JP2009084072A - グラファイトナノファイバーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、グラファイトナノファイバーの成長用触媒を基板上に成膜する触媒成膜工程(P1)と、原料ガスを供給して当該グラファイトナノファイバーを成長させる成長工程(P2)と、成長させた当該グラファイトナノファイバーを、水素を含有する処理ガスを用いて加熱処理を行う加熱処理工程(P3)とを有するグラファイトナノファイバーの製造方法である。成長用触媒としては、鉄、ニッケル、銅、コバルト、クロム、若しくはこれらのいずれか一つ以上の金属を含む合金を用いることができる。
【選択図】 図3
Description
従来、カーボンナノ材料を覆うアモルファスカーボンを除去する手段としては、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、水等の酸素を含むガス、即ち酸化ガスによって処理を行う方法が知られている。
これに対し、グラファイトナノファイバーはファイバー側壁に欠陥を多く持っており、ファイバー側面からの電子放出特性に優れている。
図1から、グラファイトナノファイバーが側壁に欠陥を多く持つことが確認できる。
しかし、上述したように、ファイバー成長後、ファイバー側面がアモルファスカーボンで覆われてしまうと、電子放出特性を大幅に劣化させる原因となる。
本発明では、成長用触媒として、鉄、ニッケル、銅、コバルト、クロム、若しくはこれらのいずれか一つ以上の金属を含む合金を好適に用いることができる。
図3は、本発明に係るグラファイトナノファイバーの製造方法の一例を示す流れ図である。
図3に示すように、本例では、まず、グラファイトナノファイバーの成長用触媒を例えば基板上に成膜する(第1のプロセスP1)。
これらの材料うち、I−V特性を向上させる観点からは、インバー合金を用いるとより効果的である。
このような成長用触媒を成膜した後、グラファイトナノファイバーを作成するためカーボンナノ材料を成長させる(第2のプロセスP1)。
カーボンナノ材料の成長は、所定の原料ガスを供給しながら加熱プロセスにより行う。
このような原料ガスとしては、例えば、H2とCO(例えば、分圧1:1の割合)との組み合わせや、H2とCH4やC2H2等の飽和若しくは不飽和の炭化水素又はアルコール類等との組み合わせ等を挙げることができる。
これらの材料うち、GNF成長のしやすさの観点からは、H2とCOの混合ガスを用いるとより効果的である。
また、特に限定されることはないが、GNF表面アモルファス除去の観点からは、加熱時間を5〜20分とすることが好ましい。
成長用触媒として鉄(Fe)を用い、スパッタリングにより膜厚10nmの膜を20mm×20mmのガラス基板上に成膜した。
そして、原料ガスとしてH2ガスとCOガスの混合ガスを用い(H2:CO=1:1)、大気圧下、温度525℃の条件で熱CVD法によりGNF成長を行った。
成長したGNFに対し、二極測定法によりI−V特性評価を行った。
この場合、アノードと電子源間距離は0.5mmとし、印加電圧は3.5kVまでとした。
比較例1によって作成したGNFを用い、H2ガス中において、温度525℃、時間10分間の条件で加熱処理を行った。
加熱処理後のGNFに対し、比較例1と同様の手法でI−V特性評価を行った。
成長用触媒としてインバー合金を用い、スパッタリングにより膜厚10nmの膜を20mm×20mmのガラス基板上に成膜した。
そして、原料ガスとしてH2ガスとCOガスの混合ガスを用い(H2:CO=1:1)を用い、大気圧下において、温度525℃の条件で熱CVD法によりGNF成長を行った。
成長したGNFに対し、二極測定によりI−V特性評価を行った。
この場合、アノード−電子源間距離は0.5mmとし、印加電圧は3.5kVまでとした。
比較例2によって作成したGNFを用い、H2ガス中において、温度525℃、10分間の条件で加熱処理を行なった。
加熱処理後のGNFに対し、比較例1と同様の手法でI−V特性評価を行った。
比較例1によって作成したGNFを用い、O2ガス中において、温度400℃、10分間の条件で加熱処理を行った。
処理後の試料に対し、SEM観察を行なったところ、GNFは消失していた。
図4に示される結果から明らかなように、水素ガスによる加熱処理を行った実施例1、2は、水素ガスによる加熱処理を行なわない比較例1、2と比較してI−V特性が向上していることが確認できる。
Claims (2)
- グラファイトナノファイバーの成長用触媒を基板上に成膜する触媒成膜工程と、
原料ガスを供給して当該グラファイトナノファイバーを成長させる成長工程と、
成長させた当該グラファイトナノファイバーを、水素を含有する処理ガスを用いて加熱処理を行う加熱処理工程とを有するグラファイトナノファイバーの製造方法。 - 前記成長用触媒は、鉄、ニッケル、銅、コバルト、クロム、若しくはこれらのいずれか一つ以上の金属を含む合金である請求項1記載のグラファイトナノファイバーの製造方法。
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