JP2009203143A - 単層カーボンナノチューブの製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】膜面積の大きい単層カーボンナノチューブ膜を製造することができ、且つ該膜を自立膜として回収することができる単層カーボンナノチューブ製造方法、及び該方法の実施に適した製造装置を提供する。
【解決手段】製造装置１は、前記対向する一対の電極を構成する陰極１２と陽極１１の各々に一つずつ電気的に接続された状態で、且つ、該一対の電極１１，１２間の隙間１４の距離Ｌ_１よりも距離が長い隙間２４（距離Ｌ_２）をあけて対向した状態で配置される一対の導電板２１，２２を備える。前記アーク放電により蒸発したカーボンからなる単層カーボンナノチューブを、前記一対の導電板２１，２２のうち陰極１２側に配置された導電板２２における前記陽極１１と対向する面２２ａに膜状に堆積させて捕捉する。
【選択図】図１

Description

本発明は、単層カーボンナノチューブの製造方法、及び当該方法の実施に適した製造装置に関する。詳しくは、アーク放電法を用いて単層カーボンナノチューブを製造する方法、及び製造装置に関する。

カーボンナノチューブは、導電性、熱伝導性、機械的強度等の優れた特性を持つことから、多くの分野から注目を集めている新素材である。特に、カーボンナノチューブにより形成される膜状の炭素質素材（以下、かかるカーボンナノチューブ製の膜状炭素質素材を「カーボンナノチューブ膜」と略称する。）は、電界電子放出型ディスプレイ（ＦＥＤ）のエミッタや電界効果トランジスタ等、エレクトロニクス分野での応用が期待されている。カーボンナノチューブ膜の膜面積を大きくし、基材から完全に分離した状態で（即ち自立膜として）製造できれば、ディスプレイの大型化や膜の単独利用等が可能となり、当該膜の適用範囲が拡大されるので好ましい。

カーボンナノチューブ膜の製造方法としては、典型的には、スクリーン印刷法やスプレー法等の方法によりカーボンナノチューブを含むペーストや分散液を基材上に付与する方法、若しくは炭素又は炭素原料を含むガスを高温条件下で金属触媒を担持した基材と接触させて該基材上で膜を成長させる化学気相成長法（即ちＣＶＤ法）が挙げられる（例えば特許文献１〜４参照）。

特開２００４−２８８５６１号公報 特開２００３−１２１８９２号公報 特開２００２−２９９２６５号公報 特開２００７−１８２３４２号公報 特開２００３−２７７０３２号公報

しかしながら、上記の方法は基材上にカーボンナノチューブ膜を形成することが前提であり、基材の存在が不可欠である。また、特許文献４では、ＣＶＤ法によりＳｉ等の基材上にカーボンナノチューブ膜を形成し、当該膜を上記基材から剥離して自立膜を得る方法が開示されている。しかし、この方法では得られる膜面積（例えば２０ｍｍ×１２ｍｍ程度）に限界がある。

そこで本発明は、膜面積の大きい単層カーボンナノチューブ膜を製造することができ、且つ該膜を自立膜として回収することができる単層カーボンナノチューブ製造方法、及び該方法の実施に適した製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を実現するべく本発明によって提供される単層カーボンナノチューブ製造装置は、反応容器と、該反応容器内に配置される一対の電極とを備える。これら一対の電極は、互いに対向するように（典型的には、棒状或いはスティック状の電極の一端が互いに対向するように）且つ隙間をあけて配置され、該電極間においてアーク放電を発生させ且つ該電極の少なくとも一方からカーボンを蒸発させ得るように構成されている。また、この製造装置は、該一対の電極を構成する陰極と陽極の各々に一つずつ電気的に接続された状態で配置される一対の導電板を備える。これら一対の導電板は、前記一対の電極間の隙間よりも距離が長い隙間をあけて対向配置される。ここで、前記一対の導電板のうち前記陰極側に配置された導電板は、前記陽極と対向する面側において前記蒸発したカーボンからなる単層カーボンナノチューブを膜状に堆積させて捕捉し得るように形成されている。

かかる構成の製造装置では、上記一対の導電板は、上記一対の電極を構成する陰極と陽極の各々に一つずつ電気的に接続された状態で配置されている。このため、対向する上記陰極と陽極との間に電圧を印加することにより、上記電極間の隙間以上の隙間をあけて対向配置されている導電板間においても、上記電圧と同程度の電位差で電界を生じさせることができる。アーク放電により電極（典型的には陽極）から蒸発したカーボン粒子（典型的には更に触媒金属粒子）は、アークプラズマから外側に向けて拡散していく。このとき、単層カーボンナノチューブを含む生成物（蒸発物）は、高温（典型的には６０００Ｋ程度）のアークプラズマの外側周辺における該アークプラズマよりも比較的低温（例えば１０００Ｋ〜１８００Ｋ）の領域内で生じ、当該領域内で上記生成物（蒸発物）は成長し得る。この単層カーボンナノチューブ含有生成物は、上記低温領域を脱すると成長が止まり、そのまま電極間の空間を超えて上記導電体間の空間へ拡散し得る。
ここで、上記カーボン粒子及び触媒金属粒子は、原子又は正電荷を帯びた陽イオンとして存在し得るため、上記各粒子及びこれら粒子からなる単層カーボンナノチューブ含有生成物は全体的に陰極側に移動していく。この結果、上記生成物は、陰極側に配置された導電体における陽極との対向面に捕捉され得る。ここで、所定時間のアーク放電を継続実施すれば、上記生成物は上記対向面の一面にわたり堆積されて（付着して）いくので、この生成物を上記対向面において膜状に捕捉することができ、結果、導電板の対向面（即ち捕捉面）と同程度の面積で所定厚の単層カーボンナノチューブからなる薄膜状堆積物（即ち本明細書でいう単層カーボンナノチューブ膜）として回収し得る。

また、アーク放電時に上記導電板間に電界が生じることにより、蒸発したカーボン粒子（典型的には更に触媒金属粒子）、及びこれらからなる単層カーボンナノチューブ含有生成物は、その移動（拡散）範囲が上記導電板間に制限され得る。このため、単層カーボンナノチューブ含有生成物は陰極側の導電板の対向面に効率良く（高い回収率で）回収（捕捉）され得る。
更に、上記単層カーボンナノチューブ膜は、上記導電板の対向面に物理的に付着しているのみであるため、当該膜を上記対向面から容易に剥離することができ、自立膜として得ることができる。

ここに開示される製造装置の好ましい態様の一つとして、前記一対の電極は、前記反応容器内で上下方向に配置されており、このうち下側が陽極となり、上側が陰極となるように配置される。ここで、「反応容器内で上下に配置」とは、反応容器を水平に（真横から）見たとき、一方の電極（ここでは陽極）が下側に、そして他方の電極（ここでは陰極）が上側にあることをいい、一方の電極における他極との対向面同士が上下方向に配置されていれば足りる。また、下側の陽極と上側の陰極とが垂直（鉛直）方向に沿って一直線上にあるように（若しくは互いの対向面が所定間隔を隔てた水平面内にあるように）配置された電極は、反応容器内で上下方向に配置されている電極の好ましい一つの典型例である。

かかる電極配置にすることによって、以下の効果が奏される。即ち、アーク放電時には、電極間、及び当該各電極に一つずつ電気的に接続された状態で配置された導電板間には電界が生じるため、下側の陽極から蒸発したカーボン粒子（原子又は陽イオン）（及び典型的には更に触媒金属粒子の原子又は陽イオン）は、上側の陰極及び／又は該陰極側の導電板に向けて上昇する傾向にある。このとき、当該各粒子にはこの上昇しようとする力と、重力による下降方向の力が共に作用して、上記各粒子は上記導電板間（電極間を含む）の空間における上昇を抑制され得る。従って、各粒子が上記導電板に捕捉されるまでの時間（即ち該粒子の導電板間における滞在時間）が増加し得る。
また、上記したように導電板間にも電極間と同程度の電位差の電界が生じるため、アーク放電時には、陰極から放出された電子が導電板間に存在するカーボン、触媒金属及び雰囲気ガスの各粒子にも衝突し得る確率が増える。この結果、アークプラズマ領域が拡大し、それに伴いアークプラズマ領域周辺の単層カーボンナノチューブ生成に好適な温度領域も拡大し得る。従って、拡大した上記温度領域により長く滞在し得るカーボン粒子及び触媒金属粒子が増加し得るため、単層カーボンナノチューブの生成（成長）領域と時間が共に増加し得る結果、高効率且つ高収率で単層カーボンナノチューブを生成することができる。

ここに開示される製造装置の更に好ましい態様の一つとして、前記一対の導電板は、対向する面同士が平行となるように配置される。このとき、前記一対の導電板の対向する面同士が平行であり且つ互いに水平方向に沿うように配置されることが特に好ましい。

ここで、上記「平行」とは、一方の電極に配置された導電板において、他方の電極に配置された導電板と対向する面同士のなす角度が概ね±３０°以下（好ましくは±１０°以下、より好ましくは±５°以下）であることをいう。また、「水平方向に沿う」とは、上記対向面の面方向と水平面とのなす角度が±３０°以下（好ましくは±１０°以下、より好ましくは±５°以下）であることをいう。電極についても同様である。上記各対向面が平行であり、互いに水平面とのなす角度がゼロ（以下、これを単に「水平」ということがある。）、又はほぼゼロであるような配置の導電板及び電極は、平行で且つ互いに水平方向に沿うように配置される導電板の一つの典型例である。
上記一対の導電板をかかる位置関係となるような配置にすることにより、該導電板に対して平行に等電位面が生じるため、電界力（電界で働く力）は該等電位面（及び上記導電板の対向面）に対して垂直な方向に働く。従って、陽極から蒸発したカーボンから生じる単層カーボンナノチューブはより効率良く陰極側の導電板の対向面に付着し、堆積し得る（即ち捕捉され得る）。

ここに開示される製造装置の更に好ましい一態様として、前記一対の導電板は、それぞれ、中心に挿通孔が形成された略円板状に形成されており、該挿通孔に前記一対の電極の何れかを挿通させた状態で前記一対の電極にそれぞれ挿脱可能に取り付けられる。
かかる構成によって、円板状の導電板の中心に配された陽極から蒸発したカーボン粒子（典型的には更に触媒金属粒子）からなる単層カーボンナノチューブ含有生成物は、該中心から水平面については３６０°にわたり均等に広がりながら陰極側に上昇する。このため、上記生成物は該側の導電板の対向面に一様に付着し、膜厚がほぼ均等な単層カーボンナノチューブ膜として回収し得る。また、導電板が挿脱可能であることにより、単層カーボンナノチューブ膜回収時の作業効率が向上し得る。

また、かかる構成の製造装置において、中心に挿通孔が形成された略円板状の導電板は、直径が８０ｍｍ〜１５０ｍｍのサイズに形成されている。より好ましくは８０ｍｍ〜１２０ｍｍであり、更に好ましくは９０ｍｍ〜１００ｍｍである。
かかるサイズの導電板を採用することにより、単層カーボンナノチューブ含有生成物を陰極側導電板の対向面に対して、電極側（典型的には円板状導電板の中心部）から該導電板の周縁部の径方向において偏ることなく一様に付着させ得るため、膜厚をほぼ均等に調整し得る。また、得られる単層カーボンナノチューブ膜は、直径が８０ｍｍ〜１５０ｍｍ（例えば８０ｍｍ〜１２０ｍｍ、特には９０ｍｍ〜１００ｍｍ）の大面積の膜となり得る。

ここに開示される製造装置の別の好ましい一態様として、前記一対の導電板のうち陰極側に配置される導電板は、アーク放電時の前記反応容器内の温度分布が９００Ｋ〜２５００Ｋを呈する領域に含まれる陰極部分に配置される。
かかる位置に陰極側の導電板を配置することにより、陽極から蒸発したカーボン粒子（典型的には更に触媒金属粒子）は上記温度範囲で好適に単層カーボンナノチューブを生成し得るので、効率的に単層カーボンナノチューブ含有生成物を陰極側導電板の対向面に付着させ得る。

ここに開示される製造装置の好ましい一態様として、前記一対の導電板の間隔が２０ｍｍ〜１００ｍｍに設定される。より好ましくは、２０ｍｍ〜８０ｍｍ、更に好ましくは３０ｍｍ〜６０ｍｍに設定される。また、このとき、陰極及び陽極の各導電板は、それぞれ対応する電極の対向面から等しい距離だけ退行させて設けられていることが好ましい。またこのときの電極間の隙間の距離（間隔）は０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度、例えば１ｍｍ〜３ｍｍ程度であることが好ましい。
かかる間隔で導電板間の隙間を設けることにより、陰極側導電板を、単層カーボンナノチューブ含有生成物を好適に生成し得る好適な温度環境の領域内に配置し得る。

ここに開示される製造装置の更に別の好ましい一態様として、前記一対の電極のうちの陽極は、アーク放電によってカーボンを蒸発可能な材料から構成され、金属触媒としてＭｏを含む合金を含有する。カーボンを蒸発可能な材料として利用し得る材料としては、種々の炭素材料が例示されるが、特にグラファイトを好適に採用することができる。
本態様の製造装置では、金属触媒としてモリブデン（Ｍｏ）を含む合金触媒を使用する。典型的には、Ｍｏ−Ｍ合金（ここで、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｙ合金及びＣｏから選択される一種又は二種以上である。）、即ちカーボンナノチューブ（典型的には単層カーボンナノチューブ）合成用触媒として採用される金属、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル−イットリウム合金（Ｎｉ−Ｙ合金）、コバルト（Ｃｏ）等から選択される一種又は二種以上をモリブデン（Ｍｏ）と合金化させたものである。Ｍｏの導入により、陽極からのカーボン粒子の蒸発効率が向上し得る。
従って、このような金属触媒（例えばＭｏ−Ｆｅ合金）を含有する材料を陽極に採用することにより、従来の触媒を用いる場合と比較してより高い収率（例えば２倍以上）で単層カーボンナノチューブ含有生成物（単層カーボンナノチューブ膜）を生成し得る。

また、本発明は、上記目的を実現するための他の側面として、アーク放電に基づく単層カーボンナノチューブ製造方法を提供する。
即ち、本発明に係る単層カーボンナノチューブ製造方法は、対向する一対の電極間にアーク放電を発生させて該電極の少なくとも一方からカーボンを蒸発させて行うものである。また、当該製造方法は、前記対向する一対の電極を構成する陰極と陽極の各々に一つずつ電気的に接続された状態で、且つ、該一対の電極間の隙間よりも距離が長い隙間をあけて対向した状態で、一対の導電板を配置し、前記アーク放電により蒸発したカーボンからなる単層カーボンナノチューブを、前記一対の導電板のうち陰極側に配置された導電板の前記陽極と対向する面側において膜状に堆積させて捕捉することを特徴としている。

かかる構成の単層カーボンナノチューブ製造方法によると、アーク放電により蒸発したカーボンからなる単層カーボンナノチューブを、陰極側に配置された導電板の陽極との対向面に一様に付着させて、高い収率で且つ効率良く単層カーボンナノチューブを捕捉、回収することができると共に、上記対向面と同程度の面積を有する膜状炭素質素材、即ち単層カーボンナノチューブ膜として回収することができる。本製造方法は、好適には、ここに開示されるいずれかの単層カーボンナノチューブ製造装置を用いて実施することができる。

ここに開示される単層カーボンナノチューブ製造方法の好ましい一態様では、前記一対の電極を上下方向に対向するように、下側に陽極を配置し且つ上側に陰極を配置し、前記陰極側に配置された導電板の陽極と対向する下向きの面によって、前記蒸発したカーボンからなる単層カーボンナノチューブであって前記反応容器内を陽極から陰極側に上昇する単層カーボンナノチューブを膜状に堆積させて捕捉することを特徴としている。
かかる構成の単層カーボンナノチューブ製造方法によると、上記導電板間において単層カーボンナノチューブ生成に好適な温度領域が広がり、当該領域に長く滞在し得るカーボン粒子（典型的には更に触媒金属粒子）が増加し得る。このため、単層カーボンナノチューブの生成（成長）領域と時間が共に増加することにより、高効率且つ高収率で単層カーボンナノチューブ膜を生成することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

本発明に係る単層カーボンナノチューブ製造装置及び当該製造装置を用いて好適に実施され得る単層カーボンナノチューブ製造方法は、アーク放電法を用いて膜面積の大きい膜状炭素質素材（即ち単層カーボンナノチューブ膜）を製造すること、及び当該膜を自立膜として回収することを主たる目的とするものである。また、膜面積の大きい単層カーボンナノチューブ膜を製造し得る本発明の実施によって、高効率且つ高収率で（若しくは多量に）単層カーボンナノチューブを製造することを実現することができる。

アーク放電法は、単層カーボンナノチューブの典型的な製造方法の一つであり、欠陥が少なく品質の良い単層カーボンナノチューブが得られる点で優れた方法である。しかし、従来、当該方法は、例えばＣＶＤ法に比べると効率が悪く、収率も低いといわれてきた。このため、例えば特許文献５（特開２００３−２７７０３２号公報）に開示される方法等の改善策によって、量産化可能な製造方法として改善され、利用されてきている。

ここに開示される製造装置では、アーク放電法による単層カーボンナノチューブの量産化がより一層実現され得る。即ち、一対の導電板が、反応容器内に対向配置される陰極と陽極の各々に一つずつ電気的に接続された状態で、且つ上記電極間の隙間よりも長い距離の隙間をあけた状態で設けられている。これら一対の導電板の存在により、一方の電極（典型的には陽極）から蒸発したカーボン粒子（及び典型的には更に触媒金属粒子）から単層カーボンナノチューブを生成するのに好適な環境が、上記導電板間の空間領域（即ち上記隙間）に実現され得る。
この結果、かかる製造装置を用いることにより、該導電板間の空間領域内で単層カーボンナノチューブが高効率に生成され、当該単層カーボンナノチューブを含む生成物（蒸発物）は陰極側導電板の陽極との対向面上にほぼ選択的に付着、堆積していく。従って、高効率且つ高収率で単層カーボンナノチューブを捕捉、回収することができると共に、上記対向面と同程度の面積を有する膜状炭素質素材、即ち単層カーボンナノチューブ膜として回収することができる。更に、この単層カーボンナノチューブ膜は、上記対向面から容易に剥離されて自立膜として回収され得る。
なお、ここで開示される製造装置及び製造方法は、単層カーボンナノチューブの製造に
適する装置及び方法であるが、多層カーボンナノチューブの製造に使用することを制限するものではない。

次に、本発明の好ましい一実施形態に係る単層カーボンナノチューブ製造装置について図面を参照して具体的に説明する。図１は、一実施形態に係る単層カーボンナノチューブ製造装置１の構成を示した模式図である。図１Ａは、図１内の点線Ｉで囲んだ部分を拡大して示す模式図である。図１に示されるように、当該製造装置１は、大まかにいえば反応容器２と、一対の電極１１，１２と、一対の導電板２１，２２と、から構成される。

反応容器２は、密閉可能な耐圧容器であって、全体として例えばステンレス鋼で略円筒状（例えば、直径２５ｃｍ〜８０ｃｍ程度、高さ凡そ３０ｃｍ〜１５０ｃｍの略円筒形状）に構成されている。反応容器２の上面部２ａ（例えば特にその中心部）には、陰極１２を電気的に絶縁した状態で支持する陰極１２側の支柱３２が挿通している。また、該容器２の底面部２ｂ（例えば特にその中心部）には、陽極１１を電気的に絶縁した状態で支持する陽極１１側の支柱３１が固定され、該固定位置から所定距離だけ離れた箇所にガス流通手段としてガス供給管４１とガス排出管４２とが設けられている。なお、反応容器２の側壁部には、本製造装置作動中における電極１１，１２間の反応を見るための覗き孔を備えてもよい。

上記反応容器２の内部空間４には一対の電極、即ち陽極１１及び陰極１２が支柱３１，３２にそれぞれ支持された状態で上下方向に配置されており、下側が陽極１１、上側が陰極１２となっている。
これら陽極１１及び陰極１２は、いずれもスティック状（又は棒状）に形成されており、その中心軸が垂直方向Ｚに沿ってほぼ一直線上になるようにして、図１Ａに示すように所定間隔Ｌ_１の隙間１４をあけて対向配置されている。なお、各電極１１，１２の形状はスティック状に限られず、互いに対向させ得る面を有する形状（例えば角柱状）であればよい。従って、電極の形状は、例えばいずれか一方又は両方がタブレット状であってもよく、また、形状及び／又は材質の異なる複数の構成部材（例えばスティック状の部材とタブレット状の部材）を組み立てて（接合して）なる組立型電極体であってもよい。例えば、後述の導電板２１，２２を介して２つの材質及び形状の異なる構成部材が接合してなる組立型電極体であって、全体形状としてスティック状に見える組立型電極体を、本実施形態に係る電極１１，１２として好ましく使用することができる。

陽極１１と陰極１２との隙間１４のサイズ（即ち、陽極１１の対向面１１ａと陰極１２の対向面１２ａとの間の間隔Ｌ_１）は特に限定されないが、例えばアーク放電による単層カーボンナノチューブ発生効率が高い０．１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍ程度、特に、後述の導電板２１，２２間の距離（間隔Ｌ_２）を考慮すれば１ｍｍ〜３ｍｍ程度が好適である。
図１及び図１Ａには、スティック状の陽極１１と陰極１２とをその中心軸を垂直方向Ｚに沿って一直線上になる（即ち、該中心軸同士のなす角度がほぼ１８０°となる）ように配置した一例を示しているが、これら電極１１，１２の配置はこれに限定されない。例えば、陽極１１及び陰極１２の少なくとも一方（例えば陽極１１）を垂直方向Ｚから外れた角度に配置することにより、陽極１１の中心軸と陰極１２の中心軸とのなす角度が鈍角となるように電極１１，１２を配置してもよい。陽極１１の中心軸と陰極１２の中心軸とのなす角度は９０°以上、例えば１２０°〜１８０°程度の角度とすることができる。
好ましくは、陽極１１と陰極１２とをその中心軸をほぼ垂直方向Ｚに沿って一直線上になるように配置する。

本実施形態において、陽極１１及び陰極１２には、これらの電極１１，１２の間にアーク放電を発生し得る電圧を印加可能な図示しない直流電源（アーク電源）が接続されている。なお、アーク放電法を実施し得る限り、直流電源の代わりに交流電源を用いることもできる。この場合、一対の電極１１，１２のいずれもが交互に陽極又は陰極となる。

本実施形態に係る陽極１１は、例えば直径６ｍｍ程度、全長７５ｍｍ程度のサイズを有し、アーク放電によってカーボンを蒸発可能な材料（好ましくは耐熱性を有する導電材料）から構成されている。そのような材料として種々の炭素材料を用いることができるが、特にグラファイトを好ましく使用できる。単層カーボンナノチューブの製造を目的とする場合には、例えば、グラファイトに単層カーボンナノチューブ合成用触媒を含有させた炭素材料を使用することができる。かかる触媒としては、従来から使用される金属触媒を好ましく使用することができ、例えばＦｅ、Ｎｉ若しくはＮｉ混合物（好ましくはＮｉ−Ｙ合金）、又はＣｏ等であり得る。
ここで、より好ましい単層カーボンナノチューブ合成用触媒として、Ｍｏを含む合金触媒が挙げられる。典型的には、Ｍｏ−Ｍ合金（ここで、ＭはＦｅ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｙ合金及びＣｏから選択される一種又は二種以上）であって、従来の合成用触媒として採用され得る金属、即ちＦｅ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｙ合金、又はＣｏ等から選択される一種又は二種以上をＭｏと合金化させたものである。当該合金触媒は、Ｍｏが電極（陽極）からのカーボン粒子の蒸発効率を向上させ得るので、従来よりも高い効率で単層カーボンナノチューブを合成するための優れた触媒としてより好ましく採用し得る。このような組成の陽極１１は、例えばグラファイト粉末に上記合金触媒粉末を配合して圧粉成形することにより得ることができる。

陽極１１は、反応容器２の底面部２ｂに固定されて垂直方向Ｚに立設された支柱３１に支持されている。該陽極１１の軸方向（長手方向）の一方の端部は、陰極１２との対向面１１ａとなっているが、その他方の端部１１ｂは、上記支柱３１の先端（上端）部に固定されている。このため、上記陽極１１は軸方向を垂直方向Ｚに沿わせるように上記支柱３１上に支持されている。

陰極１２は、例えば直径約８ｍｍ、全長約１００ｍｍ程度のサイズを有し、耐熱性を有する導電材料から構成される。そのような材料として、例えば種々の炭素材料（例えばグラファイト）、又は金属材料（例えば銅）を適宜選択して用いることができる。なお、電源として交流電源を用いる場合には、陽極１１と同様に炭素（特にグラファイト）に単層カーボンナノチューブ合成用触媒を含有させたものが好ましい。

陰極１２は、反応容器２の上面部２ａ（上面部２ａのうち、例えば特にその中心部）を挿通し、垂直方向Ｚに沿って該容器２内に挿入されている支柱３２に支持されている。該陰極１２の軸方向（長手方向）の一方の端部は、陽極１１との対向面１２ａとなっているが、その他方の端部１２ｂは、上記支柱３２の先端（下端）部に固定されている。このため、上記陰極１２は軸方向を垂直方向Ｚに沿わせるように上記支柱３２下に支持されている。
なお、本実施形態に係る陽極１１側及び陰極１２側それぞれの支柱３１，３２は、雄ねじ構造であり、容器の一部に形成された図示しない雌ねじ孔に装着されている。そして支柱３１，３２の反応容器外に配置される一端は、モータ等の図示しないアクチュエータに接続されており、このアクチュエータを駆動させることにより、支柱３１，３２が回転し、それに伴う支柱３１，３２の垂直方向Ｚへの移動に伴い該支柱３１，３２に支持された電極１１，１２もまた垂直方向Ｚの両方向に移動可能としている。従って、当該アクチュエータを利用することにより、カーボン粒子の蒸発による陽極１１の消耗に伴って、陰極１２及び／又は陽極１１を垂直方向Ｚに徐々に移動させることにより、両電極１１，１２間の隙間１４を一定の距離（間隔Ｌ_１）に保持することができる。なお、かかる垂直方向Ｚへの電極１１，１２の移動量（典型的には陰極１２側の移動量）を設定するにあたっては、陽極１１の消耗量（先端部の減り具合）又は両電極１１，１２間の隙間１４の距離をセンサにより検知する、印加電圧から陽極１１の消耗量を予測する、等の手法を適宜採用することにより、該消耗量に見合った（該消耗量を補填する）移動制御が実現される。

なお、本実施形態では、図１に示されるように、陰極１２側及び陽極１１側の両方について支柱（雄ねじ構造）が垂直方向Ｚに移動可能に設けられているが、例えば、陽極１１が反応容器２に固定された支柱に装着され、陰極１２側のみ移動可能とする構成（或いは逆に陽極１１側のみ移動可能とする構成）でもよい。また、上記アクチュエータを使用する代わりに、電極１１，１２の垂直移動を手動で行ってもよい。

上記陽極１１及び陰極１２の各々において、該陽極１１には導電板２１が、該陰極１２には導電板２２がそれぞれ電気的に接続された状態で配置されている。
導電板２１，２２は耐熱性を有する導電材料から構成される。導電板２１，２２の構成材料として利用し得る材料としては、炭素材料、金属又は合金材料が挙げられるが、電極１１，１２の構成材料と同様の材料（例えばグラファイト）を好ましく採用することができる。電極１１，１２と同じ材料を採用することにより、アーク放電時に電極１１（又は電極１２）表面と導電体２１（又は導電体２２）表面とを均等に帯電させ得る。
上記導電板２１，２２の形状は特に限定されないが、電極１１，１２を挿通させる挿通孔（即ち、電極１１，１２の断面形状に対応したサイズの挿通孔）を中心に備えた略円板状であるものを好適に採用することができる。かかる形状の上記導電板２１，２２としては、その直径が８０ｍｍ〜１５０ｍｍ（より好ましくは８０ｍｍ〜１２０ｍｍ、更に好ましくは９０ｍｍ〜１００ｍｍ）のサイズに形成されているものを用いることができる。また、かかる導電板２１，２２の互いに対向する面２１ａ，２２ａのうち、特に陰極１２側の対向面２２ａには、アーク放電時に陽極１１から蒸発し得るカーボン粒子（典型的には更に触媒金属粒子）からなる単層カーボンナノチューブ含有生成物が付着、堆積する。従って、該含有生成物を付着させ易く、且つ堆積後には剥離し易くすることを考慮すれば、上記対向面２２ａの表面粗さは３．２μｍ以下であることが好ましい。なお、これら導電板２１，２２の厚みについては特に限定されないが、扱い易さ等を考慮すれば、例えば３ｍｍ〜６ｍｍ程度の厚みのものを好ましく用いることができる。

導電板２１を陽極１１に電気的に接続した状態で配置する方法は、特に限定されない。例えば、中心に挿通孔を備えた導電板２１であれば、導電板２１の面方向と挿通させる陽極１１の軸方向とが垂直になるように配置した状態で当該陽極１１を上記挿通孔に挿通させことにより、該導電板２１を陽極１１に配置することができる。これと同様にして他方の導電板２２も陰極１２に好ましく配置することができる。
かかる方法で一対の導電板２１及び２２を、陽極１１及び陰極１２に各々一つずつ挿脱可能に取り付ける際、好ましくは、陽極１１側の導電板２１の面方向（即ち、陰極１２側の導電板２２と対向し得る面２１ａの面方向）と陰極１２側の導電板２２の面方向（即ち、陽極１１側の導電板２１と対向し得る面２２ａの面方向）とが互いに平行関係となり且つ互いに水平方向（図１に示す方向Ｘ）に沿うように配置する。

或いは、例えば電極１１，１２が複数の構成部材からなる組立型電極体である場合には、該構成部材同士の間に導電板２１，２２を挟み込み、この状態で上記構成部材を組み立てる（接合する）ことにより、電極１１，１２に組み込まれた状態で導電板２１，２２を取り付けることもできる。例えば、スティック状の金属製構成部材と、電極材料として好適な材料（例えば単層カーボンナノチューブ合成用触媒を含有するグラファイト）からなるタブレット状構成部材とを用意し、両部材の間にかかる導電板を挟んで該部材同士を接合すれば、該導電板を電気的に接続した状態で配置された組立型電極体を得ることができる。

導電板２１，２２は、電極１１，１２間の隙間１４（間隔Ｌ_１）よりも長い距離（間隔Ｌ_２、即ちＬ_１＜Ｌ_２）の隙間２４をあけて対向する（好ましくは平行となるように対向する）ように配置される。
対向する導電板２１，２２における互いの対向面２１ａ，２２ａのなす角度は、陰極１２側の導電板２２の対向面２２ａが陽極１１の対向面１１ａ（即ちカーボン粒子、典型的には更に触媒金属粒子が蒸発し得る面）と対向し得るような角度であって、特に上記対向面２２ａが電極１１，１２間の隙間１４、又は導電板２１，２２間の隙間２４を移動（拡散）する単層カーボンナノチューブ含有生成物を効率良く捕捉し得るような角度に設定されていればよい。好ましくは、上記導電板２１，２２の対向面２１ａ，２２ａ同士のなす角度を±３０°以下（好ましくは±１０°以下、より好ましくは±５°以下）に設定する。且つ、当該対向面２１ａ，２２ａの各面方向と水平面とのなす角度が±３０°以下（好ましくは±１０°以下、より好ましくは±５°以下）となるように設定する。典型的には、上記各対向面２１ａ，２２ａ同士の面方向のなす角度がゼロ（厳密に平行）、又はほぼゼロであり、互いに水平面とのなす角度がゼロ（厳密に水平）、又はほぼゼロであるように導電板２１，２２を配置する。このとき、電極１１，１２についても、これらの対向面１１ａ，１２ａが互いに厳密な平行で且つ厳密な水平であるような配置であることがより好ましい。
かかる状態に配置することにより、導電板２１，２２間の隙間２４は一様に間隔Ｌ_２で一定（即ち平行）であるので、該導電板２１，２２は平行平板コンデンサーのような役割を果たし得る。即ち、アーク放電時の導電板２１，２２間において、水平方向（典型的には図１における方向Ｘ）に対して平行に等電位面が存在するため、該等電位面に垂直（即ち垂直方向Ｚ）の向きに、その電界力が働く。即ち、導電板２１，２２の間に働く電界力は、垂直方向Ｚに沿って陽極１１側から陰極１２側の向きに一様な大きさで生じる。従って、陰極１２側の導電板２２の対向面２２ａは該電界力方向に対して垂直をなすので、陽極１１から蒸発したカーボンから生じる単層カーボンナノチューブはより効率良く陰極１２側の導電板２２の対向面２２ａに付着し、堆積し得る。

上記導電板２１，２２間の隙間２４の間隔Ｌ_２は、陽極１１から蒸発し得るカーボン粒子（及び典型的には触媒金属粒子）からなる単層カーボンナノチューブ含有生成物を効率良く生成、捕捉し得るような距離であることが好ましい。典型的には、上記カーボン粒子から単層カーボンナノチューブ含有生成物を生成させ易い温度領域内に導電板２１，２２間に挟まれる空間（隙間２４）が包含されるような距離（間隔Ｌ_２）を隔てて当該導電板２１，２２を対向配置すればよい。
また、上記含有生成物の生成に好適な温度領域としては９００Ｋ〜２５００Ｋが好ましい。このような温度領域は、従来公知の温度測定手段（例えば放射温度計）を利用してアーク放電時における反応容器２の内部空間４の温度分布を測定して把握することができる。
かかる温度分布を呈する領域内への導電板２１，２２の配置については、当該導電板２１，２２の各々が電極１１，１２の対向面１１ａ，１２ａの各々から等しい距離で退行させた位置に取り付けられており、電極１１，１２間の隙間１４の間隔Ｌ_１が１ｍｍ〜３ｍｍに設定されている場合には、上記導電板２１，２２間の隙間２４の間隔Ｌ_２を２０ｍｍ〜１００ｍｍ（好ましくは２０ｍｍ〜８０ｍｍ、より好ましくは３０ｍｍ〜６０ｍｍ）に設定することにより実現され得る。

ガス流通手段は、図示しないガス供給源（本実施形態ではガス供給用ボンベ）と、ガス供給管４１と、ガス排出管４２とを備える。図１に示される本実施形態に係る製造装置１では、ガス供給管４１とガス排出管４２とは共に反応容器２の底面部２ｂに付設されている。ガス供給管４１とガス排出管４２の付設位置は、雰囲気ガスの反応容器２内での流路を考慮すれば、例えば、該両位置が円形状の底面部２ｂの中心を通る直線（径方向）上にあり、この中心から等距離にあると好ましい。ガス供給管４１は、図示しない一つ又は二つ以上の雰囲気ガス供給用ボンベに接続されており、当該ボンベから反応容器２の内部空間４に雰囲気ガスを供給する。また、ガス排出管４２は図示しないポンプ（真空ポンプ）に接続されており、当該ポンプにより上記内部空間４のガスを吸引し、反応容器２外に排出する。このような反応容器２内への雰囲気ガス供給量とガス排出量との兼ね合いによって、反応容器２の内部空間４の雰囲気ガス圧力を調整することができる。なお、上記各管４１，４２の付設位置は図１に示される態様（即ち底面部２ｂ）に限られず、例えば反応容器２の底面に近い側壁部であってもよい。

反応容器２の内部空間４に供給される雰囲気ガスとしては、アーク放電に基づいて単層カーボンナノチューブを製造し得る各種ガス（典型的には水素（Ｈ_２）ガスを含む混合ガス）を適宜採用することができ、特に制限されない。例えば、Ｈ_２ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガス、ネオン（Ｎｅ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、クリプトン（Ｋｒ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス等の不活性ガスから選択される一種又は二種以上）との混合ガスを使用することができる。カーボンナノチューブ（特に単層カーボンナノチューブ）の製造効率向上及びコスト低減等の観点から、Ｈ_２ガスとＡｒガスとの混合ガスを雰囲気ガスとして好ましく用いることができる。雰囲気ガスとして採用し得る他の好適例として、Ｈ_２ガスと窒素（Ｎ_２）ガスとの混合ガスが挙げられる。

次に、このような構成の製造装置１を用いてカーボンナノチューブ（特に単層カーボンナノチューブ）を製造する方法の好ましい一態様を説明する。即ち、まずスティック状（具体的には断面形状が６ｍｍ角の正方形、又は直径約６ｍｍの円形等のスティック状）の陽極１１と、同じくスティック状（具体的には断面形状が８ｍｍ角の正方形、又は直径約８ｍｍの円形等のスティック状）の陰極１２を用意する。また、中心に所定サイズ（陽極１１及び陰極１２の断面形状に対応したサイズ）の挿通孔を有し、直径８０ｍｍ〜１５０ｍｍのサイズの円板状のグラファイト製導電板２１，２２を用意する。当該導電板２１の挿通孔に陽極１１を挿通し、陽極１１に導電板２１を取り付ける。このとき、１ｍｍ〜３ｍｍ程度の距離（間隔Ｌ_１）の隙間１４をあけて電極１１，１２を対向配置したときに、導電板２１，２２間の隙間２４の距離（間隔Ｌ_２）が２０ｍｍ〜１００ｍｍになるように、導電板２１（又は導電板２２）を陽極１１（又は陰極１２）に対して、対向面１１ａ（又は対向面１２ａ）となる側の端部から所定距離だけ退行させた位置に予め取り付けておく。また、事前に導電板２１，２２を配置しない状態でアーク放電を実施して反応容器２の内部空間４の温度分布を測定しておき、その測定結果に基づく好適な温度分布を呈する空間領域内に、陰極１２側の導電板２２（特に対向面２２ａ）が含まれるように、導電板２１，２２の電極１１，１２への取付け位置を決めることもできる。
次に、導電板２１（又は導電板２２）を、反応容器２の内部空間４に配されて垂直方向Ｚに沿って上面部２ａから下方向に伸びる支柱３１（又は底面部２ｂから上方向に伸びる支柱３２）に対して、支柱３１の下端部（又は支柱３２の上端部）にセットする。このとき、電極１１、１２の対向面１１ａ，１２ａ間の隙間１４の距離（間隔Ｌ_１）が１ｍｍ〜３ｍｍとなるように陽極１１及び／又は陰極１２の配置を調節する。

反応容器２に設けられたガス排出管４２に接続する油回転ポンプ等の真空ポンプを作動させて反応容器２の内部空間４の気体を排気し、これにより反応容器２内を減圧する。該容器２内の圧力が低下し、例えば１３×１０^−３Ｐａ〜１．３×１０^−３Ｐａ程度の高い真空度になったらガス供給管４１を介して雰囲気ガス供給用ボンベから雰囲気ガスを導入する。例えば、Ｈ_２ガス及びＡｒガスを２０：８０〜８０：２０（典型的には４０：６０〜６０：４０）の体積比で混合した混合ガス（雰囲気ガス）を反応容器２内に導入する。そして、上記真空ポンプの作動による排気量と雰囲気ガス供給ボンベからのガス供給量とのバランスにより、例えば反応容器２の内部空間４の雰囲気ガス圧を、２．７×１０^４Ｐａ〜６．７×１０^４Ｐａ程度に調節する。

反応容器２の内部空間４の雰囲気ガス組成及び圧力が安定したら、陰極１２と、触媒金属であるＭｏ−Ｆｅ合金を０．５モル％〜５モル％含む陽極１１との間に電圧（例えば２０Ｖ〜２００Ｖ）を印加し、図示しない直流電源から電流（例えば５０Ａ〜１００Ａ）を供給する。この結果、電極１１，１２間にアーク放電が発生する。この放電によるアーク熱で陽極１１からカーボン粒子（典型的には更に触媒金属粒子）が蒸発する。上記電圧の大きさは、所望のカーボン蒸発速度に応じて適宜選択され、流れる電流を６０Ａ〜７０Ａ程度にすることが好ましい。また、印加された電圧からアーク放電状態を例えば図１には図示しない制御機構で演算し、アーク放電で蒸発したカーボン粒子による陽極１１の消耗に応じて制御信号を例えばモータ等のアクチュエータに出力し、必要に応じて雄ねじ構造の支柱３２を雌ねじ孔に対して回転させ、それに伴う陰極１２の垂直方向への移動を調節して電極間の隙間を所定範囲内に保持し、好ましいアーク放電状態が維持されるようにする。

蒸発したカーボン粒子は、導電体２１，２２間の隙間２４（電極１１，１２間の隙間１４を含む）における所定温度分布の領域内で、アーク熱と触媒作用により単層カーボンナノチューブを含有する生成物を形成する。ここで、上記隙間２４には、上記隙間１４に印加された電圧と同程度の電位差の電界が生じているため、下側の陽極１１から蒸発し、原子又は陽イオンとして存在し得るカーボン粒子（典型的には更に触媒金属粒子）、及びこれら粒子からなる上記カーボンナノチューブ含有生成物は、上側の陰極１２及び／又は該陰極１２側の導電板２２に向けて上昇していく。また、このときのカーボンナノチューブ含有生成物の拡散（上昇）方向は、隙間２４の領域（即ち、導電板２１，２２を端面とする円筒状の空間領域）内に制限され得る。この結果、生成される上記カーボンナノチューブ含有生成物の殆どが陰極１２側の導電板２２の対向面２２ａに付着し、その一面にわたって一様に堆積していく。従って、上記カーボンナノチューブ含有生成物を高効率で上記対向面２２ａに付着させると共に、当該対向面２２ａと同程度の面積で所定厚のカーボンナノチューブからなる膜状堆積物（即ちカーボンナノチューブ膜）として高収率で回収することができる。
上記カーボンナノチューブ膜の膜厚は、電極材料や電極に含まれる触媒によっても左右され得るが、アーク放電の実施時間によっても調整することができる。例えば数秒〜数分（例えば６０秒〜１２０秒）の実施により、数μｍ〜１ｍｍ程度の膜厚のカーボンナノチューブ膜を得ることができる。

アーク放電終了後、上記陰極１２側の導電板２２に捕捉された（堆積した）上記カーボンナノチューブ膜は、反応容器２の図示しない取出し口を開放し、そこから当該導電板２２を（若しくは陰極１２と共に）取り出し、その対向面２２ａに捕捉された上記カーボンナノチューブ膜を、例えばピンセット等で該膜の端部を掴んで引き剥がすことによって導電板２２から分離することができる。このカーボンナノチューブ膜は上記対向面２２ａに物理的に付着（典型的な付着の一形態としてはファンデルワールス力による付着）しているのみであるため、ピンセット等の簡易な器具により容易に導電板２２から分離することができる。このようにして分離されたカーボンナノチューブ膜を自立膜として得ることができる。
なお、回収されたカーボンナノチューブ膜を従来公知の精製処理や加工処理に供することもできる。例えば、当該膜をほぐして、精製処理を実施後、得られた精製物を糸状に紡いでフィラメントに加工してもよい。かかる処理を施すことにより大量のカーボンナノチューブが得られる。従って、ここに開示される製造方法及び製造装置は、アーク放電法により単層カーボンナノチューブを多量に製造し得る方法及び装置となり得る。

以下、本発明を実施例（実験例）に基づいて説明するが、本発明をかかる実施例に示すものに限定することを意図したものではない。

＜実験例１＞単層カーボンナノチューブ膜の製造
上記製造方法に基づき、上記構成の製造装置１を用いて単層カーボンナノチューブ膜を製造した。以下に、採用した条件を示す。
陰極１２にはグラファイトを用いた。また、陽極１１の材料としては、ＭｏとＦｅの原子比が１：１の組成からなるＭｏ−Ｆｅ合金を１モル％含むグラファイトを用いた。
電極１１，１２の配置は、各極の中心軸方向が垂直方向Ｚに沿って一直線上にあるような配置（垂直配置）とし、導電板２１，２２の対向面２１ａ，２２ａはほぼ厳密な平行で水平面内にあるような配置とした。電極１１，１２間の間隔Ｌ_１を約２ｍｍ、導電板２１，２２間の間隔Ｌ_２を約３０ｍｍに設定した。
上記電極反応容器２内の雰囲気ガスとしては、Ｈ_２ガスとＡｒガスとを４０：６０の体積比で混合した混合ガスを使用した。反応容器２内のガス圧を２．７×１０^４Ｐａに調整した。
電極１１，１２に３０Ｖの電圧を印加して６０〜７０Ａの直流電流を流し、９０秒間のアーク放電を実施した。
アーク放電実施後、反応容器２の図示しない取出し口を開放し、そこから陰極１２側の導電板２２を陰極１２と共に取り出した。当該導電板２２の対向面２２ａに付着した単層カーボンナノチューブ膜をピンセットで端部を掴んで剥がした。

以上の実験条件にて単層カーボンナノチューブを含む膜状堆積物（単層カーボンナノチューブ膜）を得た。得られた単層カーボンナノチューブ膜の全体像を撮影した光学写真を図２に示す。図２に示されるように、本実験例の実施により、導電板２２の対向面２２ａにはほぼ一様に単層カーボンナノチューブ含有生成物が堆積していき、周縁部付近の膜厚が中央部に比べるとわずかに薄くなる傾向が認められたものの、当該対向面２２ａに対応する面積を有する所定厚の単層カーボンナノチューブ膜を得ることができた。

＜実験例２＞得られた単層カーボンナノチューブ膜の性状観察
上記実験例１で得られた単層カーボンナノチューブ膜の観察を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope、株式会社トプコン製、型式ＡＢＴ−１５０Ｆ）によって行った。それらの写真を図３〜６に示す。図３は、実験例１で得られた単層カーボンナノチューブ膜におけるやや周縁部に近い部分のＳＥＭ写真（倍率２０，０００倍）であり、図４は、当該部分を拡大したＳＥＭ写真（倍率５０，０００倍）である。図５は、実験例１で得られた単層カーボンナノチューブ膜における中央部付近のＳＥＭ写真（倍率２０，０００倍）であり、図６は、当該部分を拡大したＳＥＭ写真（倍率５０，０００倍）である。

図３，４に示されるように、上記膜の周縁部に近い部分では、中心部から周縁部への方向に沿うような配向性を有する単層カーボンナノチューブが多く観察された。この配向性は、導電板２１，２２間で例えばアーク熱により生じる雰囲気ガスの上昇気流が、陰極１２側の導電板２２に衝突後に、対向面２２ａの周縁に向けて流れていくことによるものと考えられる。
また、図５，６に示されるように、上記膜の中心部付近では、多量の単層カーボンナノチューブが上記対向面２２ａに多層構造をなしてクモの巣状に堆積（積層）していることがわかった。

また、上記実験例１で得られた単層カーボンナノチューブ膜のラマンスペクトルを観察した。ラマンスペクトルの観察には、Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ株式会社製のラマン分光測定装置（型番「ＲＡＭＡＮＯＲ Ｔ６４０００」）を使用した。その結果（チャート）を図７に示す。図７に示されるように、上記膜のラマンスペクトルには、１５９３ｃｍ^−１付近にシャープなピーク（Ｇバンド）が観察された。また、１３４０ｃｍ^−１付近のピーク（Ｄバンド）はわずかに観測されるのみであった。Ｇ／Ｄ比は３８であった。従って、得られた膜中の単層カーボンナノチューブは非常に高い結晶性を呈し、欠陥の少ないものであることがわかった。なお、１８０ｃｍ^−１〜３００ｃｍ^−１の低波数領域のスペクトルに現れたＲＢＭモードから、上記単層カーボンナノチューブの直径は、０．８ｎｍ〜１．５ｎｍ程度であることがわかった。

また、上記実験例１で得られた単層カーボンナノチューブ膜の熱重量測定（ＴＧＡ：Thermo Gravimetric Analysis）を行った。このＴＧＡ測定には、島津製作所社製のＴＧＡ測定装置（型番「ＤＴＧ−６０Ｍ」）を使用した。この測定結果（チャート）を図８に示す。図８に示されるように、このＴＧＡスペクトルには複数のピークが観察されることから、得られた膜には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のようなカーボンナノチューブを構成しない炭素成分や、触媒金属粒子が残存していることが確認された。
なお、図示していないが、本実施例（上記実験例１）で得られた単層カーボンナノチューブ膜の他の部位について上記と同様の熱重量測定を行ったところ、図８に示される結果よりも高純度に単層カーボンナノチューブが堆積していることが確認された。

以上、本発明を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、本発明は、更に別の態様でも実施でき、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加えうるものである。

本発明の好ましい一形態に係る単層カーボンナノチューブ製造装置の構成を示す模式図である。 図１内の点線Ｉで囲んだ部分を拡大して示す模式図である。 実験例１により得られた単層カーボンナノチューブ膜全体の光学写真である。 実験例１で得られた単層カーボンナノチューブ膜におけるやや周縁部に近い部分のＳＥＭ写真（倍率２０，０００倍）である。 図３にかかる部分を拡大したＳＥＭ写真（倍率５０，０００倍）である。 実験例１で得られた単層カーボンナノチューブ膜における中央部付近のＳＥＭ写真（倍率２０，０００倍）である。 図５にかかる部分を拡大したＳＥＭ写真（倍率５０，０００倍）である。 実験例１により得られた単層カーボンナノチューブ膜のラマンスペクトル分析チャートである。 実験例１により得られた単層カーボンナノチューブ膜のＴＧＡチャートである。

符号の説明

Ｌ_１ 電極間の距離（間隔）
Ｌ_２ 導電板間の距離（間隔）
Ｚ 垂直方向
１ 単層カーボンナノチューブ製造装置
２ 反応容器
４ 反応容器の内部空間
１１ 陽極
１１ａ 陰極との対向面
１２ 陰極
１２ａ 陽極との対向面
１４ 電極間の隙間（空間）
２１ 陽極側の導電板
２１ａ 陰極側の導電板との対向面
２２ 陰極側の導電板
２２ａ 陽極側の導電板との対向面
２４ 導電板間の隙間（空間）
４１ ガス供給管
４２ ガス排出管

Claims (10)

1. 反応容器と、
   該反応容器内に対向し且つ隙間をあけて配置された一対の電極であって、該電極間においてアーク放電を発生させ且つ該電極の少なくとも一方からカーボンを蒸発させ得る一対の電極と、
   該一対の電極を構成する陰極と陽極の各々に一つずつ電気的に接続された状態で配置される一対の導電板であって、前記一対の電極間の隙間よりも距離が長い隙間をあけて対向配置される一対の導電板と、
   を備え、
   ここで、前記一対の導電板のうち前記陰極側に配置された導電板は、前記陽極と対向する面側において前記蒸発したカーボンからなる単層カーボンナノチューブを膜状に堆積させて捕捉し得るように形成されている、単層カーボンナノチューブ製造装置。
2. 前記一対の電極は、前記反応容器内で上下方向に配置されており、このうち下側が陽極となり、上側が陰極となるように配置される、請求項１に記載の単層カーボンナノチューブ製造装置。
3. 前記一対の導電板は、対向する面同士が平行となるように配置される、請求項１又は２に記載の単層カーボンナノチューブ製造装置。
4. 前記一対の導電板は、それぞれ、中心に挿通孔が形成された略円板状に形成されており、該挿通孔に前記一対の電極の何れかを挿通させた状態で前記一対の電極にそれぞれ挿脱可能に取り付けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の単層カーボンナノチューブ製造装置。
5. 前記導電板は、直径が８０ｍｍ〜１５０ｍｍのサイズに形成されている、請求項４に記載の単層カーボンナノチューブ製造装置。
6. 前記一対の導電板のうち陰極側に配置される導電板は、アーク放電時の前記反応容器内の温度分布が９００Ｋ〜２５００Ｋを呈する領域に含まれる陰極部分に配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の単層カーボンナノチューブ製造装置。
7. 前記一対の導電板の間隔が２０ｍｍ〜１００ｍｍに設定される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の単層カーボンナノチューブ製造装置。
8. 前記一対の電極のうちの陽極は、アーク放電によってカーボンを蒸発可能な材料から構成され、金属触媒としてＭｏを含む合金を含有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の単層カーボンナノチューブ製造装置。
9. 対向する一対の電極間にアーク放電を発生させて該電極の少なくとも一方からカーボンを蒸発させて行う単層カーボンナノチューブの製造方法であって、
   前記対向する一対の電極を構成する陰極と陽極の各々に一つずつ電気的に接続された状態で、且つ、該一対の電極間の隙間よりも距離が長い隙間をあけて対向した状態で、一対の導電板を配置し、
   前記アーク放電により蒸発したカーボンからなる単層カーボンナノチューブを、前記一対の導電板のうち陰極側に配置された導電板の前記陽極と対向する面側において膜状に堆積させて捕捉することを特徴とする、単層カーボンナノチューブ製造方法。
10. 前記一対の電極を上下方向に対向するように、下側に陽極を配置し且つ上側に陰極を配置し、
    前記陰極側に配置された導電板の陽極と対向する下向きの面によって、前記蒸発したカーボンからなる単層カーボンナノチューブであって前記反応容器内を陽極から陰極側に上昇する単層カーボンナノチューブを膜状に堆積させて捕捉することを特徴とする、請求項９に記載の単層カーボンナノチューブ製造方法。