JP2014094856A - カーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置 - Google Patents
カーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014094856A JP2014094856A JP2012246952A JP2012246952A JP2014094856A JP 2014094856 A JP2014094856 A JP 2014094856A JP 2012246952 A JP2012246952 A JP 2012246952A JP 2012246952 A JP2012246952 A JP 2012246952A JP 2014094856 A JP2014094856 A JP 2014094856A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- phase
- catalyst layer
- precursor solution
- intermediate layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 188
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 139
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims abstract description 134
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 134
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 114
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 89
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 84
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 80
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 79
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 19
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 19
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 16
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 11
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 10
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N N-Heptane Chemical compound CCCCCCC IMNFDUFMRHMDMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 6
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 transition metal salt Chemical class 0.000 claims description 6
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 6
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 9
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 6
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 1-Octanol Chemical compound CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 4
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 3
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 3
- APSBXTVYXVQYAB-UHFFFAOYSA-M sodium docusate Chemical compound [Na+].CCCCC(CC)COC(=O)CC(S([O-])(=O)=O)C(=O)OCC(CC)CCCC APSBXTVYXVQYAB-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 240000001973 Ficus microcarpa Species 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000001273 butane Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- QZRHHEURPZONJU-UHFFFAOYSA-N iron(2+) dinitrate nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QZRHHEURPZONJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N n-butane Chemical compound CCCC IJDNQMDRQITEOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N n-pentane Natural products CCCCC OFBQJSOFQDEBGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
Abstract
【課題】製造コストおよび製造工程を圧縮することができるカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置を提供する。
【解決手段】基板２と、この基板２上に形成された中間層３と、この中間層３上に形成された触媒層４とを有するカーボンナノチューブ生成用基板１の製造方法であって、中間層前駆体溶液３’と触媒層前駆体溶液４’とを混合してなり、下相の中間層前駆体溶液３’と上相の触媒層前駆体溶液４’とに相分離し得る混合溶液３４を上記基板２に塗布し、基板２に塗布された混合溶液３４を下相３’と上相４’とに相分離させ、下相３’と上相４’とに相分離した混合溶液を乾燥させて、中間層３および触媒層４を形成する。
【選択図】図２
【解決手段】基板２と、この基板２上に形成された中間層３と、この中間層３上に形成された触媒層４とを有するカーボンナノチューブ生成用基板１の製造方法であって、中間層前駆体溶液３’と触媒層前駆体溶液４’とを混合してなり、下相の中間層前駆体溶液３’と上相の触媒層前駆体溶液４’とに相分離し得る混合溶液３４を上記基板２に塗布し、基板２に塗布された混合溶液３４を下相３’と上相４’とに相分離させ、下相３’と上相４’とに相分離した混合溶液を乾燥させて、中間層３および触媒層４を形成する。
【選択図】図２
Description
本発明は、カーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置に関するものである。
カーボンナノチューブは、電子放出源、電池の電極、ガス分離膜、センサー、エネルギー貯蔵などの用途があり、広い分野で提案、期待されている。このため、実用的なカーボンナノチューブの普及が進めば、産業のさらなる発達につながることが容易に予測される。
上記用途に用いられるカーボンナノチューブとしては、その個々のチューブの特徴を集約するためにも、これら個々のチューブが一方向に配向したもの（配向性が高いもの）であることが好ましい。このような配向性が高いカーボンナノチューブを得るには、基板上に触媒層を介してカーボンナノチューブを生成する必要がある。しかし、基板の種類によっては、カーボンナノチューブの生成を妨げる作用があるので、この作用を抑えるために、基板と触媒層との間にバッファ層（中間層）を形成する方法が多く採用されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、上記特許文献１に開示された方法は、第一ステップとして基板上にバッファ層（中間層）を形成し、第二ステップとして触媒層を形成する必要がある。このため、基板上にバッファ層（中間層）および触媒層が形成されたものをカーボンナノチューブ生成用基板と定義した場合、このカーボンナノチューブ生成用基板の製造コストが高くなるとともに、製造工程が長くなるという問題があった。特に、製造コストが高いことについては、カーボンナノチューブの普及が進まない大きな要因となっている。
そこで本発明は、製造コストおよび製造工程を圧縮することができるカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係るカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法は、基板と、この基板上に形成された中間層と、この中間層上に形成された触媒層とを有するカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法であって、
中間層前駆体溶液と触媒層前駆体溶液とを混合してなり、下相の中間層前駆体溶液と上相の触媒層前駆体溶液とに相分離し得る混合溶液を上記基板に塗布し、
基板に塗布された混合溶液を下相と上相とに相分離させ、
下相と上相とに相分離した混合溶液を乾燥させて、中間層および触媒層を形成するものである。
中間層前駆体溶液と触媒層前駆体溶液とを混合してなり、下相の中間層前駆体溶液と上相の触媒層前駆体溶液とに相分離し得る混合溶液を上記基板に塗布し、
基板に塗布された混合溶液を下相と上相とに相分離させ、
下相と上相とに相分離した混合溶液を乾燥させて、中間層および触媒層を形成するものである。
また、本発明の請求項２に係るカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法は、請求項１に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法において、混合溶液を基板に塗布する前に、
生成させるカーボンナノチューブの所望の長さおよび太さに応じて、混合溶液における触媒層前駆体溶液の濃度を調整するものである。
生成させるカーボンナノチューブの所望の長さおよび太さに応じて、混合溶液における触媒層前駆体溶液の濃度を調整するものである。
さらに、本発明の請求項３に係るカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法は、請求項１または２に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法において、中間層前駆体溶液が水系であり、触媒層前駆体溶液が油系であるものである。
また、本発明の請求項４に係るカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法は、請求項３に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法における中間層前駆体溶液が、金属アルコキシドを水に溶解させたものである。
また、本発明の請求項５に係るカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法は、請求項３または４に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法における触媒層前駆体溶液が、油溶性界面活性剤および水和性遷移金属塩を、炭素が４以上からなる直鎖のアルコール類、トルエン、ベンゼン、キシレンおよびヘプタンのうち少なくとも１つに溶解させたものである。
また、本発明の請求項６に係るカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法において、混合溶液を基板に塗布する方法が、滴下、コータまたは噴霧のいずれかであるものである。
また、本発明の請求項７に係るカーボンナノチューブ生成用基板の連続製造装置は、基板と、この基板上に形成された中間層と、この中間層上に形成された触媒層とを有するカーボンナノチューブ生成用基板の連続製造装置であって、
中間層前駆体溶液と触媒層前駆体溶液とを混合してなり、下相の中間層前駆体溶液と上相の触媒層前駆体溶液とに相分離し得る混合溶液を上記基板に塗布する塗布部と、
基板に塗布された混合溶液を下相と上相とに相分離させる分離部と、
下相と上相とに相分離した混合溶液を乾燥させて中間層および触媒層を形成する乾燥部とを備え、
基板を連続的に搬送して上記塗布部、分離部および乾燥部の順に通過させる連続搬送部が設けられたものである。
中間層前駆体溶液と触媒層前駆体溶液とを混合してなり、下相の中間層前駆体溶液と上相の触媒層前駆体溶液とに相分離し得る混合溶液を上記基板に塗布する塗布部と、
基板に塗布された混合溶液を下相と上相とに相分離させる分離部と、
下相と上相とに相分離した混合溶液を乾燥させて中間層および触媒層を形成する乾燥部とを備え、
基板を連続的に搬送して上記塗布部、分離部および乾燥部の順に通過させる連続搬送部が設けられたものである。
また、本発明の請求項８に係るカーボンナノチューブ生成用基板の連続製造装置は、請求項７に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の連続製造装置における連続搬送部が、ロールツーロール装置またはベルトコンベアであるものである。
また、本発明の請求項９に係るカーボンナノチューブ生成用基板の連続製造装置は、請求項７または８に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の連続製造装置において、塗布部により混合溶液を基板に塗布する方法が、滴下、コータまたは噴霧のいずれかであるものである。
上記カーボンナノチューブ生成用基板の製造方法によると、中間層および触媒層が一度に形成されるので、製造コストおよび製造工程を圧縮することができる。また、上記連続製造装置によると、中間層および触媒層が一度に且つ連続的に形成されるので、カーボンナノチューブ生成用基板を短時間で連続して製造することができる。
以下、本発明の実施の形態に係るカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置について、図面に基づき説明する。
まず、上記カーボンナノチューブ生成用基板について簡単に説明する。
まず、上記カーボンナノチューブ生成用基板について簡単に説明する。
図１（ａ）に示すように、上記カーボンナノチューブ生成用基板１は、ステンレス箔２と、ステンレス箔２上に形成された中間層３と、この中間層３上に形成された触媒層４とから構成されている。ここで、上記ステンレス箔２は、厚さ２０〜３００μｍ程度で基板となるものである。また、上記中間層３は、例えばシリカからなり、バッファ層ともいわれる。さらに、上記触媒層４は、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）またはニッケル（Ｎｉ）の微粒子からなる層であり、カーボンナノチューブを生成させるための触媒となるものである。なお、以下では便宜上、ステンレス箔を単に基板２という。
上記カーボンナノチューブ生成用基板１の表面にカーボンナノチューブを生成させるには、まず、このカーボンナノチューブ生成用基板１を加熱する。これにより、図１（ｂ）に示すように、触媒層４が凝縮して粒状体となる。次に、加熱されたカーボンナノチューブ生成用基板１に、原料ガス（例えば、アセチレン、メタン、ブタンなどの低級炭化水素ガスである）を供給する。これにより、図１（ｃ）に示すように、上記粒状体のそれぞれに、一または複数のカーボンナノチューブＣが基板２と略平行に生成する。このようにして、カーボンナノチューブ生成用基板１は、その表面に配向性のカーボンナノチューブＣを生成させるためのものである。
［カーボンナノチューブ生成用基板１の製造方法］
以下、本発明の要旨である上記カーボンナノチューブ生成用基板１の製造方法について説明する。
以下、本発明の要旨である上記カーボンナノチューブ生成用基板１の製造方法について説明する。
この製造方法は、概略的に説明すると、中間層３および触媒層４の前駆体となる混合溶液３４を基板２に塗布し［図２（ａ）参照］、この混合溶液３４を下相（中間層３の前駆体）３’と上相（触媒層４の前駆体）４’とに相分離させ［図２（ｂ）参照］、下相３’と上相４’とに相分離した混合溶液を乾燥させて、中間層（乾燥した下相３’）３および触媒層（乾燥した上相４’）４を形成する［図２（ｃ）参照］ものである。
まず、図３（ａ）に示すように、下相となる中間層前駆体溶液３’と上相となる触媒層前駆体溶液４’とを所定の割合で混合して攪拌することにより、図３（ｂ）に示すように、混合溶液３４を得る。なお、この攪拌により、混合溶液３４を見た目が一相となる程度にする。ここで、中間層前駆体溶液３’は、金属アルコキシドを水に溶解させた水系の溶液である。また、触媒層前駆体溶液４’は、油溶性界面活性剤および水和性遷移金属塩を、オクタノール／水の分配係数［logＰo/w］がブタノール以上（つまり疎水性がブタノール以上）の溶媒に溶解させた油系の溶液である。これにより、図３（ａ）に示すように、混合溶液３４が下相３’と上相４’とに相分離しやすくなる。なお、上相の触媒層前駆体溶液４’には、図３（ａ）に拡大して示すように、水和性遷移金属塩の金属成分［一例として鉄（Ｆｅ）で図示］が水（water pool）に包まれるとともに油溶性界面活性剤で逆ミセルを形成したものが、油相（oil phase）の中に多数混在している。また、オクタノール／水の分配係数［logＰo/w］がブタノール以上の溶媒は、例えば、炭素が４以上からなる直鎖のアルコール類、トルエン、ベンゼン、キシレンまたはヘプタンなどである。
上記混合溶液３４における中間層前駆体溶液３’と触媒層前駆体溶液４’との混合割合、すなわち混合溶液３４における触媒層前駆体溶液４’の濃度は、カーボンナノチューブ生成用基板１に生成させたいカーボンナノチューブＣの長さおよび径により調整する。
そして、図２（ａ）に示すように、混合溶液３４を滴下、コータまたは噴霧により基板２に塗布する。特に、混合溶液３４を基板２に塗布する方法を噴霧とすることにより、基板２に塗布された混合溶液３４が粒状体となり、図４（ａ）に示すように、製造されるカーボンナノチューブ生成用基板１の中間層３および触媒層４も粒状体となる。このようなカーボンナノチューブ生成用基板１を、その表面にカーボンナノチューブＣを生成させるために加熱すると、図４（ｂ）に示すように、触媒層４が凝縮して確実に粒状体となる。このため、図４（ｃ）に示すように、このカーボンナノチューブ生成用基板１に生成するカーボンナノチューブＣの密度が、より均一となる。
その後、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、混合溶液３４が塗布された基板２を静置することにより、混合溶液３４を下相３’と上相４’とに相分離させる。なお、中間層前駆体溶液３’は水系で且つ触媒層前駆体溶液４’は油系であるから、混合溶液３４が下相３’と上相４’とに相分離しやすくなり、静置する時間は短く、確実に相分離する。特に、触媒層前駆体溶液４’は、油溶性界面活性剤および水和性遷移金属塩を、疎水性がブタノール以上の溶媒に溶解させたものであるから、混合溶液３４が下相３’と上相４’とにさらに相分離しやすくなり、静置する時間はさらに短く、さらに確実に相分離する。
次に、下相３’と上相４’とに相分離した混合溶液を乾燥させることにより、図２（ｃ）に示すように、下相の中間層前駆体溶液３’が中間層３となるとともに、上相の触媒層前駆体溶液４’が触媒層４となる。このようにして、カーボンナノチューブ生成用基板１が製造される。
このように、本実施の形態に係るカーボンナノチューブ生成用基板１の製造方法によると、中間層３および触媒層４が一度に形成されるので、製造コストおよび製造工程を圧縮することができる。
また、混合溶液３４として相分離しやすいものを用いるので、さらに製造コストおよび製造工程を圧縮することができる。
さらに、混合溶液３４における中間層前駆体溶液３’と触媒層前駆体溶液４’との混合割合を調整することにより、所望の長さおよび径のカーボンナノチューブＣが生成し得るカーボンナノチューブ生成用基板１を製造することができる。
さらに、混合溶液３４における中間層前駆体溶液３’と触媒層前駆体溶液４’との混合割合を調整することにより、所望の長さおよび径のカーボンナノチューブＣが生成し得るカーボンナノチューブ生成用基板１を製造することができる。
また、混合溶液３４を基板２に塗布する方法を噴霧とすることにより、密度がより均一となるカーボンナノチューブＣを生成させ得るカーボンナノチューブ生成用基板１を製造することができる。
［カーボンナノチューブ生成用基板１の連続製造装置］
以下、本発明のもう一つの要旨である上記カーボンナノチューブ生成用基板１の連続製造装置について説明する。
以下、本発明のもう一つの要旨である上記カーボンナノチューブ生成用基板１の連続製造装置について説明する。
図５に示すように、この連続製造装置１０は、基板２を連続して搬送する連続搬送部７０と、この連続搬送部７０により搬送される基板２に中間層３および触媒層４を形成する層形成部３０，４０，５０とが具備されている。
上記連続搬送部７０は、ステンレス製の無端ベルト７１と、この無端ベルト７１が巻回された上流端ローラ７２および下流端ローラ７３とを有する。これら上流端ローラ７２および下流端ローラ７３は、平行に配置されるとともに、同方向且つ同速度で回転することにより、上記無端ベルト７１を回動させ得るものである。すなわち、上記連続搬送部７０はベルトコンベアである。
上記無端ベルト７１の上部側において、上流側から順に、基板供給部２０と、混合溶液３４を基板２に塗布する塗布部３０と、基板２に塗布された混合溶液３４を下相３’と上相４’とに相分離させる分離部４０と、下相３’と上相４’とに相分離した混合溶液を乾燥させる乾燥部５０と、基板回収部６０とが設けられている。これら基板供給部２０および基板回収部６０以外の構成、すなわち、塗布部３０、分離部４０および乾燥部５０により、層形成部３０，４０，５０が構成されている。
ここで、上記基板供給部２０は、図示しない基板供給装置により基板２が無端ベルト７１上に供給される空間である。上記塗布部３０は、混合溶液３４を収容するタンク３１と、このタンク３１に収容された混合溶液３４を攪拌する攪拌用プロペラ３２と、上記タンク３１に収容された混合溶液３４を無端ベルト７１上の基板２に導く塗布用配管３５とを有する。また、塗布用配管３５には、基板２に導かれる混合溶液３４の流量を調整する流量調整弁３６と、流量が調整された混合溶液３４を適切な状態で基板２に付着させるノズル３７とが設けられている。このノズル３７には、滴下用や噴霧用など、混合溶液３４をどのような状態で基板２に付着させるかによって、適切なものが採用される。上記分離部４０は、無端ベルト７１上における塗布部３０と乾燥部５０との間の空間である。この分離部４０の上下流方向長さは、無端ベルト７１上の基板２が通過している間において、当該基板２に塗布された混合溶液３４が下相３’と上相４’とに相分離する程度にされている。上記乾燥部５０は、内部に基板２を通過させ得る炉本体５１と、この炉本体５１の内部を通過している基板２および塗布された混合溶液を加熱して当該混合溶液を乾燥させるヒータ５２とを有する。上記基板回収部６０は、図示しない基板回収装置によりカーボンナノチューブ生成用基板１が無端ベルト７１上から回収される空間である。
以下、上記連続製造装置１０の動作について説明する。
まず、基板２が、図示しない基板供給装置により基板供給部２０に供給されて、塗布部３０に搬送される。塗布部３０では、タンク３１に収容された混合溶液３４が塗布用配管３５およびノズル３７を介して基板２に導かれることにより、混合溶液３４が基板２に塗布される。そして、基板２が分離部４０に搬送される。分離部４０を基板２が通過している間において、基板２に塗布された混合溶液３４が下相３’と上相４’とに相分離する。乾燥部５０では、ヒータ５２により基板２および混合溶液が加熱されて、当該混合溶液が乾燥して中間層３および触媒層４となる。すなわち、乾燥部５０から搬送されるものは、カーボンナノチューブ生成用基板１となる。このカーボンナノチューブ生成用基板１が、基板回収部６０で基板回収装置により回収される。
まず、基板２が、図示しない基板供給装置により基板供給部２０に供給されて、塗布部３０に搬送される。塗布部３０では、タンク３１に収容された混合溶液３４が塗布用配管３５およびノズル３７を介して基板２に導かれることにより、混合溶液３４が基板２に塗布される。そして、基板２が分離部４０に搬送される。分離部４０を基板２が通過している間において、基板２に塗布された混合溶液３４が下相３’と上相４’とに相分離する。乾燥部５０では、ヒータ５２により基板２および混合溶液が加熱されて、当該混合溶液が乾燥して中間層３および触媒層４となる。すなわち、乾燥部５０から搬送されるものは、カーボンナノチューブ生成用基板１となる。このカーボンナノチューブ生成用基板１が、基板回収部６０で基板回収装置により回収される。
なお、上記タンク３１に収容された混合溶液３４は、攪拌用プロペラ３２により攪拌されており、見た目が一相となる。また、塗布用配管３５で導かれる混合溶液３４の流量は、流量調整弁３６により適宜調整される。
このように、本実施の形態に係る連続製造装置１０によると、中間層３および触媒層４が一度に且つ連続的に形成されるので、カーボンナノチューブ生成用基板１を短時間で連続して製造することができる。
以下、上記カーボンナノチューブ生成用基板１の製造方法を具体的に示した実施例について説明する。
下相となる中間層前駆体溶液３’として、金属アルコキシド１００ｇを水１Ｌに溶解させた後に、酸性溶液３ｇを添加したものを用いた。ここで、上記金属アルコキシドにはテトラエトキシシラン［Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４］を用い、上記酸性溶液には塩酸を用いた。なお、上記酸性溶液を添加することにより、上記中間層前駆体溶液３’は、酸性となることで膜化しやすくなる。このため、短時間で、中間層前駆体溶液３’が乾燥により中間層３となる。
下相となる中間層前駆体溶液３’として、金属アルコキシド１００ｇを水１Ｌに溶解させた後に、酸性溶液３ｇを添加したものを用いた。ここで、上記金属アルコキシドにはテトラエトキシシラン［Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４］を用い、上記酸性溶液には塩酸を用いた。なお、上記酸性溶液を添加することにより、上記中間層前駆体溶液３’は、酸性となることで膜化しやすくなる。このため、短時間で、中間層前駆体溶液３’が乾燥により中間層３となる。
上相となる触媒層前駆体溶液４’として、油溶性界面活性剤であるAerosol−OT（ＡＯＴ）が３ｍmol／Ｌとなるように、ＡＯＴをヘプタン０．１Ｌに溶解させて１時間攪拌した後、水和性遷移金属塩である硝酸鉄９水和物［｛Ｆｅ（Ｈ２Ｏ｝６（ＮＯ３）３・３Ｈ２Ｏ］を溶解させて攪拌したものを用いた。
そして、これら中間層前駆体溶液３’と触媒層前駆体溶液４’とを所定の割合で混合して攪拌することにより、混合溶液３４を得た。ここで、上記所定の割合（つまり混合割合）として、触媒層前駆体溶液４’の濃度がそれぞれ０．０５mol／Ｌ，０．１０mol／Ｌ，０．１５mol／Ｌとなるようにした。すなわち、触媒層前駆体溶液４’の濃度が異なる３種類の混合溶液３４を得た。
次に、図５に示すように、上記連続製造装置１０によりカーボンナノチューブ生成用基板１を製造した。
具体的には、上記混合溶液３４をタンク３１に収容し、無端ベルト７１を回動させて、基板２を一定の速度（１ｍ／分）で搬送するようにした。そして、４８ｍｍ×４８ｍｍの基板２を、図示しない基板供給装置により基板供給部２０に供給し、塗布部３０、分離部４０、乾燥部５０を通過させて、基板回収部６０まで搬送した。
具体的には、上記混合溶液３４をタンク３１に収容し、無端ベルト７１を回動させて、基板２を一定の速度（１ｍ／分）で搬送するようにした。そして、４８ｍｍ×４８ｍｍの基板２を、図示しない基板供給装置により基板供給部２０に供給し、塗布部３０、分離部４０、乾燥部５０を通過させて、基板回収部６０まで搬送した。
塗布部３０では、混合溶液３４を滴下により基板２に塗布した。また、分離部４０の上下流方向長さを１ｍとし、分離部４０を基板２が通過している１分間において、基板２に塗布された混合溶液３４が下相３’と上相４’とに相分離した。さらに、乾燥部５０では、炉本体５１の上下流方向長さを１０ｍとするとともに、炉本体５１の内部の温度をヒータ５２で３００℃とすることにより、炉本体５１の内部を通過する混合溶液３４が乾燥して中間層３および触媒層４となった。このため、基板回収部６０に搬送されたものは、カーボンナノチューブ生成用基板１となった。そして、このカーボンナノチューブ生成用基板１が、基板回収部６０で図示しない基板回収装置により回収された。
さらに、上記他の２種類の混合溶液３４をそれぞれ用いて、合計３種類のカーボンナノチューブ生成用基板１を製造した。
そして、このカーボンナノチューブ生成用基板１の表面に、配向性のカーボンナノチューブＣを熱ＣＶＤ法により生成させた。
そして、このカーボンナノチューブ生成用基板１の表面に、配向性のカーボンナノチューブＣを熱ＣＶＤ法により生成させた。
具体的には、カーボンナノチューブ生成用基板１を７００℃まで加熱し、このカーボンナノチューブ生成用基板１に濃度２０％のアセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスを１０分間供給した。これにより、カーボンナノチューブ生成用基板１の表面に、配向性のカーボンナノチューブＣが生成した。
さらに、上記他の２種類のカーボンナノチューブ生成用基板１のそれぞれに、上記と同一の条件でカーボンナノチューブＣを生成させた。これら３種類のカーボンナノチューブＣを比較する電子顕微鏡写真を図６（ａ）〜（ｃ）に示す。図６（ａ）に示すように、触媒層前駆体溶液４’の濃度が０．０５mol／Ｌの混合溶液３４を用いて製造されたカーボンナノチューブ生成用基板１だと、その表面に生成したカーボンナノチューブＣの平均長さが８０μｍで平均径が２２ｎｍであった。図６（ｂ）に示すように、触媒層前駆体溶液４’の濃度が０．１０mol／Ｌの混合溶液３４を用いて製造されたカーボンナノチューブ生成用基板１だと、その表面に生成したカーボンナノチューブＣの平均長さが６５μｍで平均径が２６ｎｍであった。図６（ｃ）に示すように、触媒層前駆体溶液４’の濃度が０．１５mol／Ｌの混合溶液３４を用いて製造されたカーボンナノチューブ生成用基板１だと、その表面に生成したカーボンナノチューブＣの平均長さが５０μｍで平均径が２７ｎｍであった。なお、図６での平均長さおよび平均径は、それぞれ１００本のカーボンナノチューブＣを標本とした値である。これら図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、触媒層前駆体溶液４’の濃度が高い混合溶液３４を用いて製造されたカーボンナノチューブ生成用基板１は、その表面に生成するカーボンナノチューブＣが長く且つ小径となり、触媒層前駆体溶液４’の濃度が低い混合溶液３４を用いて製造されたカーボンナノチューブ生成用基板１は、その表面に生成するカーボンナノチューブＣが短く且つ大径となった。
また、混合溶液３４における触媒層前駆体溶液４’の濃度と形成される中間層３の厚さとの関係を図７のグラフで示し、上記濃度とカーボンナノチューブ生成用基板１に生成するカーボンナノチューブＣの単位面積当たりの重量との関係を図８のグラフで示す。正確に説明すると、図７および図８の横軸は、１Ｌの混合溶液３４における触媒層前駆体溶液４’の量である。図７に示すように、混合溶液３４における触媒層前駆体溶液４’の量が増加するにつれて、すなわち触媒層前駆体溶液４’の濃度が高くなるにつれて、形成される中間層３の厚さが小さくなった。また、図８に示すように、１Ｌの混合溶液３４における触媒層前駆体溶液４’の量が０．１〜０．１７Ｌであれば、生成したカーボンナノチューブＣの単位面積当たりの重量が０．００５ｍｇ／ｃｍ２を超えた。
このように、本実施例に係るカーボンナノチューブ生成用基板１の製造方法および連続製造装置１０によると、上記実施の形態と同様の効果を奏した。
また、混合溶液３４における触媒層前駆体溶液４’の濃度（中間層前駆体溶液３’と触媒層前駆体溶液４’との混合割合）を調整することにより、所望の長さおよび径のカーボンナノチューブＣが生成し得るカーボンナノチューブ生成用基板１を製造することができた。
また、混合溶液３４における触媒層前駆体溶液４’の濃度（中間層前駆体溶液３’と触媒層前駆体溶液４’との混合割合）を調整することにより、所望の長さおよび径のカーボンナノチューブＣが生成し得るカーボンナノチューブ生成用基板１を製造することができた。
さらに、混合溶液３４における触媒層前駆体溶液４’の濃度（中間層前駆体溶液３’と触媒層前駆体溶液４’との混合割合）を調整することにより、所望の単位面積当たりの重量のカーボンナノチューブＣが生成し得るカーボンナノチューブ生成用基板１を製造することができた。
ところで、上記実施の形態における連続製造装置１０では、連続搬送部７０がベルトコンベアとして説明したが、ロールツーロール装置であってもよい。これにより、連続製造装置１０の初期コストおよび運用コストを低減させることができる。
また、上記実施の形態における混合溶液３４を基板２に塗布する方法の一例として噴霧について説明したが、超音波を用いた噴霧であってもよい。これにより、製造されるカーボンナノチューブ生成用基板１の中間層３および触媒層４が、さらに細かな粒状体となる。このため、カーボンナノチューブ生成用基板１を加熱すると、触媒層４が凝縮して極めて確実に粒状体となる。したがって、密度が極めて均一となるカーボンナノチューブＣを生成させ得るカーボンナノチューブ生成用基板１を製造することができる。
さらに、上記実施の形態における連続製造装置の塗布部３０は、混合溶液３４を基板２に滴下または噴霧により塗布するものとして説明したが、コータであってもよい。
Ｃ カーボンナノチューブ
１ カーボンナノチューブ生成用基板
２ 基板
３ 中間層
３’ 中間層前駆体溶液
４ 触媒層
４’ 触媒層前駆体溶液
１０ 連続製造装置
３０ 塗布部
４０ 分離部
５０ 乾燥部
７０ 連続搬送部
１ カーボンナノチューブ生成用基板
２ 基板
３ 中間層
３’ 中間層前駆体溶液
４ 触媒層
４’ 触媒層前駆体溶液
１０ 連続製造装置
３０ 塗布部
４０ 分離部
５０ 乾燥部
７０ 連続搬送部
Claims (9)
- 基板と、この基板上に形成された中間層と、この中間層上に形成された触媒層とを有するカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法であって、
中間層前駆体溶液と触媒層前駆体溶液とを混合してなり、下相の中間層前駆体溶液と上相の触媒層前駆体溶液とに相分離し得る混合溶液を上記基板に塗布し、
基板に塗布された混合溶液を下相と上相とに相分離させ、
下相と上相とに相分離した混合溶液を乾燥させて、中間層および触媒層を形成することを特徴とするカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法。 - 混合溶液を基板に塗布する前に、
生成させるカーボンナノチューブの所望の長さおよび太さに応じて、混合溶液における触媒層前駆体溶液の濃度を調整することを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法。 - 中間層前駆体溶液が水系であり、触媒層前駆体溶液が油系であることを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法。
- 中間層前駆体溶液が、金属アルコキシドを水に溶解させたものであることを特徴とする請求項３に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法。
- 触媒層前駆体溶液が、油溶性界面活性剤および水和性遷移金属塩を、炭素が４以上からなる直鎖のアルコール類、トルエン、ベンゼン、キシレンおよびヘプタンのうち少なくとも１つに溶解させたものであることを特徴とする請求項３または４に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法。
- 混合溶液を基板に塗布する方法が、滴下、コータまたは噴霧のいずれかであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の製造方法。
- 基板と、この基板上に形成された中間層と、この中間層上に形成された触媒層とを有するカーボンナノチューブ生成用基板の連続製造装置であって、
中間層前駆体溶液と触媒層前駆体溶液とを混合してなり、下相の中間層前駆体溶液と上相の触媒層前駆体溶液とに相分離し得る混合溶液を上記基板に塗布する塗布部と、
基板に塗布された混合溶液を下相と上相とに相分離させる分離部と、
下相と上相とに相分離した混合溶液を乾燥させて中間層および触媒層を形成する乾燥部とを備え、
基板を連続的に搬送して上記塗布部、分離部および乾燥部の順に通過させる連続搬送部が設けられたことを特徴とするカーボンナノチューブ生成用基板の連続製造装置。 - 連続搬送部が、ロールツーロール装置またはベルトコンベアであることを特徴とする請求項７に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の連続製造装置。
- 塗布部により混合溶液を基板に塗布する方法が、滴下、コータまたは噴霧のいずれかであることを特徴とする請求項７または８に記載のカーボンナノチューブ生成用基板の連続製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012246952A JP2014094856A (ja) | 2012-11-09 | 2012-11-09 | カーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012246952A JP2014094856A (ja) | 2012-11-09 | 2012-11-09 | カーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014094856A true JP2014094856A (ja) | 2014-05-22 |
Family
ID=50938259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012246952A Pending JP2014094856A (ja) | 2012-11-09 | 2012-11-09 | カーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2014094856A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017115832A1 (ja) | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 日立造船株式会社 | カーボンナノチューブ複合材およびカーボンナノチューブ複合材の製造方法 |
| WO2018151278A1 (ja) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | 学校法人早稲田大学 | 担持触媒および炭素ナノ構造体の製造方法 |
| JPWO2017115831A1 (ja) * | 2015-12-28 | 2018-11-29 | 日立造船株式会社 | カーボンナノチューブ接合シートおよびカーボンナノチューブ接合シートの製造方法 |
-
2012
- 2012-11-09 JP JP2012246952A patent/JP2014094856A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017115832A1 (ja) | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 日立造船株式会社 | カーボンナノチューブ複合材およびカーボンナノチューブ複合材の製造方法 |
| JPWO2017115831A1 (ja) * | 2015-12-28 | 2018-11-29 | 日立造船株式会社 | カーボンナノチューブ接合シートおよびカーボンナノチューブ接合シートの製造方法 |
| US10836633B2 (en) | 2015-12-28 | 2020-11-17 | Hitachi Zosen Corporation | Carbon nanotube composite material and method for producing carbon nanotube composite material |
| WO2018151278A1 (ja) * | 2017-02-17 | 2018-08-23 | 学校法人早稲田大学 | 担持触媒および炭素ナノ構造体の製造方法 |
| JPWO2018151278A1 (ja) * | 2017-02-17 | 2019-12-12 | 学校法人早稲田大学 | 担持触媒および炭素ナノ構造体の製造方法 |
| JP7093971B2 (ja) | 2017-02-17 | 2022-07-01 | 学校法人早稲田大学 | 担持触媒および炭素ナノ構造体の製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI327177B (en) | Carbon nanotube film and method for making same | |
| CN102333906B (zh) | 使用气体预热法的低温cnt生长 | |
| Chen et al. | Electroless deposition of Ni nanoparticles on carbon nanotubes with the aid of supercritical CO2 fluid and a synergistic hydrogen storage property of the composite | |
| CN102388172A (zh) | 使用立式加热炉将碳纳米管并入纤维的方法和设备 | |
| CN101239712A (zh) | 碳纳米管薄膜结构及其制备方法 | |
| Rakov | Materials made of carbon nanotubes. The carbon nanotube forest | |
| JP7192176B2 (ja) | 一方向に整列されたヤーンを含むカーボンナノチューブシートを製造する方法およびこれによって製造されたカーボンナノチューブシート | |
| JP2008535752A (ja) | 薄膜製造法および装置 | |
| TWI655966B (zh) | 催化劑顆粒及生產該催化劑顆粒的方法 | |
| WO2017156297A2 (en) | Hybrid graphene materials and methods of fabrication | |
| US11124871B2 (en) | Fluidized bed reactor adapted for the production of biphased systems | |
| CN103889890A (zh) | 用于在可重复使用的基材上连续生产碳纳米结构的系统和方法 | |
| CN101905877A (zh) | 碳纳米管膜的制备方法 | |
| Kinoshita et al. | Two step floating catalyst chemical vapor deposition including in situ fabrication of catalyst nanoparticles and carbon nanotube forest growth with low impurity level | |
| JP2014094856A (ja) | カーボンナノチューブ生成用基板の製造方法および連続製造装置 | |
| JP2010215437A (ja) | 配向カーボンナノチューブ連続合成方法及び同連続合成装置 | |
| CA2782877A1 (en) | Filtration systems and methods related thereto using carbon nanotube-infused fiber materials of spoolable length as a moving filtration medium | |
| CN106663650A (zh) | 半导体输送部件和半导体载置部件 | |
| JP2020180028A (ja) | 多層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ集合体および多層カーボンナノチューブの製造方法 | |
| CN104709899B (zh) | 一种石墨烯纳米带碳纤维及其制备方法 | |
| JP5802992B2 (ja) | 湿式触媒を用いた配向ｃｎｔ製造方法 | |
| Seah et al. | Growth of uniform thin-walled carbon nanotubes with spin-coated Fe catalyst and the correlation between the pre-growth catalyst size and the nanotube diameter | |
| TWI393669B (zh) | 奈米碳管複合材料及其製備方法 | |
| Adhikari et al. | Synthesis of high quality single-walled carbon nanotubes via a catalytic layer reinforced by self-assembled monolayers | |
| Nasrollahzadeh et al. | Functionalized-graphene and graphene oxide: fabrication and application in catalysis |