The growth temperature is 500 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower, preferably 650 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or higher and 900 ° C. or lower.
アルコールの水溶液のアルコール濃度は、0%より大きく100%未満であるが、好適には50%以上95%以下、より好適には50%以上80%以下、さらに好適には70%以上80%以下とする。アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノール、1−ペンタノールなどを用いることができる。 The alcohol concentration of the aqueous alcohol solution is greater than 0% and less than 100%, preferably 50% to 95%, more preferably 50% to 80%, and even more preferably 70% to 80%. And Examples of the alcohol include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, and 1-pentanol. Can do.
この実施形態によれば、アルコールまたはアルコールの水溶液を気化させることにより得られるガスを反応ガスに用いてCVD法により常圧で単層カーボンナノチューブを成長させるので、制御された構造を有する高品質の単層カーボンナノチューブを容易に製造することができる。しかも、直径が例えば0.6〜1.8nmと極めて小さい単層カーボンナノチューブを含み、かつ直径の分布幅が例えば0.6〜0.7nmと極めて狭い単層カーボンナノチューブを容易に製造することができる。 According to this embodiment, since single-walled carbon nanotubes are grown at normal pressure by a CVD method using a gas obtained by vaporizing an alcohol or an aqueous solution of alcohol as a reaction gas, a high-quality product having a controlled structure is obtained. Single-walled carbon nanotubes can be easily produced. In addition, it is possible to easily produce single-walled carbon nanotubes including single-walled carbon nanotubes having a very small diameter of, for example, 0.6 to 1.8 nm and having a very narrow diameter distribution width of, for example, 0.6 to 0.7 nm. it can.
〈実施例1〉
(1)触媒の調製
触媒としてFe−Coを、従来の化学的含浸(chemical impregnation)法により作製した。具体的には、まず、硝酸鉄(Fe(NO3 )3 9H2 O)および硝酸コバルト(Co(NO3 )3 9H2 O)をエタノール(典型的には40ml)に溶解することにより硝酸金属溶液を調製した。次に、炭酸マグネシウム塩の分解により得られた酸化マグネシウム(MgO)を担体としてこの溶液に加えた。次に、こうして得られた混合物を均一化のために3時間超音波処理した。この混合物からロータリーエバポレーターによりエタノールを除去した後、得られた材料を115℃で一晩乾燥させた。この後、この材料を粉末にした。MgO担体における全触媒量は10wt%に固定し、遷移金属のモル比はFe/Co=1:2とした。
<Example 1>
(1) Preparation of catalyst Fe-Co was prepared as a catalyst by a conventional chemical impregnation method. Specifically, first, metal nitrate is dissolved by dissolving iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 9H 2 O) and cobalt nitrate (Co (NO 3 ) 3 9H 2 O) in ethanol (typically 40 ml). A solution was prepared. Next, magnesium oxide (MgO) obtained by decomposition of the magnesium carbonate salt was added to this solution as a carrier. The resulting mixture was then sonicated for 3 hours for homogenization. After removing ethanol from this mixture by a rotary evaporator, the obtained material was dried at 115 ° C. overnight. This material was then powdered. The total catalyst amount in the MgO support was fixed at 10 wt%, and the transition metal molar ratio was Fe / Co = 1: 2.
(2)常圧CVD
図1は、単層カーボンナノチューブを常圧で製造するために本発明者らが設計したCVD装置を示す。図1に示すように、反応管である石英管11を炉12内に入れる。石英管11の両端は炉12の外部に突き出るようにする。炉12の温度は熱電対13により測定し、温度制御装置14により制御する。炉12の外部にある石英管11の一端の内部に、エタノールまたはエタノール水溶液15が入った容器16を置いた。エタノールまたはエタノール水溶液15の濃度は100〜50%とした。石英ボート17の上に触媒金属微粒子としてFe/Co微粒子を担持したMgOからなる触媒18を約1g載せ、これを炉12の中心部の石英管11の中に挿入した。そして、容器16内のエタノールまたはエタノール水溶液15から気化したエタノールまたはエタノールおよび水のガスをAr/H2 混合ガス流(Ar:250ml/min、H2 :20ml/min)により輸送しながら、常圧において850℃、典型的には30分間の反応時間で単層カーボンナノチューブをCVD法により製造した。エタノールまたはエタノール水溶液15の気化速度の制御は、容器16の底面に鉄片19を固定しておき、石英管11の外部に設けた磁石20を石英管11に沿って移動させることで容器16を移動させ、それによって炉12との間の距離を変化させ、加熱されている石英管11からの輻射熱によるエタノールまたはエタノール水溶液15の温度変化を制御することにより行った。
(2) Atmospheric pressure CVD
FIG. 1 shows a CVD apparatus designed by the present inventors for producing single-walled carbon nanotubes at normal pressure. As shown in FIG. 1, a quartz tube 11 that is a reaction tube is placed in a furnace 12. Both ends of the quartz tube 11 protrude outside the furnace 12. The temperature of the furnace 12 is measured by a
(3)精製
常圧CVD法による製造直後の試料に対して組成的な精製プロセスを適用した。まず、触媒(MgO担体および金属微粒子の両方)を濃塩酸(HCl)を用いた酸処理により除去した。典型的には、製造直後の試料を30分間、超音波処理を行いながら50mlの6N濃塩酸中に置いた。次に、アモルファスカーボン、残留金属微粒子およびMgO担体を除去するために、HCl処理を行った試料を4N硝酸(HNO3 )溶液中において120℃で12時間還流した。得られた試料の濾過および蒸留水による洗浄を、濾過物の色が透明になるまで行った。精製プロセスの最終段階では、試料を空気中において470℃で30分間加熱した後、再び6N濃塩酸で処理して残留不純物を除去した。試料をリンスし、120℃で乾燥させた後、灰色がかった黒色で薄いマットが最終的に得られた。
(3) Purification A compositional purification process was applied to a sample immediately after production by the atmospheric pressure CVD method. First, the catalyst (both MgO support and fine metal particles) was removed by acid treatment using concentrated hydrochloric acid (HCl). Typically, the freshly prepared sample was placed in 50 ml of 6N concentrated hydrochloric acid with sonication for 30 minutes. Next, in order to remove amorphous carbon, residual metal fine particles and MgO support, the sample treated with HCl was refluxed in a 4N nitric acid (HNO 3 ) solution at 120 ° C. for 12 hours. The obtained sample was filtered and washed with distilled water until the color of the filtrate became transparent. In the final stage of the purification process, the sample was heated in air at 470 ° C. for 30 minutes and then treated again with 6N concentrated hydrochloric acid to remove residual impurities. After rinsing the sample and drying at 120 ° C., a grayish black and thin mat was finally obtained.
(4)キャラクタリゼーション
走査型電子顕微鏡(SEM、日立製作所製S−4300、15kV)、高分解能透過型電子顕微鏡(HRTEM、フィリップス社製CM200、200kV)およびラマン分光(632.8nm、Renishaw1000)を用いて試料のキャラクタリゼーションを行った。金属触媒微粒子およびMgO担体(金属不純物)の含有量は熱重量分析装置(TGA、デュポンインスツルメント社製951TGA)を用いて測定した。乾燥空気中において105℃で試料の水分を除去した後、乾燥空気を100ml/min流しながら5℃/minの速度で1000℃に加熱した。残留重量とは、試料中の金属不純物含有量のことをいう。
(4) Characterization Using a scanning electron microscope (SEM, Hitachi S-4300, 15 kV), a high-resolution transmission electron microscope (HRTEM, Philips CM200, 200 kV) and Raman spectroscopy (632.8 nm, Renishaw 1000). The samples were characterized. The contents of the metal catalyst fine particles and the MgO carrier (metal impurities) were measured using a thermogravimetric analyzer (TGA, 951 TGA manufactured by DuPont Instruments). After removing moisture from the sample at 105 ° C. in dry air, the sample was heated to 1000 ° C. at a rate of 5 ° C./min while flowing dry air at 100 ml / min. The residual weight refers to the metal impurity content in the sample.
(5)結果および考察
図2は100%のエタノール濃度を用いて製造した直後の試料のラマンスペクトル、図3はこの試料に対して硝酸による還流を行った後のラマンスペクトル、図4は最終的な精製後の試料のラマンスペクトルを示す。図2より、130〜350cm-1の低周波領域に単層カーボンナノチューブの特徴的なラマン散乱モードの一つである radial-breathing
mode(RBM)が明確に観測される。RBMモードの周波数は単層カーボンナノチューブの直径に逆比例し、その関係はω=223.75/d+6.5と表すことができる(例えば、Lyu,S.C.;Liu,B.C.;Lee,T.J.;Liu,Z.Y.;Yang,C.W.;Park,C.Y.;Lee,C.J.,Chem.Commun.2003,734 参照。)。ただし、ωはcm-1単位のRBM周波数、dはnm単位の単層カーボンナノチューブの直径であり、バンドル効果を考慮に入れている。130〜350cm-1のRBM周波数は0.6〜1.8nmの直径に対応する。1586cm-1のメインピーク(Gバンド)の左側に現れている1552cm-1のショルダーピークはグラファイトのE2gモードの分裂に由来するものである。このショルダーピークもまた、単層カーボンナノチューブの特徴的なラマン散乱モードの一つである(例えば、A.Kasuya,Y.Sasaki,Y.Saito,K.Tohji,Y.Nishina,Phys.Rev.Lett.1997,78,4434参照。)。これらの特徴的なピークに加えて、1320cm-1に、欠陥により誘起されるモード、いわゆるDバンドが現れており、これは試料がアモルファスカーボンのような欠陥のあるカーボンを含むことを示す。Dバンドに対するGバンドの強度比(G/D比)は2.8であった。G/D比は単層カーボンナノチューブの純度の良い尺度であり、この比は試料の単層カーボンナノチューブ純度の増加にしたがって増加する(例えば、H.Kataura,Y.Kumazawa,Y.Maniwa,Y.Ohtsuka,R.Sen,S.Suzuki,Y.Achiba,Carbon 2000,38,1691 参照。)。
(5) Results and Discussion FIG. 2 shows a Raman spectrum of a sample immediately after production using 100% ethanol concentration, FIG. 3 shows a Raman spectrum after refluxing this sample with nitric acid, and FIG. 4 shows a final result. The Raman spectrum of the sample after simple purification is shown. From FIG. 2, radial-breathing, which is one of the characteristic Raman scattering modes of single-walled carbon nanotubes, in the low frequency region of 130 to 350 cm −1 .
The mode (RBM) is clearly observed. The frequency of the RBM mode is inversely proportional to the diameter of the single-walled carbon nanotube, and the relationship can be expressed as ω = 223.75 / d + 6.5 (for example, Lyu, SC; Liu, BC; Lee, TJ; Liu, ZY; Yang, CW; Park, CY; See Lee, CJ, Chem. Commun. 2003, 734). Where ω is the RBM frequency in cm −1 , and d is the diameter of the single-walled carbon nanotube in nm, taking into account the bundle effect. An RBM frequency of 130-350 cm -1 corresponds to a diameter of 0.6-1.8 nm. Shoulder peak of 1552 cm -1 appearing on the left side of the main peak of 1586 cm -1 (G band) is derived from the division of E 2 g mode graphite. This shoulder peak is also one of the characteristic Raman scattering modes of single-walled carbon nanotubes (for example, A. Kasuya, Y. Sasaki, Y. Saito, K. Tohji, Y. Nishina, Phys. Rev. Lett. .1997,78,4434). In addition to these characteristic peaks, a defect-induced mode, the so-called D band, appears at 1320 cm −1 , indicating that the sample contains defective carbon such as amorphous carbon. The intensity ratio of the G band to the D band (G / D ratio) was 2.8. The G / D ratio is a good measure of the purity of single-walled carbon nanotubes, and this ratio increases with increasing single-walled carbon nanotube purity of the sample (eg, H. Kataura, Y. Kumazawa, Y. Maniwa, Y. (See Ohtsuka, R. Sen, S. Suzuki, Y. Akiba,
製造直後の試料(図5a)の走査型電子顕微鏡(SEM)像において繊維状の生成物が観測されるが、これはアモルファスカーボンおよび金属微粒子のような不純物を含む単層カーボンナノチューブのバンドルと考えられる。熱重量分析測定により、製造直後の試料の金属不純物含有量は54wt%であることが示された。 Fibrous products are observed in the scanning electron microscope (SEM) image of the sample immediately after manufacture (FIG. 5a), which is considered as a bundle of single-walled carbon nanotubes containing impurities such as amorphous carbon and fine metal particles. It is done. Thermogravimetric analysis showed that the metal impurity content of the sample immediately after manufacture was 54 wt%.
図5b、c、dは試料のSEM像を示し、図5bはHCl処理後、図5cはHNO3 還流後、図5dは最終的な精製試料を示す。精製のために、本発明者らは100%エタノール濃度で製造した試料を用いた。HCl処理後に、大量のアモルファスカーボンを含む多数のバンドルが観測された(図5b)。HCl処理により、金属不純物の含有量は54%から18%に減少した。アモルファスカーボンおよび残留金属不純物を除去するために、HCl処理後の試料をHNO3 溶液中で120℃で12時間還流した。還流を行った試料は主として直径が大きいバンドルからなり(図5c)、金属不純物の含有量は8%に減少した。還流を行った試料のラマン分光の結果は、有意の強度を有するDバンドを示した(図3)。本発明者らは、このDバンドは、HNO3 中での還流の間に製造され、単層カーボンナノチューブのバンドル上を被覆するアモルファスカーボンの小片に由来するものと確信している。残留不純物を完全に除去するために、還流を行った試料に対して空気中での470℃の熱処理およびHCl処理を行った。最終的な精製試料のSEM像は不純物がほとんど存在しないことを示している(図5d)。 FIGS. 5b, c, d show SEM images of the sample, FIG. 5b shows after HCl treatment, FIG. 5c shows after HNO 3 reflux, and FIG. 5d shows the final purified sample. For purification, we used samples prepared at 100% ethanol concentration. A number of bundles containing large amounts of amorphous carbon were observed after HCl treatment (FIG. 5b). The HCl treatment reduced the metal impurity content from 54% to 18%. In order to remove amorphous carbon and residual metal impurities, the HCl-treated sample was refluxed at 120 ° C. for 12 hours in an HNO 3 solution. The refluxed sample mainly consisted of bundles with a large diameter (FIG. 5c), and the content of metal impurities was reduced to 8%. The Raman spectroscopic result of the refluxed sample showed a D band with significant intensity (FIG. 3). The inventors believe that this D-band is derived from amorphous carbon pieces that are produced during reflux in HNO 3 and cover a bundle of single-walled carbon nanotubes. In order to completely remove residual impurities, the refluxed sample was subjected to heat treatment at 470 ° C. and HCl treatment in air. The SEM image of the final purified sample shows almost no impurities (FIG. 5d).
図6は最終的な精製試料の透過型電子顕微鏡(TEM)像を示し、(a)は低倍率、(b)は高倍率のものである。この試料は基本的には、不純物がほとんど存在しない単層カーボンナノチューブのバンドルからなる。最終的な精製試料のラマンスペクトルは無視できる強度のDバンドを示し(図4)、アモルファスカーボンのほとんどが最終的な精製プロセスの間に除去されたことを示す。G/D比は本発明者らの組成的精製により2.8から100以上に増加した。 FIG. 6 shows a transmission electron microscope (TEM) image of the final purified sample, where (a) is a low magnification and (b) is a high magnification. This sample basically consists of a bundle of single-walled carbon nanotubes with almost no impurities. The Raman spectrum of the final purified sample shows a negligible D band (FIG. 4), indicating that most of the amorphous carbon was removed during the final purification process. The G / D ratio increased from 2.8 to over 100 due to our compositional purification.
試料の単層カーボンナノチューブの純度を確認するために、熱重量分析測定を行った。その結果を図7〜図10に示す。図7は製造直後の試料の測定結果、図8はHCl処理後の試料の測定結果、図9はHNO3 還流後の試料の測定結果、図10は最終的な精製試料の測定結果を示す。図10に示すように、最終的な精製試料の残留重量は2wt%以下であった。重量変化速度(−dW/dT)プロファイルにおいては、585℃付近に最大値を有するただ一つのピークが得られたが、これは、試料が一つの燃焼可能な成分を含むことを意味する。この最大値の温度は、報告された単層カーボンナノチューブの燃焼温度と一致しており、これは、最終的な精製試料が純度98%の単層カーボンナノチューブからなることを示唆している。この示唆はTEM観察により支持される(図6)。 In order to confirm the purity of the single-walled carbon nanotube of the sample, thermogravimetric analysis measurement was performed. The results are shown in FIGS. 7 shows the measurement result of the sample immediately after production, FIG. 8 shows the measurement result of the sample after HCl treatment, FIG. 9 shows the measurement result of the sample after refluxing HNO 3 , and FIG. 10 shows the measurement result of the final purified sample. As shown in FIG. 10, the residual weight of the final purified sample was 2 wt% or less. In the weight change rate (−dW / dT) profile, only one peak with a maximum value around 585 ° C. was obtained, which means that the sample contains one combustible component. This maximum temperature is consistent with the reported combustion temperature of single-walled carbon nanotubes, suggesting that the final purified sample consists of 98% pure single-walled carbon nanotubes. This suggestion is supported by TEM observation (FIG. 6).
この実施例1においては、単層カーボンナノチューブの直径およびキラリティーは、触媒における生成反応により決定される。したがって、本発明者らは、単層カーボンナノチューブの構造は、エタノール供給速度によって制御することができるという仮説を立てた。この仮説を検証するために、異なるエタノール濃度で単層カーボンナノチューブを製造した。表1に、試験を行ったエタノール濃度および得られた結果をまとめた。直径の分布はラマンスペクトルにおけるRBM周波数から推定した。また、図11に表1の結果をグラフで示した。 In this Example 1, the diameter and chirality of the single-walled carbon nanotube are determined by the production reaction in the catalyst. Therefore, the present inventors have hypothesized that the structure of single-walled carbon nanotubes can be controlled by the ethanol supply rate. To test this hypothesis, single-walled carbon nanotubes were produced with different ethanol concentrations. Table 1 summarizes the ethanol concentrations tested and the results obtained. The diameter distribution was estimated from the RBM frequency in the Raman spectrum. FIG. 11 is a graph showing the results in Table 1.
図11に示すように、エタノール濃度は明らかに単層カーボンナノチューブの直径の分布に影響を与える。一般に、もしエタノール濃度が高ければ、それに応じてエタノール蒸気濃度も高くなり、カーボンナノチューブの気−液−固(VLS)成長プロセスに基づくずっと多くの種類のカーボン付着をもたらす。これに対し、エタノール濃度が低ければ、それに応じてエタノール蒸気濃度も低くなり、カーボン付着のタイプの種類が減少する。この傾向は図11において見ることができる。 As shown in FIG. 11, the ethanol concentration clearly affects the distribution of the diameter of the single-walled carbon nanotubes. In general, if the ethanol concentration is high, the ethanol vapor concentration will be correspondingly high, resulting in many more types of carbon deposition based on the gas-liquid-solid (VLS) growth process of carbon nanotubes. On the other hand, if the ethanol concentration is low, the ethanol vapor concentration is accordingly reduced, and the type of carbon adhesion type is reduced. This trend can be seen in FIG.
高品質の単層カーボンナノチューブの製造は、CVD装置の反応部の形状のような実験のセットアップに大きく依存する。従来のエタノールCVDにおいては、蒸発したエタノールが液化するのを防止するために、単層カーボンナノチューブは減圧下で製造される。減圧下では、常圧下と比較すると、エタノール濃度のよう成長パラメータを制御することは困難である。図1に示すCVD装置においては、炉12の外部にある石英管11の一端の内部にエタノールまたはエタノール水溶液15を入れた容器16を設置しており、このため、エタノール濃度および気化速度を調整することにより常圧下で高品質の単層カーボンナノチューブを制御された直径の分布で製造することが可能となった。
The production of high-quality single-walled carbon nanotubes is highly dependent on the experimental setup such as the shape of the reaction part of the CVD apparatus. In conventional ethanol CVD, single-walled carbon nanotubes are produced under reduced pressure in order to prevent evaporation of evaporated ethanol. Under reduced pressure, it is difficult to control growth parameters such as ethanol concentration compared to under normal pressure. In the CVD apparatus shown in FIG. 1, a container 16 in which ethanol or an
以上のように、本発明者らが独自に設計したCVD装置を用いて、常圧でエタノールまたはエタノール水溶液から高品質の単層カーボンナノチューブを製造することができる。単層カーボンナノチューブの品質および直径分布はエタノール濃度および気化速度を調節することにより制御される。HCl処理、硝酸の還流および空気酸化を組み合わせた組成的精製方法により、98%の純度の単層カーボンナノチューブが得られた。 As described above, high-quality single-walled carbon nanotubes can be produced from ethanol or an aqueous ethanol solution at normal pressure using a CVD apparatus uniquely designed by the present inventors. The quality and diameter distribution of single-walled carbon nanotubes are controlled by adjusting the ethanol concentration and vaporization rate. A compositional purification method combining HCl treatment, reflux of nitric acid and air oxidation yielded single-walled carbon nanotubes of 98% purity.
〈実施例2〉
実施例1と同様に、Fe−Co/MgO触媒を用い、種々の一価アルコール(濃度100%)を用いて常圧CVD法により単層カーボンナノチューブを製造した。一価アルコールとしては、エタノール、1−プロパノール、1−ブタノールおよび1−ペンタノールを用いた。これらのエタノール、1−プロパノール、1−ブタノールおよび1−ペンタノールを用いて製造された直後の単層カーボンナノチューブの典型的なSEM像を図12a、b、cおよびdに、ラマンスペクトルを図13a、b、cおよびd(上側の曲線が得られたデータ、下側の曲線はスペクトル解析によりフィットされたピークを示す)に、低周波ラマンスペクトルの3次元比較プロットを図14に、高分解能TEM像を図15a、b、cおよびd(スケールバーは8nmを表す)に、ラマンスペクトルのGバンド領域を図16に示す。図12a、b、cおよびdより、大量の単層カーボンナノチューブが製造されていることが分かる。また、図13a、b、cおよびdならびに図14は、単層カーボンナノチューブが存在していることを示している。また、図15a、b、cおよびdより、単層カーボンナノチューブが存在していることを確認することができる。
<Example 2>
As in Example 1, single-walled carbon nanotubes were produced by atmospheric pressure CVD using Fe-Co / MgO catalyst and various monohydric alcohols (
図13a、b、cおよびdより、エタノール、1−プロパノール、1−ブタノールおよび1−ペンタノールの順に、言い換えると、これらの分子の質量に対するOH基の質量の割合が相対的に減少するにしたがい、製造直後の単層カーボンナノチューブの純度が明らかに減少することが分かる。また、改訂 Katauraプロット(Strano,M.S. J.Am.Chem.Soc.2003,125,16148参照。)と詳細な比較を行った結果、140〜180cm-1および200〜280cm-1付近のラマンピークは、それぞれ金属的単層カーボンナノチューブおよび半導体的単層カーボンナノチューブに由来するものであると結論することができる。図13a、b、cおよびdより、エタノール、1−プロパノール、1−ブタノールおよび1−ペンタノールの順に、半導体的単層カーボンナノチューブと対照的に金属的単層カーボンナノチューブの割合が増加する傾向がある。さらに、この金属的単層カーボンナノチューブの割合の増加は、図16に示すGバンドの解析からも明らかである。タンジェンシャルモード(1500〜1600cm-1)は、金属的単層カーボンナノチューブおよび半導体的単層カーボンナノチューブの特徴的な振る舞いのモードを示すことは周知である。半導体的単層カーボンナノチューブはこの領域で狭いLorentzianを有するのに対し、金属的単層カーボンナノチューブはブロードで低エネルギーの Breit-Wigner-Fanoテールと結合した高周波Lorentzianにより特徴付けられる。金属的単層カーボンナノチューブ中のFano成分は本質的に離散フォノンの電子連続との結合により生じ、その結果、チューブ径が減少するにしたがってこの特徴のより大きなダウンシフトおよびブロード化を生じる。これは再び、図16における金属的単層カーボンナノチューブの増加を示している。 13a, b, c and d, in order of ethanol, 1-propanol, 1-butanol and 1-pentanol, in other words, as the ratio of the mass of OH groups to the mass of these molecules decreases relatively. It can be seen that the purity of the single-walled carbon nanotubes immediately after the production is clearly reduced. As a result of detailed comparison with the revised Kataura plot (see Strano, MSJAm. Chem. Soc. 2003, 125, 16148), the Raman peaks near 140 to 180 cm −1 and 200 to 280 cm −1 are respectively metallic. It can be concluded that they are derived from typical single-walled carbon nanotubes and semiconducting single-walled carbon nanotubes. From FIGS. 13a, b, c and d, the proportion of metallic single-walled carbon nanotubes tends to increase in the order of ethanol, 1-propanol, 1-butanol and 1-pentanol, in contrast to semiconducting single-walled carbon nanotubes. is there. Further, the increase in the proportion of the metallic single-walled carbon nanotube is apparent from the analysis of the G band shown in FIG. It is well known that the tangential mode (1500 to 1600 cm −1 ) shows a mode of characteristic behavior of metallic single-walled carbon nanotubes and semiconducting single-walled carbon nanotubes. Semiconducting single-walled carbon nanotubes have a narrow Lorentzian in this region, whereas metallic single-walled carbon nanotubes are characterized by a high-frequency Lorentzian coupled with a broad, low-energy Breit-Wigner-Fano tail. The Fano component in metallic single-walled carbon nanotubes is essentially due to the coupling of discrete phonons with the electron continuum, resulting in greater downshifting and broadening of this feature as the tube diameter decreases. This again shows the increase in metallic single-walled carbon nanotubes in FIG.
報告された論文(Maruyama,S.;Kojima,R.;Miyauchi,Y.;Chiashi,S.;Kohno,M.,Chem.Phys.Lett.,2002,360,229、Hata,K;Futaba,D.N.;Mizuno,K.;Namai,T.;Yumura,M.;Iijima,S.
,Science 2004,306,1362およびZhang,G.Y.;Mann,D.;Zhang,L.;Javey,A.;Li,Y.M.;Yenilmez,E.,Wang,Q.;McVittie,J.P.;Nishi,Y.;Gibbons,J.;Dai,H.J.,Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.,2005,102,16141)および本発明者らの実験結果によると、金属的単層カーボンナノチューブの増加は一価アルコールからのOHラジカルの選択エッチングの役割に起因する。一価アルコールからのOHラジカルは、半導体的単層カーボンナノチューブに対して金属的単層カーボンナノチューブを選択的にエッチングする。半導体的単層カーボンナノチューブと金属的単層カーボンナノチューブとの相対存在比率は必ずしも、ランダムキラリティー分布に対して期待される2:1の比にしたがわない。
Reported articles (Maruyama, S .; Kojima, R .; Miyauchi, Y .; Chiashi, S .; Kohno, M., Chem. Phys. Lett., 2002, 360, 229, Hata, K; Futaba, DN; Mizuno , K.; Namai, T.; Yumura, M.; Iijima, S.
, Science 2004, 306, 1362 and Zhang, GY; Mann, D .; Zhang, L .; Javey, A .; Li, YM; Yenilmez, E., Wang, Q .; McVittie, JP; Nishi, Y .; Gibbons, J .; Dai, HJ, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2005, 102, 16141) and our experimental results show that the increase in metallic single-walled carbon nanotubes is from monohydric alcohols. This is due to the role of selective etching of OH radicals. OH radicals from monohydric alcohol selectively etch metallic single-walled carbon nanotubes relative to semiconducting single-walled carbon nanotubes. The relative abundance ratio of semiconducting single-walled carbon nanotubes and metallic single-walled carbon nanotubes does not necessarily follow the 2: 1 ratio expected for a random chirality distribution.
単層カーボンナノチューブの製造プロセス全体を二段階に分けて考察する。第1段階では、単層カーボンナノチューブの成長が支配的であるのに対し、OHラジカルのエッチング効果は副次的であると考えられる(図17参照)。触媒上での一価アルコールの分子の熱分解(Cn H2n+1OH→nC・+(2n+1)H・+OH・(n=2〜5))により放出されるOHラジカルは単層カーボンナノチューブの一部をエッチングするが、単層カーボンナノチューブ全体に対するエッチング量は少ない。カーボンナノチューブの成長速度は時間とともに減少し、これは触媒毒によるものであることが報告されており、触媒微粒子付近のカーボン殻の形成の証拠であり、これは触媒を被毒すると考えられてきている。そこで、第2段階(その後の触媒毒)では、1−ペンタノールの熱分解による炭素原子は最も多くのアモルファスカーボンを生成するが、1−プロパノール、1−ブタノールおよびエタノールの順にアモルファスカーボンの生成量が減少するため、エタノール、1−プロパノール、1−ブタノールおよび1−ペンタノールの順にOHラジカルによる選択エッチングが難しくなり、これが製造直後の単層カーボンナノチューブの電子的性質および純度の変化をもたらす主たる理由である。アモルファスカーボンの存在は単層カーボンナノチューブの製造中に嫌われるが、製造直後の単層カーボンナノチューブを保護する。さらに、分子の構造よりもむしろ、OHラジカルの選択エッチングにより生じる単層カーボンナノチューブの電子的性質の変化を確認する目的で、1−ブタノールと比較するために、炭素源としてイソブタノールおよびtert−ブチルアルコールを選択した。その結果、基本的には、製造された単層カーボンナノチューブは純度あるいは電子的性質に関して相違はなかった(図18および図19)。 Consider the entire manufacturing process of single-walled carbon nanotubes in two stages. In the first stage, the growth of single-walled carbon nanotubes is dominant, whereas the etching effect of OH radicals is considered to be secondary (see FIG. 17). OH radicals released by thermal decomposition (C n H 2n + 1 OH → nC · + (2n + 1) H · + OH · (n = 2 to 5)) of monohydric alcohol molecules on the catalyst are single-walled carbon nanotubes However, the etching amount for the entire single-walled carbon nanotube is small. The growth rate of carbon nanotubes decreases with time, which has been reported to be due to catalyst poisons and is evidence of the formation of carbon shells near the catalyst particles, which have been thought to poison the catalyst. Yes. Therefore, in the second stage (subsequent catalyst poison), carbon atoms generated by thermal decomposition of 1-pentanol produce the most amorphous carbon, but the amount of amorphous carbon produced in the order of 1-propanol, 1-butanol and ethanol. The main reason why selective etching with OH radicals in the order of ethanol, 1-propanol, 1-butanol, and 1-pentanol is difficult, and this leads to changes in the electronic properties and purity of single-walled carbon nanotubes immediately after production. It is. The presence of amorphous carbon is hated during the production of single-walled carbon nanotubes, but protects the single-walled carbon nanotubes immediately after production. Furthermore, for the purpose of confirming the change in the electronic properties of single-walled carbon nanotubes caused by selective etching of OH radicals rather than the molecular structure, isobutanol and tert-butyl are used as carbon sources for comparison with 1-butanol. Alcohol was selected. As a result, basically, the produced single-walled carbon nanotubes did not differ in terms of purity or electronic properties (FIGS. 18 and 19).
以上のように、一価アルコールからのOHラジカルの選択エッチング効果により単層カーボンナノチューブのキラリティーを制御した成長が可能になった。製造直後の単層カーボンナノチューブの純度および電子的性質は両方とも、これらのアルコールの分子構造には依存せず、アルコール分子の質量に対するOH基の質量の比に基づく。この実施例2の結果は、単層カーボンナノチューブの成長および構造に及ぼすOHラジカルの効果に光明を与え、特殊なエッチングプロセスを解明するためにさらなる研究が行われている。 As described above, the growth of single-walled carbon nanotubes with controlled chirality is enabled by the selective etching effect of OH radicals from monohydric alcohol. Both the purity and electronic properties of single-walled carbon nanotubes as prepared are independent of the molecular structure of these alcohols and are based on the ratio of the mass of OH groups to the mass of alcohol molecules. The results of this Example 2 highlight the effect of OH radicals on the growth and structure of single-walled carbon nanotubes and further studies are underway to elucidate the special etching process.
以上、この発明の一実施形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態および実施例において挙げたCVD装置の構成、数値、材料、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なるCVD装置の構成、数値、材料、原料、プロセスなどを用いてもよい。
Although one embodiment and example of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment and example, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. It is.
For example, the configuration, numerical values, materials, raw materials, processes, and the like of the CVD apparatus mentioned in the above-described embodiments and examples are merely examples, and if necessary, the configuration of the CVD apparatus, numerical values, materials, raw materials, A process or the like may be used.
11…石英管、12…炉、13…熱電対、14…温度制御装置、15…エタノールまたはエタノール水溶液、16…容器、17…石英ボート、18…触媒、19…鉄片、20…磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Quartz tube, 12 ... Furnace, 13 ... Thermocouple, 14 ... Temperature controller, 15 ... Ethanol or ethanol aqueous solution, 16 ... Container, 17 ... Quartz boat, 18 ... Catalyst, 19 ... Iron piece, 20 ... Magnet
Claims (12)
アルコールまたはアルコールの水溶液を気化させることにより得られるガスを反応ガスに用い、化学気相成長法により常圧で上記単層カーボンナノチューブを成長させるようにしたことを特徴とする電子素子の製造方法。 In the method of manufacturing an electronic device using single-walled carbon nanotubes,
A method for producing an electronic device, characterized in that an alcohol or a gas obtained by vaporizing an alcohol aqueous solution is used as a reaction gas, and the single-walled carbon nanotubes are grown at normal pressure by a chemical vapor deposition method.
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