JP2008063196A - カーボンナノ構造体の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】製造装置100は、主要構成としてカーボンナノ構造体を生成するプラズマ処理室101と、基材104をプラズマ処理室101内に送出する基材供給部102と、カーボンナノ構造体が生成された基材104を回収する基材回収部103とから構成されている。基材104は帯状の形状を有しており、基材供給部102からプラズマ処理室101を経由して基材回収部103まで連続して移送される。製造装置100では、カーボンナノ構造体としてカーボンナノウォールが生成される。
【選択図】図1
Description
本発明の第1の実施の形態に係るカーボンナノ構造体の製造装置について、図1の構成図を用いて以下に説明する。製造装置100は、主要構成としてカーボンナノ構造体を生成するプラズマ処理室101と、基材104をプラズマ処理室101内に送出する基材供給部102と、カーボンナノ構造体が生成された基材104を回収する基材回収部103とから構成されている。基材104は帯状の形状を有しており、基材供給部102からプラズマ処理室101を経由して基材回収部103まで連続して移送される。本実施形態の製造装置100では、カーボンナノ構造体としてカーボンナノウォールが生成される。
本発明の第2の実施の形態に係るカーボンナノ構造体の製造装置を、図4を用いて以下に説明する。図4は、本実施形態の製造装置のプラズマ処理室201のみを示しており、基材供給部102及び基材回収部103は第1の実施形態と同様のものを用いるものとしている。
本発明の第3の実施の形態に係るカーボンナノ構造体の製造装置について、図5の構成図を用いて以下に説明する。本実施形態の製造装置300では、加熱手段323がプラズマ処理室301内部の基材支持部321とは別の位置に設けられている。すなわち、本実施形態では加熱手段323を基材支持部321より前方の位置に設け、基材104が基材支持部321に到る前にこれを所定温度まで局所的に加熱するようにしている。
本発明の第4の実施の形態に係るカーボンナノ構造体の製造装置を、図6を用いて以下に説明する。図6は、本実施形態の製造装置のプラズマ処理室401のみを示している。本実施形態では、プラズマ源供給部411とラジカル源供給部412が基材104の移動方向とは垂直の方向にそれぞれ2つずつ設置されている。これにより、プラズマ113とラジカル114とが混合した混合領域115が、基材104の移動方向とは垂直の方向に線状に並んで2ヶ所形成され、カーボンナノウォールが基材104の移動方向とは垂直の方向に線状に生成される。
本発明の第5の実施の形態に係るカーボンナノ構造体の製造装置について、図7の構成図を用いて以下に説明する。本実施形態の製造装置500には、プラズマ処理室501の内部に触媒塗布部502と触媒分散部503を備えた触媒付加部504が備えられている。触媒付加部504は、基材支持部121より前方に設置されており、ここで所定の金属微粒子を基材104に付加するようにしている。
101、201、301、401、501 プラズマ処理室
102 基材供給部
103 基材回収部
104、901 基材
111、211、411 プラズマ源供給部
112、212、412 ラジカル源供給部
111s、112s、202s マイクロスリット
113、902 プラズマ
114、903 ラジカル
115 混合領域
116 導入口
117 排出口
121、321 基材支持部
121a 位置決め手段
122 電源
123、323 加熱手段
131 送出用ロール
132 引取機
133 ダンサー
134 巻取用ロール
202 チャンバー
203 排気口
502 触媒塗布部
503 触媒分散部
504 触媒付加部
900 プラズマCVD装置
Claims (27)
- プラズマ処理室内の成膜位置に配置された基材の表面にカーボンナノ構造体を生成するためのカーボンナノ構造体の製造方法であって、
帯状の前記基材を前記プラズマ処理室に連続的に供給し、
前記基材を所定温度まで局所的に加熱し、
第1の原料ガスのプラズマと第2の原料ガスのラジカルとを前記成膜位置の上部に供給して混合領域を形成し、
前記成膜位置に移送された前記基材と前記混合領域との相対距離を制御して前記基材の表面に前記カーボンナノ構造体を高速に生成し、
前記カーボンナノ構造体が生成された前記基材を連続的に回収する、
ことにより前記基材上に前記カーボンナノ構造体の成膜を連続的に形成する
ことを特徴とするカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記第1の原料ガスは、C2F6、CF4、C2H2、CH4のいずれか1種以上を含む
ことを特徴とする請求項1に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記第2の原料ガスは、水素である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記プラズマ処理室の内圧は、大気圧と同等、あるいは大気圧より減圧か加圧の雰囲気のいずれかである
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記成膜位置に移送された前記基材は、記混合領域との相対距離が一定となるよう位置決め制御される
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記プラズマと前記ラジカルとは、それぞれの供給量を独立して制御可能である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記プラズマは、前記成膜位置の上部に供給された前記第1の原料ガスを電離化したものである、あるいは前記成膜位置の上部以外で前記第1の原料ガスを電離化したのち前記成膜位置の上部に供給したものである
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記ラジカルは、前記成膜位置の上部に供給された前記第2の原料ガスを活性化したものである、あるいは前記成膜位置の上部以外で前記第2の原料ガスを活性化したのち前記成膜位置の上部に供給したものである
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記混合領域は、前記基材の移動方向とは垂直の方向に線状に形成される、あるいは前記基材の移動方向とは垂直の方向に線状に並んで複数形成される
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記混合領域は、前記基材の有効幅以上に形成される、
ことを特徴とする請求項9に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記第1の原料ガス又は前記プラズマと前記第2の原料ガス又は前記ラジカルとは、それぞれ異なる方向から供給され、前記基材の上部の略同一位置で混合されて前記混合領域を形成する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記プラズマ処理室には導入口及び排出口が備えられており、前記導入口から不活性ガスを導入し、前記プラズマ処理室の前記第1の原料ガスと前記プラズマと前記第2の原料ガスと前記ラジカルとが占める領域以外を前記不活性ガスで満たし、前記排出口から前記不活性ガスを排出させることで、前記不活性ガスの気流を制御する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記混合領域と前記基材との距離は、100mm以下である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記混合領域と前記基材との距離は、10mm以下である
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記基材には、前記成膜位置で所定の電圧が加えられる
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記混合領域における前記プラズマと前記ラジカルの少なくともいずれか一方の残存量を連続的もしくは定期的に測定し、前記残存量に基づいて前記プラズマと前記ラジカルの少なくともいずれか一方の供給量を制御する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記基材に対し、前記プラズマ処理室への供給時に加えられる張力と、前記カーボンナノ構造体生成時に加えられる張力と、前記プラズマ処理室からの回収時に加えられる張力の少なくともいずれか1以上が独立に制御される
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記基材を、前記成膜位置あるいは前記成膜位置に到る前の所定位置で所定温度まで局所的に加熱する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記成膜位置に到る前の別の所定位置で前記基材の表面に所定の金属微粒子を塗布・分散させる
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記金属微粒子は、Ni、Co、Feのうち少なくとも1種を含む
ことを特徴とする請求項19に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記カーボンナノ構造体は、カーボンナノウォールである
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - 前記カーボンナノ構造体は、カーボンナノチューブである
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。 - プラズマ処理室と、
前記プラズマ処理室に帯状の基材を連続的に供給する基材供給部と、
前記基材を所定温度まで局所的に加熱する加熱手段と、
前記プラズマ処理室内の所定の成膜位置で前記基材を配置する基材支持部と、
前記成膜位置の上部に第1の原料ガスのプラズマを供給するプラズマ源供給部と、
前記成膜位置の上部で前記プラズマとの混合領域を形成するよう第2の原料ガスのラジカルを供給するラジカル源供給部と、
前記基材と前記混合領域との相対距離を一定とするよう前記基材支持部の位置決め制御を行なう位置決め手段と、
カーボンナノ構造体の成膜が形成された前記基材を連続的に回収する基材回収部と、
を備えることを特徴とするカーボンナノ構造体の製造装置。 - 前記プラズマ源供給部及び前記ラジカル源供給部は、それぞれ前記プラズマ及び前記ラジカルを前記基材の移動方向とは垂直の方向に線状に供給するよう、それぞれマイクロスリットを備える
ことを特徴とする請求項23に記載のカーボンナノ構造体の製造装置。 - 前記プラズマ源供給部と前記ラジカル源供給部とは、前記基材の移動方向とは垂直の方向にそれぞれ複数配設される
ことを特徴とする請求項23に記載のカーボンナノ構造体の製造装置。 - 前記混合領域における前記プラズマと前記ラジカルの少なくともいずれか一方の残存量を連続的もしくは定期的に測定する測定手段と、
前記測定手段で測定された前記残存量に基づいて前記プラズマと前記ラジカルの少なくともいずれか一方の供給量を制御する供給量制御手段とをさらに備える
ことを特徴とする請求項23に記載のカーボンナノ構造体の製造装置。 - 前記成膜位置に到る前の所定位置で前記基材の表面に所定の金属微粒子を塗布・分散させる触媒付加部をさらに備える
ことを特徴とする請求項23に記載のカーボンナノ構造体の製造装置。
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