JP3077655B2 - カーボンナノチューブの製造装置及びその製造方法 - Google Patents

カーボンナノチューブの製造装置及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザーアブレー
ション法によりカーボンナノチューブを製造する装置及
びその装置を使用してレーザーアブレーション法により
カーボンナノチューブを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザーアブレーション法により
カーボンナノチューブを製造する際に用いるレーザータ
ーゲットとしては、「サイエンス」２７３巻（１９９６
年）の１８３ページ[「Science」273(1996),P183]に記載
されているように、触媒金属と炭素とを所定の割合で混
合したものを圧縮成型したペレットが用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
前記したようにレーザーターゲットとしてニッケル等の
触媒金属と炭素との混合物を圧縮成型したペレットが用
いられていた。そのため、レーザーを照射している間
に、上記ペレット表面における触媒金属と炭素との混合
比、混合状態が変化してしまい、一定した条件の下でカ
ーボンナノチューブを製造することが困難となり、均一
性の高いカーボンナノチューブを製造することは難しい
という問題があった。
【０００４】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは、レーザーター
ゲットとしてのペレットに対するレーザー照射の際の上
記問題点を解決することによって、均一性の高いカーボ
ンナノチューブを製造しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザーター
ゲットとして、従来のペレットに代えて炭素ペレットと
触媒金属ペレットとに分離したレーザーターゲットを使
用し、それぞれの個別ペレットに別々にレーザーを照射
することを特徴とするものである。
【０００６】即ち、本発明に係る装置は、「レーザーア
ブレーション法によりカーボンナノチューブを製造する
装置において、レーザーターゲットとしてのペレット
が、炭素ペレットと触媒金属ペレットとに分離されてい
ることを特徴とするカーボンナノチューブの製造装
置。」（請求項１）を要旨（発明を特定する事項）とす
るものである。
【０００７】また、本発明に係る装置は、 ・「炭素ペレットと触媒金属ペレットの各ペレットが、
単体元素で構成されていること」（請求項２）、 ・「炭素ペレットが、グラファイトで構成されているこ
と」（請求項３）、 ・「触媒金属ペレットが、ニッケル、コバルト、白金、
パラジュウムから選ばれた一つの単体元素で構成されて
いること」（請求項４）、 ・「触媒金属ペレットが、ニッケル、コバルト、白金、
パラジュウムより選ばれた２つ以上の金属からなる合金
で構成されていること」（請求項５）を特徴とするもの
である。
【０００８】更に、本発明に係る方法は、「レーザーア
ブレーション法によりカーボンナノチューブを製造する
方法において、炭素ペレットと触媒金属ペレットとにそ
れぞれ別々にレーザーを照射することを特徴とするカー
ボンナノチューブの製造方法。」を要旨（発明を特定す
る事項）とするものである。
【０００９】本発明においては、炭素ペレットと触媒金
属ペレットとにそれぞれ別々にレーザーを照射すること
により、レーザー照射中でもカーボンナノチューブ生成
領域の各元素の混合比、混合状態は変化するということ
がないので、一定した条件の下で、均一性の高いカーボ
ンナノチューブを製造することが可能となり、上記の目
的が達成できるのである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のカーボンナノチ
ューブの製造装置及びその装置を用いたカーボンナノチ
ューブの製造方法の実施の形態について、図１（本発明
に係る装置の一部構造を示す図）に基づいて説明する。
【００１１】本発明に係る装置は、図１に示すように、
レーザーアブレーション法によりカーボンナノチューブ
を製造する装置において、反応容器１内に、レーザータ
ーゲットとしての、炭素ペレット２と触媒金属ペレット
３とを分離して設け、それぞれのペレット２，３に対し
て別々にレーザー光４を照射するレーザー装置を設けた
ことを特徴とするものである。
【００１２】本発明の装置における反応容器１は、石英
又はセラミックスで造られるが、他に、レーザーアブレ
ーション法によりカーボンナノチューブを生成する条件
で容器が浸され難い材料から造られていても良い。そし
て、その形状は、特に限定されるものではないが、管状の
ものが好ましい。反応容器１内に設置される炭素ペレッ
ト２は、単体元素からなるグラファイトを通常のペレッ
ト成型手段によってペレット状に成型したものである。
また、無体形炭素を通常のペレット成型手段によってペ
レット状に成型したものを使用しても良い。各ペレット
は、直径10mm、高さ3〜5mmの半円筒形状である。
【００１３】また、反応容器１内に設置される触媒金属
ペレット３は、ニッケル、コバルト、白金、パラジュウ
ム等の金属単体若しくはこれらの金属の合金からなる、
カーボンナノチューブ生成の際に触媒として作用する触
媒金属材料を、通常のペレット成型手段によって、ペレ
ット状に成型したものである。
【００１４】一方、本発明の方法は、レーザーアブレー
ション法によりカーボンナノチューブを製造する方法に
おいて、分離して設けられたレーザーターゲットとして
の、炭素ペレット２と触媒金属ペレット３とに対して、
別々にレーザー光４を照射することを特徴とするもので
ある。
【００１５】反応容器１を、例えば、1200℃に保持した
電気炉（図省略）内に配置した。反応容器１内の圧力
は、ロータリーポンプによる反応容器１内の減圧化と、
アルゴンガス等の不活性ガスの導入、例えば、 流速0.2
〜0.5リットル/分で導入（フロー又は対流による）によ
り、例えば、500〜600Torrに調整する。レーザーは、例
えば、パルスＮｄ：ＹＡＧレーザ（例えば、波長532nm
、周波数10Hz、パルス幅7〜10ns、パワー1.2〜9.1J/pu
lse）を使用する。ターゲット表面上のレーザビーム断
面積は、例えば、0.2cm2である。
【００１６】炭素ペレット２、触媒金属ペレット３のそ
れぞれのペレットに対して、レーザー光４を照射するに
あたっては、各ペレット２，３近傍を加熱する。生成し
た単層カーボンナノチューブは、アルゴンガス等の不活
性ガスにより搬送され、反応容器１のガス流出口で又は
適当な収集器で捕獲される。
【００１７】
【実施例】次に、本発明の方法の実施例を前掲の図１を
参照して詳細に説明する。この実施例では、図１に示す
ような反応容器１として石英製の管状容器を使用し、ま
た、炭素ペレット２としてグラファイトペレットを使用
し、そして、触媒金属ペレット３としてニッケル・コバ
ルト合金(原子比率1:1)のペレットを使用した。
【００１８】石英製の管状容器（反応容器１）内に、グ
ラファイトペレット２およびニッケル・コバルト合金の
ペレット３を、その半円筒の矩形面が面対面状となるよ
うに配置し、その間に0.3mm厚さの石英ガラス板（図示
せず)を配置した。アルゴンガスを流速0.5リットル/分
で導入し、容器内の圧力を600mmＨｇとした。
【００１９】各ペレット２，３の近傍を加熱し、各ペレ
ット２，３のそれぞれに、 Nd：YAGパルスレーザー装置
を用いて、波長532nm、周波数10Hz、パルス幅10ns、パワ
ー500mJ/pulse・cm2のレーザー光４を照射した。
【００２０】レーザー光４の照射を受け、炭素ペレット
２及びニッケル・コバルトの合金のペレット３から、そ
れぞれの元素状蒸気あるいはクラスターが発生し、その
炭素蒸気あるいはクラスターと金属蒸気あるいはクラス
ターとが接触して、単層カーボンナノチューブが生成し
た。生成した単層カーボンナノチューブは、アルゴンガ
スにより搬送され、反応容器のガス流出口で捕獲され
た。
【００２１】
【発明の効果】本発明は、レーザーアブレーション法に
よりカーボンナノチューブを製造する際に、炭素ペレッ
トと触媒金属ペレットとに分離することを特徴とし、そ
して、各ペレットのそれぞれ別々にレーザーを照射する
ことにより、時間が経過しても、炭素ペレット及び触媒
金属ペレットからそれぞれ発生する炭素蒸気あるいはク
ラスターと、金属蒸気あるいはクラスターの混合比、混
合状態は一定であり、安定的に所定の単層カーボンナノ
チューブを生成することができる。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明するための装置の構造
概略図である。
【００２３】
【符号の説明】
１ 反応容器 ２ 炭素ペレット ３ 触媒金属ペレット ４ レーザー光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C01B 31/02 101 ＣＡ（ＳＴＮ)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーザーアブレーション法によりカーボ
    ンナノチューブを製造する装置において、レーザーター
    ゲットとしてのペレットが、炭素ペレットと触媒金属ペ
    レットとに分離されていることを特徴とするカーボンナ
    ノチューブの製造装置。
  2. 【請求項２】 前記炭素ペレットと前記触媒金属ペレッ
    トの各ペレットが、単体元素で構成されていることを特
    徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造
    装置。
  3. 【請求項３】 前記触媒金属ペレットが、ニッケル、コ
    バルト、白金、パラジュウムから選ばれた２つ以上の金
    属からなる合金で構成されてい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の製造装置。
  4. 【請求項４】 前記炭素ペレットが、グラファイトで構
    成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
    カーボンナノチューブの製造装置。
  5. 【請求項５】 前記触媒金属ペレットが、ニッケル、コ
    バルト、白金、パラジュウムから選ばれた一つの単体元
    素で構成されていることを特徴とする請求項１，２，４
    のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製造装置。
  6. 【請求項６】 レーザーアブレーション法によりカーボ
    ンナノチューブを製造する方法において、レーザーター
    ゲットとしてのペレットを炭素ペレットと触媒金属ペレ
    ットとに分離し、各ペレットにそれぞれ別々にレーザー
    を照射することを特徴とするカーボンナノチューブの製
    造方法。
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