JP2015203003A

JP2015203003A - カーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法

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Publication number: JP2015203003A
Application number: JP2015082389A
Authority: JP
Inventors: 洋魏; Yo Gi; ▲ハン▼　守善; 守善 ▲ハン▼; Shoushan Fan
Original assignee: Qinghua University; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Qinghua University; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2015-11-16
Anticipated expiration: 2035-04-14
Also published as: JP6097783B2

Abstract

【課題】カーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法を提供する。【解決手段】本発明のカーボンナノチューブアレイの転移方法は、代替基板、成長基板及び間隔装置を提供し、成長基板の表面にカーボンナノチューブアレイを形成する第一ステップであって、カーボンナノチューブアレイの形態がカーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証でき、カーボンナノチューブ構造体が端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブを含む第一ステップと、カーボンナノチューブアレイを成長基板から代替基板に転移させる第二ステップであって、代替基板に転移されたカーボンナノチューブアレイの形態は、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる第二ステップと、を含む。【選択図】図８

Description

本発明は、カーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法に関し、特に、カーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤの製造方法に関する。

カーボンナノチューブ（ＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅ，ＣＮＴ）は１９９１年に飯島によって発見され、カーボンナノチューブは２１世紀において重要な新素材の１つとして、特に機械・電気・熱特性に優れていることから、エレクトロニクス、バイオテクノロジー、エネルギー、複合材料等、広範な分野での応用に期待されている。しかし、一本のカーボンナノチューブはナノスケールの大きさであるので利用し難い。現在、複数のカーボンナノチューブを原材料として、大きい寸法の巨視的なカーボンナノチューブ構造体を形成することができる。巨視的なカーボンナノチューブ構造体は、例えば、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フィルム、及び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ワイヤである。

特許文献１に、カーボンナノチューブアレイから直接にカーボンナノチューブフィルムが引き出されることが開示されている。該カーボンナノチューブフィルムは分子間力で端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブからなる自立構造体であり、優れた透明度及び巨視的な寸法を有する。カーボンナノチューブアレイから直接に引き出されるカーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されるので、カーボンナノチューブの軸方向において優れた導電性及び熱伝導性を有し、広範な分野で応用できる。例えば、タッチパネル、液晶ディスプレイ、スピーカ、加熱装置、薄膜トランジスタなどの分野である。

カーボンナノチューブフィルムを形成する原理は、超配列カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブが分子間力で緊密に結合され、一部のカーボンナノチューブが引き出される際、隣接するカーボンナノチューブが分子間力の作用で端と端とが接続されて引き出されるので、端と端とが接続された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フィルムを形成することができる。しかし、カーボンナノチューブの間の分子間力のみによって、カーボンナノチューブが相互に吸着され、カーボンナノチューブフィルムが形成されるので、いったんカーボンナノチューブアレイの形態が破壊されたり、或いは変化したりすると、均一なカーボンナノチューブフィルムを連続に引き出すことができない。従来の方法では、成長基板（一般的に、単結晶のシリコン）の表面にカーボンナノチューブアレイを成長させた後、成長基板に直接に成長したカーボンナノチューブアレイを引き出す工程を行い、カーボンナノチューブフィルムを獲得している。

現在、カーボンナノチューブアレイの生産者はカーボンナノチューブアレイと成長基板とを共に、ユーザーに提供する。しかし、これでは、成長基板の回収までの期間が長くなり、新たなカーボンナノチューブアレイの成長基板として迅速に利用することができない。また、コストが高い単結晶のシリコンは運送中に破壊され易い。また、カーボンナノチューブアレイから直接にカーボンナノチューブワイヤを引き出すことには、上述した問題が存在する。

中国特許出願公開第１０１２３９７１２号明細書

従って、前記課題を解決するために、本発明はカーボンナノチューブ構造体及びこの応用物の生産コストを低くして、生産プロセスを簡略化できるカーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法を提供する。

カーボンナノチューブアレイの転移方法は、代替基板、成長基板及び間隔装置を提供し、成長基板の表面にカーボンナノチューブアレイを形成する第一ステップであって、カーボンナノチューブアレイの形態がカーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証でき、カーボンナノチューブ構造体が端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブを含む第一ステップと、カーボンナノチューブアレイを成長基板から代替基板に転移させる第二ステップであって、代替基板に転移されたカーボンナノチューブアレイの形態は、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる第二ステップと、を含むカーボンナノチューブアレイの転移方法であって、第二ステップは、代替基板の表面をカーボンナノチューブアレイの成長基板から離れる表面に接触させ、間隔装置によって、代替基板と成長基板との間隔をあけるステップと、代替基板及び成長基板のうちの少なくとも一方を移動させて、代替基板と成長基板とを離し、カーボンナノチューブアレイを成長基板から脱離させ、代替基板に転移させるステップと、を含む。

間隔装置が代替基板と成長基板との間に位置する際の高さは、カーボンナノチューブアレイの高さと同じであるか、又はカーボンナノチューブアレイの高さより低く、カーボンナノチューブアレイが、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できない形態まで押される距離より高い。

代替基板の表面に複数の微構造体を有しており、代替基板の微構造体を有する表面を、カーボンナノチューブアレイの成長基板から離れる表面に接触させる。

カーボンナノチューブ構造体の製造方法は、代替基板、成長基板及び間隔装置を提供し、成長基板の表面にカーボンナノチューブアレイを形成する第一ステップであって、カーボンナノチューブアレイの形態がカーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証でき、カーボンナノチューブ構造体が端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブを含む第一ステップと、カーボンナノチューブアレイを成長基板から代替基板に転移させる第二ステップであって、代替基板に転移されたカーボンナノチューブアレイの形態は、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる第二ステップと、代替基板におけるカーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す第三ステップと、を含み、第二ステップは、代替基板の表面をカーボンナノチューブアレイの成長基板から離れる表面に接触させ、間隔装置によって、代替基板と成長基板との間隔をあけるステップと、代替基板及び成長基板のうちの少なくとも一方を移動させて、代替基板と成長基板とを離し、カーボンナノチューブアレイを成長基板から脱離させ、代替基板に転移させるステップと、を含む。

従来の技術と比べて、本発明のカーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法は以下の有利な効果を有する。カーボンナノチューブアレイを成長させる工程及びカーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す工程において、カーボンナノチューブアレイが成長基板から異なる基板に転移設置されたので、カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す工程において、カーボンナノチューブアレイが設置される基板をコストが低い材料から製造することができる。これにより、カーボンナノチューブアレイの生産者は、カーボンナノチューブアレイを代替基板に転移させ、カーボンナノチューブアレイと代替基板とを共にユーザーに提供することで、コストが高い成長基板を迅速に回収することができ、生産プロセスを簡単にする。よって、本発明のカーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法は、カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤに対する産業的応用に有利であり、生産方式を変えて、生産コストを低くする。また、カーボンナノチューブアレイを転移する工程において、間隔装置は、代替基板と成長基板との間の距離が近過ぎないことを保証できるため、カーボンナノチューブアレイの形態の保護に有利である。また、代替基板の表面に微構造体を設置して、代替基板の表面積を増加させることによって、代替基板とカーボンナノチューブアレイとの間の結合力を高めることができるので、代替基板の材料の選択範囲を広めることができる。

図１は、本発明の実施形態１に係るカーボンナノチューブアレイの転移方法を示す図である。図２は、本発明の実施形態１に係るカーボンナノチューブアレイから引き出されたカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。図３は、本発明の異なる実施形態に係る代替基板の側面図である。図４は、本発明の異なる実施形態に係る代替基板の側面図である。図５は、本発明の異なる実施形態に係る代替基板の側面図である。図６は、本発明の異なる実施形態に係る代替基板の上面図である。図７は、本発明の異なる実施形態に係る代替基板の上面図である。図８は、本発明の実施形態２に係るカーボンナノチューブアレイの転移方法を示す図である。図９は、本発明の一つの実施形態に係るカーボンナノチューブアレイの転移方法を示す図である。図１０は、本発明のもう一つの実施形態に係るカーボンナノチューブアレイの転移方法を示す図である。図１１は、本発明の一つの実施形態に係る間隔装置及びカーボンナノチューブアレイを成長基板と代替基板との間に設置した際の上面図である。図１２は、本発明のもう一つの実施形態に係る間隔装置及びカーボンナノチューブアレイを成長基板と代替基板との間に設置した際の上面図である。図１３は、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ構造体の製造方法を示す図である。図１４は、本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ構造体の製造方法を示す図である。図１５は、本発明の実施形態に係る代替基板に転移したカーボンナノチューブアレイから引き出されたカーボンナノチューブフィルムの写真である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（実施形態１）
図１を参照すると、本発明は、カーボンナノチューブアレイ１０の転移方法を提供する。該カーボンナノチューブアレイ１０の転移方法は、下記のステップを含む。

ステップＳ１：図１に示したように、代替基板３０及び成長基板２０を提供し、成長基板２０の表面にカーボンナノチューブアレイ１０を形成するステップであって、カーボンナノチューブアレイ１０の形態は、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証でき、カーボンナノチューブ構造体は端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブを含み、また、代替基板３０の表面３０２には複数の微構造体３０４が形成される。

ステップＳ２：カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から代替基板３０に転移するステップであって、代替基板３０に転移されたカーボンナノチューブアレイ１０の形態は、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出せることを保証している。

またステップＳ２は、代替基板３０の微構造体３０４を有する表面３０２を、カーボンナノチューブアレイ１０の成長基板２０から離れる表面に接触させるステップ（Ｓ２１）と、代替基板３０及び成長基板２０のうちの少なくとも一方を移動させて代替基板３０と成長基板２０とを離し、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させて、代替基板３０に転移させるステップ（Ｓ２２）と、を含む。

カーボンナノチューブ構造体は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブは、分子間力で相互に結合され、且つ端と端とが接続されて形成された巨視的な構造体である。例えば、カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤである。

カーボンナノチューブアレイ１０は、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）によって成長基板２０の表面に成長する。カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブは相互に基本的に平行であり、且つ成長基板２０の表面に垂直である。隣接するカーボンナノチューブは相互に接触して、且つ分子間力で結合されている。成長条件を制御することによって、カーボンナノチューブアレイ１０に基本的に不純物を含ませない。ここで不純物とは、例えば、アモルファスカーボン或いは残留した触媒の金属粒である。カーボンナノチューブアレイ１０は、基本的に不純物を含まず、カーボンナノチューブが相互に緊密に接触して、且つ隣接するカーボンナノチューブの間に、大きな分子間力を有するので、一部のカーボンナノチューブ（カーボンナノチューブセグメント）を引き出す際、隣接するカーボンナノチューブが分子間力の作用によって端と端で接続され、連続的に引き出され、自立構造体（例えば、カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤ）を形成する。カーボンナノチューブが端と端で接続されて引き出すことのできる前記カーボンナノチューブアレイ１０は、超配列カーボンナノチューブアレイである。超配列カーボンナノチューブアレイについては特許文献１に掲載されている。

成長基板２０は超配列カーボンナノチューブアレイの成長に適した基板であり、その材料は、例えば、Ｐ型シリコン、Ｎ型シリコン、或いは酸化シリコンなどである。

カーボンナノチューブアレイ１０から引き出されるカーボンナノチューブ構造体は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブを含む。具体的には、カーボンナノチューブ構造体はカーボンナノチューブフィルムでもよい。該カーボンナノチューブフィルムは自立構造体であり、基本的に同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。図２を参照すると、カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って配列されている。複数のカーボンナノチューブが延伸する方向は、カーボンナノチューブフィルムの表面と基本的に平行である。また、複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。具体的には、複数のカーボンナノチューブにおける各カーボンナノチューブは、延伸する方向における隣接するカーボンナノチューブと、分子間力で端と端とが接続されているので、カーボンナノチューブフィルムは自立構造を実現できる。更に、カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメントを含むことができる。複数のカーボンナノチューブセグメントは、カーボンナノチューブの長軸方向に沿って、分子間力で端と端とが接続されている。各カーボンナノチューブセグメントは、相互に平行に分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブを含む。単一のカーボンナノチューブセグメントにおいて、複数のカーボンナノチューブの長さは同じである。

また、カーボンナノチューブフィルムは、少数のランダムなカーボンナノチューブを含む。しかし、大部分のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列されているので、このランダムなカーボンナノチューブの延伸方向は、大部分のカーボンナノチューブの延伸方向には影響しない。具体的には、カーボンナノチューブフィルムにおける多数のカーボンナノチューブは、絶対的に直線状ではなくやや湾曲している。または、延伸する方向に完全に配列せず、少しずれている場合もある。従って、同じ方向に沿って配列されている複数のカーボンナノチューブにおいて、隣同士のカーボンナノチューブが部分的に接触する可能性がある。実際に、カーボンナノチューブフィルムは複数の空隙を有する。即ち、隣接するカーボンナノチューブの間に空隙が形成されている。これにより、カーボンナノチューブフィルムは優れた透明度を有する。さらに、隣接するカーボンナノチューブの接触した部分の分子間力及び端と端とが接続された部分の分子間力は、カーボンナノチューブフィルムの自立構造を維持できる。カーボンナノチューブフィルムの厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍであり、好ましくは、０．５ｎｍ〜１０μｍである。カーボンナノチューブ構造体の幅が狭い場合、カーボンナノチューブ構造体は自立構造を有するカーボンナノチューブワイヤである。

ここで自立構造体とは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤを独立して利用することができる形態のことである。即ち、カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤを対向する両側から支持して、カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤの構造を変化させずに、カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤを懸架させることができることを意味する。カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブが分子間力によって接続されているので、自立構造体が実現される。

カーボンナノチューブアレイ１０からカーボンナノチューブフィルムを引き出す方法は、特許文献１に掲載されている。

代替基板３０は、固体の基板であり、軟質基板或いは硬質基板である。代替基板３０は、カーボンナノチューブアレイ１０が設置される表面を有する。カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から代替基板３０に転移させる工程において、カーボンナノチューブアレイ１０の形態を基本的に維持し、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出せることを保証している。即ち、カーボンナノチューブアレイ１０は超配列カーボンナノチューブアレイの形態を維持する。

カーボンナノチューブアレイ１０の形態を維持することを前提に、カーボンナノチューブアレイ１０を代替基板３０に転移させる際、カーボンナノチューブアレイ１０は、代替基板３０の表面３０２に逆さに設置される。具体的には、カーボンナノチューブアレイ１０は、第一表面１０２及び該第一表面１０２に対向して位置する第二表面１０４を含む。各カーボンナノチューブは、成長基板２０の表面から成長し、カーボンナノチューブアレイ１０を形成する。各カーボンナノチューブが成長基板２０と隣接する一端をカーボンナノチューブの下端と定義し、下端と対向する端部をカーボンナノチューブの上端と定義する。成長基板２０において、第一表面１０２は、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの下端側に形成され、第二表面１０４は、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの上端側に形成される。すなわち、カーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２は、成長基板２０の表面と近接し、或いは成長基板２０の表面２０２に位置される。よって、第一表面１０２は、カーボンナノチューブアレイ１０における各カーボンナノチューブの成長下端である。第二表面１０４は、成長基板２０の表面から離れ、カーボンナノチューブアレイ１０における各カーボンナノチューブの成長上端である。カーボンナノチューブアレイ１０を代替基板３０に転移させた後、カーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４は代替基板３０の表面３０２と近接し、或いは代替基板３０の表面３０２に位置される。

ステップ（Ｓ２１）及びステップ（Ｓ２２）は常温の環境下で行うことができる。ステップ（Ｓ２１）及びステップ（Ｓ２２）において、カーボンナノチューブアレイ１０の形態はカーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出せることを保証している。カーボンナノチューブアレイ１０を代替基板３０に転移させた後で、カーボンナノチューブ構造体を連続的に引き出すことができるように、代替基板３０の表面３０２とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４との間は分子間力のみで結合している。すなわち、代替基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０との間の結合力（Ｆ_ＢＣ）は、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブ同士の間の分子間力（Ｆ_ＣＣ）より小さい。また、代替基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０との間の結合力（Ｆ_ＢＣ）は、成長基板２０の表面２０２とカーボンナノチューブアレイ１０との間の結合力（Ｆ_ＡＣ）より大きい。これにより、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させ、代替基板３０に転移させることができる。即ち、Ｆ_ＡＣ＜Ｆ_ＢＣ＜Ｆ_ＣＣである。

カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させ、代替基板３０に転移させる工程において、代替基板３０の表面３０２とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４とが接触することのみによって、代替基板３０の表面３０２とカーボンナノチューブアレイ１０との間に、十分な結合力（例えば、分子間力）を発生させて、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させる。

代替基板３０の表面３０２とカーボンナノチューブアレイ１０との間の結合力（Ｆ_ＢＣ）を高め、Ｆ_ＡＣ＜Ｆ_ＢＣ＜Ｆ_ＣＣを満たすために、代替基板３０の表面３０２に複数の微構造体３０４を設置することができる。これにより、代替基板３０の表面３０２の表面積は大きくなり、代替基板３０の材料を変えなくても、該結合力（Ｆ_ＢＣ）を高めることができる。微構造体３０４は、代替基板３０の表面３０２に設置された突起又は凹部である。図１、図３、図４及び図５を参照すると、微構造体３０４の断面の形状は、半球形、矩形、先細形、歯形、階段形又は他の形状であり、微構造体３０４は、点状、線状又はシート状からなる。図６を参照すると、一つの実施形態において、微構造体３０４は、互いに平行し、且つ間隔をあけて設置された槽状の構造体である。図７を参照すると、別の実施形態において、微構造体３０４は、互いに間隔をあけて、且つ均一に設置された半球形の突起である。また、大多数の微構造体３０４は、代替基板３０の表面３０２に均一に設置されるのが好ましい。また、微構造体３０４の数量は、代替基板３０の表面３０２の表面積を平面の表面積より３０％〜１２０％増加させる数量であるのが好ましい。代替基板３０の微構造体３０４を有する表面３０２は、カーボンナノチューブアレイ１０と十分に接触することができる。微構造体３０４によって、代替基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０との接触面積を増やし、代替基板３０に大きな吸着力を保持させ、結合力（Ｆ_ＢＣ）を高める。また、代替基板３０は、通常の無機材料又は有機材料からなる基板である、例えば、ガラス、シリコン、石英、プラスチック又はゴムである。プラスチックは、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡ）又はポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）である。

突起の微構造体３０４の高さ又は凹部の微構造体３０４の深さは、カーボンナノチューブアレイ１０の高さの０．５％〜１０％であることが好ましい。より好ましくは、５μｍ〜５０μｍである。即ち、表面３０２は、かなりの平坦性を有する必要があり、カーボンナノチューブアレイ１０が代替基板３０の表面３０２に設置された時、該表面３０２との不十分な接触を防止することができる。微構造体３０４は、光エッチング、レーザーエッチング又は化学エッチングなどの方法によって形成される。

Ｆ_ＡＣ＜Ｆ_ＢＣ＜Ｆ_ＣＣを満たすために、適切な表面エネルギー及び界面エネルギーを有する材料を利用して代替基板３０を製造することができる。或いは適切な表面エネルギー及び界面エネルギーを有する材料を代替基板３０の表面に設置することもできる。本実施形態において、代替基板３０の材料はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である。

代替基板３０を接着剤によってカーボンナノチューブアレイ１０に貼り付けることはしない。従来の接着剤によって、Ｆ_ＡＣ＜Ｆ_ＢＣを満たし、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させることができる。しかし、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブ同士の間の分子間力は小さいので、従来の任意の接着剤では、Ｆ_ＢＣ＞Ｆ_ＣＣとなってしまう。これにより、後のカーボンナノチューブ構造体を引き出すステップを行うことができない。ステップ（Ｓ２１）及びステップ（Ｓ２２）において、代替基板３０は固体状態を維持する。

ステップ（Ｓ２１）において、代替基板３０の表面３０２とカーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの上端とを十分に接触させるために、代替基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０に小さい圧力（ｆ）を印加する。ただし、代替基板３０が、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブを倒してしまわないようにする。でないと、カーボンナノチューブアレイ１０の形態を変えてしまい、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことができない。

代替基板３０の微構造体３０４と代替基板３０の表面３０２との間に高さの差を有するので、該表面３０２の凹部とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４とが接触する際、表面３０２の突起が該突起と接触するカーボンナノチューブに圧力を加える。これにより、カーボンナノチューブアレイ１０における直立するカーボンナノチューブはやや湾曲する。しかし、微構造体３０４の高さは低いので、カーボンナノチューブの湾曲は小さい。代替基板３０と成長基板２０とを分離させる過程において、カーボンナノチューブアレイ１０は、従来の高さに回復することができ、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことができる形態を維持する。

ステップ（Ｓ２２）において、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させる工程では、好ましくは、カーボンナノチューブアレイ１０における全てのカーボンナノチューブを同時に成長基板２０から脱離させる。即ち、代替基板３０及び成長基板２０のうちの少なくとも一方の移動方向は、成長基板２０のカーボンナノチューブが成長する表面と垂直であり、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブを、カーボンナノチューブの成長方向に沿って成長基板２０から脱離させる。代替基板３０及び成長基板２０が共に移動する場合、両者の移動方向は、成長基板２０のカーボンナノチューブが成長する表面と垂直である。

ステップ（Ｓ２１）及びステップ（Ｓ２２）において、まず、カーボンナノチューブアレイ１０が成長基板２０から押される力を受け、次に、代替基板３０に向けて引かれる力を受ける。

（実施形態２）
図８を参照すると、本発明は、カーボンナノチューブアレイ１０の転移方法を提供する。該カーボンナノチューブアレイ１０の転移方法は、下記のステップを含む。

ステップＳ１：代替基板３０、成長基板２０及び間隔装置６０を提供し、成長基板２０の表面にカーボンナノチューブアレイ１０を形成するステップであって、カーボンナノチューブアレイ１０の形態は、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出せることを保証している。

ステップＳ２：カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から代替基板３０に転移させるステップであって、代替基板３０に転移されたカーボンナノチューブアレイ１０の形態は、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出せることを保証している。

また、ステップＳ２は、代替基板３０の表面３０２を、カーボンナノチューブアレイ１０の成長基板２０から離れる表面に接触させ、間隔装置６０によって、代替基板３０と成長基板２０との間隔をあけるステップ（Ｓ２１）と、代替基板３０及び成長基板２０のうちの少なくとも一方を移動させて、代替基板３０と成長基板２０とを離し、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させ、代替基板３０に転移させるステップ（Ｓ２２）と、含む。

カーボンナノチューブ構造体は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブを含み、該複数のカーボンナノチューブは、分子間力で相互に結合され、且つ端と端とが接続されて形成された巨視的な構造体であり、例えば、カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤである。

カーボンナノチューブアレイ１０の生長方法及び構造は、実施形態１におけるカーボンナノチューブアレイ１０の生長方法及び構造と同じである。実施形態２におけるカーボンナノチューブ構造体の構造は、実施形態１におけるカーボンナノチューブ構造体の構造と同じである。

本実施形態２におけるステップＳ２の工程は、本実施形態１におけるステップＳ２の工程と基本的に同じであるが、異なる点は以下の通りである。

ステップ（Ｓ２１）において、代替基板３０の表面３０２とカーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの上端とを十分に接触させるために、代替基板３０のカーボンナノチューブアレイ１０と接触する表面３０２と成長基板２０のカーボンナノチューブが成長した表面２０２との間の距離を、カーボンナノチューブアレイ１０の高さと同じにするか、又はカーボンナノチューブアレイ１０の高さより小さくする。これにより、代替基板３０は、カーボンナノチューブアレイ１０に小さい圧力を加える。代替基板３０は、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブを倒すことはない。でないと、カーボンナノチューブアレイ１０の形態を変えてしまい、カーボンナノチューブ構造体４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことができない。従って、圧力は大き過ぎてはならない。即ち、代替基板３０の表面３０２と成長基板２０の表面２０２との距離が近過ぎてはならない。即ち、極限距離より大きい必要がある。ここで極限距離とは、カーボンナノチューブ構造体をカーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できない形態までカーボンナノチューブアレイ１０が押されてしまう距離である。つまり、表面３０２と表面２０２との間の距離を制御することによって、カーボンナノチューブアレイ１０の形態において、カーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことができる形態に維持することを保証できる。

前記圧力は、容易に制御することができず、少し大きくなっただけで、カーボンナノチューブアレイ１０は倒されてしまう。また、カーボンナノチューブアレイ１０の高さは、僅かに数十マイクロメートル〜数百マイクロメートルであるため、代替基板３０を利用してカーボンナノチューブアレイ１０を転移させる場合、代替基板３０と成長基板２０との距離を制御しにくい。従って、代替基板３０と成長基板２０との間に、間隔装置６０を設置することができる。該間隔装置６０によって、代替基板３０の表面３０２と成長基板２０の表面２０２との間の距離が近過ぎないことを保証できる。間隔装置６０が代替基板３０と成長基板２０との間に位置する際の高さは、カーボンナノチューブアレイ１０の高さに相等するか、又はカーボンナノチューブアレイ１０の高さより低く、この場合間隔装置６０とカーボンナノチューブアレイ１０との間には、高さの差（Ｘ）が形成される。間隔装置６０の高さは、極限距離より大きい。ステップ（Ｓ２１）において、間隔装置６０とカーボンナノチューブアレイ１０とは、代替基板３０と成長基板２０との間に設置される。

間隔装置６０は、固体であり、且つ剛性の素子であることが好ましい。また、該間隔装置６０は、代替基板３０の表面３０２と成長基板２０の表面２０２との間に位置し、間隔装置６０の高さを制御することによって、代替基板３０と成長基板２０との間の距離を精確に保持できる。間隔装置６０の高さ（ｍ）は、カーボンナノチューブアレイ１０の高さ（ｎ）の０．９倍〜１倍である。即ち、ｍ＝０．９ｎ〜１ｎである。

間隔装置６０の高さがカーボンナノチューブアレイ１０の高さより低い場合、代替基板３０は、カーボンナノチューブアレイ１０上で直立するカーボンナノチューブをやや湾曲させる。しかし、間隔装置６０を有するので、カーボンナノチューブの湾曲は小さい。代替基板３０と成長基板２０とを分離させる過程において、カーボンナノチューブアレイ１０は、従来の高さに回復することができ、カーボンナノチューブ構造体４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことができる形態を維持する。

また間隔装置６０は、成長基板２０に設置することができる。図９を参照すると、他の実施形態において、間隔装置６０は、代替基板３０に設置することもできる。図１０を参照すると、間隔装置６０は、代替基板３０の一部であってもよく、代替基板３０の表面から突出する構造体である。間隔装置６０の形状は制限されず、ブロック状、シート状、柱状又は球状であり、最適な高さを有すればよい。また、間隔装置６０は、カーボンナノチューブアレイ１０の周囲に均一に設置される複数の間隔装置であってもよい。これにより、成長基板２０と代替基板３０との間は安定的に支持される。図１１を参照すると、一つの実施形態において、間隔装置６０はリング・ガスケットであり、カーボンナノチューブアレイ１０の周囲に設置される。図１２を参照すると、もう一つの実施形態において、間隔装置６０は複数の円柱形のガスケットであり、カーボンナノチューブアレイ１０の周囲に均一に設置される。

（実施形態３）
本発明は、カーボンナノチューブアレイ１０の転移方法を提供する。該カーボンナノチューブアレイ１０の転移方法は、実施形態２のカーボンナノチューブアレイ１０の転移方法と基本的に同じであり、共に間隔装置６０を有するが、異なる点は、代替基板３０の表面に微構造体３０４が形成されている点である。また、実施形態３の代替基板３０の構造は、実施形態１における代替基板３０の構造と同じである。つまり、代替基板３０の表面３０２には複数の微構造体３０４が形成されている。

図１３、図１４を参照すると、本発明は、カーボンナノチューブ構造体４０の製造方法を提供する。カーボンナノチューブ構造体４０の製造方法は、実施形態１、実施形態２及び実施形態３におけるステップ（Ｓ１）及びステップ（Ｓ２）を含み、更に、代替基板３０におけるカーボンナノチューブアレイ１０からカーボンナノチューブ構造体４０を引き出すステップ（Ｓ３）と、含む。

図１５を参照すると、ステップ（Ｓ３）が従来のカーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出すステップと異なる点は以下の通りである。カーボンナノチューブ構造体４０は、代替基板３０に転移したカーボンナノチューブアレイ１０から引き出されたものであり、成長基板２０に成長したカーボンナノチューブアレイ１０から直接に引き出されたものではない。好ましくは、カーボンナノチューブ構造体４０は、代替基板３０の表面に逆さに設置されたカーボンナノチューブアレイ１０から引き出される。即ち、カーボンナノチューブアレイ１０の成長下部からカーボンナノチューブ構造体４０を引き出す。

またステップ（Ｓ３）は、引き出し道具５０によって、代替基板３０の表面に設置されたカーボンナノチューブアレイ１０における一部のカーボンナノチューブセグメントを選択するステップ（Ｓ３１）と、引き出し道具５０を移動させることによって、特定の速度で選択したカーボンナノチューブセグメントを引き、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメントを引き出し、連続したカーボンナノチューブ構造体４０を形成するステップ（Ｓ３２）と、を含む。

ステップ（Ｓ３１）において、カーボンナノチューブフィルムを引き出す際、特定の幅を有する接着テープ或いは接着性を有するストリップを採用し、カーボンナノチューブアレイ１０と接触させ、特定の幅を有するカーボンナノチューブセグメントを選択する。カーボンナノチューブワイヤを引き出す場合、幅が狭い道具（ピンセット）によって、幅が狭いカーボンナノチューブセグメントを選択する。ステップ（Ｓ３２）において、選択したカーボンナノチューブセグメントの引き出す方向は、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの成長方向と角度αを成す。角度αは０°〜９０°（０°は含まず）であり、好ましくは、３０°〜９０°である。

ステップ（Ｓ２２）はステップ（Ｓ３）と異なる。ステップ（Ｓ２２）では、カーボンナノチューブアレイ１０全体を成長基板２０から脱離させ、カーボンナノチューブアレイ１０が成長基板２０から脱離した後でも、カーボンナノチューブアレイ１０の形態を維持できることを目指す。ステップ（Ｓ３）では、カーボンナノチューブアレイ１０からカーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤを引き出すことを目指す。従って、カーボンナノチューブアレイ１０全体が代替基板３０から脱離せず、一部のカーボンナノチューブ、例えば、カーボンナノチューブセグメントを代替基板３０から脱離させ、引き出されたカーボンナノチューブセグメントが隣接するカーボンナノチューブセグメントを動かし、隣接するカーボンナノチューブセグメントが端と端とが接続されて引き出され、次々に代替基板３０から脱離する。

本実施形態のカーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法は以下の有利な効果を有する。カーボンナノチューブアレイを成長させる工程及びカーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す工程において、カーボンナノチューブアレイが成長基板から異なる基板に転移設置されたので、カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す工程において、カーボンナノチューブアレイが設置される基板を、コストが低い材料から製造することができる。これにより、カーボンナノチューブアレイの生産者は、カーボンナノチューブアレイを代替基板に転移させ、カーボンナノチューブアレイと代替基板とを共にユーザーに提供することで、コストが高い成長基板を迅速に回収することができ、生産プロセスを簡単にする。よって、本発明のカーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法は、カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤに対しての産業的応用に有利であり、生産方式を変えて、生産コストを低くする。また、カーボンナノチューブアレイを転移する工程において、間隔装置は、代替基板と成長基板との間の距離が近過ぎないことを保証できるため、カーボンナノチューブアレイの形態の保護に有利である。また、代替基板の表面に微構造体を設置して、代替基板の表面積を増加させることによって、代替基板とカーボンナノチューブアレイとの間の結合力を高めることができるので、代替基板の材料の選択範囲を広めることができる。

１０カーボンナノチューブアレイ
２０成長基板
３０代替基板
４０カーボンナノチューブ構造体
５０引き出し道具
６０間隔装置
１０２第一表面
１０４第二表面
２０２、３０２表面
３０４微構造体

Claims

代替基板、成長基板及び間隔装置を提供し、前記成長基板の表面にカーボンナノチューブアレイを形成する第一ステップであって、前記カーボンナノチューブアレイの形態がカーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証でき、前記カーボンナノチューブ構造体は、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブを含む第一ステップと、
前記カーボンナノチューブアレイを前記成長基板から前記代替基板に転移させる第二ステップであって、前記代替基板に転移された前記カーボンナノチューブアレイの形態は、前記カーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる第二ステップと、を含むカーボンナノチューブアレイの転移方法であって、
前記第二ステップは、前記代替基板の表面を前記カーボンナノチューブアレイの前記成長基板から離れる表面に接触させ、前記間隔装置によって、前記代替基板と前記成長基板との間隔をあけるステップと、前記代替基板及び前記成長基板のうちの少なくとも一方を移動させて、前記代替基板と前記成長基板とを離し、カーボンナノチューブアレイを前記成長基板から脱離させ、前記代替基板に転移させるステップと、を含むことを特徴とするカーボンナノチューブアレイの転移方法。
前記間隔装置が前記代替基板と前記成長基板との間に位置する際の高さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さと同じであるか、又は前記カーボンナノチューブアレイの高さより低く、前記カーボンナノチューブアレイが、前記カーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できない形態まで押される距離より高い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アレイの転移方法。
前記代替基板の表面に複数の微構造体が形成され、前記代替基板の微構造体を有する表面を、前記カーボンナノチューブアレイの成長基板から離れる表面に接触させ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アレイの転移方法。
代替基板、成長基板及び間隔装置を提供し、前記成長基板の表面にカーボンナノチューブアレイを形成する第一ステップであって、前記カーボンナノチューブアレイの形態は、カーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証でき、前記カーボンナノチューブ構造体は端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブを含む第一ステップと、
前記カーボンナノチューブアレイを前記成長基板から前記代替基板に転移させる第二ステップであって、前記代替基板に転移されたカーボンナノチューブアレイの形態は、前記カーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる第二ステップと、
前記代替基板における前記カーボンナノチューブアレイから前記カーボンナノチューブ構造体を引き出す第三ステップと、を含み、
前記第二ステップは、前記代替基板の表面を前記カーボンナノチューブアレイの前記成長基板から離れる表面に接触させ、前記間隔装置によって、前記代替基板と前記成長基板との間隔をあけるステップと、前記代替基板及び前記成長基板のうちの少なくとも一方を移動させて、前記代替基板と前記成長基板とを離し、前記カーボンナノチューブアレイを前記成長基板から脱離させ、前記代替基板に転移させるステップと、を含むことを特徴とするカーボンナノチューブ構造体の製造方法。