JP3423639B2 - カーボンナノチューブの製造方法および製造装置 - Google Patents
カーボンナノチューブの製造方法および製造装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブの製造方法、製造装置及びカーボンナノチューブデ
バイスに関するものであり、その応用としては電子源、
電気化学センサー、ナノデバイス等のエレクトロニクス
分野に期待できる。
ーブの製造方法、製造装置及びカーボンナノチューブデ
バイスに関するものであり、その応用としては電子源、
電気化学センサー、ナノデバイス等のエレクトロニクス
分野に期待できる。
【０００２】
【従来の技術】カーボンナノチューブとは数層か一層の
グラファイトを巻いて円筒状の構造を有するフラーレン
のことであり、１９９１年に発見された新しい炭素材料
である（Ｎａｔｕｒｅ，３５４，（１９９１）５６）。
グラファイトを巻いて円筒状の構造を有するフラーレン
のことであり、１９９１年に発見された新しい炭素材料
である（Ｎａｔｕｒｅ，３５４，（１９９１）５６）。
【０００３】カーボンナノチューブは熱的にも化学的に
も安定で、機械的強度も市販されている炭素繊維より三
桁程度も上回っている。さらに、ナノチューブは構造の
違いにより導電体か半導体になるという特徴を有するの
で、例えば同心円筒の金属チューブと半導体チューブを
組み合わせるなどして電子デバイス等への応用が期待が
できる。
も安定で、機械的強度も市販されている炭素繊維より三
桁程度も上回っている。さらに、ナノチューブは構造の
違いにより導電体か半導体になるという特徴を有するの
で、例えば同心円筒の金属チューブと半導体チューブを
組み合わせるなどして電子デバイス等への応用が期待が
できる。
【０００４】カーボンナノチューブが発見されてから現
在までに至っている中で、主に行われている製造方法の
一つがアーク放電法である。最初に使用されたアーク放
電法では、アルゴン１００Ｔｏｒｒの雰囲気中で炭素棒
電極を用いて直流アーク放電を行なってきたが、その方
法で回収されたススの中にカーボンナノチューブがわず
かしか含まれなかった。その後、カーボンナノチューブ
を大量に生成するアーク放電法の条件を見つけた。陰極
に直径９ｍｍ、陽極に直径６ｍｍの炭素棒を用いて１ｍ
ｍ離して対向させた状態で約１８Ｖ、１００Ａのアーク
放電を起こした条件である。この方法ではヘリウム雰囲
気ガス圧５００Ｔｏｒｒにおいて生成物中のカーボンナ
ノチューブの収量が７５％に達する。
在までに至っている中で、主に行われている製造方法の
一つがアーク放電法である。最初に使用されたアーク放
電法では、アルゴン１００Ｔｏｒｒの雰囲気中で炭素棒
電極を用いて直流アーク放電を行なってきたが、その方
法で回収されたススの中にカーボンナノチューブがわず
かしか含まれなかった。その後、カーボンナノチューブ
を大量に生成するアーク放電法の条件を見つけた。陰極
に直径９ｍｍ、陽極に直径６ｍｍの炭素棒を用いて１ｍ
ｍ離して対向させた状態で約１８Ｖ、１００Ａのアーク
放電を起こした条件である。この方法ではヘリウム雰囲
気ガス圧５００Ｔｏｒｒにおいて生成物中のカーボンナ
ノチューブの収量が７５％に達する。
【０００５】最近は、Ｒ．Ｓｍａｌｌｅｙらのグループ
は、触媒金属としてＣｏ−Ｎｉ合金（Ｃｏ：Ｎｉ＝０．
６：０．６ａｔ％）を混入したカーボンターゲットを用
いて、電気炉に差し込んだ石英管内でレーザーアブレー
ションを行なった。彼らはこのレーザーアブレーション
法によりロープ状単層チューブを高効率で生成する事が
できたと報告している（Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．２４３，（１９９５）４９）。
は、触媒金属としてＣｏ−Ｎｉ合金（Ｃｏ：Ｎｉ＝０．
６：０．６ａｔ％）を混入したカーボンターゲットを用
いて、電気炉に差し込んだ石英管内でレーザーアブレー
ションを行なった。彼らはこのレーザーアブレーション
法によりロープ状単層チューブを高効率で生成する事が
できたと報告している（Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔ
ｔ．２４３，（１９９５）４９）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のアーク放電法に
おいては、炭素棒電極に流す電流が大きいため、カーボ
ンナノチューブが生成される陰極側の炭素棒が高温にな
る。炭素棒に埋めてあった少量の触媒金属は炭素に比べ
蒸気圧が高いため、優先的に蒸発されてしまい、再現良
く十分なカーボンナノチューブ生成率を得る事は難し
い。また、放電を行なうたびに炭素棒が蒸発されていく
ため、炭素棒間の距離が離れていく。その距離を一定に
するように設定しない限りでは、カーボンナノチューブ
成長に影響が生じる。また、Ｓｉ等の基体は蒸発してい
く高温の炭素棒につけられないため、Ｓｉ基体上でカー
ボンナノチューブを成長させる事ができない。
おいては、炭素棒電極に流す電流が大きいため、カーボ
ンナノチューブが生成される陰極側の炭素棒が高温にな
る。炭素棒に埋めてあった少量の触媒金属は炭素に比べ
蒸気圧が高いため、優先的に蒸発されてしまい、再現良
く十分なカーボンナノチューブ生成率を得る事は難し
い。また、放電を行なうたびに炭素棒が蒸発されていく
ため、炭素棒間の距離が離れていく。その距離を一定に
するように設定しない限りでは、カーボンナノチューブ
成長に影響が生じる。また、Ｓｉ等の基体は蒸発してい
く高温の炭素棒につけられないため、Ｓｉ基体上でカー
ボンナノチューブを成長させる事ができない。
【０００７】次に上記の電気炉式レーザーアブレーショ
ン法においては、石英管の電気炉に差し込んだ部分の空
間は高温（１２００℃）に設定しなくてはならなかった
が、より低温における合成が望まれる。さらにこのレー
ザーアブレーション法は、石英管を電気炉に差し込んだ
部分の空間がカーボンターゲットのサイズに比ベて広す
ぎてターゲット領域以外部分にも熱を供給してしまうの
で、熱的なロスが大きかった。
ン法においては、石英管の電気炉に差し込んだ部分の空
間は高温（１２００℃）に設定しなくてはならなかった
が、より低温における合成が望まれる。さらにこのレー
ザーアブレーション法は、石英管を電気炉に差し込んだ
部分の空間がカーボンターゲットのサイズに比ベて広す
ぎてターゲット領域以外部分にも熱を供給してしまうの
で、熱的なロスが大きかった。
【０００８】カーボンナノチューブの配向性において
は、アーク放電ではある程度炭素棒に対して垂直方向に
成長させられるが、レーザーアブレーション法はロープ
状のカーボンナノチューブ生成が主であって、所望な方
向に成長させる事ができない。
は、アーク放電ではある程度炭素棒に対して垂直方向に
成長させられるが、レーザーアブレーション法はロープ
状のカーボンナノチューブ生成が主であって、所望な方
向に成長させる事ができない。
【０００９】よって、本発明の目的はカーボンナノチュ
ーブ生成温度の低温化且つ加熱の局所的化である。ま
た、本発明の別の目的はカーボンナノチューブの配向を
制御する事である。
ーブ生成温度の低温化且つ加熱の局所的化である。ま
た、本発明の別の目的はカーボンナノチューブの配向を
制御する事である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成すべく
成された本発明の構成は以下の通りである。
成された本発明の構成は以下の通りである。
【００１１】すなわち本発明の第１は、反応容器中にカ
ーボンを主体とするターゲットと基体を配置し、該ター
ゲットと該基体の間を局所的に加熱した状態で、該ター
ゲットにレーザーを照射して該ターゲットをアブレーシ
ョンさせる工程を有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に関する。
ーボンを主体とするターゲットと基体を配置し、該ター
ゲットと該基体の間を局所的に加熱した状態で、該ター
ゲットにレーザーを照射して該ターゲットをアブレーシ
ョンさせる工程を有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に関する。
【００１２】また本発明の第２は、反応容器中にカーボ
ンを主体とするターゲットと基体を配置し、該ターゲッ
トと該基体の間を局所的に加熱し、且つ該基体と該ター
ゲットの間に電圧を印加した状態で、該ターゲットにレ
ーザーを照射して該ターゲットをアブレーションさせる
工程を有することを特徴とするカーボンナノチューブの
製造方法に関する。
ンを主体とするターゲットと基体を配置し、該ターゲッ
トと該基体の間を局所的に加熱し、且つ該基体と該ター
ゲットの間に電圧を印加した状態で、該ターゲットにレ
ーザーを照射して該ターゲットをアブレーションさせる
工程を有することを特徴とするカーボンナノチューブの
製造方法に関する。
【００１３】また本発明の第３は、反応容器中にカーボ
ンを主体とするターゲットと基体を配置し、該ターゲッ
トと該基体の間を局所的に加熱し、且つ該基体と該ター
ゲットの間に引き出し電極を設け、該引き出し電極と該
ターゲットの間に電圧を印加した状態で、該ターゲット
にレーザーを照射して該ターゲットをアブレーションさ
せる工程を有することを特徴とするカーボンナノチュー
ブの製造方法に関する。
ンを主体とするターゲットと基体を配置し、該ターゲッ
トと該基体の間を局所的に加熱し、且つ該基体と該ター
ゲットの間に引き出し電極を設け、該引き出し電極と該
ターゲットの間に電圧を印加した状態で、該ターゲット
にレーザーを照射して該ターゲットをアブレーションさ
せる工程を有することを特徴とするカーボンナノチュー
ブの製造方法に関する。
【００１４】上記本発明の製造方法において、前記局所
的に加熱とは、前記ターゲットにレーザー光を照射して
生じるプルーム空間を加熱することであるのが好まし
い。
的に加熱とは、前記ターゲットにレーザー光を照射して
生じるプルーム空間を加熱することであるのが好まし
い。
【００１５】さらに本発明は、レーザーアブレーション
を用いてカーボンナノチューブを製造する製造装置であ
って、反応容器内でターゲットにレーザー光を照射して
発生するプルーム周辺を局所的に加熱できる加熱機構を
有することを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置
に関する。上記本発明の製造装置においては、前記反応
容器内でターゲットとカーボンナノチューブが成長する
基体を保持するための基体ホルダー間にバイアスを印加
する為のバイアス印加機構を有することが好ましい。
を用いてカーボンナノチューブを製造する製造装置であ
って、反応容器内でターゲットにレーザー光を照射して
発生するプルーム周辺を局所的に加熱できる加熱機構を
有することを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置
に関する。上記本発明の製造装置においては、前記反応
容器内でターゲットとカーボンナノチューブが成長する
基体を保持するための基体ホルダー間にバイアスを印加
する為のバイアス印加機構を有することが好ましい。
【００１６】本発明の第１の製造方法によれば、基体温
度やプルーム空間温度を高温（１２００℃程度）に設定
することなく、カーボンナノチューブの生成が可能とな
る。すなわち、プルームは一瞬に数千Ｋにも達するとい
われるので、プルーム空間を補助的且つ局所的に加熱す
ることにより、比較的低温下でのカーボンナノチューブ
の生成が十分に可能となるものである。
度やプルーム空間温度を高温（１２００℃程度）に設定
することなく、カーボンナノチューブの生成が可能とな
る。すなわち、プルームは一瞬に数千Ｋにも達するとい
われるので、プルーム空間を補助的且つ局所的に加熱す
ることにより、比較的低温下でのカーボンナノチューブ
の生成が十分に可能となるものである。
【００１７】また、本発明の第２もしくは第３の製造方
法によれば、基体を付けた基体ホルダーもしくは引き出
し電極を陰極とし、カーボンターゲットを陽極として、
バイアス印加（電圧印加）を行なうことにより、基体と
カーボンターゲットとの間に生じるプルーム中のＣ+ イ
オン等の粒子を陰極に引き付ける事が可能である。この
ような手段を用いることで、基体は高温にならないた
め、任意の材料を適用できる。また、上記のバイアス印
加を行なうことにより、基体に対して垂直方向にカーボ
ンナノチューブを成長させることができ、ナノチューブ
の配向性を制御することが可能となる。
法によれば、基体を付けた基体ホルダーもしくは引き出
し電極を陰極とし、カーボンターゲットを陽極として、
バイアス印加（電圧印加）を行なうことにより、基体と
カーボンターゲットとの間に生じるプルーム中のＣ+ イ
オン等の粒子を陰極に引き付ける事が可能である。この
ような手段を用いることで、基体は高温にならないた
め、任意の材料を適用できる。また、上記のバイアス印
加を行なうことにより、基体に対して垂直方向にカーボ
ンナノチューブを成長させることができ、ナノチューブ
の配向性を制御することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態例を詳述する。
形態例を詳述する。
【００１９】本発明に用いることができるカーボンナノ
チューブ（ＣＮＴ）製造装置の一例を図１に示す。本装
置は、二本のタングステン（Ｗ）フィラメントを並列に
接続した加熱抵抗器を用いて、その二本のフィラメント
間の空間にプルームが来るように設定している。
チューブ（ＣＮＴ）製造装置の一例を図１に示す。本装
置は、二本のタングステン（Ｗ）フィラメントを並列に
接続した加熱抵抗器を用いて、その二本のフィラメント
間の空間にプルームが来るように設定している。
【００２０】反応容器１の外部には、ＹＡＧレーザー２
０及びミラー１９と集光レンズ１８の光学系が付設され
ている。レーザー波長はＹＡＧの第二高調波である５３
２ｎｍである。レーザー光は図の右上部の石英窓１７か
ら入射され、反応容器１内に配置してある三重構造下部
輻射板３内のカーボンターゲット２に照射される。さら
に輻射板３内に加熱機構を配置し、プルーム周辺だけ高
温加熱状態にできるよう設計してある。その加熱機構と
は、図１に示すように二本の電極棒１０を用い、二本の
タングステンフィラメント４を並列に接続している。た
だし、電極棒１０と輻射板３は電気的絶縁体５により絶
縁されている。電極棒１０は電端子１２を通して交流電
源１３と接続されている。他に、反応容器１には圧力計
１１、リークバルブ１６、不活性ガス供給系１５のバリ
アブルリークバルブ１４、真空排気系２２の真空バルブ
２１も接続されている。
０及びミラー１９と集光レンズ１８の光学系が付設され
ている。レーザー波長はＹＡＧの第二高調波である５３
２ｎｍである。レーザー光は図の右上部の石英窓１７か
ら入射され、反応容器１内に配置してある三重構造下部
輻射板３内のカーボンターゲット２に照射される。さら
に輻射板３内に加熱機構を配置し、プルーム周辺だけ高
温加熱状態にできるよう設計してある。その加熱機構と
は、図１に示すように二本の電極棒１０を用い、二本の
タングステンフィラメント４を並列に接続している。た
だし、電極棒１０と輻射板３は電気的絶縁体５により絶
縁されている。電極棒１０は電端子１２を通して交流電
源１３と接続されている。他に、反応容器１には圧力計
１１、リークバルブ１６、不活性ガス供給系１５のバリ
アブルリークバルブ１４、真空排気系２２の真空バルブ
２１も接続されている。
【００２１】また、目的温度に上げる間に基体ホルダー
８につけられた基体７が加熱されるのを防止するため、
基板ホルダー８とフィラメント４との間にシャッター２
３を設置してある。なお、基板ホルダー８には、ステン
レス等の耐熱材料を用いている。
８につけられた基体７が加熱されるのを防止するため、
基板ホルダー８とフィラメント４との間にシャッター２
３を設置してある。なお、基板ホルダー８には、ステン
レス等の耐熱材料を用いている。
【００２２】ターゲット２はタングステンフィラメント
４の真下に設置されているが、それはターゲット２から
生じるプルームが、二本のフィラメント４間の熱が生じ
る空間にくるようにするためである。
４の真下に設置されているが、それはターゲット２から
生じるプルームが、二本のフィラメント４間の熱が生じ
る空間にくるようにするためである。
【００２３】本装置の特徴は、電気炉の方式と違って局
所加熱ができるので、反応途中の生成物の収集が可能で
ある。また、基体温度が低温のままでカーボンナノチュ
ーブの生成が可能である。
所加熱ができるので、反応途中の生成物の収集が可能で
ある。また、基体温度が低温のままでカーボンナノチュ
ーブの生成が可能である。
【００２４】また、図１の装置には、バイアス印加機構
を付設してある。このバイアス印加機構は、基体ホルダ
ー８を陰極に、カーボンターゲット２を陽極に用いてそ
の電極間に生じるプルーム空間にバイアス印加するよう
に設計されており、基体ホルダー８は負電端子２５を、
カーボンターゲット２は正電端子２６を通して直流電源
２７と接続してある。ただし、基体ホルダー８は電気的
絶縁体９に、カーボンターゲット２は電気的絶縁体６に
よって絶縁されている。
を付設してある。このバイアス印加機構は、基体ホルダ
ー８を陰極に、カーボンターゲット２を陽極に用いてそ
の電極間に生じるプルーム空間にバイアス印加するよう
に設計されており、基体ホルダー８は負電端子２５を、
カーボンターゲット２は正電端子２６を通して直流電源
２７と接続してある。ただし、基体ホルダー８は電気的
絶縁体９に、カーボンターゲット２は電気的絶縁体６に
よって絶縁されている。
【００２５】上記のバイアス印加機構を用いて基体７と
カーボンターゲット２の間にバイアス印加（電圧印加）
を行なうと、陽極に用いたカーボンターゲット２はレー
ザーアブレーションによりプルームが生じるので、バイ
アス印加を行なう間にプルーム中のＣ+ イオンが陰極に
引き付けられるので、アーク放電のように大きい電流を
流す必要がない。よって、陰極が高温にならず基体７に
も被害が起こらないし、少々の電流を流すか電界をかけ
てもナノチューブの形成が可能である。
カーボンターゲット２の間にバイアス印加（電圧印加）
を行なうと、陽極に用いたカーボンターゲット２はレー
ザーアブレーションによりプルームが生じるので、バイ
アス印加を行なう間にプルーム中のＣ+ イオンが陰極に
引き付けられるので、アーク放電のように大きい電流を
流す必要がない。よって、陰極が高温にならず基体７に
も被害が起こらないし、少々の電流を流すか電界をかけ
てもナノチューブの形成が可能である。
【００２６】本発明に用いられるバイアス印加機構の別
の例を、図２のカーボンナノチューブ製造装置を用いて
説明する。
の例を、図２のカーボンナノチューブ製造装置を用いて
説明する。
【００２７】本装置におけるバイアス印加機構は、引き
出し電極２９を陰極として用いてバイアス印加を行なう
ものである。この引き出し電極２９はシャッター２３に
取り付けられており、電気的絶縁体２８により絶縁され
ている。
出し電極２９を陰極として用いてバイアス印加を行なう
ものである。この引き出し電極２９はシャッター２３に
取り付けられており、電気的絶縁体２８により絶縁され
ている。
【００２８】かかるバイアス印加機構の構成によれば、
基体７上でナノチューブを製造すると同時に引き出し電
極２９の先に設置してあるＴＥＭ用グリッド上にもナノ
チューブを製造することが可能である。
基体７上でナノチューブを製造すると同時に引き出し電
極２９の先に設置してあるＴＥＭ用グリッド上にもナノ
チューブを製造することが可能である。
【００２９】さらに、以上説明したようなバイアス印加
機構を用いてバイアス印加をした状態で、カーボンター
ゲット２にレーザーを照射してアブレーションさせる
と、基体７又は引き出し電極２９に対して垂直方向にカ
ーボンナノチューブを成長させる、即ち垂直方向に配向
制御することが可能である。
機構を用いてバイアス印加をした状態で、カーボンター
ゲット２にレーザーを照射してアブレーションさせる
と、基体７又は引き出し電極２９に対して垂直方向にカ
ーボンナノチューブを成長させる、即ち垂直方向に配向
制御することが可能である。
【００３０】
【実施例】以下に実施例を挙げて、本発明をさらにより
詳細を説明する。
詳細を説明する。
【００３１】（実施例１）図１に概略的に示した装置を
用いてバイアス印加なしでカーボンナノチューブを製造
した。本実施例で用いたカーボンナノチューブの作製条
件を以下に示す。
用いてバイアス印加なしでカーボンナノチューブを製造
した。本実施例で用いたカーボンナノチューブの作製条
件を以下に示す。
【００３２】
＜作製条件＞
・レーザー光：ＹＡＧレーザー
（波長５２３ｎｍ、パルス幅１５ｎｓ、１０Ｈｚ、500mJ/pulse ）
・エネルギー密度：２．７Ｊ／ｃｍ2 （焦点距離７００ｍｍ集光レンズ）
２１Ｊ／ｃｍ2 （焦点距離３５０ｍｍ集光レンズ）
・ターゲット：Ｃｏ−Ｎｉ触媒入りのカーボンペレット
・アブレーション時間：１０、２０ｓｅｃ
・プルーム空間温度：６００〜１０００℃
・基体：Ｓｉ、ＴＥＭ用グリッド
・基体−ターゲット距離：５５ｍｍ
・雰囲気：アルゴンガス５００Ｔｏｒｒ
【００３３】なお、レーザーエネルギー密度の制御は集
光レンズの焦点距離を変えてアブレーション面積を変え
ることにより行った。また、ターゲットは、炭素とコバ
ルトとニッケルの比が９８．８：０．６：０．６ａｔ
％、９０．０：５．０：５．０ａｔ％の触媒金属入りの
２種類のカーボンターゲットを用いた。
光レンズの焦点距離を変えてアブレーション面積を変え
ることにより行った。また、ターゲットは、炭素とコバ
ルトとニッケルの比が９８．８：０．６：０．６ａｔ
％、９０．０：５．０：５．０ａｔ％の触媒金属入りの
２種類のカーボンターゲットを用いた。
【００３４】図３に、アルゴンガス５００Ｔｏｒｒ、プ
ルーム空間温度１０００℃、エネルギー密度２．７Ｊ／
ｃｍ2 でレーザーアブレーションを行なってナノチュー
ブ３０が得られた試料表面の概略図を示す。ＴＥＭ観察
の試料は基体をＴＥＭ用のグリッドに用いてアブレーシ
ョン実験を行なった。アブレーション時間は２０秒間で
ある。図３のナノチューブ３０は直径が数ｎｍと見積も
られているが、枝分かれしているチューブの存在により
数本のチューブが束となって成長している可能性があ
る。そのナノチューブ３０の周囲にはアモルファス状の
カーボン３１が付着されている。
ルーム空間温度１０００℃、エネルギー密度２．７Ｊ／
ｃｍ2 でレーザーアブレーションを行なってナノチュー
ブ３０が得られた試料表面の概略図を示す。ＴＥＭ観察
の試料は基体をＴＥＭ用のグリッドに用いてアブレーシ
ョン実験を行なった。アブレーション時間は２０秒間で
ある。図３のナノチューブ３０は直径が数ｎｍと見積も
られているが、枝分かれしているチューブの存在により
数本のチューブが束となって成長している可能性があ
る。そのナノチューブ３０の周囲にはアモルファス状の
カーボン３１が付着されている。
【００３５】図４に、レーザー強度を２１Ｊ／ｃｍ2 と
高エネルギーにしてプルーム空間温度６００℃、アルゴ
ンガス５００Ｔｏｒｒでアブレーション実験した試料の
概略図を示す。アブレーション時間は１０秒である。図
４に示すように、フィラメント状のナノチューブ３０が
形成され、長さは約２００〜３００ｎｍとなっている。
なお、上記の低エネルギーアブレーションとの違いは、
ナノチューブ３０が真っ直ぐに成長したこと、太さが１
０〜２０ｎｍとなっていたこと、成長する長さが短くな
ったことが挙げられる。
高エネルギーにしてプルーム空間温度６００℃、アルゴ
ンガス５００Ｔｏｒｒでアブレーション実験した試料の
概略図を示す。アブレーション時間は１０秒である。図
４に示すように、フィラメント状のナノチューブ３０が
形成され、長さは約２００〜３００ｎｍとなっている。
なお、上記の低エネルギーアブレーションとの違いは、
ナノチューブ３０が真っ直ぐに成長したこと、太さが１
０〜２０ｎｍとなっていたこと、成長する長さが短くな
ったことが挙げられる。
【００３６】本実施例ではプルーム空間を局所的且つ補
助的に加熱する事により、Ｒ．Ｓｍａｌｌｅｙらの開発
した電気炉式のレーザー装置より低い生成温度でカーボ
ンナノチューブの製造ができたので、結論としては従来
技術より供給される熱電力が少なく節約できる。
助的に加熱する事により、Ｒ．Ｓｍａｌｌｅｙらの開発
した電気炉式のレーザー装置より低い生成温度でカーボ
ンナノチューブの製造ができたので、結論としては従来
技術より供給される熱電力が少なく節約できる。
【００３７】（実施例２）本実施例では、バイアス印加
付きのレーザーアブレーション法によってカーボンナノ
チューブを作製した。本実施例のカーボンナノチューブ
の作製条件は、実施例１と同様であるが、ターゲットと
基体との距離を５〜５５ｍｍと変え、バイアス印加に用
いた直流電源は最高電圧まで変えて制御した。
付きのレーザーアブレーション法によってカーボンナノ
チューブを作製した。本実施例のカーボンナノチューブ
の作製条件は、実施例１と同様であるが、ターゲットと
基体との距離を５〜５５ｍｍと変え、バイアス印加に用
いた直流電源は最高電圧まで変えて制御した。
【００３８】図５に、本実施例によって基体ホルダー８
に付けられた基体７上に成長するカーボンナノチューブ
の概略図を示す。
に付けられた基体７上に成長するカーボンナノチューブ
の概略図を示す。
【００３９】ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出走査型電子顕微
鏡）を用いてそれらの試料表面を観察したところ、バイ
アス電圧が大きいほど、作製されるカーボンナノチュー
ブ３０の配向性が垂直方向になる傾向がみられた。すな
わち、実施例１のバイアス無印加より大幅な配向性の向
上がみられた。また、バイアス印加しても実施例１と同
様に配向性がないままでカーボンナノチューブが成長す
る領域があったが、印加するバイアス電圧を大きくし続
けるとそのような領域が少なくなってきた。最終的には
図５に示すように基体上のほぼ全ての領域でカーボンナ
ノチューブが垂直な方向に成長しており、その垂直に配
向するカーボンナノチューブの密度が約２〜３倍となっ
た。
鏡）を用いてそれらの試料表面を観察したところ、バイ
アス電圧が大きいほど、作製されるカーボンナノチュー
ブ３０の配向性が垂直方向になる傾向がみられた。すな
わち、実施例１のバイアス無印加より大幅な配向性の向
上がみられた。また、バイアス印加しても実施例１と同
様に配向性がないままでカーボンナノチューブが成長す
る領域があったが、印加するバイアス電圧を大きくし続
けるとそのような領域が少なくなってきた。最終的には
図５に示すように基体上のほぼ全ての領域でカーボンナ
ノチューブが垂直な方向に成長しており、その垂直に配
向するカーボンナノチューブの密度が約２〜３倍となっ
た。
【００４０】実施例１のバイアス印加無しの局所的加熱
方式では垂直に配向したカーボンナノチューブがみられ
なかったが、バイアス印加により配向性のあるカーボン
ナノチューブを製造できた。
方式では垂直に配向したカーボンナノチューブがみられ
なかったが、バイアス印加により配向性のあるカーボン
ナノチューブを製造できた。
【００４１】（実施例３）バイアス印加により垂直方向
に配向させたカーボンナノチューブの試料デバイス、す
なわちカーボンナノチューブデバイスを用いて、そのデ
バイスから１ｍｍ離れたところで蛍光体を有するアノー
ドを設けた。さらに、真空装置内に設置し、アノードに
１ｋＶの電圧を印加した。この結果、蛍光体が発光する
とともに、電子放出電流が確認されたので、本実施例の
カーボンナノチューブデバイスが良好な電子放出の機能
性を有することが確認された。
に配向させたカーボンナノチューブの試料デバイス、す
なわちカーボンナノチューブデバイスを用いて、そのデ
バイスから１ｍｍ離れたところで蛍光体を有するアノー
ドを設けた。さらに、真空装置内に設置し、アノードに
１ｋＶの電圧を印加した。この結果、蛍光体が発光する
とともに、電子放出電流が確認されたので、本実施例の
カーボンナノチューブデバイスが良好な電子放出の機能
性を有することが確認された。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を奏する。 （１）レーザーアブレーションに加え、プルーム空間の
局所加熱を行なうことにより、従来技術に比べて低温度
でのカーボンナノチューブの形成が可能となった。 （２）レーザーアブレーションに加え、所定のバイアス
印加（電圧印加）を行なうことにより、従来技術に比べ
て低温度でのカーボンナノチューブの形成が可能となっ
た。また、基体に対して垂直方向にカーボンナノチュー
ブを成長させることができ、ナノチューブの配向性を制
御することが可能となった。 （３）さらにナノチューブの配向性を制御することによ
り、基体にはりつけながら成長させる可能性があり、電
子機能デバイスとして単一電子トランジスター等のナノ
デバイスヘの応用にも期待できる。
下の効果を奏する。 （１）レーザーアブレーションに加え、プルーム空間の
局所加熱を行なうことにより、従来技術に比べて低温度
でのカーボンナノチューブの形成が可能となった。 （２）レーザーアブレーションに加え、所定のバイアス
印加（電圧印加）を行なうことにより、従来技術に比べ
て低温度でのカーボンナノチューブの形成が可能となっ
た。また、基体に対して垂直方向にカーボンナノチュー
ブを成長させることができ、ナノチューブの配向性を制
御することが可能となった。 （３）さらにナノチューブの配向性を制御することによ
り、基体にはりつけながら成長させる可能性があり、電
子機能デバイスとして単一電子トランジスター等のナノ
デバイスヘの応用にも期待できる。
【図１】本発明に用いることができるカーボンナノチュ
ーブ製造装置の一例を示す概略図である。
ーブ製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に用いることができるカーボンナノチュ
ーブ製造装置の別の例を示す概略図である。
ーブ製造装置の別の例を示す概略図である。
【図３】本発明の実施例１でナノチューブが得られた試
料表面の概略図である。
料表面の概略図である。
【図４】本発明の実施例１でナノチューブが得られた別
の試料表面の概略図である。
の試料表面の概略図である。
【図５】本発明の実施例２でバイアス印加時に基体ホル
ダーに付けられた基体上に成長するカーボンナノチュー
ブの概略図である。
ダーに付けられた基体上に成長するカーボンナノチュー
ブの概略図である。
１ 反応容器
２ カーボンターゲット
３ 三重構造下部輻射板
４ タングステンフィラメント
５、６、９、２８ 電気的絶縁体
７ 基体
８ 基体ホルダー
１０ 電極棒
１１ 圧力計
１２ 交流電端子
１３ 交流電源
１４ バリアブルリークバルブ
１５ 不活性ガス供給系
１６ リークバルブ
１７ 石英窓
１８ 集光レンズ
１９ ミラー
２０ ＹＡＧレーザー
２１ 真空バルブ
２２ 真空排気系
２３ シャッター
２４ 引き出し棒
２５ 負電端子
２６ 正電端子
２７ 直流電源
２９ 引き出し電極
３０ カーボンナノチューブ
３１ アモルファス状のカーボン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−203810（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−273308（ＪＰ，Ａ)
特開2000−63112（ＪＰ，Ａ)
米国特許6183714（ＵＳ，Ｂ１)
ＡＮＣＨＡＬ ＳＲＩＶＡＳＴＡＶＡ
ｅｔ ａｌ，Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅ
ｘｔｅｒｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆ
ｉｅｌｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ
ｏｆ ｎａｎｏｔｕｂｅｌｅｓ，Ａｐ
ｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔ
ｅｒｓ，1998年，ｖｏｌ．72，ｎｏ.
14，ｐ．1685−1687
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C01B 31/02
C23C 14/00 - 14/58
D01F 9/08 - 9/32
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)
ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ)
Claims (7)
- 【請求項１】 反応容器中にカーボンを主体とするター
ゲットと基体を配置し、該ターゲットと該基体の間を局
所的に加熱した状態で、該ターゲットにレーザーを照射
して該ターゲットをアブレーションさせる工程を有する
ことを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。 - 【請求項２】 反応容器中にカーボンを主体とするター
ゲットと基体を配置し、該ターゲットと該基体の間を局
所的に加熱し、且つ該基体と該ターゲットの間に電圧を
印加した状態で、該ターゲットにレーザーを照射して該
ターゲットをアブレーションさせる工程を有することを
特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。 - 【請求項３】 反応容器中にカーボンを主体とするター
ゲットと基体を配置し、該ターゲットと該基体の間を局
所的に加熱し、且つ該基体と該ターゲットの間に引き出
し電極を設け、該引き出し電極と該ターゲットの間に電
圧を印加した状態で、該ターゲットにレーザーを照射し
て該ターゲットをアブレーションさせる工程を有するこ
とを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。 - 【請求項４】 前記局所的に加熱とは、前記ターゲット
にレーザー光を照射して生じるプルーム空間を加熱する
ことである請求項１〜３のいずれかに記載のカーボンナ
ノチューブの製造方法。 - 【請求項５】 前記ターゲットが金属触媒を混入したカ
ーボンターゲットであることを特徴とする請求項１〜４
のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製造方法。 - 【請求項６】 レーザーアブレーションを用いてカーボ
ンナノチューブを製造する製造装置であって、反応容器
内でターゲットにレーザー光を照射して発生するプルー
ム周辺を局所的に加熱できる加熱機構を有することを特
徴とするカーボンナノチューブ製造装置。 - 【請求項７】 前記反応容器内でターゲットとカーボン
ナノチューブが成長する基体を保持するための基体ホル
ダー間にバイアスを印加する為のバイアス印加機構を有
する請求項６記載のカーボンナノチューブ製造装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11951199A JP3423639B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | カーボンナノチューブの製造方法および製造装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11951199A JP3423639B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | カーボンナノチューブの製造方法および製造装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000313608A JP2000313608A (ja) | 2000-11-14 |
| JP3423639B2 true JP3423639B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
ID=14763087
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11951199A Expired - Fee Related JP3423639B2 (ja) | 1999-04-27 | 1999-04-27 | カーボンナノチューブの製造方法および製造装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3423639B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102009974A (zh) * | 2010-11-28 | 2011-04-13 | 上海大学 | 一种制备单壁碳纳米管的组合装置 |
| CN101831611B (zh) * | 2009-03-09 | 2012-04-11 | 财团法人工业技术研究院 | 真空镀膜装置及镀膜方法 |
| KR20180053874A (ko) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 한국과학기술연구원 | 질화붕소 나노튜브 제조 장치 및 이를 이용한 질화붕소 나노튜브 제조 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3925459B2 (ja) * | 2003-05-07 | 2007-06-06 | 日立化成工業株式会社 | カーボンナノファイバ及びその製造方法 |
| GB0509499D0 (en) | 2005-05-11 | 2005-06-15 | Univ Surrey | Use of thermal barrier for low temperature growth of nanostructures using top-down heating approach |
| CN105268996B (zh) * | 2015-12-02 | 2018-05-15 | 中国科学院物理研究所 | 制备大小可控的纳米颗粒的装置及其操作方法和应用 |
| RU2761200C1 (ru) * | 2020-12-28 | 2021-12-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Способ упорядоченного осаждения наноструктурированных углеродных тонких пленок в постоянном электрическом поле |
-
1999
- 1999-04-27 JP JP11951199A patent/JP3423639B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＡＮＣＨＡＬ ＳＲＩＶＡＳＴＡＶＡ ｅｔ ａｌ，Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｎａｎｏｔｕｂｅｌｅｓ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９８年，ｖｏｌ．７２，ｎｏ．１４，ｐ．１６８５−１６８７ |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101831611B (zh) * | 2009-03-09 | 2012-04-11 | 财团法人工业技术研究院 | 真空镀膜装置及镀膜方法 |
| CN102009974A (zh) * | 2010-11-28 | 2011-04-13 | 上海大学 | 一种制备单壁碳纳米管的组合装置 |
| CN102009974B (zh) * | 2010-11-28 | 2012-08-29 | 上海大学 | 一种制备单壁碳纳米管的组合装置 |
| KR20180053874A (ko) * | 2016-11-14 | 2018-05-24 | 한국과학기술연구원 | 질화붕소 나노튜브 제조 장치 및 이를 이용한 질화붕소 나노튜브 제조 방법 |
| KR101867905B1 (ko) | 2016-11-14 | 2018-06-18 | 한국과학기술연구원 | 질화붕소 나노튜브 제조 장치 및 이를 이용한 질화붕소 나노튜브 제조 방법 |
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|---|---|
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