JP2015067483A - Manufacturing method of fibrous carbon material - Google Patents

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拓行 円山
Hiroyuki Maruyama
拓行 円山
晃 谷口
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晃 谷口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of fibrous carbon material, capable of efficiently collecting the fibrous carbon material without damaging the fibrous carbon material.SOLUTION: The manufacturing method of fibrous carbon material includes: a step (1) of growing a fibrous carbon material 2 using a catalyst attached to the surface of a substrate 1 as nucleous; a step (2) of embedding an edge of the fibrous carbon material on the opposite side of the substrate 1 and impurities 3 derived from the catalyst attached to the edge into a softened transfer film 4, and then curing the transfer film 4; a step (3) of transferring the fibrous carbon material 2 from the substrate 1 to the transfer film 4 after the step (2); and a step (4) of cutting the vicinity of the base part in a portion of the fibrous carbon material 2 transferred to the transfer film 4, which is exposed from the transfer film 4, with cutting means.

Description

本発明は、繊維状カーボン材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a fibrous carbon material.

従来より、化学気相成長法(CVD法)を用いて、基板の表面に付着した触媒を核として、カーボンナノチューブ等の繊維状カーボン材料を成長させる手法が知られている(例えば、特許文献1)。CVD法では、高温環境下において、炭素含有ガス(CVDガス)を、鉄やニッケル等の金属を含む触媒と接触反応させることで、基板上に繊維状カーボン材料を成長させることができる。   Conventionally, a method of growing a fibrous carbon material such as a carbon nanotube using a chemical vapor deposition method (CVD method) with a catalyst attached to the surface of a substrate as a nucleus is known (for example, Patent Document 1). ). In the CVD method, a fibrous carbon material can be grown on a substrate by bringing a carbon-containing gas (CVD gas) into contact with a catalyst containing a metal such as iron or nickel in a high temperature environment.

基板上で得られた繊維状カーボン材料の回収方法としては、例えば、図5の(a)に示す、基板31上に生成した繊維状カーボン材料32を、図5の(b)に示すように、へら35を用いて基板31から剥離することが考えられる。
また、特許文献2では、図6の(a)に示す、基板31上に生成した繊維状カーボン材料32に、図6の(b)に示すように、高温水36を高圧噴射して繊維状カーボン材料32を基板31から剥離することが提案されている。
As a method for recovering the fibrous carbon material obtained on the substrate, for example, the fibrous carbon material 32 generated on the substrate 31 shown in FIG. 5A is obtained as shown in FIG. It is conceivable to peel off the substrate 31 using the spatula 35.
Moreover, in patent document 2, as shown to (b) of FIG. 6, high temperature water 36 is injected into the fibrous carbon material 32 produced | generated on the board | substrate 31 shown to (a) of FIG. It has been proposed to peel the carbon material 32 from the substrate 31.

しかし、基板31および繊維状カーボン材料2には触媒由来の不純物33(金属酸化物等)が付着している。触媒由来の不純物33は、基板31の表面および繊維状カーボン材料32の基板31側の端部に付着し、繊維状カーボン材料32の基部での成長に寄与した触媒に由来する不純物33aと、基板31の表面に付着し、繊維状カーボン材料32の成長に寄与しなかった触媒に由来する不純物33bと、繊維状カーボン材料32の基板31側と反対側の端部に付着し、繊維状カーボン材料32の先端での成長に寄与した触媒に由来する不純物33cとを含む。
よって、上記の図5および6に示す回収方法では、繊維状カーボン材料32と同時に触媒由来の不純物33も回収されるため、繊維状カーボン材料32の回収率が低下する。
However, impurities 33 (metal oxide or the like) derived from the catalyst adhere to the substrate 31 and the fibrous carbon material 2. Impurity 33 derived from the catalyst adheres to the surface of the substrate 31 and the end of the fibrous carbon material 32 on the substrate 31 side, and contributes to the growth at the base of the fibrous carbon material 32. The fibrous carbon material adheres to the surface of 31 and impurities 33b derived from the catalyst that has not contributed to the growth of the fibrous carbon material 32, and the end of the fibrous carbon material 32 opposite to the substrate 31. And impurities 33c derived from the catalyst that contributed to the growth at the tip of 32.
Therefore, in the collection method shown in FIGS. 5 and 6 above, the catalyst-derived impurities 33 are also collected at the same time as the fibrous carbon material 32, so that the collection rate of the fibrous carbon material 32 is lowered.

不純物を含有することによる繊維状カーボン材料の回収率の低下を抑制する方法としては、非特許文献1に記載のように、強酸を用いて繊維状カーボン材料から触媒由来の不純物を除去することが考えられる。   As a method for suppressing a decrease in the recovery rate of the fibrous carbon material due to the inclusion of impurities, as described in Non-Patent Document 1, removing impurities derived from the catalyst from the fibrous carbon material using a strong acid. Conceivable.

特許第3985029号明細書Japanese Patent No. 3985029 特開2011−84446号公報JP 2011-84446 A

J.G.Wiltshire et al., Chem. Phys. Lett. 386, 239-243 (2004)J.G.Wiltshire et al., Chem. Phys. Lett. 386, 239-243 (2004)

しかし、非特許文献1記載の方法では、繊維状カーボン材料が酸化力の強い薬剤と接触するために、繊維状カーボン材料自体にダメージを与えてしまうという問題がある。   However, the method described in Non-Patent Document 1 has a problem in that the fibrous carbon material itself is damaged because the fibrous carbon material comes into contact with a chemical having strong oxidizing power.

そこで、本発明は、繊維状カーボン材料にダメージを与えることなく、繊維状カーボン材料を効率良く回収することが可能な繊維状カーボン材料の製造方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the fibrous carbon material which can collect | recover a fibrous carbon material efficiently, without damaging a fibrous carbon material.

本発明は、以下のとおりである。
[1](1)基板の表面に付着した触媒を核として繊維状カーボン材料を成長させる工程と;
(2)繊維状カーボン材料の基板側と反対側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物を、軟化した転写フィルムに埋め込んだ後、転写フィルムを硬化させる工程と;
(3)工程(2)の後、繊維状カーボン材料を、基板から転写フィルムに転写して、基板、および当該基板の表面に付着した触媒由来の不純物から分離する工程と;
(4)転写フィルムに転写させた繊維状カーボン材料における転写フィルムから露出する部分における基部近傍を、切断手段を用いて切断して、繊維状カーボン材料の大部分を、繊維状カーボン材料における転写フィルム側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物が埋め込まれた転写フィルムと分離し、回収する工程と;
を含むことを特徴とする繊維状カーボン材料の製造方法。
The present invention is as follows.
[1] (1) A step of growing a fibrous carbon material with a catalyst attached to the surface of the substrate as a nucleus;
(2) a step of curing the transfer film after embedding the end portion of the fibrous carbon material opposite to the substrate side and the catalyst-derived impurities attached to the end portion in the softened transfer film;
(3) after the step (2), transferring the fibrous carbon material from the substrate to a transfer film and separating the substrate and impurities derived from the catalyst attached to the surface of the substrate;
(4) The vicinity of the base in the portion exposed from the transfer film in the fibrous carbon material transferred to the transfer film is cut using a cutting means, and most of the fibrous carbon material is transferred to the transfer film in the fibrous carbon material. Separating and recovering from the transfer film embedded with the catalyst-derived impurities attached to the edge and the edge;
The manufacturing method of the fibrous carbon material characterized by including.

[2]転写フィルムは、厚み10〜1000μmの樹脂フィルムであり、
樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなることを特徴とする[1]記載の繊維状カーボン材料の製造方法。
[3]熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、およびポリフッ化ビニリデンからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする[2]記載の繊維状カーボン材料の製造方法。
[4]熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする[2]記載の繊維状カーボン材料の製造方法。
[5]切断手段は、レーザまたはブレードであることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか1つに記載の繊維状カーボン材料の製造方法。
[2] The transfer film is a resin film having a thickness of 10 to 1000 μm,
The method for producing a fibrous carbon material according to [1], wherein the resin film is made of a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
[3] The method for producing a fibrous carbon material according to [2], wherein the thermoplastic resin is at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyimide, and polyvinylidene fluoride.
[4] The method for producing a fibrous carbon material according to [2], wherein the thermosetting resin is an epoxy resin.
[5] The method for producing a fibrous carbon material according to any one of [1] to [4], wherein the cutting means is a laser or a blade.

[6]工程(3)で分離した基板を再利用して、工程(1)において繊維状カーボン材料を成長させることを特徴とする[1]〜[5]のいずれか1つに記載の繊維状カーボン材料の製造方法。
[7]工程(1)において基板の一方の表面で成長させる繊維状カーボン材料の平均長さが、10〜1000μmであることを特徴とする[1]〜[6]のいずれか1つに記載の繊維状カーボン材料の製造方法。
[6] The fiber according to any one of [1] to [5], wherein the fibrous carbon material is grown in step (1) by reusing the substrate separated in step (3). Method for producing a carbonaceous material.
[7] The average length of the fibrous carbon material grown on one surface of the substrate in the step (1) is 10 to 1000 μm, as described in any one of [1] to [6] Manufacturing method of fibrous carbon material.

本発明によれば、繊維状カーボン材料にダメージを与えることなく、繊維状カーボン材料を効率良く回収することが可能な繊維状カーボン材料の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the fibrous carbon material which can collect | recover a fibrous carbon material efficiently can be provided, without damaging a fibrous carbon material.

(a)〜(e)は、本発明の繊維状カーボン材料の製造方法の一例を示す概略縦断面図であり、(a)は工程(1)の状態、(b)は工程(2)の状態、(c)は工程(3)の状態、(d)は工程(4)の状態、(e)は工程(4)で切断された繊維状カーボン材料が回収された状態を示す。(A)-(e) is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows an example of the manufacturing method of the fibrous carbon material of this invention, (a) is the state of process (1), (b) is process (2). The state, (c) shows the state in step (3), (d) shows the state in step (4), and (e) shows the state in which the fibrous carbon material cut in step (4) has been recovered. 図1の製造方法における工程(4)の他の一例を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows another example of the process (4) in the manufacturing method of FIG. 本発明の繊維状カーボン材料を連続的に製造する方法の一例を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows an example of the method of manufacturing the fibrous carbon material of this invention continuously. 本発明の繊維状カーボン材料を連続的に製造する方法の他の一例を示す概略縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows another example of the method of manufacturing the fibrous carbon material of this invention continuously. (a),(b)は、従来の繊維状カーボン材料の製造方法における繊維状カーボン材料の回収工程を示す概略縦断面図であり、(a)は触媒を担持した基板の表面に繊維状カーボン材料が生成された状態を示し、(b)は繊維状カーボン材料がヘラを用いて基板から剥離された状態を示す。(A), (b) is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the collection process of the fibrous carbon material in the manufacturing method of the conventional fibrous carbon material, (a) is fibrous carbon on the surface of the board | substrate which carried the catalyst. A state where the material is generated is shown, and (b) shows a state where the fibrous carbon material is peeled off from the substrate using a spatula. (a),(b)は、従来の他の繊維状カーボン材料の製造方法における繊維状カーボン材料の回収工程を示す概略縦断面図であり、(a)は触媒を担持した基板の表面に繊維状カーボン材料が生成された状態を示し、(b)は繊維状カーボン材料が水の噴射により基板から剥離された状態を示す。(A), (b) is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the collection | recovery process of the fibrous carbon material in the other conventional manufacturing method of fibrous carbon material, (a) is a fiber on the surface of the board | substrate which supported the catalyst. (B) shows a state in which the fibrous carbon material is peeled from the substrate by jetting water.

本発明は、繊維状カーボン材料の製造方法に関し、以下の工程(1)〜(4)を含む。
工程(1):基板の表面に付着した触媒を核として繊維状カーボン材料を成長させる。
工程(2):繊維状カーボン材料の基板側と反対側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物を、軟化した転写フィルムに埋め込んだ後、転写フィルムを硬化させる。
工程(3):工程(2)の後、繊維状カーボン材料を、基板から転写フィルムに転写して、基板、および当該基板の表面に付着した触媒由来の不純物から分離する。
工程(4):転写フィルムに転写させた繊維状カーボン材料における転写フィルムから露出する部分における基部近傍を、切断手段を用いて切断して、繊維状カーボン材料の大部分を、繊維状カーボン材料における転写フィルム側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物が埋め込まれた転写フィルムと分離し、回収する。
The present invention relates to a method for producing a fibrous carbon material, and includes the following steps (1) to (4).
Step (1): A fibrous carbon material is grown using the catalyst attached to the surface of the substrate as a nucleus.
Step (2): After embedding the end portion of the fibrous carbon material opposite to the substrate side and the catalyst-derived impurities attached to the end portion in the softened transfer film, the transfer film is cured.
Step (3): After the step (2), the fibrous carbon material is transferred from the substrate to the transfer film, and separated from the substrate and the catalyst-derived impurities attached to the surface of the substrate.
Step (4): The vicinity of the base in the portion of the fibrous carbon material transferred to the transfer film that is exposed from the transfer film is cut using a cutting means, so that most of the fibrous carbon material is in the fibrous carbon material. The transfer film is separated from the transfer film side end and the transfer film embedded with the catalyst-derived impurities attached to the end and collected.

本発明では、繊維状カーボン材料を、基板上に付着した不純物と分離して回収することができる。また、繊維状カーボン材料を、当該繊維状カーボン材料の先端部に付着した不純物と分離して回収することができる。このため、繊維状カーボン材料の回収率を高めることができる。
本発明では、酸化力の強い薬剤を用いることなく不純物を分離することができるため、繊維状カーボン材料が酸化力の強い薬剤と接触して繊維状カーボン材料の側壁にダメージを与えることがない。
In the present invention, the fibrous carbon material can be separated and recovered from impurities adhering to the substrate. Further, the fibrous carbon material can be separated and recovered from impurities attached to the tip of the fibrous carbon material. For this reason, the recovery rate of the fibrous carbon material can be increased.
In the present invention, since impurities can be separated without using a strong oxidizing agent, the fibrous carbon material does not come into contact with the strong oxidizing agent and damage the side walls of the fibrous carbon material.

繊維状カーボン材料としては、例えば、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンナノファイバー、カーボンナノコイル、カーボンナノウオール、カーボンナノホーンが挙げられる。
例えば、CNTは、グラフェンシートの巻き方により変化する電気的性質、高い熱伝導性、機械的強度を有し、様々な用途が期待されている。例えば、高い機械的強度を活かして、強化プラスチックや走査型プローブ顕微鏡の探針に用いられる。優れた電気的特性を活かして、電解放出ディスプレイの電解放出源に用いられる。表面積の大きさを活かして、ガス吸収材、燃料電池の電極触媒、キャパシタ電極に用いられる。
Examples of the fibrous carbon material include carbon nanotube (CNT), carbon nanofiber, carbon nanocoil, carbon nanowall, and carbon nanohorn.
For example, CNT has electrical properties that change depending on how the graphene sheet is wound, high thermal conductivity, and mechanical strength, and is expected to be used in various ways. For example, it is used for the probe of a reinforced plastic or a scanning probe microscope by taking advantage of high mechanical strength. Utilizing excellent electrical characteristics, it is used as a field emission source for field emission displays. Utilizing the size of the surface area, it is used for gas absorbers, fuel cell electrode catalysts, and capacitor electrodes.

[工程(1)]
繊維状カーボン材料の生成には、化学気相成長法(CVD法)が用いられる。高温環境下にて触媒を担持した基板に反応ガスを供給することで、触媒を核として繊維状カーボン材料が成長する。このとき、繊維状カーボン材料の基板側と反対側の端部に触媒が付着した状態で、繊維状カーボン材料の基板側と反対側の端部より繊維状カーボン材料が成長したり、繊維状カーボン材料の基板側の端部に触媒が付着した状態で、繊維状カーボン材料の基板側の端部より繊維状カーボン材料が成長したりする場合がある。
繊維状カーボン材料は、基板から略垂直方向に延びるように成長する。基板から略垂直方向に配向した繊維状カーボン材料が密集して生成されることで、基板の表面に繊維状カーボン材料の層が形成されている。
[Step (1)]
For the production of the fibrous carbon material, a chemical vapor deposition method (CVD method) is used. By supplying the reaction gas to the substrate carrying the catalyst in a high temperature environment, a fibrous carbon material grows with the catalyst as a nucleus. At this time, with the catalyst attached to the end of the fibrous carbon material opposite to the substrate side, the fibrous carbon material grows from the end of the fibrous carbon material opposite to the substrate side, or the fibrous carbon material The fibrous carbon material may grow from the end of the fibrous carbon material on the substrate side in a state where the catalyst is attached to the end of the material on the substrate side.
The fibrous carbon material grows so as to extend in a substantially vertical direction from the substrate. A fibrous carbon material oriented in a substantially vertical direction from the substrate is formed densely, so that a layer of the fibrous carbon material is formed on the surface of the substrate.

繊維状カーボン材料の生成方法としては、本発明における触媒を担持した基板を用いた手法以外に、流動床型反応容器内に触媒粒子を充填し、触媒粒子を流動させながら、触媒粒子の表面に繊維状カーボン材料を生成させる手法が挙げられる。
しかし、流動床型反応容器を用いた方法では、成長過程の繊維状カーボン材料が付着した触媒粒子同士が衝突したり、当該触媒粒子が反応容器の内壁に衝突したりすることで、繊維状カーボン材料の成長が抑制される場合がある。また、流動床型反応容器内を触媒が通過しながらCNTが合成されるため、反応時間が短い。よって、得られる繊維状カーボン材料は、長さが短い。また、回収される繊維状カーボン材料中に触媒由来の不純物が多く含まれるという問題があった。
これに対して、触媒が付着した基板上において繊維状カーボン材料を成長させる本発明の手法では、50〜1000μm程度に長い繊維状カーボン材料を生成させることが可能である。
As a method for producing the fibrous carbon material, in addition to the method using the substrate carrying the catalyst in the present invention, the catalyst particles are filled in the fluidized bed type reaction vessel, and the catalyst particles are flowed to the surface of the catalyst particles. A technique for generating a fibrous carbon material is mentioned.
However, in the method using the fluidized bed reaction vessel, the catalyst particles to which the fibrous carbon material in the growing process collides with each other, or the catalyst particles collide with the inner wall of the reaction vessel. Material growth may be suppressed. Further, since the CNT is synthesized while the catalyst passes through the fluidized bed type reaction vessel, the reaction time is short. Therefore, the obtained fibrous carbon material has a short length. In addition, there is a problem that the recovered fibrous carbon material contains a large amount of impurities derived from the catalyst.
On the other hand, in the method of the present invention in which the fibrous carbon material is grown on the substrate to which the catalyst is attached, it is possible to generate a fibrous carbon material that is as long as about 50 to 1000 μm.

基板には、公知のものを用いればよい。基板の材質には、例えば、シリコン、ステンレス鋼、石英ガラスが用いられる。基板の厚みは、例えば、50〜1000μmである。   A known substrate may be used as the substrate. For example, silicon, stainless steel, or quartz glass is used as the material of the substrate. The thickness of the substrate is, for example, 50 to 1000 μm.

触媒としては、公知のものを用いればよい。触媒は、例えば、鉄やニッケル等の金属を含む。触媒の担持方法としては、公知の手法を用いればよい。基板の表面に層状の触媒(例えば、厚み0.5〜5nm)を担持してもよく、基板の表面に粒子状の触媒(例えば、平均粒径(D50)1〜50nm)を担持してもよい。   A known catalyst may be used as the catalyst. A catalyst contains metals, such as iron and nickel, for example. A known method may be used as a catalyst loading method. A layered catalyst (for example, a thickness of 0.5 to 5 nm) may be supported on the surface of the substrate, or a particulate catalyst (for example, an average particle diameter (D50) of 1 to 50 nm) may be supported on the surface of the substrate. Good.

ここで、図1の(a)は、工程(1)の状態の一例を示す。
基板1の表面に繊維状カーボン材料2が形成されている。CVD法により繊維状カーボン材料2が生成された後において、基板1および繊維状カーボン材料2には、触媒に由来する不純物3が付着している。触媒に由来する不純物3は、基板1の表面および繊維状カーボン材料2の基板1側の端部に付着し、繊維状カーボン材料2の基部での成長に寄与した触媒に由来する不純物3aと、基板1の表面に付着し、繊維状カーボン材料2の成長に寄与しなかった触媒に由来する不純物3bと、繊維状カーボン材料2の基板1側と反対側の端部に付着し、繊維状カーボン材料2の先端部での成長に寄与した触媒に由来する不純物3cとを含む。
Here, FIG. 1A shows an example of the state of the step (1).
A fibrous carbon material 2 is formed on the surface of the substrate 1. After the fibrous carbon material 2 is generated by the CVD method, impurities 3 derived from the catalyst are attached to the substrate 1 and the fibrous carbon material 2. Impurity 3 derived from the catalyst adheres to the surface of the substrate 1 and the end of the fibrous carbon material 2 on the substrate 1 side, and contributes to the growth at the base of the fibrous carbon material 2, and the impurity 3a derived from the catalyst, Impurities 3b derived from a catalyst that has adhered to the surface of the substrate 1 and did not contribute to the growth of the fibrous carbon material 2, and adhered to the end of the fibrous carbon material 2 opposite to the substrate 1 side. And impurities 3 c derived from the catalyst that contributed to the growth at the tip of the material 2.

[工程(2)]
工程(2)では、例えば、表面に繊維状カーボン材料が生成された基板に、軟化した転写フィルムを重ね合わせて得られた積層体に所定の圧力を加えることで、繊維状カーボン材料の一部が転写フィルム中に埋め込まれる。繊維状カーボン材料の一部を転写フィルムに埋め込んだ後に、転写フィルムを硬化させる。ここでいう軟化した状態とは、溶融した状態を含む。
[Step (2)]
In step (2), for example, a predetermined pressure is applied to the laminate obtained by superimposing the softened transfer film on the substrate on which the fibrous carbon material is generated, so that a part of the fibrous carbon material is obtained. Embedded in the transfer film. After embedding a part of the fibrous carbon material in the transfer film, the transfer film is cured. The softened state here includes a melted state.

工程(3)における基板から転写フィルムへの転写に対する信頼性、工程(4)における繊維状カーボン材料の回収率(回収される繊維状カーボン材料の繊維長さ)、工程(4)における繊維状カーボン材料の不純物との分離に対する信頼性、工程(4)で繊維状カーボン材料の大部分と分離された転写フィルムの再利用の観点から、繊維状カーボン材料の基材側と反対側の端部、および当該端部に付着する不純物は、転写フィルムの最表面から1〜10μm程度の深さまでの領域に埋め込むのが好ましい。   Reliability for transfer from substrate to transfer film in step (3), recovery rate of fibrous carbon material in step (4) (fiber length of recovered fibrous carbon material), fibrous carbon in step (4) From the viewpoint of the reliability of separation of the material from impurities and the reuse of the transfer film separated from the majority of the fibrous carbon material in step (4), the end of the fibrous carbon material opposite to the substrate side, The impurities adhering to the end are preferably embedded in a region from the outermost surface of the transfer film to a depth of about 1 to 10 μm.

軟化した転写フィルムの粘度は、0.1〜5Pa・sが好ましい。上記の積層体に加える圧力は、1〜2kg/cmが好ましい。上記粘度および圧力の範囲であれば、繊維状カーボン材料の端部、および当該端部に付着する不純物を、上述した転写フィルムの最表面から1〜10μm程度の深さまでの適度な領域に埋め込むことができる。 The viscosity of the softened transfer film is preferably 0.1 to 5 Pa · s. As for the pressure added to said laminated body, 1-2 kg / cm < 2 > is preferable. If it is the range of the said viscosity and pressure, the edge part of fibrous carbon material and the impurity adhering to the said edge part are embedded in the appropriate area | region from the outermost surface of the transfer film mentioned above to the depth of about 1-10 micrometers. Can do.

転写フィルムの軟らかさの調整方法としては、転写フィルムの温度を変えたり、転写フィルムに含まれる化合物の化学反応(例えば、重合反応や架橋反応)を利用したりする方法が挙げられる。   Examples of the method for adjusting the softness of the transfer film include a method of changing the temperature of the transfer film and utilizing a chemical reaction (for example, a polymerization reaction or a crosslinking reaction) of a compound contained in the transfer film.

工程(3)における基板から転写フィルムへの転写に対する信頼性の観点から、転写フィルムの厚みは、10〜1000μmが好ましい。   From the viewpoint of reliability with respect to transfer from the substrate to the transfer film in the step (3), the thickness of the transfer film is preferably 10 to 1000 μm.

転写フィルムには、例えば、樹脂フィルムが用いられる。
樹脂フィルムの材質としては、例えば、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂が挙げられる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド(PI)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)が挙げられる。
熱可塑性樹脂の場合、繊維状カーボン材料の一部を、所定の温度に加熱して軟化または溶融させた樹脂フィルムに埋め込んだ後、樹脂フィルムを所定の温度に冷却することで硬化させることができる。
熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂の場合、繊維状カーボン材料の一部を樹脂フィルムに埋め込んだ後、樹脂フィルムを所定の温度に加熱して硬化反応を進行させることができる。
For example, a resin film is used as the transfer film.
Examples of the material of the resin film include a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
Examples of the thermoplastic resin include polyethylene (PE), polypropylene (PP), polycarbonate (PC), polyimide (PI), and polyvinylidene fluoride (PVDF).
In the case of a thermoplastic resin, a part of the fibrous carbon material is embedded in a resin film heated to a predetermined temperature and softened or melted, and then cured by cooling the resin film to a predetermined temperature. .
Examples of the thermosetting resin include an epoxy resin. In the case of a thermosetting resin, after a part of the fibrous carbon material is embedded in the resin film, the resin film can be heated to a predetermined temperature to advance the curing reaction.

上述した転写フィルムの最表面から10〜1000μm程度の深さまでの適度な領域内での埋め込みを制御し易いことから、転写フィルムは、厚み10〜1000μmの樹脂フィルムであり、樹脂フィルムの材質は、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリカーボネート(PC)、ポリイミド(PI)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)のような熱可塑性樹脂、または熱硬化性樹脂であるのが好ましい。
さらに、樹脂フィルムを軟化させるための樹脂フィルムの加熱温度は、熱可塑性樹脂の軟化温度以上であるのが好ましい。
また、樹脂フィルムの最表面から10〜1000μm程度の深さまでの適度な領域内での埋め込みを制御し易いことから、樹脂フィルムの材質がPEの場合、PEフィルムの加熱温度は100〜150℃が好ましく、樹脂フィルムの材質がPPの場合、PPフィルムの加熱温度は130〜160℃が好ましい。
Since it is easy to control embedding within an appropriate region from the outermost surface of the transfer film described above to a depth of about 10 to 1000 μm, the transfer film is a resin film having a thickness of 10 to 1000 μm. It is preferably a thermoplastic resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polycarbonate (PC), polyimide (PI), polyvinylidene fluoride (PVDF), or a thermosetting resin.
Furthermore, the heating temperature of the resin film for softening the resin film is preferably equal to or higher than the softening temperature of the thermoplastic resin.
Moreover, since it is easy to control embedding within an appropriate region from the outermost surface of the resin film to a depth of about 10 to 1000 μm, when the material of the resin film is PE, the heating temperature of the PE film is 100 to 150 ° C. Preferably, when the material of the resin film is PP, the heating temperature of the PP film is preferably 130 to 160 ° C.

また、転写フィルムに、金属板、および金属板の一方の表面に形成された樹脂層またはゴム層からなる積層フィルムを用いてもよい。金属板は、樹脂層またはゴム層を支持する目的で用いられる。樹脂層またはゴム層に、繊維状カーボン材料の一部および不純物が埋め込まれる。
樹脂層またはゴム層は、例えば、金属板の一方の表面に、樹脂またはゴムを含む溶液を塗布した後、乾燥させて形成される。
Moreover, you may use the laminated | multilayer film which consists of a resin layer or the rubber layer formed in the one surface of a metal plate and a metal plate for a transfer film. The metal plate is used for the purpose of supporting the resin layer or the rubber layer. Part of the fibrous carbon material and impurities are embedded in the resin layer or rubber layer.
The resin layer or rubber layer is formed, for example, by applying a solution containing resin or rubber to one surface of a metal plate and then drying it.

樹脂層に用いる樹脂としては、上記の樹脂フィルムと同じ材質が用いられる。これらの中でも、CNTへの転写性に優れていることから、樹脂層に用いる樹脂は、PE、PC、PPが好ましい。
ゴムとしては、例えば、シリコンゴム、ブタジエン、フッ素ゴムが用いられる。これらの中でも、CNTとの親和性に優れていることから、シリコンゴムが好ましい。
As resin used for a resin layer, the same material as said resin film is used. Among these, PE, PC, and PP are preferable as the resin used for the resin layer because of excellent transferability to CNT.
As the rubber, for example, silicon rubber, butadiene, or fluorine rubber is used. Among these, silicon rubber is preferable because of its excellent affinity with CNT.

転写のための強度が得られるとともに、本発明の製造工程を連続的に実施する装置へ適用可能な程度の柔軟性が得られることから、樹脂層またはゴム層の厚みは、10〜1000μmが好ましい。   The strength of the transfer layer is obtained, and the flexibility of a degree that can be applied to an apparatus that continuously performs the manufacturing process of the present invention is obtained. Therefore, the thickness of the resin layer or the rubber layer is preferably 10 to 1000 μm. .

金属板に用いる金属としては、Al、Cu、Ag、Auが用いられる。
これらの中でも、廉価であることから、金属板に用いる金属は、Al、Cuが好ましい。
As the metal used for the metal plate, Al, Cu, Ag, or Au is used.
Among these, since it is inexpensive, the metal used for the metal plate is preferably Al or Cu.

転写のための強度が得られるとともに、本発明の製造工程を連続的に実施する装置へ適用可能な程度の柔軟性が得られることから、金属板の厚みは、10〜1000μmが好ましい。   The thickness of the metal plate is preferably 10 to 1000 μm because strength for transfer can be obtained and flexibility that can be applied to an apparatus that continuously performs the manufacturing process of the present invention can be obtained.

繊維状カーボン材料の層は、基板の表面において、ナノサイズの非常にきめ細かい構造を有する、多数の繊維状カーボンが密集して形成されている。そして、多数の繊維状カーボンは、基板の表面に対して略垂直方向に配向している。このため、互いに隣り合う繊維状カーボン材料同士の間に、軟化した樹脂やゴムが奥深く入り込むことはなく、繊維状カーボン材料の層の上面に樹脂フィルムや積層フィルムが載置された状態が維持される。   The layer of the fibrous carbon material is formed of a large number of fibrous carbons having a very fine structure of nano size on the surface of the substrate. Many fibrous carbons are oriented in a direction substantially perpendicular to the surface of the substrate. For this reason, softened resin or rubber does not penetrate deeply between the adjacent fibrous carbon materials, and the state where the resin film or laminated film is placed on the upper surface of the fibrous carbon material layer is maintained. The

ここで、図1の(b)は、工程(2)の状態の一例を示す。
繊維状カーボン材料2の基板1側と反対側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物3cは、転写フィルム4中に埋め込まれている。
Here, FIG. 1B shows an example of the state of the step (2).
The end portion of the fibrous carbon material 2 opposite to the substrate 1 side and the catalyst-derived impurities 3 c attached to the end portion are embedded in the transfer film 4.

[工程(3)]
工程(3)では、繊維状カーボン材料の一部が転写フィルム中に埋め込まれているため、転写フィルムを基板から引き離す際に、繊維状カーボン材料は転写フィルム側に固定され、繊維状カーボン材料の基板側の端部が、基板から離れる。この時、基板の表面に付着する不純物(繊維状カーボン材料の成長に寄与した触媒に由来する不純物を含む。)は、基板に担持された触媒に由来するため、基板の表面に留まる。
[Step (3)]
In the step (3), since a part of the fibrous carbon material is embedded in the transfer film, the fibrous carbon material is fixed to the transfer film side when the transfer film is pulled away from the substrate. The end on the substrate side is separated from the substrate. At this time, impurities adhering to the surface of the substrate (including impurities derived from the catalyst that contributed to the growth of the fibrous carbon material) originate from the catalyst supported on the substrate, and thus remain on the surface of the substrate.

基板の表面に生成される繊維状カーボン材料の遊端部(基板側と反対側の端部)の高さは、僅かにばらつきがあるが、基板の表面は極めて平滑である。よって、基板から転写フィルムに繊維状カーボン材料を転写した後において、転写フィルムから露出する部分の繊維状カーボン材料の高さはほぼ一定に揃っている。すなわち、転写フィルムの表面を覆う、転写フィルムの表面に対して略垂直方向に配向した多数の繊維状カーボン材料が密集して形成された繊維状カーボン材料の層の上面(転写フィルム側と反対側の端部が集まって形成される表面)は、平滑である。   The height of the free end portion (the end portion opposite to the substrate side) of the fibrous carbon material generated on the surface of the substrate varies slightly, but the surface of the substrate is extremely smooth. Therefore, after transferring the fibrous carbon material from the substrate to the transfer film, the height of the fibrous carbon material in the portion exposed from the transfer film is substantially constant. That is, the upper surface of the fibrous carbon material layer formed by densely gathering a number of fibrous carbon materials oriented in a direction substantially perpendicular to the surface of the transfer film covering the surface of the transfer film (the side opposite to the transfer film side) The surface formed by the gathering of the end portions of the surfaces is smooth.

ここで、図1の(c)は、工程(3)の状態の一例を示す。
基板1の表面に生成した繊維状カーボン材料2が、転写フィルム4に転写されている。この転写により、繊維状カーボン材料2は、基板1、および基板1に付着した触媒由来の不純物3a、3bから分離されている。
工程(3)において繊維状カーボン材料2から分離された基板1は、繊維状カーボン材料2の生成のための触媒を担持した基板としてそのまま再利用可能である。また、酸化力の強い薬剤等を用いて基板1に付着した不純物3a、3bを除去してから、触媒を担持する前の基板として再利用してもよい。
Here, FIG. 1C shows an example of the state of the step (3).
The fibrous carbon material 2 generated on the surface of the substrate 1 is transferred to the transfer film 4. By this transfer, the fibrous carbon material 2 is separated from the substrate 1 and the impurities 3a and 3b derived from the catalyst attached to the substrate 1.
The substrate 1 separated from the fibrous carbon material 2 in the step (3) can be reused as it is as a substrate carrying a catalyst for producing the fibrous carbon material 2. Alternatively, the impurities 3a and 3b adhering to the substrate 1 may be removed using a chemical or the like having a strong oxidizing power, and then reused as a substrate before supporting the catalyst.

[工程(4)]
工程(4)では、繊維状カーボン材料の所定箇所を物理的に切断することにより、酸化力の強い薬剤を用いずに繊維状カーボン材料から不純物が除去される。このため、繊維状カーボン材料の結晶性や性状は保ったまま、繊維状カーボン材料本来の特性を損なわずに、繊維状カーボン材料を効率よく回収することができる。
[Step (4)]
In the step (4), impurities are removed from the fibrous carbon material by physically cutting a predetermined portion of the fibrous carbon material without using a chemical having strong oxidizing power. For this reason, the fibrous carbon material can be efficiently recovered while maintaining the crystallinity and properties of the fibrous carbon material without damaging the original characteristics of the fibrous carbon material.

樹脂フィルムに転写された繊維状カーボン材料を切断するための切断手段として、ブレード、かみそり刃、ガラスナイフのようなエッジが先鋭なものを用いるのが好ましい。   As a cutting means for cutting the fibrous carbon material transferred to the resin film, it is preferable to use a blade, a razor blade, a glass knife having a sharp edge.

また、より精度良く繊維状カーボン材料を回収することができ、微細加工による回収も可能であることから、切断手段にレーザを用いるのが好ましい。繊維状カーボン材料における転写フィルムの基部から一定距離の部分を、レーザを照射するにより加熱して焼き切ることで、繊維状カーボン材料の繊維長さのばらつきを大幅に低減することができる。レーザの種類としては、例えば、中性粒子レーザ、He−Neレーザ、フェムト秒レーザが挙げられる。例えば、パルス幅が100fsであるフェムト秒レーザを連続的に照射すればよい。
レーザ照射に用いるレーザ照射装置は、X軸、Y軸、およびZ軸の方向にレーザ照射位置を制御することが可能な、微小位置制御機構を備えることが好ましい。図2に示すように、レーザ5を照射する繊維状カーボン材料2の転写フィルム4からの距離を一定に制御することができ、繊維状カーボン材料2の層の切断面を平滑にすることができる。転写フィルム4の厚み方向に沿った断面からみて、繊維状カーボン材料2を図2中の左側の図における矢印の方向に直線状に切断加工することができる。
In addition, it is preferable to use a laser as the cutting means because the fibrous carbon material can be recovered with higher accuracy and can be recovered by microfabrication. By heating and burning off a portion of the fibrous carbon material at a certain distance from the base of the transfer film by irradiating with a laser, variation in fiber length of the fibrous carbon material can be greatly reduced. Examples of the type of laser include a neutral particle laser, a He—Ne laser, and a femtosecond laser. For example, a femtosecond laser having a pulse width of 100 fs may be continuously irradiated.
The laser irradiation apparatus used for laser irradiation preferably includes a minute position control mechanism capable of controlling the laser irradiation position in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. As shown in FIG. 2, the distance from the transfer film 4 of the fibrous carbon material 2 irradiated with the laser 5 can be controlled to be constant, and the cut surface of the layer of the fibrous carbon material 2 can be smoothed. . When viewed from the cross section along the thickness direction of the transfer film 4, the fibrous carbon material 2 can be linearly cut in the direction of the arrow in the diagram on the left side in FIG. 2.

また、繊維状カーボン材料の所定箇所に不活性ガス(例えば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス)または水(例えば、イオン交換水)もしくはアルコールを高圧噴射して繊維状カーボン材料を切断してもよい。   Alternatively, the fibrous carbon material may be cut by high-pressure injection of an inert gas (for example, nitrogen gas, argon gas, helium gas), water (for example, ion exchange water) or alcohol to a predetermined portion of the fibrous carbon material. Good.

ここで、図1の(d)は、工程(4)の状態の一例を示す。図1の(e)は、工程(4)で回収された繊維状カーボン材料2を示す。
繊維状カーボン材料2における転写フィルム4から露出する部分における基部近傍が、ブレード6により切断されている。
これにより、繊維状カーボン材料2の大部分が、繊維状カーボン材料2における転写フィルム4側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物3cが埋め込まれた転写フィルム4と分離され、回収される。
図1の(e)に示すように、回収された繊維状カーボン材料2は、不純物3a〜3cを含まない。
Here, (d) of FIG. 1 shows an example of the state of a process (4). (E) of FIG. 1 shows the fibrous carbon material 2 recovered in the step (4).
The vicinity of the base portion of the fibrous carbon material 2 exposed from the transfer film 4 is cut by the blade 6.
Thereby, most of the fibrous carbon material 2 is separated from the transfer film 4 side end portion in the fibrous carbon material 2 and the transfer film 4 embedded with the catalyst-derived impurities 3c attached to the end portion, Collected.
As shown to (e) of FIG. 1, the collect | recovered fibrous carbon material 2 does not contain the impurities 3a-3c.

繊維状カーボン材料2の回収方法としては、例えば、繊維状カーボン材料2を回収する際に繊維状カーボン材料2が飛散しないように、繊維状カーボン材料2を吸引して回収する方法や、電界を利用して繊維状カーボン材料2を回収する方法が挙げられる。   As a method for collecting the fibrous carbon material 2, for example, a method of sucking and collecting the fibrous carbon material 2 so that the fibrous carbon material 2 does not scatter when the fibrous carbon material 2 is collected, A method of recovering the fibrous carbon material 2 by using it is mentioned.

工程(4)において繊維状カーボン材料2から分離された転写フィルム4は、工程(1)で生成された繊維状カーボン材料2を基板1から転写するためにそのまま再利用可能である。転写フィルムは工程を通して繊維状カーボン材料2を保持する役割を有していれば良く、多少不純物が付着しても繊維状カーボン材料2に悪影響を与えることはない。転写フィルムに付着する不純物の量が多くなれば、酸化力の強い薬剤等を用いて、転写フィルム4から当該転写フィルム4中に埋め込まれた繊維状カーボン材料2の端部や不純物3cを除去すればよい。転写フィルム4の最表面から1〜10μm程度の深さまでの領域に埋め込まれたものであれば、酸化力の強い薬剤等を用いて容易に除去することができる。   The transfer film 4 separated from the fibrous carbon material 2 in the step (4) can be reused as it is for transferring the fibrous carbon material 2 produced in the step (1) from the substrate 1. The transfer film should just have the role which hold | maintains the fibrous carbon material 2 through a process, and even if a certain amount of impurities adheres, it does not have a bad influence on the fibrous carbon material 2. If the amount of impurities adhering to the transfer film increases, the edge of the fibrous carbon material 2 embedded in the transfer film 4 and the impurities 3c can be removed from the transfer film 4 using a chemical or the like having a strong oxidizing power. That's fine. Any material embedded in a region from the outermost surface of the transfer film 4 to a depth of about 1 to 10 μm can be easily removed using a chemical or the like having strong oxidizing power.

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されない。
《実施例1》
[工程(1)]
スパッタリング法によりSi基板(厚み1000μm)の表面に触媒の薄膜(厚み2μm)を形成し、触媒を担持した基板を得た。触媒には、主成分としてFeと、Fe以外にNi、Coとを含む金属触媒を用いた。触媒における各種金属のモル比は、Ni:Fe:Co=1:4:1とした。
所定の電気炉内に触媒を担時した基板を設置した後、電気炉内を水素雰囲気下700℃で10分間保持した。その後、電気炉内にCVDガス(炭素源)としてアセチレンガスを供給し、電気炉内を700℃に加熱して、基板(薄膜)の表面にCNTを成長させた。基板の表面に形成されたCNTは、平均繊維長さが約100μm、嵩密度が約15mg/cmであった。
Examples of the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to the examples.
Example 1
[Step (1)]
A catalyst thin film (thickness 2 μm) was formed on the surface of a Si substrate (thickness 1000 μm) by sputtering to obtain a substrate carrying the catalyst. As the catalyst, a metal catalyst containing Fe as a main component and Ni and Co in addition to Fe was used. The molar ratio of various metals in the catalyst was Ni: Fe: Co = 1: 4: 1.
After setting the substrate carrying the catalyst in a predetermined electric furnace, the electric furnace was held at 700 ° C. for 10 minutes in a hydrogen atmosphere. Thereafter, acetylene gas was supplied as CVD gas (carbon source) into the electric furnace, and the inside of the electric furnace was heated to 700 ° C. to grow CNTs on the surface of the substrate (thin film). The CNTs formed on the surface of the substrate had an average fiber length of about 100 μm and a bulk density of about 15 mg / cm 3 .

[工程(2)]
基板の表面に形成されたCNTの層の上に、PEフィルム(厚み50μm)を重ね合わせて得られた積層体に1kg/cmの荷重を加えた。このとき、積層体を200℃で10分間加熱した。その後、積層体を室温にまで冷却した。
[Step (2)]
A load of 1 kg / cm 2 was applied to the laminate obtained by overlaying a PE film (thickness 50 μm) on the CNT layer formed on the surface of the substrate. At this time, the laminate was heated at 200 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the laminate was cooled to room temperature.

[工程(3)]
CNTを基板からPEフィルムに転写した。
[Step (3)]
CNTs were transferred from the substrate to the PE film.

[工程(4)]
CNTの基部近傍にレーザを照射して、CNTの大部分をPEフィルムから分離し、回収した。このとき、CNTにおけるPEフィルムの表面からの高さ約20μmの位置にレーザを照射した。
[Step (4)]
The vicinity of the CNT base was irradiated with a laser to separate most of the CNT from the PE film and collect it. At this time, the laser was irradiated to the position of about 20 μm in height from the surface of the PE film in CNT.

《比較例1》
実施例1と同様の方法により、触媒を担持した基板の表面にCNTを成長させた(図6の(a))。その後、図6の(b)に示すように、基板にイオン交換水を噴射して、基板からCNTを分離し、乾燥させた。このようにして、CNTを回収した。
<< Comparative Example 1 >>
In the same manner as in Example 1, CNTs were grown on the surface of the substrate carrying the catalyst ((a) of FIG. 6). Thereafter, as shown in FIG. 6B, ion-exchanged water was sprayed onto the substrate to separate and dry the CNTs from the substrate. In this way, CNTs were collected.

《比較例2》
比較例1において基板から分離されたCNT(触媒由来の不純物を含有)を混酸(硫酸:硝酸=3:1)中に投入し、10分間撹拌した。その後、CNTを水洗し、乾燥させた。このようにして、CNTを回収した。
<< Comparative Example 2 >>
In Comparative Example 1, the CNT separated from the substrate (containing catalyst-derived impurities) was added into a mixed acid (sulfuric acid: nitric acid = 3: 1) and stirred for 10 minutes. Thereafter, the CNTs were washed with water and dried. In this way, CNTs were collected.

上記の実施例1および比較例1および2において回収されたCNTについて、以下の評価を行った。
(1)CNT中に含まれる不純物量の測定
不純物エネルギー分散型X線分析(EDX)を用いて、回収されたCNT中に含まれる触媒由来の不純物量をFe濃度として求めた。
The CNTs collected in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated as follows.
(1) Measurement of amount of impurities contained in CNT Using impurity energy dispersive X-ray analysis (EDX), the amount of impurities derived from the catalyst contained in the collected CNTs was determined as the Fe concentration.

(2)CNT表面のダメージの評価
ラマン分光法を用いて、CNT表面のダメージの有無を調べた。具体的には、CNTのラマンスペクトルにおいては、1590cm−1付近にグラファイト構造に由来のGバンドのピークと、1350cm−1付近に欠陥由来のDバンドのピークとが現れる。Gバンドのピークと、Dバンドのピークとの比(以下、G/D比)を用いて、CNT表面のダメージの度合いを評価した。なお、G/D比が大きいほどCNTの欠陥の度合いが小さいことを示す。
(2) Evaluation of damage on the CNT surface Using Raman spectroscopy, the presence or absence of damage on the CNT surface was examined. Specifically, in the Raman spectrum of CNT, a G-band peak derived from a graphite structure appears in the vicinity of 1590 cm −1 , and a defect-derived D band peak appears in the vicinity of 1350 cm −1 . The degree of damage on the CNT surface was evaluated using the ratio of the peak of the G band to the peak of the D band (hereinafter referred to as G / D ratio). In addition, it shows that the degree of the defect of CNT is so small that G / D ratio is large.

その結果、実施例1では、回収されたCNT中のFe含有量は0.1重量%であり、回収されたCNT中に含まれる不純物の量が大幅に低減された。これに対して、比較例1では、回収されたCNT中のFe含有量は1重量%であり、回収されたCNT中に不純物が多く含まれた。
また、実施例1では、回収されたCNTはG/D比が約1であり、CNT表面(側面)のダメージがほとんどなかったのに対して、比較例2では、回収されたCNTのG/D比は約0.6であり、CNT表面(側面)のダメージが多く生じていることがわかった。
As a result, in Example 1, the Fe content in the recovered CNT was 0.1% by weight, and the amount of impurities contained in the recovered CNT was greatly reduced. On the other hand, in Comparative Example 1, the Fe content in the recovered CNT was 1% by weight, and many impurities were contained in the recovered CNT.
In Example 1, the recovered CNT had a G / D ratio of about 1, and there was almost no damage on the CNT surface (side surface), whereas in Comparative Example 2, the recovered CNT G / D The D ratio was about 0.6, and it was found that much damage on the CNT surface (side surface) occurred.

《実施例2》
本実施例では、図3に示す製造装置を用いて、実施例1の工程を連続的に実施してCNTを製造する方法を示す。図3に示す製造装置は、CNT生成部21、CNT転写部22、CNT回収部23からなる。
Example 2
In this example, a method of manufacturing CNTs by continuously performing the steps of Example 1 using the manufacturing apparatus shown in FIG. The manufacturing apparatus shown in FIG. 3 includes a CNT generation unit 21, a CNT transfer unit 22, and a CNT collection unit 23.

CNT生成部21では、触媒を担持した基板の表面にCNTを成長させる工程(1)が実施される。
CNT転写部22では、CNT12の基板11側と反対側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物を、軟化した樹脂フィルム14に埋め込んだ後、樹脂フィルム14を硬化させる工程(2)と;工程(2)の後、CNT12を、基板11から樹脂フィルム14に転写して、基板11、および当該基板11の表面に付着した触媒由来の不純物から分離する工程(3)とが実施される。
In the CNT generating unit 21, a step (1) of growing CNTs on the surface of the substrate carrying the catalyst is performed.
In the CNT transfer section 22, a step of curing the resin film 14 after embedding the end of the CNT 12 opposite to the substrate 11 and the catalyst-derived impurities attached to the end in the softened resin film 14 (2 And after the step (2), the CNT 12 is transferred from the substrate 11 to the resin film 14 and separated from the substrate 11 and catalyst-derived impurities attached to the surface of the substrate 11. Is done.

CNT回収部23では、樹脂フィルム14に転写させたCNT12における樹脂フィルム14から露出する部分における基部近傍を切断して、CNT12の大部分を、CNT12における樹脂フィルム14側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物が埋め込まれた樹脂フィルム14と分離し、回収する工程(4)が実施される。   In the CNT collection part 23, the vicinity of the base part in the part exposed from the resin film 14 in the CNT 12 transferred to the resin film 14 is cut, and the most part of the CNT 12 is divided into the end part on the resin film 14 side in the CNT 12 and the end part. A step (4) of separating and recovering from the resin film 14 embedded with catalyst-derived impurities attached to the substrate is performed.

製造装置は、CNT生成部11内に触媒を担持した基板1を供給するための供給ローラ14a、CNT生成部11内を加熱するヒータ(図示しない)と、CNT生成部11内に反応ガスを供給する反応ガス供給部7とを備える。
また、製造装置は、生成部11内のガスを排出するための真空ポンプ(図示しない)を備える。
The manufacturing apparatus supplies a supply roller 14 a for supplying the substrate 1 carrying the catalyst in the CNT generating unit 11, a heater (not shown) for heating the CNT generating unit 11, and a reactive gas in the CNT generating unit 11. And a reactive gas supply unit 7.
The manufacturing apparatus also includes a vacuum pump (not shown) for discharging the gas in the generation unit 11.

製造装置は、基板11の表面に形成されたCNT12の層の上に樹脂フィルム14を供給するための供給ローラ15a、表面にCNT12の層が形成された基板11と、軟化した樹脂フィルム14とを重ね合わせた積層体を通過させて、当該積層体に所定の圧力を加えるための一対のローラ8、上記の積層体から基板11を剥離して、基板11を巻き取るための回収ローラ14bを備える。回収された基板11は、CNT12の生成のために再利用可能である。
一対のローラ8により積層体に圧力を加えることで、生成部21で生成されたCNT12における基板11側と反対側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物が、樹脂フィルム14に埋め込まれる。
The manufacturing apparatus includes a supply roller 15a for supplying the resin film 14 on the CNT 12 layer formed on the surface of the substrate 11, the substrate 11 on which the CNT 12 layer is formed, and the softened resin film 14. A pair of rollers 8 for passing the stacked laminate and applying a predetermined pressure to the laminate, and a recovery roller 14b for peeling the substrate 11 from the laminate and winding the substrate 11 are provided. . The recovered substrate 11 can be reused for the generation of the CNTs 12.
By applying pressure to the laminated body by the pair of rollers 8, the end of the CNT 12 generated by the generation unit 21 on the side opposite to the substrate 11 side and the catalyst-derived impurities attached to the end are added to the resin film 14. Embedded.

製造装置は、表面にCNT12の層が形成された基板11を樹脂フィルム14と重ね合わせる直前に、樹脂フィルム14を軟化させるためのヒータ(図示しない)と、積層体が一対のローラ8の複数を通過する後半部分において樹脂フィルム14を冷却して硬化させるための冷却装置(図示しない)とを備える。   The manufacturing apparatus includes a heater (not shown) for softening the resin film 14 immediately before the substrate 11 having the CNT 12 layer formed on the surface is overlapped with the resin film 14, and a laminate that includes a plurality of rollers 8. A cooling device (not shown) for cooling and curing the resin film 14 in the latter half of the passage is provided.

製造装置は、樹脂フィルム14に転写されたCNT12における樹脂フィルム14から露出する部分における基部近傍を切断するレーザ照射装置9を備える。
レーザ照射装置9のレーザ照射により、CNT12の大部分が、CNT12における樹脂フィルム14側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物が埋め込まれた樹脂フィルム14から分離される。レーザ5を照射する位置には、レーザ5をCNT12の側面から照射し易いようにローラ18が設けられている。
The manufacturing apparatus includes a laser irradiation device 9 that cuts the vicinity of the base portion in the portion of the CNT 12 transferred to the resin film 14 that is exposed from the resin film 14.
By the laser irradiation of the laser irradiation device 9, most of the CNTs 12 are separated from the resin film 14 in which the resin film 14 side end of the CNT 12 and the catalyst-derived impurities attached to the end are embedded. A roller 18 is provided at a position where the laser 5 is irradiated so that the laser 5 can be easily irradiated from the side surface of the CNT 12.

レーザ照射装置9は、X軸、Y軸、およびZ軸の方向にレーザ位置を精度良く制御するための微小位置制御機構を備える。この機構の位置制御により回収されるCNT12の長さを調節するとともに、当該長さのばらつきを低減することができる。これにより、CNT生成時にCNT12の長さを調整したり、CNT12の長さのばらつきを調整したりする必要がない。   The laser irradiation device 9 includes a minute position control mechanism for accurately controlling the laser position in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. The length of the CNT 12 collected by the position control of this mechanism can be adjusted, and variations in the length can be reduced. Thereby, it is not necessary to adjust the length of the CNT 12 or adjust the variation in the length of the CNT 12 when generating the CNT.

製造装置は、CNT12における樹脂フィルム14側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物が埋め込まれた樹脂フィルム14を巻き取るための回収ローラ15bを備える。回収された樹脂フィルム14は、生成部21で生成されたCNT12を基板11から転写するために再利用可能である。
製造装置は、レーザ照射により切断されたCNT12の大部分を吸引し、回収するための吸引装置20を備える。吸引装置20によりCNT12を吸引して回収することで、CNT12を回収する際のCNT12の飛散によるCNT12の回収率の低下を防ぐことができる。
The manufacturing apparatus includes an end portion on the resin film 14 side of the CNT 12 and a collection roller 15b for winding up the resin film 14 in which impurities derived from the catalyst attached to the end portion are embedded. The collected resin film 14 can be reused to transfer the CNTs 12 generated by the generation unit 21 from the substrate 11.
The manufacturing apparatus includes a suction device 20 for sucking and collecting most of the CNTs 12 cut by laser irradiation. By sucking and collecting the CNTs 12 with the suction device 20, it is possible to prevent a reduction in the recovery rate of the CNTs 12 due to scattering of the CNTs 12 when the CNTs 12 are collected.

上記の製造装置を用いて、以下に示す条件でCNT12を製造した。
基板11に、長尺状のステンレス鋼箔(厚み50μm、幅300mm)を用いた。触媒に、Feを用いた。CNT生成部21内のヒータによる加熱温度を700℃とした。反応ガス供給部7よりCNT生成部21内に供給される反応ガスにアセチレンガスを用いた。一対のローラ8により積層体に加える圧力を1kg/cmとした。樹脂フィルム14に、長尺状のPEフィルム(厚み50μm、幅300mm)を用いた。転写部22において、ヒータにより樹脂フィルム14を200℃に加熱して軟化させた。転写部22において、冷却装置により樹脂フィルム14を室温にまで冷却して硬化させた。回収部23において、CNT12における樹脂フィルム14の表面からの高さ約20μmの部分にレーザ5が照射されるようにレーザ5の照射位置を固定した。
CNT12 was manufactured on the conditions shown below using said manufacturing apparatus.
A long stainless steel foil (thickness 50 μm, width 300 mm) was used for the substrate 11. Fe was used as a catalyst. The heating temperature by the heater in the CNT generation unit 21 was set to 700 ° C. An acetylene gas was used as the reaction gas supplied from the reaction gas supply unit 7 into the CNT generation unit 21. The pressure applied to the laminate by the pair of rollers 8 was 1 kg / cm 2 . A long PE film (thickness 50 μm, width 300 mm) was used for the resin film 14. In the transfer part 22, the resin film 14 was heated to 200 ° C. with a heater and softened. In the transfer part 22, the resin film 14 was cooled to room temperature with a cooling device and cured. In the collection part 23, the irradiation position of the laser 5 was fixed so that the laser 5 was irradiated to a portion of the CNT 12 having a height of about 20 μm from the surface of the resin film 14.

得られたCNT12について実施例1と同様の評価を行った。
その結果、実施例2で回収されたCNT12中のFe含有量は0.1重量%であり、回収されたCNT12中に含まれる不純物の量が大幅に低減された。回収されたCNT12はG/D比が約1であり、比較例2の場合のようなCNT12の表面(側面)のダメージはなかった。
なお、本実施例では、図3に示す製造装置をCNTの製造に用いたが、CNT以外の繊維状カーボン材料の製造装置として用いることができる。
Evaluation similar to Example 1 was performed about obtained CNT12.
As a result, the Fe content in the CNT 12 recovered in Example 2 was 0.1% by weight, and the amount of impurities contained in the recovered CNT 12 was greatly reduced. The recovered CNT12 had a G / D ratio of about 1, and there was no damage on the surface (side surface) of the CNT12 as in Comparative Example 2.
In the present embodiment, the manufacturing apparatus shown in FIG. 3 is used for manufacturing CNTs, but can be used as a manufacturing apparatus for fibrous carbon materials other than CNTs.

《実施例3》
本実施例では、図4に示す製造装置を用いて、実施例1の工程を連続的に実施してCNTを製造する方法を示す。図4に示す製造装置は、CNT生成部24、CNT転写部25、CNT回収部26からなる。CNT生成部24は、図3のCNT生成部21と同じ構成である。CNT転写部25は、軟化する樹脂フィルム14を供給する供給ローラ15aの代わりに溶融樹脂16を供給する溶融樹脂供給部19を備える以外は、図3のCNT転写部22と同じ構成である。CNT回収部26は、レーザ照射装置9の代わりにブレード6を備える以外は、図3のCNT回収部23と同じ構成である。
Example 3
In this example, a method of manufacturing CNTs by continuously performing the steps of Example 1 using the manufacturing apparatus shown in FIG. The manufacturing apparatus shown in FIG. 4 includes a CNT generation unit 24, a CNT transfer unit 25, and a CNT collection unit 26. The CNT generation unit 24 has the same configuration as the CNT generation unit 21 of FIG. The CNT transfer unit 25 has the same configuration as the CNT transfer unit 22 of FIG. 3 except that it includes a molten resin supply unit 19 that supplies the molten resin 16 instead of the supply roller 15a that supplies the softened resin film 14. The CNT collection unit 26 has the same configuration as the CNT collection unit 23 in FIG. 3 except that the blade 6 is provided instead of the laser irradiation device 9.

図4に示す製造装置を用いて、以下に示す条件でCNTを製造した。
基板21に、長尺状のステンレス鋼箔(厚み50μm、幅300mm)を用いた。触媒に、Feを用いた。CNT生成部24内のヒータによる加熱温度を700℃とした。反応ガス供給部7よりCNT生成部11内に供給される反応ガスにアセチレンガスを用いた。一対のローラ8により積層体に加える圧力を1kg/cmとした。溶融樹脂16は、溶融PE(温度200℃)を用い、基板1の上に塗布された溶融樹脂の層の厚みが0.5mmとなるように、供給する溶融樹脂16の塗布量を調整した。転写部25において、冷却装置により溶融樹脂16を室温にまで冷却して硬化させ、樹脂フィルム14を得た。回収部26において、CNT12における樹脂フィルム14の表面からの高さ約20μmの位置にブレード6の刃先が当たるようにブレード6を固定した。
Using the manufacturing apparatus shown in FIG. 4, CNTs were manufactured under the conditions shown below.
A long stainless steel foil (thickness 50 μm, width 300 mm) was used for the substrate 21. Fe was used as a catalyst. The heating temperature by the heater in the CNT generation unit 24 was set to 700 ° C. Acetylene gas was used as the reaction gas supplied from the reaction gas supply unit 7 into the CNT generation unit 11. The pressure applied to the laminate by the pair of rollers 8 was 1 kg / cm 2 . As the molten resin 16, molten PE (temperature of 200 ° C.) was used, and the coating amount of the molten resin 16 to be supplied was adjusted so that the thickness of the layer of the molten resin applied on the substrate 1 was 0.5 mm. In the transfer unit 25, the molten resin 16 was cooled to room temperature with a cooling device and cured to obtain a resin film 14. In the collection unit 26, the blade 6 was fixed so that the blade edge of the blade 6 hits the position of about 20 μm in height from the surface of the resin film 14 in the CNT 12.

得られたCNT12について実施例1と同様の評価を行った。
その結果、実施例3で回収されたCNT12中のFe含有量は0.1重量%であり、回収されたCNT12中に含まれる不純物の量が大幅に低減された。回収されたCNT12はG/D比が約1であり、比較例2の場合のようなCNT12の表面(側面)のダメージはなかった。
なお、本実施例では、図4に示す製造装置をCNTの製造に用いたが、CNT以外の繊維状カーボン材料の製造装置として用いることができる。
Evaluation similar to Example 1 was performed about obtained CNT12.
As a result, the Fe content in the CNT 12 recovered in Example 3 was 0.1% by weight, and the amount of impurities contained in the recovered CNT 12 was greatly reduced. The recovered CNT12 had a G / D ratio of about 1, and there was no damage on the surface (side surface) of the CNT12 as in Comparative Example 2.
In this embodiment, the manufacturing apparatus shown in FIG. 4 is used for manufacturing CNTs, but can be used as a manufacturing apparatus for fibrous carbon materials other than CNTs.

1、11 基板
2 繊維状カーボン材料
3 触媒由来の不純物
4 転写フィルム
14 樹脂フィルム
5 レーザ
6 ブレード
7 反応ガス供給部
8 加圧ローラ
9 レーザ照射装置
12 CNT
14a、15a 供給ローラ
14b、15b 回収ローラ
16 溶融樹脂
18 ローラ
19 溶融樹脂供給部
20 吸引装置
21、24 CNT生成部
22、25 CNT転写部
23、26 CNT回収部
1, 11 Substrate 2 Fibrous carbon material 3 Catalyst-derived impurities 4 Transfer film 14 Resin film 5 Laser 6 Blade 7 Reactive gas supply unit 8 Pressure roller 9 Laser irradiation device 12 CNT
14a, 15a Supply rollers 14b, 15b Recovery roller 16 Molten resin 18 Roller 19 Molten resin supply unit 20 Suction device 21, 24 CNT generation unit 22, 25 CNT transfer unit 23, 26 CNT recovery unit

Claims (7)

(1)基板の表面に付着した触媒を核として繊維状カーボン材料を成長させる工程と;
(2)繊維状カーボン材料の基板側と反対側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物を、軟化した転写フィルムに埋め込んだ後、転写フィルムを硬化させる工程と;
(3)工程(2)の後、繊維状カーボン材料を、基板から転写フィルムに転写して、基板、および当該基板の表面に付着した触媒由来の不純物から分離する工程と;
(4)転写フィルムに転写させた繊維状カーボン材料における転写フィルムから露出する部分における基部近傍を、切断手段を用いて切断して、繊維状カーボン材料の大部分を、繊維状カーボン材料における転写フィルム側の端部、および当該端部に付着した触媒由来の不純物が埋め込まれた転写フィルムと分離し、回収する工程と;
を含むことを特徴とする繊維状カーボン材料の製造方法。
(1) a step of growing a fibrous carbon material using a catalyst attached to the surface of the substrate as a nucleus;
(2) a step of curing the transfer film after embedding the end portion of the fibrous carbon material opposite to the substrate side and the catalyst-derived impurities attached to the end portion in the softened transfer film;
(3) after the step (2), transferring the fibrous carbon material from the substrate to a transfer film and separating the substrate and impurities derived from the catalyst attached to the surface of the substrate;
(4) The vicinity of the base in the portion exposed from the transfer film in the fibrous carbon material transferred to the transfer film is cut using a cutting means, and most of the fibrous carbon material is transferred to the transfer film in the fibrous carbon material. Separating and recovering from the transfer film embedded with the catalyst-derived impurities attached to the edge and the edge;
The manufacturing method of the fibrous carbon material characterized by including.
転写フィルムは、厚み10〜1000μmの樹脂フィルムであり、
樹脂フィルムは、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂からなることを特徴とする請求項1記載の繊維状カーボン材料の製造方法。
The transfer film is a resin film having a thickness of 10 to 1000 μm,
2. The method for producing a fibrous carbon material according to claim 1, wherein the resin film is made of a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、およびポリフッ化ビニリデンからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項2記載の繊維状カーボン材料の製造方法。   The method for producing a fibrous carbon material according to claim 2, wherein the thermoplastic resin is at least one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyimide, and polyvinylidene fluoride. 熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項2記載の繊維状カーボン材料の製造方法。   The method for producing a fibrous carbon material according to claim 2, wherein the thermosetting resin is an epoxy resin. 切断手段は、レーザまたはブレードであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の繊維状カーボン材料の製造方法。   The method for producing a fibrous carbon material according to any one of claims 1 to 4, wherein the cutting means is a laser or a blade. 工程(3)で分離した基板を再利用して、工程(1)において繊維状カーボン材料を成長させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維状カーボン材料の製造方法。   The fibrous carbon material according to any one of claims 1 to 5, wherein the fibrous carbon material is grown in the step (1) by reusing the substrate separated in the step (3). Method. 工程(1)において基板の一方の表面で成長させる繊維状カーボン材料の平均長さが、10〜1000μmであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の繊維状カーボン材料の製造方法。   The fibrous carbon material according to any one of claims 1 to 6, wherein an average length of the fibrous carbon material grown on one surface of the substrate in the step (1) is 10 to 1000 µm. Manufacturing method.
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