JP2014200769A - 吸着材 - Google Patents

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Abstract

【課題】多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位に容易に固定して用いることができる、ガス吸着材を提供する。
【解決手段】複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ集合体、あるいはシート形状を有する基材30上に複数のカーボンナノチューブ10を基材面から垂直方向に並列成長させてカーボンナノチューブ集合体100の層を形成させた吸着材であって、前記基材上のカーボンナノチューブ層は複数の層が積層するように形成させたものであってもよく、また、吸着材先端部、すなわちカーボンナノチューブ集合体先端部、がガラス面に対して示すせん断接着力が10N/cm以上である、ガス吸着材。
【選択図】図1

Description

本発明は、吸着材に関する。詳細には、ガスを吸着する吸着材であって、接着力を有し、例えば、分析用途などにおいて、ガスを吸着できるとともに、任意の部位に容易に固定できる、吸着材に関する。
ガスの吸着材としては、従来、主として、シリカ系吸着材やアルミナ系吸着材などの極性吸着材と、活性炭などの非極性吸着材が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかし、従来の吸着材は、いずれも、粉末状あるいは固体状であり、チューブなどの容器内部に充填した状態での使用に限定される。すなわち、従来の吸着材は、任意の部位に容易に固定して用いることは困難であるという問題がある。
また、従来の吸着材においては、吸着できるガスの種類が吸着材の種類によって大きく異なるため、吸着したいガスに応じて吸着材を適切に選定する必要や、場合によっては、2種以上の吸着材を組み合わせて用いる必要がある。
特開2000−266646号公報
本発明の課題は、多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位に容易に固定して用いることができる、ガスを吸着する吸着材を提供することにある。
本発明の吸着材は、
ガスを吸着する吸着材であって、
複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を有し、
室温におけるガラス面に対するせん断接着力が10N/cm以上である。
好ましい実施形態においては、上記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が10層以上であり、該層数分布の最頻値の相対頻度が25%以下である。
好ましい実施形態においては、上記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の最頻値が層数10層以下に存在し、該最頻値の相対頻度が30%以上である。
本発明によれば、多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位に容易に固定して用いることができる、ガスを吸着する吸着材を提供することができる。
本発明の好ましい実施形態における吸着材の一例の概略断面図である。 カーボンナノチューブ集合体の製造装置の概略断面図である。
≪吸着材≫
本発明の吸着材は、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を有する。本発明の吸着材は、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を、好ましくは、少なくとも先端部分に有する。本発明の吸着材は、このようなカーボンナノチューブ集合体を有することにより、多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位に容易に固定して用いることができる。
本発明の吸着材の大きさや形状は、使用環境や使用目的に応じて適宜選択し得る。
本発明の吸着材は、多くの種類のガスを吸着できる。好ましくは、炭素数4以上の非極性ガスであり、例えば、ブタン、2−ブテン、ペンタン、ブタナール、ヘキサン、シクロヘキサンなどが挙げられる。
本発明の吸着材は、多くの種類のガスを高効率で吸着し得る。具体的には、特定の種類のガスについて、(吸収されたガスの量/吸着材に接触させたガスの全量)×100で表される吸着割合(重量基準)として、好ましくは50%以上であり、より好ましくは60%以上であり、さらに好ましくは70%以上であり、特に好ましくは80%以上であり、最も好ましくは90%以上である。
本発明の吸着材は、例えば、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体のみからなる構成であっても良いし、複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体がシート状基材上に設けられている構成(シート形状微粒子分離部材)であっても良い。
シート状基材は、シート形状をした基材を意味し、例えば、基材、基板、フィルムなどに言い換えることができる場合もある。
図1は、本発明の好ましい実施形態における吸着材の一例の概略断面図である。図1において、本発明の吸着材1000は、基材30と、複数のカーボンナノチューブ10を備えるカーボンナノチューブ集合体100を有する。図1において、複数のカーボンナノチューブ10の片端10aは、基材30に固定されている。図1に示すように、複数のカーボンナノチューブ10は、好ましくは、基材30に対して略垂直方向(図1では長さLの方向)に配向している。ここで、「略垂直方向」とは、基材30の面に対する角度が、好ましくは90°±20°の範囲内であり、より好ましくは90°±15°の範囲内であり、さらに好ましくは90°±10°の範囲内であり、特に好ましくは90°±5°の範囲内である。なお、本図示例とは異なり、吸着材は、複数のカーボンナノチューブ10を備えるカーボンナノチューブ集合体100のみからなっていても良い。すなわち、シート形状微粒子分離部材は基材30を備えていなくても良い。この場合、複数のカーボンナノチューブ10は、互いに、例えば、ファンデルワールス力によって集合体として存在し得る。
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブの長さLは、好ましくは1μm〜5000μmであり、より好ましくは10μm〜3000μmであり、さらに好ましくは100μm〜2000μmであり、特に好ましくは300μm〜1500μmであり、最も好ましくは500μm〜1000μmである。カーボンナノチューブ10の長さLが上記範囲内に収まることにより、本発明の吸着材は、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
本発明の吸着材は、室温におけるガラス面に対するせん断接着力が、好ましくは10N/cm以上であり、より好ましくは10N/cm〜200N/cm、さらに好ましくは15N/cm〜200N/cm、特に好ましくは20N/cm〜200N/cm、最も好ましくは25N/cm〜200N/cmである。上記せん断接着力が上記範囲内に収まることにより、本発明の吸着材は、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブの直径は、好ましくは0.5nm〜150nmであり、より好ましくは1nm〜100nmであり、さらに好ましくは2nm〜50nmであり、特に好ましくは3nm〜30nmであり、最も好ましくは5nm〜25nmである。上記カーボンナノチューブの直径が上記範囲内に収まることにより、本発明の吸着材は、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
上記基材としては、目的に応じて、任意の適切な基材を採用し得る。例えば、石英ガラス、シリコン(シリコンウェハなど)、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックなどが挙げられる。エンジニアリングプラスチックおよびスーパーエンジニアリングプラスチックの具体例としては、ポリイミド、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリアミドなどが挙げられる。これらの基材の分子量などの諸物性は、本発明の目的を達成し得る範囲において、任意の適切な物性を採用し得る。
上記基材の厚みは、目的に応じて、任意の適切な値に設定され得る。上記基材は単層であっても良いし、多層体であっても良い。
上記基材の表面は、隣接する層との密着性,保持性などを高めるために、慣用の表面処理、例えば、クロム酸処理、オゾン暴露、火炎暴露、高圧電撃暴露、イオン化放射線処理などの化学的または物理的処理、下塗剤(例えば、上記粘着性物質)によるコーティング処理が施されていてもよい。
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブの形状としては、その横断面が任意の適切な形状を有していれば良い。例えば、その横断面が、略円形、楕円形、n角形(nは3以上の整数)等が挙げられる。本発明の吸着材において、カーボンナノチューブの比表面積、密度は、任意の適切な値に設定され得る。
本発明の吸着材が、図1のように、カーボンナノチューブ集合体が基材上に設けられている構成である場合、該カーボンナノチューブ集合体を該基材に固定する方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。このような固定方法としては、例えば、カーボンナノチューブ集合体の製造に使用した基板を基材としてそのまま用いてもよい。また、基材に接着層を設けてカーボンナノチューブ集合体に固定してもよい。さらに、基材が熱硬化性樹脂の場合は、反応前の状態で薄膜を作製し、カーボンナノチューブ集合体の一端を薄膜層に圧着させた後、硬化処理を行って固定すれば良い。また、基材が熱可塑性樹脂や金属などの場合は、溶融した状態でカーボンナノチューブ集合体の一端を圧着させた後、室温まで冷却して固定すれば良い。
≪カーボンナノチューブ集合体≫
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブ集合体は、下記のような2つの好ましい実施形態を採り得る。
<第1の好ましい実施形態>
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブ集合体の好ましい実施形態の1つ(以下、第1の好ましい実施形態と称することがある)は、複数のカーボンナノチューブを備え、該カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が10層以上であり、該層数分布の最頻値の相対頻度が25%以下である。
上記カーボンナノチューブの層数分布の分布幅は10層以上であり、好ましくは10層〜30層であり、より好ましくは10層〜25層であり、さらに好ましくは10層〜20層である。
上記カーボンナノチューブの層数分布の「分布幅」とは、カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数との差をいう。
カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性、高い比表面積、優れた粘着特性を兼ね備えることができるとともに、本発明の吸着材としたときには、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
上記カーボンナノチューブの層数、層数分布は、任意の適切な装置によって測定すれば良い。好ましくは、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過電子顕微鏡(TEM)によって測定される。例えば、カーボンナノチューブ集合体から少なくとも10本、好ましくは20本以上のカーボンナノチューブを取り出してSEMあるいはTEMによって測定し、層数および層数分布を評価すれば良い。
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数は、好ましくは5層〜30層であり、より好ましくは10層〜30層であり、さらに好ましくは15層〜30層であり、特に好ましくは15層〜25層である。
上記カーボンナノチューブの層数の最小層数は、好ましくは1層〜10層であり、より好ましくは1層〜5層である。
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性、高い比表面積、優れた粘着特性を兼ね備えることができるとともに、本発明の吸着材としたときには、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
上記層数分布の最頻値の相対頻度は、25%以下であり、好ましくは1%〜25%であり、より好ましくは5%〜25%であり、さらに好ましくは10%〜25%であり、特に好ましくは15%〜25%である。上記層数分布の最頻値の相対頻度が上記範囲内にあることにより、上記カーボンナノチューブは優れた機械的特性、高い比表面積、優れた粘着特性を兼ね備えることができるとともに、本発明の吸着材としたときには、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
上記層数分布の最頻値は、好ましくは層数2層から層数10層に存在し、さらに好ましくは層数3層から層数10層に存在する。上記層数分布の最頻値が上記範囲内にあることにより、上記カーボンナノチューブは優れた機械的特性、高い比表面積、優れた粘着特性を兼ね備えることができるとともに、本発明の吸着材としたときには、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
<第2の好ましい実施形態>
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブ集合体の好ましい実施形態の別の1つ(以下、第2の好ましい実施形態と称することがある)は、複数のカーボンナノチューブを備え、該カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の最頻値が層数10層以下に存在し、該最頻値の相対頻度が30%以上である。
上記カーボンナノチューブの層数分布の分布幅は、好ましくは9層以下であり、より好ましくは1層〜9層であり、さらに好ましくは2層〜8層であり、特に好ましくは3層〜8層である。
上記カーボンナノチューブの層数分布の「分布幅」とは、カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数との差をいう。
カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が上記範囲内にあることにより、該カーボンナノチューブは優れた機械的特性、高い比表面積、優れた粘着特性を兼ね備えることができるとともに、本発明の吸着材としたときには、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
上記カーボンナノチューブの層数、層数分布は、任意の適切な装置によって測定すれば良い。好ましくは、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過電子顕微鏡(TEM)によって測定される。例えば、カーボンナノチューブ集合体から少なくとも10本、好ましくは20本以上のカーボンナノチューブを取り出してSEMあるいはTEMによって測定し、層数および層数分布を評価すれば良い。
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数は、好ましくは1層〜20層であり、より好ましくは2層〜15層であり、さらに好ましくは3層〜10層である。
上記カーボンナノチューブの層数の最小層数は、好ましくは1層〜10層であり、より好ましくは1層〜5層である。
上記カーボンナノチューブの層数の最大層数と最小層数が上記範囲内にあることにより、上記カーボンナノチューブは優れた機械的特性、高い比表面積、優れた粘着特性を兼ね備えることができるとともに、本発明の吸着材としたときには、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
上記層数分布の最頻値の相対頻度は、30%以上であり、好ましくは30%〜100%であり、より好ましくは30%〜90%であり、さらに好ましくは30%〜80%であり、特に好ましくは30%〜70%である。上記層数分布の最頻値の相対頻度が上記範囲内にあることにより、上記カーボンナノチューブは優れた機械的特性、高い比表面積、優れた粘着特性を兼ね備えることができるとともに、本発明の吸着材としたときには、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
上記層数分布の最頻値は、層数10層以下に存在し、好ましくは層数1層から層数10層に存在し、より好ましくは層数2層から層数8層に存在し、さらに好ましくは層数2層から層数6層に存在する。本発明において、上記層数分布の最頻値が上記範囲内にあることにより、上記カーボンナノチューブは優れた機械的特性、高い比表面積、優れた粘着特性を兼ね備えることができるとともに、本発明の吸着材としたときには、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
≪カーボンナノチューブ集合体の製造方法≫
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブ集合体の製造方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブ集合体の製造方法としては、例えば、平滑な基板の上に触媒層を構成し、熱、プラズマなどにより触媒を活性化させた状態で炭素源を充填し、カーボンナノチューブを成長させる、化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition:CVD法)によって、基板からほぼ垂直に配向したカーボンナノチューブ集合体を製造する方法が挙げられる。この場合、例えば、基板を取り除けば、長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体が得られる。
上記基板としては、任意の適切な基板を採用し得る。例えば、平滑性を有し、カーボンナノチューブの製造に耐え得る高温耐熱性を有する材料が挙げられる。このような材料としては、例えば、石英ガラス、シリコン(シリコンウェハなど)、アルミニウムなどの金属板などが挙げられる。上記基板は、そのまま、本発明の微粒子分離部材が含み得る軸状基材や基材として用いることができる。
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブ集合体を製造するための装置としては、任意の適切な装置を採用し得る。例えば、熱CVD装置としては、図2に示すような、筒型の反応容器を抵抗加熱式の電気管状炉で囲んで構成されたホットウォール型などが挙げられる。その場合、反応容器としては、例えば、耐熱性の石英管などが好ましく用いられる。
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る触媒(触媒層の材料)としては、任意の適切な触媒を用い得る。例えば、鉄、コバルト、ニッケル、金、白金、銀、銅などの金属触媒が挙げられる。
本発明の吸着材が有するカーボンナノチューブ集合体を製造する際、必要に応じて、基板と触媒層の中間にアルミナ/親水性膜を設けても良い。
アルミナ/親水性膜の作製方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。例えば、基板の上にSiO膜を作製し、Alを蒸着後、450℃まで昇温して酸化させることにより得られる。このような作製方法によれば、Alが親水性のSiO膜と相互作用し、Alを直接蒸着したものよりも粒子径の異なるAl面が形成される。基板の上に、親水性膜を作製することを行わずに、Alを蒸着後に450℃まで昇温して酸化させても、粒子径の異なるAl面が形成され難いおそれがある。また、基板の上に、親水性膜を作製し、Alを直接蒸着しても、粒子径の異なるAl面が形成され難いおそれがある。
本発明の吸着材が有し得るカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る触媒層の厚みは、微粒子を形成させるため、好ましくは0.01nm〜20nmであり、より好ましくは0.1nm〜10nmである。本発明の吸着材が有し得るカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る触媒層の厚みが上記範囲内にあることによって、上記カーボンナノチューブ集合体は優れた機械的特性、高い比表面積、優れた粘着特性を兼ね備えることができるとともに、本発明の吸着材としたときには、より多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位により容易に固定して用いることができる。
触媒層の形成方法は、任意の適切な方法を採用し得る。例えば、金属触媒をEB(電子ビーム)、スパッタなどにより蒸着する方法、金属触媒微粒子の懸濁液を基板上に塗布する方法などが挙げられる。
触媒層は、その形成後に、フォトリソグラフィ加工によって、任意の適切な直径のパターンに加工しても良い。このようなフォトリソグラフィ加工により、最終的に、所望の直径を有するカーボンナノチューブ集合体を製造することができる。
本発明の吸着材が有し得るカーボンナノチューブ集合体の製造に用い得る炭素源としては、任意の適切な炭素源を用い得る。例えば、メタン、エチレン、アセチレン、ベンゼンなどの炭化水素;メタノール、エタノールなどのアルコール;などが挙げられる。
本発明の吸着材が有し得るカーボンナノチューブ集合体の製造における製造温度としては、任意の適切な温度を採用し得る。たとえば、本発明の効果を十分に発現し得る触媒粒子を形成させるため、好ましくは400℃〜1000℃であり、より好ましくは500℃〜900℃であり、さらに好ましくは600℃〜800℃である。
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、各種評価や測定は、以下の方法により行った。また、特記しない限り、%は重量%を意味する。
<カーボンナノチューブ集合体の長さおよび直径の測定>
カーボンナノチューブ集合体の長さおよび直径は、走査型電子顕微鏡(SEM)によって測定した。
<カーボンナノチューブ集合体におけるカーボンナノチューブの層数・層数分布の評価>
カーボンナノチューブ集合体におけるカーボンナノチューブの層数および層数分布は、走査型電子顕微鏡(SEM)および/または透過電子顕微鏡(TEM)によって測定した。得られたカーボンナノチューブ集合体の中から少なくとも10本以上、好ましくは20本以上のカーボンナノチューブをSEMおよび/またはTEMにより観察し、各カーボンナノチューブの層数を調べ、層数分布を作成した。
<せん断接着力の測定>
ガラス(MATSUNAMI スライドガラス27mm×56mm)に、1cm単位面積に切り出した吸着材の先端(実施例で得られる吸着材については、カーボンナノチューブの先端)が接触するように載置し、5kgのローラーを一往復させて飛行時間型二次イオン質量分析装置用試料固定部材の先端をガラスに圧着した。その後、30分間放置した。引張り試験機(Instro Tensil Tester)で引張速度50mm/minにて、室温(25℃)にてせん断試験を行い、得られたピークをせん断接着力とした。
<ガス吸着の評価>
20mlのガラス製ボトルに流動パラフィン(和光純薬工業製、1級)1gを入れて密封し、200℃で1時間加熱した後、ボトル内の気相部分の300μlを、ガラスチューブ(内径2mm)内に固定または静置した吸着材に吸着させた。ここで用いた吸着材は下記のいずれかである。
・実施例で得られた本発明の吸着材:0.15mg
・GC用ポリマー型充填剤(ジーエルサイエンス製、TenaxTA、60/80mesh):1.2mg
・GC用ポリマー型充填剤(ジーエルサイエンス製、TenaxGR、60/80mesh):1.2mg
・カーボンナノチューブ粉末(ナノシル社製、shortDWNT):0.15mg
その後、300℃で10分間加熱抽出し、発生したガスを、マイクロジェット・クライオトラップを用いて液体窒素でGCカラムの一部に凝縮捕集した後、GC/MS測定を行った。
<GC/MSの詳細>
(1)分析装置
DSP:PY−2020iD(フォロンティアラボ製)
GC:Agilent6890(Agilent Technologies製)
MSD:Agilent5973N(Agilent Technologies製)
(2)測定条件
DSP:ダブルショットパイロライザー
試料カップ:エコカップLF
加熱温度:300℃×10分間
インターフェース温度:Autoモード(加熱炉温度+100℃(上限300℃))
加熱雰囲気:He
(3)GC/MS条件
カラム:ULTRA ALLOY+5(0.25μm、0.25mmφ×30m、フロンティアラボ製)
カラム温度:40℃(3分間ホールド)から15℃/分で昇温して300℃で10分間ホールド
キャリアーガス:He(1ml/分、コンスタントモード)
注入口:スプリットモード(スプリット比=10:1、トータル流量=13ml/分、温度=300℃)
イオン化法:FI
イオン電圧:70eV
インターフェース温度:300℃
イオン源温度:230℃
検出器温度:150℃
測定質量範囲:m/z=10〜800
TIC質量範囲:29〜800
<特定のガスの吸着割合>
(吸収されたガスの量/吸着材に接触させたガスの全量)×100(重量基準)で算出される値を、特定のガスの吸着割合(%)とした。
<全ガスの吸着割合>
(吸収された全ガスの量/吸着材に接触させた全ガスの全量)×100(重量基準)で算出される値を、全ガスの吸着割合(%)とした。
[実施例1]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、Al薄膜(厚み10nm)を形成した。このAl薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み0.35nm)を蒸着した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、5分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(1)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(1)が備えるカーボンナノチューブの長さは100μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(1)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は1層に存在し、相対頻度は61%であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体(1)を吸着材(1)とし、これを用いて、各種評価を行った。
評価結果を表1に示す。
[実施例2]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、Al2O3薄膜(厚み10nm)を形成した。このAl2O3薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み1nm)を蒸着した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、25分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(2)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(2)が備えるカーボンナノチューブの長さは500μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(2)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は2層に存在し、相対頻度は75%であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体(2)を吸着材(2)とし、これを用いて、各種評価を行った。
評価結果を表1に示す。
[実施例3]
基板としてのシリコンウェハ(シリコンテクノロジー製)上に、スパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)により、Al2O3薄膜(厚み10nm)を形成した。このAl2O3薄膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み2.0nm)を蒸着した。
その後、この基板を30mmφの石英管内に載置し、水分600ppmに保ったヘリウム/水素(90/50sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合ガスを管内に充填させ、25分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(3)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(3)が備えるカーボンナノチューブの長さは700μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(3)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、最頻値は3層に存在し、相対頻度は72%であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体(3)を吸着材(3)とし、これを用いて、各種評価を行った。
評価結果を表1に示す。
[実施例4]
シリコン基板(KST製、熱酸化膜付ウェハ、厚み1000μm)上に、真空蒸着装置(JEOL製、JEE−4X Vacuum Evaporator)により、Al薄膜(厚み10nm)を形成した後、450℃で1時間酸化処理を施した。このようにして、シリコン基板上にAl膜を形成した。このAl膜上に、さらにスパッタ装置(ULVAC製、RFS−200)にてFe薄膜(厚み2nm)を蒸着させて触媒層を形成した。
次に、得られた触媒層付シリコン基板をカットして、30mmφの石英管内に載置し、水分350ppmに保ったヘリウム/水素(120/80sccm)混合ガスを石英管内に30分間流して、管内を置換した。その後、電気管状炉を用いて管内を765℃まで35分間で段階的に昇温させ、765℃にて安定させた。765℃にて温度を保持したまま、ヘリウム/水素/エチレン(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合ガスを管内に充填させ、15分間放置してカーボンナノチューブを基板上に成長させ、カーボンナノチューブが長さ方向に配向しているカーボンナノチューブ集合体(4)を得た。
カーボンナノチューブ集合体(4)が備えるカーボンナノチューブの長さは300μmであった。
カーボンナノチューブ集合体(4)が備えるカーボンナノチューブの層数分布において、層数分布の分布幅は17層(4層〜20層)であり、最頻値は4層と8層に存在し、相対頻度はそれぞれ20%と20%であった。
得られたカーボンナノチューブ集合体(4)を吸着材(4)とし、これを用いて、各種評価を行った。
評価結果を表1に示す。
[比較例1]
GC用ポリマー型充填剤(ジーエルサイエンス製、TenaxTA、60/80mesh)を吸着材(C1)とし、これを用いて、各種評価を行った。
評価結果を表1に示す。
[比較例2]
GC用ポリマー型充填剤(ジーエルサイエンス製、TenaxGR、60/80mesh)を吸着材(C2)とし、これを用いて、各種評価を行った。
評価結果を表1に示す。
[比較例3]
カーボンナノチューブ粉末(ナノシル社製、shortDWNT)を吸着材(C3)とし、これを用いて、各種評価を行った。
評価結果を表1に示す。
Figure 2014200769
表1に示すように、本発明の吸着材によれば、多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位に容易に固定して用いることができる、ガスを吸着する吸着材を提供することができる。特に、表1に示すように、炭素数4以上の非極性ガスを、少なくとも60%以上の吸着割合という高効率で吸着し得る。
本発明の吸着材は、多くの種類のガスを吸着でき、且つ、任意の部位に容易に固定して用いることができるので、例えば、分析用途などに好適に利用することができる。
1000 吸着材
100 カーボンナノチューブ集合体
10 カーボンナノチューブ
10a カーボンナノチューブの片端
30 基材

Claims (3)

  1. ガスを吸着する吸着材であって、
    複数のカーボンナノチューブを備えるカーボンナノチューブ集合体を有し、
    室温におけるガラス面に対するせん断接着力が10N/cm以上である、
    吸着材。
  2. 前記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の分布幅が10層以上であり、該層数分布の最頻値の相対頻度が25%以下である、請求項1に記載の吸着材。
  3. 前記カーボンナノチューブが複数層を有し、該カーボンナノチューブの層数分布の最頻値が層数10層以下に存在し、該最頻値の相対頻度が30%以上である、請求項1に記載の吸着材。
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