JP2021179005A - Apparatus and method for continuously manufacturing nano carbon material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノ炭素材料の連続製造装置及びナノ炭素材料の連続製造方法に関する。 The present invention relates to a device for continuously producing a nanocarbon material and a method for continuously producing a nanocarbon material.
近年、コネクター等の電気接続部品の電気接点にナノ炭素材料を用いることが検討されている。ここで、ナノ炭素材料とは、グラフェン、二層以上のグラフェンの積層体等からなるグラフェン炭素材料;及びアモルファスカーボン、の1種以上を含む炭素材料を意味する。 In recent years, it has been studied to use nanocarbon materials for electrical contacts of electrical connection parts such as connectors. Here, the nanocarbon material means a carbon material containing one or more of graphene, a graphene carbon material composed of a laminate of two or more layers of graphene, and amorphous carbon.
ナノ炭素材料は、連続的に一定速度で製造可能であると、製造コストが削減されかつ大量生産が容易になるため好ましい。 It is preferable that the nanocarbon material can be continuously manufactured at a constant speed because the manufacturing cost is reduced and mass production is facilitated.
特許文献1には、所定位置にマイクロ波を印加することにより、原料ガスからラジカルを含むプラズマを生成するとともにラジカルを基材の表面に強制拡散させる、プラズマCVDを用いたグラフェン成膜方法が開示されている。特許文献1の方法によれば、大面積のグラフェン膜を連続的に製造可能である。
しかしながら、特許文献1のグラフェン成膜方法は、プラズマを生成するため、製造コストが高い。
However, the graphene film forming method of
本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、単層以上のナノ炭素材料を低コストで連続的に一定速度で製造する、ナノ炭素材料の連続製造装置及びナノ炭素材料の連続製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a continuous production apparatus for nanocarbon materials and a continuous production method for nanocarbon materials, which continuously produce nanocarbon materials having a single layer or more at a constant rate at low cost.
本発明の態様に係るナノ炭素材料の連続製造装置は、連続搬送基板を連続搬送する連続搬送装置と、前記連続搬送基板が搬入される搬入口と前記連続搬送基板が搬出される搬出口とを有し、搬送中の前記連続搬送基板を収容する反応容器と、前記反応容器内に気体炭素源を供給する気体炭素源供給部と、前記反応容器内の前記連続搬送基板を加熱することにより前記連続搬送基板の表面にナノ炭素材料層を成膜する加熱部と、を備え、前記加熱部は、前記反応容器内に光を照射することにより前記反応容器内の前記連続搬送基板を加熱する光加熱装置を備える。 The continuous manufacturing apparatus for a nanocarbon material according to an aspect of the present invention includes a continuous transport device for continuously transporting a continuous transport substrate, an inlet for carrying in the continuous transport substrate, and a carry-out outlet for carrying out the continuous transport substrate. By heating the reaction vessel that has and accommodates the continuous transport substrate being transported, the gas carbon source supply unit that supplies the gaseous carbon source into the reaction vessel, and the continuous transport substrate in the reaction vessel. A heating unit for forming a nanocarbon material layer on the surface of the continuous transfer substrate is provided, and the heating unit heats the continuous transfer substrate in the reaction vessel by irradiating the inside of the reaction vessel with light. Equipped with a heating device.
前記ナノ炭素材料の連続製造装置では、前記光加熱装置は、波長0.70μm〜5.00μm、強度1kW〜8kW、の光を照射することが好ましい。 In the continuous production apparatus for nanocarbon materials, it is preferable that the optical heating apparatus irradiates light having a wavelength of 0.70 μm to 5.00 μm and an intensity of 1 kW to 8 kW.
前記ナノ炭素材料の連続製造装置では、前記光加熱装置は、レーザー加熱装置及びフラッシュランプ加熱装置の1種以上であることが好ましい。 In the continuous production apparatus for nanocarbon materials, the optical heating apparatus is preferably one or more of a laser heating apparatus and a flash lamp heating apparatus.
前記ナノ炭素材料の連続製造装置では、前記連続搬送装置は、ロール状の前記連続搬送基板を巻き出す巻出部と、前記連続搬送基板をロール状に巻き取る巻取部と、を備えることが好ましい。 In the continuous production apparatus for nanocarbon materials, the continuous transfer apparatus may include a winding unit for winding the continuous transfer substrate in a roll shape and a winding unit for winding the continuous transfer substrate in a roll shape. preferable.
前記ナノ炭素材料の連続製造装置では、前記反応容器から搬出された前記連続搬送基板を前記巻取部で巻き取る前に冷却する巻取前冷却部をさらに備えることが好ましい。 It is preferable that the continuous production apparatus for the nanocarbon material further includes a pre-winding cooling unit that cools the continuous transport substrate carried out from the reaction vessel before being wound by the winding unit.
前記ナノ炭素材料の連続製造装置では、前記連続搬送基板の搬送方向を前記反応容器内で方向転換させる方向転換ローラーを前記反応容器内にさらに備えることが好ましい。 In the continuous production apparatus for nanocarbon materials, it is preferable that the reaction vessel is further provided with a direction changing roller that changes the transport direction of the continuous transport substrate in the reaction vessel.
前記ナノ炭素材料の連続製造装置では、前記巻取前冷却部は、前記巻取部で巻き取る前の前記連続搬送基板に接触する冷却ローラーである
ことが好ましい。
In the continuous manufacturing apparatus for nanocarbon materials, the pre-winding cooling unit is preferably a cooling roller that comes into contact with the continuous transport substrate before being wound by the winding unit.
本発明の態様に係るナノ炭素材料の連続製造方法は、連続搬送される連続搬送基板を反応容器内で気体炭素源の存在下で加熱することにより、前記連続搬送基板の表面にナノ炭素材料層を成膜する成膜工程を備え、前記成膜工程は、前記反応容器内に光を照射することにより前記反応容器内の前記連続搬送基板を加熱する光加熱装置を用いる。 In the method for continuously producing a nanocarbon material according to an aspect of the present invention, a continuous transfer substrate is heated in a reaction vessel in the presence of a gaseous carbon source, whereby a nanocarbon material layer is formed on the surface of the continuous transfer substrate. The film forming step comprises a film forming step of heating the continuous transfer substrate in the reaction vessel by irradiating the inside of the reaction vessel with light.
前記ナノ炭素材料の連続製造方法では、前記光加熱装置は、波長0.70μm〜5.00μm、強度1kW〜8kWの光を照射することが好ましい。 In the method for continuously producing a nanocarbon material, it is preferable that the optical heating device irradiates light having a wavelength of 0.70 μm to 5.00 μm and an intensity of 1 kW to 8 kW.
前記ナノ炭素材料の連続製造方法では、前記光加熱装置は、レーザー加熱装置及びフラッシュランプ加熱装置の1種以上であることが好ましい。 In the method for continuously producing a nanocarbon material, the optical heating device is preferably one or more of a laser heating device and a flash lamp heating device.
前記ナノ炭素材料の連続製造方法では、前記連続搬送基板は連続搬送装置を用いて連続搬送され、前記連続搬送装置は、ロール状の前記連続搬送基板を巻き出す巻出部と、前記連続搬送基板をロール状に巻き取る巻取部と、を備えることが好ましい。 In the method for continuously producing a nanocarbon material, the continuous transfer substrate is continuously conveyed using a continuous transfer device, and the continuous transfer device includes a winding portion for unwinding the roll-shaped continuous transfer substrate and the continuous transfer substrate. It is preferable to provide a winding unit for winding the material into a roll.
前記ナノ炭素材料の連続製造方法では、前記反応容器から搬出された前記連続搬送基板を前記巻取部で巻き取る前に冷却する巻取前冷却工程をさらに有することが好ましい。 In the method for continuously producing a nanocarbon material, it is preferable to further include a pre-winding cooling step of cooling the continuous transport substrate carried out from the reaction vessel before being wound up by the winding unit.
前記ナノ炭素材料の連続製造方法では、前記成膜工程において、前記連続搬送基板の搬送方向を前記反応容器内で方向転換させ、方向転換された連続搬送基板に成膜処理を行うことが好ましい。 In the method for continuously producing a nanocarbon material, it is preferable that in the film forming step, the transport direction of the continuous transfer substrate is changed in the reaction vessel, and the film formation process is performed on the changed direction continuous transfer substrate.
前記ナノ炭素材料の連続製造方法では、前記巻取前冷却工程は、前記巻取部で巻き取る前の前記連続搬送基板に接触する冷却ローラーを用いて行うことが好ましい。 In the method for continuously producing a nanocarbon material, it is preferable that the pre-winding cooling step is performed by using a cooling roller that comes into contact with the continuous transport substrate before being wound by the winding unit.
本発明によれば、単層以上のナノ炭素材料を低コストで連続的に一定速度で製造する、ナノ炭素材料の連続製造装置及びナノ炭素材料の連続製造方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a continuous production apparatus for nanocarbon materials and a continuous production method for nanocarbon materials, which continuously produce nanocarbon materials having a single layer or more at a constant rate at low cost.
以下、図面を用いて実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置及びナノ炭素材料の連続製造方法について詳細に説明する。 Hereinafter, the continuous manufacturing apparatus for the nanocarbon material and the continuous manufacturing method for the nanocarbon material according to the embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
はじめに、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置で製造されるナノ炭素材料複合体について説明する。 First, the nanocarbon material composite manufactured by the continuous manufacturing apparatus for nanocarbon materials according to the first embodiment will be described.
<ナノ炭素材料複合体>
図1は、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置で製造されるナノ炭素材料複合体を模式的に示す断面図である。図1に示すナノ炭素材料複合体95は、連続搬送基板15と、連続搬送基板15の表面に形成されたナノ炭素材料層90と、を備える。図1中の矢印Cは、図2に示す第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置における連続搬送基板15の搬送方向である。
<Nanocarbon material composite>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a nanocarbon material composite manufactured by the nanocarbon material continuous manufacturing apparatus according to the first embodiment. The
[連続搬送基板]
連続搬送基板15とは、基板自体が搬送方向に連続した形状を有す、又は離間した隣接する基板同士が接続部材で物理的に接続されることにより、物理的に連続した状態で反応可能な形状の基板15を意味する。
[Continuous transfer board]
The
連続搬送基板15の形態としては、例えば、板状、条状、箔状、薄膜状、管状、棒状、線状、長尺状等が用いられる。棒状、線状の場合、連続搬送基板15は、単線、多線、撚線等のいずれであってもよい。
As the form of the
連続搬送基板15の長さは、例えば30cm〜30mとする。棒状、線状の場合、連続搬送基板15の幅は、例えば5mm〜50mmとする。
The length of the
連続搬送基板15の材質としては、例えば、純銅、銅合金、純ニッケル、ニッケル合金、金、白金等が用いられる。このうち、純銅又は銅合金は、比較的安価であり、かつ連続搬送基板15上へのナノ炭素材料の成膜が良好であるため好ましい。
As the material of the
連続搬送基板15の表面状態は、特に限定されない。連続搬送基板15の表面は、例えば、表面粗度RZが0.2〜0.6μm程度の鏡面研磨がされていてもよい。
The surface state of the
[ナノ炭素材料層]
ナノ炭素材料層90は、ナノ炭素材料からなり、連続搬送基板15の表面に形成される層である。ここで、ナノ炭素材料とは、グラフェン、二層以上のグラフェンの積層体等からなるグラフェン多層体;及びアモルファスカーボン、の1種以上を含む炭素材料を意味する。
[Nanocarbon material layer]
The
ナノ炭素材料複合体95では、連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90が形成される。
In the
ナノ炭素材料層90の厚さは、例えば0.34〜3.4nm、好ましくは0.34〜1.7nmである。ナノ炭素材料層90の厚さが上記範囲内にあると、グラフェン、二層以上のグラフェンの積層体等からなるグラフェン多層体;及びアモルファスカーボン、の1種以上を含む炭素材料のいずれの炭素材料も作製可能であるため好ましい。
The thickness of the
次に、実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置及びナノ炭素材料の連続製造方法について詳細に説明する。 Next, the continuous manufacturing apparatus for the nanocarbon material and the continuous manufacturing method for the nanocarbon material according to the embodiment will be described in detail.
[第1の実施形態]
(ナノ炭素材料の連続製造装置)
図2は、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置を模式的に示す図である。図2に示すように、ナノ炭素材料の連続製造装置1A(1)は、連続搬送装置110と、反応容器60A(60)と、気体炭素源供給部30と、加熱部50A(50)と、を備える。
[First Embodiment]
(Continuous manufacturing equipment for nano-carbon materials)
FIG. 2 is a diagram schematically showing a continuous manufacturing apparatus for nanocarbon materials according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the
<連続搬送装置>
連続搬送装置110は、連続搬送基板15を連続搬送するユニットある。連続搬送装置110は、通常、連続搬送基板15を一定速度で連続搬送するようになっている。
<Continuous transfer device>
The
連続搬送装置110は、通常、ロール状の連続搬送基板15を巻き出す巻出部112と、連続搬送基板15をロール状に巻き取る巻取部114とを備える装置が用いられる。
As the
なお、ナノ炭素材料の連続製造装置1Aで巻き出された連続搬送基板15は、成膜処理されると、連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90が形成されてナノ炭素材料複合体95となる。ナノ炭素材料複合体95は連続搬送基板15を含むため、ナノ炭素材料複合体95をロール状に巻き取る巻取部114は、連続搬送基板15をロール状に巻き取る装置でもある。
When the
連続搬送装置110は、通常、少なくとも巻取部114が駆動されるようになっている。なお、巻出部112が駆動されるようになっていてもよい。
In the
巻出部112と巻き出される連続搬送基板15とは、成膜用基材を収納し、かつ大気への暴露を防止するために、連続搬送装置チャンバー115A1(115)内に配置される。
The unwinding
巻取部114と巻き取られた連続搬送基板15又はナノ炭素材料複合体95とは、成膜後の基材を収納し、かつ大気への暴露を防止するために、連続搬送装置チャンバー115A2内に配置される。
The winding
<反応容器>
反応容器60Aは、連続搬送基板15が搬入される搬入口65と連続搬送基板15が搬出される搬出口67とを有し、搬送中の連続搬送基板15を収容する容器である。ここで、反応容器60Aは、反応容器60Aの壁面を介した反応容器60A内外の物体又は物質の流通を阻害し、かつ反応容器60Aの壁面を介した熱の流通が可能な容器である。
<Reaction vessel>
The
反応容器60Aは、中空の反応容器本体61を備える。反応容器本体61B(61)のうち、内壁の少なくとも一部には、加熱部50の光加熱装置51から照射された光を透過する透光性壁部62が形成されている。なお、反応容器本体61B全体が透光性を有していてもよい。
The
反応容器60A及びこれを構成する反応容器本体61Bの形状は特に限定されないが、図2に示すナノ炭素材料の連続製造装置1Aでは、反応容器60A及び反応容器本体61は管状体になっている。反応容器60Aが管状体である場合、反応容器60Aの長さを、例えば、100〜2000mmとし、好ましくは400〜600mmとする。また、反応容器60Aが管状体である場合、反応容器60Aの内径を、例えば、5〜50mmとする。
The shapes of the
搬入口65は、連続搬送基板15を反応容器60A内の空間である反応容器内空間63に搬入する部分である。搬出口67は、連続搬送基板15を反応容器60A内の反応容器内空間63から搬出する部分である。搬入口65及び搬出口67は、それぞれ、連続搬送基板15の搬入及び搬出の際に実質的に反応容器60A内を所定の雰囲気に保つことができるようなゲート状構造になっている。搬入口65及び搬出口67は、例えば、搬入口65及び搬出口67と、連続搬送基板15との隙間が小さいことが好ましい。また、必要により、搬入口65及び搬出口67の周囲に、反応容器60A内を所定の雰囲気に保つことができるような可撓性板状体等を設けてもよい。
The carry-in
反応容器60Aは、反応容器60Aの外部に設けられた加熱部50により、反応容器60A内の反応容器内空間63を加熱することができるようになっている。
The
反応容器60Aは、反応容器内空間63の真空度が、好ましくは超高真空〜2気圧にすることができることが好ましい。ここで、超高真空とは10−8〜10−5Paの真空度を意味する。
In the
反応容器60Aの材質としては、例えば、石英、セラミック等が用いられる。このうち石英は、透明で赤外線を通すことから反応容器内空間63中の内容物の加熱が容易なため好ましい。
As the material of the
反応容器60Aとしては、例えば、石英管が用いられる。
As the
<気体炭素源供給部>
気体炭素源供給部30は、反応容器60A内に気体炭素源35を供給するユニットである。気体炭素源供給部30は、少なくとも気体炭素源35を供給するユニットである。気体炭素源供給部30は、必要により、図示しないキャリアガス、水素ガス等のガスを反応容器60A内に導入可能になっていてもよい。
<Gas carbon source supply unit>
The gaseous carbon
気体炭素源35とは、ナノ炭素材料の原料となるガスである。気体炭素源35としては、例えば、メタンガス、エチレンガス、アセチレンガス、ブタンガス、エタノールガスメタノールガス、プロパンガス等の炭素含有ガスが用いられる。このうち、メタンガスは、ナノ炭素材料層90の成膜が容易であるため好ましい。
The
キャリアガスとしては、例えば、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスが用いられる。このうち、アルゴンガスは、気体炭素源の希釈用ガスとして用いることができ、またガスパージ力に優れるガスであるため好ましい。 As the carrier gas, for example, an inert gas such as argon gas or nitrogen gas is used. Of these, argon gas is preferable because it can be used as a diluting gas for a gaseous carbon source and has an excellent gas purging power.
気体炭素源35、図示しないキャリアガス、水素ガス等のガスは、マスフローコントローラー等を用いて流量が制御される。
The flow rate of a gas such as a
図2に示すナノ炭素材料の連続製造装置1Aでは、気体炭素源供給部30が、反応容器60Aの壁面に設けられている。しかし、ナノ炭素材料の連続製造装置1Aの変形例として、例えば、気体炭素源供給部30を反応容器60Aの壁面でなく搬入口65に接続されるように形成してもよい。
In the nanocarbon material
<加熱部>
加熱部50は、反応容器60A内の連続搬送基板15を加熱することにより連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90を成膜するユニットである。
<Heating part>
The
加熱部50は、反応容器60A外の上下方向にそれぞれ設けられ、反応容器内空間63に配置された連続搬送基板15を上下方向から加熱することができるようになっている。
The
加熱部50は、連続搬送基板15を900℃以上に加熱可能な加熱手段である。また、加熱部50は、反応容器60A内に光を照射することにより反応容器60A内の連続搬送基板15を加熱する光加熱装置51を備える。
The
加熱部50は、連続搬送基板15を、通常900〜1250℃、好ましくは1000〜1800℃に加熱する。
The
光加熱装置51は、波長0.70μm〜5.00μm、強度1kW〜36kW、の光を照射することが好ましい。また、光加熱装置51は、波長1.10μm〜2.00μm、強度1kW〜8kW、の光を照射することがより好ましい。光加熱装置51の照射する光の波長及び強度が上記範囲内にあると、連続搬送基板を効率的に加熱できるため好ましい。
The
光加熱装置51としては、例えば、レーザー加熱装置及びフラッシュランプ加熱装置の1種以上が用いられる。このうち、レーザー加熱装置は、加熱領域の範囲を制御しやすいため好ましい。
As the
第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Aの作用を、下記の第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法において説明する。
The operation of the nanocarbon material
(ナノ炭素材料の連続製造方法)
第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法は、上記第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Aを用いる連続製造方法である。
(Continuous manufacturing method of nano carbon material)
The method for continuously producing a nanocarbon material according to the first embodiment is a continuous production method using the nanocarbon material
第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法は、成膜工程を備える。 The method for continuously producing a nanocarbon material according to the first embodiment includes a film forming step.
<成膜工程>
成膜工程は、連続搬送される連続搬送基板15を反応容器60A内で気体炭素源35の存在下で加熱することにより、連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90を成膜する工程である。なお、成膜工程では、反応容器60A内に光を照射することにより反応容器60A内の連続搬送基板15を加熱する光加熱装置51を用いる。
<Film formation process>
The film forming step is a step of forming a
成膜工程では、気体炭素源35の存在下で光加熱装置51を用いて連続搬送基板15を加熱する。これにより、本工程では、連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90が成膜され、この結果、連続搬送基板15とその表面に形成されたナノ炭素材料層90とを含むナノ炭素材料複合体95が得られる。
In the film forming step, the
なお、一般的なバッチ式のナノ炭素材料の製造方法では、基材の表面にナノ炭素材料が好適に成膜されるように、通常、成膜工程の前に基材にアニーリング処理を行う。ここで、基材のアニーリング処理は、例えば、金属基材を加熱して基材の表面を平滑化する処理である。 In a general batch-type method for producing a nanocarbon material, the base material is usually annealed before the film forming step so that the nanocarbon material is suitably formed on the surface of the base material. Here, the annealing treatment of the base material is, for example, a treatment of heating the metal base material to smooth the surface of the base material.
これに対し、実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法では、成膜工程での加熱がアニーリング処理の作用も有するため、成膜工程と別にアニーリング処理工程を別途設ける必要がない。なお、実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法では、必要により、成膜工程の前に、連続搬送基板15に対してアニーリング処理を行ってもよい。
On the other hand, in the method for continuously producing a nanocarbon material according to the embodiment, since heating in the film forming step also has an annealing treatment action, it is not necessary to separately provide an annealing treatment step in addition to the film forming step. In the method for continuously producing a nanocarbon material according to the embodiment, if necessary, an annealing treatment may be performed on the
連続搬送基板15の搬送速度は、10〜200mm/分が好ましい。
The transfer speed of the
成膜工程での成膜は、加熱部50を用いた加熱により行う。具体的には、成膜工程は、例えば、光加熱装置51を用いたCVD成膜、抵抗加熱、熱風加熱、赤外線加熱、誘導加熱、レーザー加熱方法等の成膜方法により行う。
The film formation in the film formation step is performed by heating using the
本工程において、反応容器60A内における、キャリアガスの濃度に対する気体炭素源35の濃度の比率は、通常、1〜1000000ppm、好ましくは10〜50000ppmである。
In this step, the ratio of the concentration of the
例えば、キャリアガスがアルゴンガスで気体炭素源35がメタンガスである場合、アルゴンガスの濃度に対するメタンガスの濃度の比率は、通常、1〜59000ppm、好ましくは10〜40000ppmである。メタンガスの濃度の比率が上記範囲内にあると、気体炭素源35としてのメタンガスを爆発限界未満にした状態でナノ炭素材料層90を成膜することができるため好ましい。
For example, when the carrier gas is argon gas and the
本工程では、キャリアガス及び気体炭素源35に加えて、水素ガスを反応容器60A内に導入してもよい。本工程での反応容器60A内における、キャリアガスの濃度に対する水素ガスの濃度の比率は、通常、1〜1000000ppm、好ましくは1〜40000ppmである。
In this step, hydrogen gas may be introduced into the
例えば、キャリアガスがアルゴンガスである場合、アルゴンガスの濃度に対する水素ガスの濃度の比率は、通常、1〜48000ppm、好ましくは10〜40000ppmである。 For example, when the carrier gas is argon gas, the ratio of the concentration of hydrogen gas to the concentration of argon gas is usually 1 to 48,000 ppm, preferably 10 to 40,000 ppm.
加熱温度としては、例えば900〜1250℃、好ましくは950〜1050℃とする。また、加熱時間としては、例えば0.5〜60分、好ましくは1〜60分とする。 The heating temperature is, for example, 900 to 1250 ° C, preferably 950 to 1050 ° C. The heating time is, for example, 0.5 to 60 minutes, preferably 1 to 60 minutes.
光加熱装置51は、波長0.70μm〜5.00μm、強度1kW〜36kW、の光を照射することが好ましい。また、光加熱装置51は、波長1.10μm〜2.00μm、強度1kW〜8kW、の光を照射することがより好ましい。光加熱装置51の照射する光の波長及び強度が上記範囲内にあると、連続搬送基板を効率的に加熱できるため好ましい。
The
光加熱装置51としては、例えば、レーザー加熱装置及びフラッシュランプ加熱装置の1種以上が用いられる。このうち、レーザー加熱装置は、加熱領域の範囲を制御しやすいため好ましい。
As the
加熱部50による光加熱装置51を用いた連続搬送基板15の加熱により連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90が成膜されると、連続搬送基板15とその表面に形成されたナノ炭素材料層90とを含むナノ炭素材料複合体95が得られる。
When the
図3は、図2に示すナノ炭素材料の連続製造装置を用いて連続搬送基板15からナノ炭素材料複合体95を製造した場合における、連続搬送基板15の表面の状態変化の一例を示す図である。図3(A)、図3(B)及び図3(C)は、それぞれ、加熱処理時間が0分、17分及び25分の場合の一例である。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a state change of the surface of the
図3の処理条件は以下のとおりである。すなわち、長さ360mmの反応容器60Aを備えたナノ炭素材料の連続製造装置1Aを用いた。また、純銅で表面研磨した幅10mm、厚さ0.5mmの連続搬送基板15を搬送速度14.4mm/分で搬送した。さらに、気体炭素源35として濃度10ppmのメタンガスを用い、加熱温度を1000℃とした。温度計測は、K熱電対及びR熱電対を用いて正確に測定した。
The processing conditions in FIG. 3 are as follows. That is, a
なお、図3中の被覆率は、ナノ炭素材料複合体95のサンプルを酸化処理して連続搬送基板15の純銅と、グラフェンからなるナノ炭素材料層90と、の明度のコントラストを強調した後、算出した。ここで、被覆率は、連続搬送基板15の表面積に対するナノ炭素材料層90の表面積の寄り合いである。
The coverage in FIG. 3 is determined after the sample of the
図3(A)に示すように、加熱処理時間が0分の場合、表面には連続搬送基板15の純銅のみが観察され、被覆率は0%であった。
As shown in FIG. 3A, when the heat treatment time was 0 minutes, only pure copper of the
また、図3(B)に示すように、加熱処理時間が17分の場合、表面には、結晶サイズが5μmの多数のグラフェンの集合体からなるナノ炭素材料層90と、連続搬送基板15の純銅とが観察され、被覆率は50%であった。
Further, as shown in FIG. 3B, when the heat treatment time is 17 minutes, the surface of the
さらに、図3(C)に示すように、加熱処理時間が25分の場合、表面状態としてグラフェンからなるナノ炭素材料層90のみが観察され、被覆率は100%であった。
Further, as shown in FIG. 3C, when the heat treatment time was 25 minutes, only the
図4は、図3(C)に示すナノ炭素材料層90のラマン分析結果を示すグラフである。図4(A)は、図3(C)に示すナノ炭素材料層90の表面の光学顕微鏡写真である。
FIG. 4 is a graph showing the Raman analysis results of the
なお、図4(B)は、図4(A)の測定部位1、測定部位11、及びこれらの間に存在する図示しない9個の測定部位におけるラマン分析結果の平均値を示すグラフである。測定部位1、測定部位11、及びこれらの間に存在する図示しない9個の測定部位の全て(11測定点)において、グラフェンの存在を示す、Gバンド(1590cm−1)のピーク及び2Dバンド(2700cm−1)のピークが観測された。このため、図4(B)には11測定点の平均値を示した。
Note that FIG. 4B is a graph showing the average value of the Raman analysis results at the
バックグラウンドからの2Dバンド(2700cm−1)のピーク高さを、バックグラウンドからのGバンド(1590cm−1)のピーク高さで除して算出した2D/Gは、1.38であった(ピークG<ピーク2D)。このため、図4(A)のナノ炭素材料層90を構成するグラフェンは単層であることが分かる。
The peak height of the 2D band from background (2700
なお、ラマンスペクトルにおいて、バックグラウンドからのピークGの高さよりも、バックグラウンドからのピーク2Dの高さのほうが小さい(ピークG>ピーク2D)場合は、3層以上のグラフェンからなる多層グラフェンを表すといわれている。また、ラマンスペクトルにおいて、バックグラウンドからのピークGの高さと、バックグラウンドからのピーク2Dの高さとが同じ(ピークG=ピーク2D)場合は、2層のグラフェンからなる複層グラフェンを表すといわれている。さらに、ラマンスペクトルにおいて、バックグラウンドからのピークGの高さよりも、バックグラウンドからのピーク2Dの高さのほうが大きい(ピークG<ピーク2D)場合は、1層のグラフェンからなる単層グラフェンを表すといわれている。
In the Raman spectrum, when the height of the peak 2D from the background is smaller than the height of the peak G from the background (peak G>
図5は、図3に示すナノ炭素材料複合体95におけるナノ炭素材料層90の成膜時間と被覆率との関係を示す図である。図5(A)は、ナノ炭素材料層90の成膜時間と被覆率との関係をグラフで示す図である。図5(B)は、ナノ炭素材料層90の成膜時間と被覆率との関係を表で示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the film formation time and the coverage of the
図5(A)に示すように、成膜時間と被覆率との関係を示すグラフは、いわゆるロジスティック曲線を示すことが分かった。このため、ロジスティック曲線を予め作成しておくと、このロジスティック曲線に基づいて、ナノ炭素材料複合体95におけるナノ炭素材料層90の被覆率の制御が可能である。
As shown in FIG. 5A, it was found that the graph showing the relationship between the film formation time and the coverage shows a so-called logistic curve. Therefore, if a logistic curve is created in advance, it is possible to control the coverage of the
(第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置の効果)
第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置によれば、単層以上のナノ炭素材料を低コストで連続的に一定速度で製造するナノ炭素材料の連続製造装置を提供することができる。
(Effect of continuous manufacturing apparatus for nanocarbon material according to the first embodiment)
According to the nanocarbon material continuous production apparatus according to the first embodiment, it is possible to provide a nanocarbon material continuous production apparatus for continuously producing a single layer or more nanocarbon material at a constant speed at a low cost. ..
なお、本連続製造装置が低コストでナノ炭素材料を製造可能である理由は、連続搬送基板15に対するアニーリング処理又は還元処理が必須でないことから、これらの処理に関する設備を省略可能であるためである。
The reason why this continuous manufacturing apparatus can manufacture nanocarbon materials at low cost is that since annealing treatment or reduction treatment for the
(第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の効果)
第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法によれば、単層以上のナノ炭素材料を低コストで連続的に一定速度で製造するナノ炭素材料の連続製造方法を提供することができる。
(Effect of continuous production method of nanocarbon material according to the first embodiment)
According to the method for continuously producing a nanocarbon material according to the first embodiment, it is possible to provide a method for continuously producing a nanocarbon material having a single layer or more at a low cost and continuously at a constant speed. ..
なお、本連続製造方法が低コストでナノ炭素材料を製造可能である理由は、連続搬送基板15に対するアニーリング処理又は還元処理が必須でないためである。
The reason why this continuous manufacturing method can manufacture nanocarbon materials at low cost is that annealing treatment or reduction treatment for the
[第2の実施形態]
(ナノ炭素材料の連続製造装置)
図6は、第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置を模式的に示す図である。図6に示すように、ナノ炭素材料の連続製造装置1B(1)は、連続搬送装置110と、反応容器60B(60)と、気体炭素源供給部30と、加熱部50B(50)と、巻取前冷却部120B(120)とを備える。
[Second Embodiment]
(Continuous manufacturing equipment for nano-carbon materials)
FIG. 6 is a diagram schematically showing a continuous manufacturing apparatus for nanocarbon materials according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the
第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Bは、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Aに比較して、さらに巻取前冷却部120Bを備える点のみで異なり、その他の構成は同一である。
The nanocarbon material
このため、ナノ炭素材料の連続製造装置1Bとナノ炭素材料の連続製造装置1Aとの同一構成に同一符号を付し、構成及び作用の説明を省略又は簡略化する。例えば、ナノ炭素材料の連続製造装置1Bの反応容器60B、加熱部50B1、連続搬送装置チャンバー115B1等は、ナノ炭素材料の連続製造装置1Aの反応容器60A、加熱部50A1、連続搬送装置チャンバー115A1等と同一である。以下、巻取前冷却部120について説明する。
Therefore, the same components of the nanocarbon material
<巻取前冷却部>
巻取前冷却部120Bは、反応容器60Bから搬出された連続搬送基板15を巻取部114で巻き取る前に冷却するユニットである。巻取前冷却部120Bは、反応容器60Bの搬出口67と、巻取部114との間に設けられる。
<Cooling section before winding>
The
なお、ナノ炭素材料の連続製造装置1Bで巻き出された連続搬送基板15は、成膜処理されると、連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90が形成されてナノ炭素材料複合体95となる。ナノ炭素材料複合体95は連続搬送基板15を含むため、ナノ炭素材料複合体95を巻取部114で巻き取る前に冷却する巻取前冷却部120Bは、連続搬送基板15を巻取部114で巻き取る前に冷却するユニットでもある。
When the
巻取前冷却部120Bは、連続搬送基板15を冷却するユニットである。なお、連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90が形成されてナノ炭素材料複合体95が得られている場合、巻取前冷却部120Bは、ナノ炭素材料複合体95を冷却するユニットでもある。
The
成膜処理で得られたナノ炭素材料複合体95の冷却は、ナノ炭素材料層90の成膜処理での触媒反応を停止される作用を有する。このため、巻取前冷却部120Bでの冷却条件を制御することにより、得られるナノ炭素材料層90の化学的性質、物理的性質等を変えることができる。
The cooling of the
巻取前冷却部120Bとしては、例えば、ファン、ブロワー等の冷却装置、ペルチェ効果を用いた冷却装置、自然冷却を利用した冷却装置等、を筐体中に設置した装置が用いられる。
As the
巻取前冷却部120Bでの冷却速度は特に限定されない。巻取前冷却部120Bでの冷却としては、自然冷却(放冷)徐冷、強制急冷等とすることができる。
The cooling rate in the
第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Bの作用を、下記の第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法において説明する。
The operation of the nanocarbon material
(ナノ炭素材料の連続製造方法)
第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法は、上記第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Bを用いる連続製造方法である。
(Continuous manufacturing method of nano carbon material)
The method for continuously producing a nanocarbon material according to a second embodiment is a continuous manufacturing method using the
第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法は、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の諸工程に加え、巻取前冷却工程を備える。第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の作用は、巻取前冷却工程以外は、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の作用と同じてあるため、巻取前冷却工程以外の工程の説明を省略する。 The method for continuously producing a nanocarbon material according to a second embodiment includes a pre-winding cooling step in addition to the various steps of the method for continuously producing a nanocarbon material according to the first embodiment. Since the operation of the continuous production method of the nanocarbon material according to the second embodiment is the same as the operation of the continuous production method of the nanocarbon material according to the first embodiment except for the pre-winding cooling step, the winding is performed. The description of the process other than the pre-cooling process will be omitted.
<巻取前冷却工程>
巻取前冷却工程は、反応容器60Bから搬出された連続搬送基板15を巻取部114で巻き取る前に冷却する工程である。
<Cooling process before winding>
The pre-winding cooling step is a step of cooling the
巻取前冷却工程は、巻取前冷却部120Bを用い、連続搬送基板15を冷却する工程である。なお、連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90が形成されてナノ炭素材料複合体95が得られている場合、巻取前冷却工程は、ナノ炭素材料複合体95を冷却する工程でもある。
The pre-winding cooling step is a step of cooling the
成膜工程で得られたナノ炭素材料複合体95の冷却は、ナノ炭素材料層90の成膜処理での触媒反応を停止される作用を有する。このため、巻取前冷却工程での冷却条件を制御することにより、得られるナノ炭素材料層90の化学的性質、物理的性質等を変えることができる。
Cooling of the
巻取前冷却部120Bでの冷却速度は特に限定されない。巻取前冷却部120Bでの冷却としては、自然冷却(放冷)徐冷、強制急冷等とすることができる。
The cooling rate in the
(第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置の効果)
第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Bによれば、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Aと同じ効果を奏する。
(Effect of continuous manufacturing apparatus for nanocarbon material according to the second embodiment)
According to the nano-carbon material
また、第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Bによれば、巻取前冷却部120Bでの冷却条件を制御することにより、得られるナノ炭素材料層90の化学的性質、物理的性質等を変えることができる。
Further, according to the nanocarbon material
(第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の効果)
第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法によれば、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法と同じ効果を奏する。
(Effect of continuous production method of nanocarbon material according to the second embodiment)
According to the method for continuously producing a nanocarbon material according to the second embodiment, the same effect as the method for continuously producing a nanocarbon material according to the first embodiment is obtained.
また、第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法によれば、巻取前冷却工程での冷却条件を制御することにより、得られるナノ炭素材料層90の化学的性質、物理的性質等を変えることができる。
Further, according to the method for continuously producing a nanocarbon material according to the second embodiment, the chemical and physical properties of the
[第3の実施形態]
(ナノ炭素材料の連続製造装置)
図7は、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置を模式的に示す図である。図7に示すように、ナノ炭素材料の連続製造装置1C(1)は、連続搬送装置110と、反応容器60C(60)と、気体炭素源供給部30と、加熱部50C(50)と、方向転換ローラー127と、遊星ローラー123C(123)とを備える。
[Third Embodiment]
(Continuous manufacturing equipment for nano-carbon materials)
FIG. 7 is a diagram schematically showing a continuous manufacturing apparatus for nanocarbon materials according to a third embodiment. As shown in FIG. 7, the
第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cは、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Aに比較して、さらに方向転換ローラー127及び遊星ローラー123を備える点で異なる。また、ナノ炭素材料の連続製造装置1Cは、ナノ炭素材料の連続製造装置1Aに比較して、連続搬送装置110の巻出部112及び巻取部114の配置が異なり、並びに反応容器60Cと反応容器60Aとの構造が異なる点で異なる。ナノ炭素材料の連続製造装置1Cとナノ炭素材料の連続製造装置1Aとは上記構成以外は実質的に同じである。
The nanocarbon material
このため、ナノ炭素材料の連続製造装置1Cとナノ炭素材料の連続製造装置1Aとの同一構成に同一符号を付し、構成及び作用の説明を省略又は簡略化する。例えば、加熱部50C1は、加熱部50A1と同一である。以下、方向転換ローラー127、遊星ローラー123C、連続搬送装置110の巻出部112及び巻取部114の配置、並びに反応容器60Cについて説明する。
Therefore, the same components of the nanocarbon material
<方向転換ローラー>
方向転換ローラー127は、連続搬送基板15の搬送方向を反応容器60C内で方向転換させる部材として反応容器60C内にさらに備えられる部材である。
<Turn-turn roller>
The
方向転換ローラー127は、反応容器60Cの長さに対する反応容器60C内での連続搬送基板15の搬送距離を長くすることにより、ナノ炭素材料層90の成膜処理の効率を向上させるものである。
The
例えば、方向転換ローラー127を図7に示すナノ炭素材料の連続製造装置1Cのように配置すると、反応容器60C内での連続搬送基板15の搬送距離をナノ炭素材料の連続製造装置1Aの2倍にすることができる。このように、方向転換ローラー127を用いて反応容器60C内での連続搬送基板15の搬送距離を2倍にすると、連続搬送基板15の搬送速度が同じでも成膜処理の速度を2倍にすることができる。
For example, when the
また、方向転換ローラー127を図7に示すナノ炭素材料の連続製造装置1Cのように配置すると、反応容器60Cの長さを反応容器60Aの1/2にしても連続搬送基板15の搬送距離をナノ炭素材料の連続製造装置1Aと同じにすることができる。このように、方向転換ローラー127を用いかつ反応容器60Cの長さを反応容器60Aの1/2にすると、コンパクトなナノ炭素材料の連続製造装置1Cを用いて、ナノ炭素材料の連続製造装置1Aと同様の成膜処理を行うことができる。
Further, when the
方向転換ローラー127の材質としては、例えば、石英ガラス、セラミック等が用いられる。このうち、石英ガラスは、耐熱性かつ急激な温度変化に耐えられるため好ましい。
As the material of the turning
<遊星ローラー>
遊星ローラー123Cは、搬送される連続搬送基板15の撓みを解消し、連続搬送基板15に張力を付与する部材である。遊星ローラー123Cは、巻出部112と反応容器60Cの搬入口65との間に設けられ、反応容器60Cに搬送される連続搬送基板15の撓みを解消し、連続搬送基板15に張力を付与する。
<Planet roller>
The
遊星ローラー123Cにより連続搬送基板15に張力が付与されると、搬送される連続搬送基板15の撓みが抑制され、成膜処理の精度が高くなる。遊星ローラー123Cは、図中上下方向等に移動しない構成としてもよいが、連続搬送基板15に適切な張力を付与するために、図中上下方向等に移動可能な構成としてもよい。
When tension is applied to the
巻出部112、遊星ローラー123C及び巻取部114は、共に、連続搬送装置チャンバー115C1内に配置される。巻出部112、遊星ローラー123C及び巻取部114が同一の連続搬送装置チャンバー115C1内に配置されると、連続搬送用基板15への弛みを防止するための一定の張力を付与することができる。このため、巻出部112、遊星ローラー123C及び巻取部114が同一の連続搬送装置チャンバー115C1内に配置されると、連続搬送基板15の表面に成膜されたナノ炭素材料層90にクラック等のダメージを与えにくいため好ましい。
The unwinding
なお、遊星ローラー123Cは、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cに必須の構成ではない。たとえば、方向転換ローラー127、巻出部112及び巻取部114の大きさや配置を適正化することで搬送される連続搬送基板15の撓みが解消される場合、遊星ローラー123Cを設けない構成とすることもできる。
The
<連続搬送装置>
図7に示すナノ炭素材料の連続製造装置1Cにおいて、連続搬送装置110を構成する巻出部112及び巻取部114は、図中右側に配置され、共に、連続搬送装置チャンバー115C1(115)内に配置される。
<Continuous transfer device>
In the
巻出部112及び巻取部114が共に連続搬送装置チャンバー115C1(115)内に配置されると、{ 連続搬送基板15及びナノ炭素材料層90の }大気への暴露の防止、かつ、キャリアガスと気体炭素源の外部への漏出が防止できるため好ましい。
When both the unwinding
図7に示すように、図中下側に巻出部112が配置され、図中上側に巻取部114が配置される。巻出部112を下側に配置し、巻取部114を上側に配置すると、連続搬送用基板15への弛みを防止するための一定の張力を付与することができる。このため、巻出部112、遊星ローラー123C及び巻取部114が同一の連続搬送装置チャンバー115C1内に配置されると、連続搬送基板15の表面に成膜されたナノ炭素材料層90にクラック等のダメージを与えにくいため好ましい。
As shown in FIG. 7, the unwinding
<反応容器>
反応容器60Cは、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Aの反応容器60Aにおいて、搬入口65及び搬出口67の位置を変えたものである。具体的には、反応容器60Aでは搬入口65及び搬出口67が反応容器60Aの長手方向の一方端と他方端との形成されているが、反応容器60Cでは搬入口65及び搬出口67が反応容器60Aの長手方向の一方端側に上下方向に位置するように形成されている。
<Reaction vessel>
The
この反応容器60Cにおける搬入口65及び搬出口67の配置は、方向転換ローラー127が配置されて反応容器60C内の上下方向のそれぞれで連続搬送基板15の搬送が行われることに対応したものである。
The arrangement of the carry-in
第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cの作用を、下記の第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法において説明する。
The operation of the nanocarbon material
(ナノ炭素材料の連続製造方法)
第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法は、上記第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cを用いる連続製造方法である。
(Continuous manufacturing method of nano carbon material)
The method for continuously producing a nanocarbon material according to a third embodiment is a continuous manufacturing method using the
第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法は、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の成膜工程において、方向転換された連続搬送基板15に成膜処理を行う方法である。第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の成膜工程は、方向転換された連続搬送基板15に成膜処理を行う以外は、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の成膜工程と同じである。このため、以下、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の成膜工程と異なる点についてのみ説明する。
In the method for continuously producing a nanocarbon material according to a third embodiment, in the film forming step of the method for continuously producing a nanocarbon material according to the first embodiment, a film forming process is performed on the
<成膜工程>
第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法での成膜工程は、連続搬送基板15の搬送方向を反応容器60C内で方向転換させ、方向転換された連続搬送基板15に成膜処理を行う工程である。
<Film formation process>
In the film formation step in the method for continuously producing a nanocarbon material according to the third embodiment, the transfer direction of the
具体的には、上記成膜工程は、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cを用い、方向転換ローラー127で、連続搬送基板15の搬送方向を反応容器60C内で方向転換させつつ成膜処理する工程である。
Specifically, in the film forming step, the
本成膜工程によれば、方向転換ローラー127を用い、反応容器60Cの長さに対する反応容器60C内での連続搬送基板15の搬送距離を長くすることにより、ナノ炭素材料層90の成膜処理の効率を向上させることができる。
According to this film forming step, the film forming treatment of the
例えば、方向転換ローラー127を図7に示すナノ炭素材料の連続製造装置1Cのように配置すると、本成膜工程において、反応容器60C内での連続搬送基板15の搬送距離をナノ炭素材料の連続製造装置1Aの2倍にすることができる。このように、方向転換ローラー127を用いて反応容器60C内での連続搬送基板15の搬送距離を2倍にすると、本成膜工程において、連続搬送基板15の搬送速度が同じでも成膜処理の速度を2倍にすることができる。
For example, when the
また、方向転換ローラー127を図7に示すように配置すると、本成膜工程において、反応容器60Cの長さを反応容器60Aの1/2にしても連続搬送基板15の搬送距離をナノ炭素材料の連続製造装置1Aと同じにすることができる。このように、方向転換ローラー127を用いかつ反応容器60Cの長さを反応容器60Aの1/2にすると、本成膜工程において、コンパクトなナノ炭素材料の連続製造装置1Cを用いて、ナノ炭素材料の連続製造装置1Aと同様の成膜処理を行うことができる。
Further, when the
(第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置の効果)
第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cによれば、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Aと同じ効果を奏する。
(Effect of continuous manufacturing apparatus for nanocarbon material according to the third embodiment)
According to the nano-carbon material
また、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cによれば、反応容器60Cの長さに対する反応容器60C内での連続搬送基板15の搬送距離を長くすることにより、ナノ炭素材料層90の成膜処理の効率を向上させることができる。
Further, according to the nanocarbon material
(第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の効果)
第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法によれば、第1の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法と同じ効果を奏する。
(Effect of continuous production method of nanocarbon material according to the third embodiment)
According to the method for continuously producing a nanocarbon material according to a third embodiment, the same effect as that for the method for continuously producing a nanocarbon material according to the first embodiment is obtained.
また、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法によれば、反応容器60Cの長さに対する反応容器60C内での連続搬送基板15の搬送距離を長くすることにより、ナノ炭素材料層90の成膜処理の効率を向上させることができる。
Further, according to the method for continuously producing a nanocarbon material according to the third embodiment, the nanocarbon material layer is formed by increasing the transport distance of the
[第4の実施形態]
(ナノ炭素材料の連続製造装置)
図8は、第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置を模式的に示す図である。図8に示すように、ナノ炭素材料の連続製造装置1D(1)は、連続搬送装置110と、反応容器60D(60)と、気体炭素源供給部30と、加熱部50D(50)と、巻取前冷却部120D(120)とを備える。
[Fourth Embodiment]
(Continuous manufacturing equipment for nano-carbon materials)
FIG. 8 is a diagram schematically showing a continuous manufacturing apparatus for nanocarbon materials according to a fourth embodiment. As shown in FIG. 8, the
第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Dは、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cに比較して、さらに巻取前冷却部120Dを備え、連続搬送装置チャンバー115の形態が異なる点で異なり、その他の構成は実質的に同一である。
The nanocarbon material
このため、ナノ炭素材料の連続製造装置1Dとナノ炭素材料の連続製造装置1Cとの同一構成に同一符号を付し、構成及び作用の説明を省略又は簡略化する。例えば、ナノ炭素材料の連続製造装置1Dの反応容器60D、加熱部50D1、方向転換ローラー127D等は、ナノ炭素材料の連続製造装置1Cの反応容器60C、加熱部50C1、方向転換ローラー127C等と同一である。以下、巻取前冷却部120Dとしての冷却ローラー125について説明する。
Therefore, the same components of the
<巻取前冷却部>
巻取前冷却部120Dは、第2の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Bの巻取前冷却部120Bと同様に、反応容器60Dから搬出された連続搬送基板15を巻取部114で巻き取る前に冷却するユニットである。巻取前冷却部120Dは、反応容器60Dの搬出口67と、巻取部114との間に設けられる。
<Cooling section before winding>
The pre-winding cooling unit 120D is the same as the
図8に示すように、巻取前冷却部120Dは、巻取部114で巻き取る前の連続搬送基板15に接触する冷却ローラー125D1、125D2(125)になっている。
As shown in FIG. 8, the pre-winding cooling unit 120D is a cooling roller 125D1 and 125D2 (125) that come into contact with the
冷却ローラー125は、反応容器60D側に冷却ローラー125D1、巻取部114側に冷却ローラー125D2が配置される。
As for the cooling roller 125, the cooling roller 125D1 is arranged on the
冷却ローラー125(125D1、125D2)は巻取前冷却部120の一態様であり、ナノ炭素材料の連続製造装置1Bの巻取前冷却部120Bと同様に、連続搬送基板15を冷却するユニットである。なお、連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90が形成されてナノ炭素材料複合体95が得られている場合、冷却ローラー125(125D1、125D2)は、ナノ炭素材料複合体95を冷却するユニットでもある。
The cooling roller 125 (125D1, 125D2) is an aspect of the
冷却ローラー125(125D1、125D2)は、巻取前冷却部120の中でもローラーの態様を有するため、ナノ炭素材料の連続製造装置1Dへのインライン化が容易である。
Since the cooling roller 125 (125D1, 125D2) has the form of a roller in the
成膜処理で得られたナノ炭素材料複合体95の冷却は、ナノ炭素材料層90の成膜処理での触媒反応を停止される作用を有する。このため、冷却ローラー125(125D1、125D2)での冷却条件を制御することにより、得られるナノ炭素材料層90の化学的性質、物理的性質等を変えることができる。
The cooling of the
冷却ローラー125(125D1、125D2)としては、特に限定されないが、例えば、ペルチェ効果を用いた冷却ローラー、内部を寒剤が流れる冷却ローラー等が用いられる。 The cooling roller 125 (125D1, 125D2) is not particularly limited, and for example, a cooling roller using the Perche effect, a cooling roller in which a cryogen flows inside, and the like are used.
内部を寒剤が流れる冷却ローラーに用いられる寒剤としては、例えば、水、エチレングリコール、液体窒素等が用いられる。このうち、エチレングリコールは、液体であることから水等へ溶解しやすく希釈して用いることができるため好ましい。また、エチレングリコールは、水よりも融点が低いため好ましい。さらに、エチレングリコールは、市販の冷却装置に用いることが容易であるため好ましい。 As the cryogen used for the cooling roller through which the cryogen flows, for example, water, ethylene glycol, liquid nitrogen or the like is used. Of these, ethylene glycol is preferable because it is a liquid and can be easily dissolved in water or the like and diluted before use. Further, ethylene glycol is preferable because it has a lower melting point than water. Further, ethylene glycol is preferable because it is easy to use in a commercially available cooling device.
冷却ローラー125D1、125D2は、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cの遊星ローラー123Cと同様に、搬送される連続搬送基板15の撓みを解消し、連続搬送基板15に張力を付与する部材としても機能するようになっている。
Similar to the
冷却ローラー125D1、125D2は、巻取部114と共に、連続搬送装置チャンバー115D2(115)内に配置される。冷却ローラー125D1、125D2及び巻取部114が同一の連続搬送装置チャンバー115D2内に配置されると、連続搬送用基板15への弛みを防止するための一定の張力を付与することができ、かつ冷却効率がよい。このため、巻出部112、遊星ローラー123C及び巻取部114が同一の連続搬送装置チャンバー115C1内に配置されると、連続搬送基板15の表面に成膜されたナノ炭素材料層90にクラック等が生じにくくかつ高い冷却の機能を付与できるため好ましい。
The cooling rollers 125D1 and 125D2 are arranged in the continuous transfer device chamber 115D2 (115) together with the winding
なお、ナノ炭素材料の連続製造装置1Dの巻出部112側には、遊星ローラー123D(123)が設けられる。遊星ローラー123Dの作用は、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cの遊星ローラー123Cの作用と同様であるため、遊星ローラー123Dについての説明を省略する。
A
ナノ炭素材料の連続製造装置1Dにおいて、巻出部112及び遊星ローラー123Dは、共に、連続搬送装置チャンバー115D1(115)内に配置される。巻出部112及び遊星ローラー123Dが同一の連続搬送装置チャンバー115D1内に配置されると、連続搬送用基板15への弛みを防止するための一定の張力を付与することができる。このため、巻出部112、遊星ローラー123C及び巻取部114が同一の連続搬送装置チャンバー115C1内に配置されると、連続搬送基板15の表面に成膜されたナノ炭素材料層90にクラック等のダメージを与えにくいため好ましい。
In the nanocarbon material
第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Dの作用を、下記の第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法において説明する。
The operation of the nanocarbon material
(ナノ炭素材料の連続製造方法)
第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法は、上記第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Dを用いる連続製造方法である。
(Continuous manufacturing method of nano carbon material)
The method for continuously producing a nanocarbon material according to a fourth embodiment is a continuous manufacturing method using the
第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法は、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の諸工程に加え、巻取前冷却工程を備える。第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の作用は、巻取前冷却工程以外は、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の作用と同じてあるため、巻取前冷却工程以外の工程の説明を省略する。 The method for continuously producing a nanocarbon material according to a fourth embodiment includes a pre-winding cooling step in addition to the various steps of the method for continuously producing a nanocarbon material according to the third embodiment. Since the operation of the continuous production method of the nanocarbon material according to the fourth embodiment is the same as the operation of the continuous production method of the nanocarbon material according to the third embodiment except for the pre-winding cooling step, the winding is performed. The description of the process other than the pre-cooling process will be omitted.
<巻取前冷却工程>
巻取前冷却工程は、反応容器60Dから搬出された連続搬送基板15を巻取部114で巻き取る前に冷却する工程である。
<Cooling process before winding>
The pre-winding cooling step is a step of cooling the
巻取前冷却工程は、巻取前冷却部120D(120)を用い、連続搬送基板15を冷却する工程である。なお、連続搬送基板15の表面にナノ炭素材料層90が形成されてナノ炭素材料複合体95が得られている場合、巻取前冷却工程は、ナノ炭素材料複合体95を冷却する工程でもある。
The pre-winding cooling step is a step of cooling the
第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法における巻取前冷却工程は、具体的には、巻取部114で巻き取る前の連続搬送基板15に接触する冷却ローラー125D1、125D2(125)を用いて行う工程である。
Specifically, the pre-winding cooling step in the method for continuously producing a nanocarbon material according to a fourth embodiment includes cooling rollers 125D1 and 125D2 (125) that come into contact with the
成膜工程で得られたナノ炭素材料複合体95の冷却は、ナノ炭素材料層90の成膜処理での触媒反応を停止される作用を有する。このため、巻取前冷却工程での冷却条件を制御することにより、得られるナノ炭素材料層90の化学的性質、物理的性質等を変えることができる。
Cooling of the
(第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置の効果)
第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Dによれば、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Cと同じ効果を奏する。
(Effect of the continuous manufacturing apparatus for nanocarbon materials according to the fourth embodiment)
According to the nano-carbon material
また、第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造装置1Dによれば、巻取前冷却部120Dとしての冷却ローラー125D1、125D2での冷却条件を制御することにより、得られるナノ炭素材料層90の化学的性質、物理的性質等を変えることができる。
Further, according to the nano-carbon material
(第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法の効果)
第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法によれば、第3の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法と同じ効果を奏する。
(Effect of continuous production method of nanocarbon material according to the fourth embodiment)
According to the method for continuously producing a nanocarbon material according to a fourth embodiment, the same effect as that for the method for continuously producing a nanocarbon material according to a third embodiment is obtained.
また、第4の実施形態に係るナノ炭素材料の連続製造方法によれば、巻取前冷却工程での冷却条件を制御することにより、得られるナノ炭素材料層90の化学的性質、物理的性質等を変えることができる。
Further, according to the method for continuously producing a nanocarbon material according to the fourth embodiment, the chemical and physical properties of the
以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 Although the present embodiment has been described above, the present embodiment is not limited to these, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present embodiment.
1、1A、1B、1C、1D ナノ炭素材料の連続製造装置
15 連続搬送基板
30 気体炭素源供給部
35 気体炭素源
50 加熱部
51 光加熱装置
60、60A、60B、60C、60D 反応容器
61 反応容器本体
62 透光性壁部
63 反応容器内空間
65 搬入口
67 搬出口
90 ナノ炭素材料層
95 ナノ炭素材料複合体
110 連続搬送装置
112 巻出部
114 巻取部
115、115A1、115A2、115B1、115B2、115C、115D1、115D2 連続搬送装置チャンバー
120、120B、120D 巻取前冷却部
123 遊星ローラー
125 冷却ローラー
127 方向転換ローラー
1, 1A, 1B, 1C, 1D Nano carbon material
Claims (14)
前記連続搬送基板が搬入される搬入口と前記連続搬送基板が搬出される搬出口とを有し、搬送中の前記連続搬送基板を収容する反応容器と、
前記反応容器内に気体炭素源を供給する気体炭素源供給部と、
前記反応容器内の前記連続搬送基板を加熱することにより前記連続搬送基板の表面にナノ炭素材料層を成膜する加熱部と、を備え、
前記加熱部は、前記反応容器内に光を照射することにより前記反応容器内の前記連続搬送基板を加熱する光加熱装置を備えるナノ炭素材料の連続製造装置。 Continuous transport A continuous transport device that continuously transports boards and
A reaction vessel having a carry-in inlet for carrying in the continuous transfer board and a carry-out port for carrying out the continuous transfer board, and accommodating the continuous transfer board being carried.
A gaseous carbon source supply unit that supplies a gaseous carbon source into the reaction vessel,
A heating unit for forming a nanocarbon material layer on the surface of the continuous transfer substrate by heating the continuous transfer substrate in the reaction vessel is provided.
The heating unit is a continuous production apparatus for nanocarbon materials including an optical heating apparatus for heating the continuous transfer substrate in the reaction vessel by irradiating the inside of the reaction vessel with light.
前記成膜工程は、前記反応容器内に光を照射することにより前記反応容器内の前記連続搬送基板を加熱する光加熱装置を用いるナノ炭素材料の連続製造方法。 A film forming step of forming a nanocarbon material layer on the surface of the continuously conveyed substrate by heating the continuously conveyed substrate in the presence of a gaseous carbon source in a reaction vessel is provided.
The film forming step is a method for continuously producing a nanocarbon material using an optical heating device that heats the continuous transfer substrate in the reaction vessel by irradiating the inside of the reaction vessel with light.
前記連続搬送装置は、ロール状の前記連続搬送基板を巻き出す巻出部と、前記連続搬送基板をロール状に巻き取る巻取部と、を備える請求項8から10のいずれか一項に記載のナノ炭素材料の連続製造方法。 The continuous transfer board is continuously conveyed using a continuous transfer device.
6. A method for continuously manufacturing nanocarbon materials.
The method for continuously producing a nanocarbon material according to claim 12, wherein the pre-winding cooling step is performed by using a cooling roller that comes into contact with the continuous transport substrate before being wound by the winding unit.
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