JP3956230B2

JP3956230B2 - 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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Publication number: JP3956230B2
Application number: JP2004001221A
Authority: JP
Inventors: 義則安藤; 新洛趙; 栄井上
Original assignee: 学校法人名城大学
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2004-01-06
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2024-01-06
Also published as: JP2005194127A

Description

本発明は、カーボンナノチューブの製造方法と該方法の実施に適する製造装置に関する。詳しくは、本発明は、生成したカーボンナノチューブの回収効率を向上した製造装置及びその製造方法に関する。

単層カーボンナノチューブは、導電性、熱伝導性、機械的強度等の優れた特性を持つことから、多くの分野から注目を集めている新素材である。単層カーボンナノチューブは、一般に、炭素又は炭素原料を必要に応じて触媒の存在下、高温条件に置くことにより合成される。この製造方法としては、主に、アーク放電法、レーザ蒸発法、化学気相成長法（即ち、ＣＶＤ法）が知られている。
このうち特に、アーク放電法は、欠陥が少なく品質の良い単層カーボンナノチューブが得られる点で優れている。アーク放電法は、少なくとも陽極に炭素を含有する一対の電極間にアーク放電を起こすことにより、陽極からカーボンを蒸発させ、蜘蛛の巣状に単層カーボンナノチューブを含有する生成物を得ることができる。しかしながら、アーク放電法により得られる単層カーボンナノチューブは、収率がＣＶＤ法に比べて低い。このため、量産化可能な方法が種々開発されている。例えば、特許文献１には、電極に所定の触媒を含有させることにより、単層カーボンナノチューブを含有する生成物中における単層カーボンナノチューブ含有率を向上させる方法が開示されている。

特開２００３−２７７０３２号公報

しかしながら、アーク放電により反応容器中で発生する単層カーボンナノチューブは容器全体にわたって分散する。従って、単層カーボンナノチューブの回収は、所定量製造された度に容器内から、例えばピンセット等でいちいち取り出す必要があった。従って、単層カーボンナノチューブの回収にあたって、その作業性を向上するとともに、容器内に製造された単層カーボンナノチューブを収率良く取り出すこと、換言すれば、回収効率を向上させることが望まれていた。
そこで本発明は、かかる従来の課題を解決すべく開発されたものであり、回収効率を向上し得るカーボンナノチューブの製造装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る単層カーボンナノチューブの製造に適するカーボンナノチューブ製造装置は、反応容器と、該反応容器内において典型的には水平に対向して配置された一対の電極を有する。これら電極は、該電極間の隙間がほぼ水平方向に形成されるように配置されており、該電極間においてカーボンを蒸発させ得るアーク放電を発生させるように構成されている。また、この装置は、前記反応容器内に雰囲気ガスを供給するガス供給手段を備える。典型的には、前記電極間の隙間を下から上の一方向に前記供給された雰囲気ガスが通過するように配置される。また、この装置は、前記蒸発したカーボンからなるカーボンナノチューブを捕捉し得る回収体を備える。この回収体は、好ましくは、前記電極間の隙間の上方に設けられ、カーボンナノチューブを付着させ得る回収表面を有し、雰囲気ガスとともに上昇してくるカーボンナノチューブを捕捉可能な位置に対して連続的又は断続的に回収表面を更新させ得る回収表面移動機構を備える。

かかる構成の製造装置では、まず一対の電極にアーク放電を発生させることにより、電極間においてカーボンを蒸発させる。同時に、ガス供給手段から供給したガスを電極間の隙間を下から上の一方向に通過させる。これにより、カーボンからなるカーボンナノチューブは、電極間の隙間がほぼ水平方向に形成されているため、電極間から雰囲気ガスとともに上昇する。そして、得られたカーボンナノチューブは、電極間の隙間の上方に設けられた回収体に誘導され、そこで捕捉される。このように本構成の装置では、製造されたカーボンナノチューブを回収体により容易に、かつ高い収率で捕捉することができる。また、単層カーボンナノチューブはガス流により上昇して捕捉されるため、重力の影響による分布の偏りを防止し、回収体において単層カーボンナノチューブを広く均一に分散させて捕捉することができる。

好ましくは、前記回収体は、前記回収表面を所定の温度まで冷却する強制冷却手段を備えることができる。ガス流により上昇してきた単層カーボンナノチューブは、回収表面に付着し、回収される。この回収表面を強制冷却手段により冷却することにより、付着した単層カーボンナノチューブ（即ち、アーク放電により加熱されている）を冷却するとともに、回収表面からの剥離を容易とすることができる。

特に、前記強制冷却手段は、前記回収表面と熱伝導可能な部位に供給される冷媒を備えることができる。冷媒を備えるといった簡易な構成により、前記冷却効果を容易に高い効果にて得ることができる。

前記回収体は、回収表面移動機構により回収表面を更新させることにより、カーボンナノチューブ生成工程におけるのべ回収表面面積を増大させ、当該回収表面において単層カーボンナノチューブを薄くかつほぼ均等に広げて回収することが可能となる。このため、均一な薄層の単層カーボンナノチューブを得ることができる。また、のべ回収面積が増加することにより、回収効率がより向上する。

また、本製造装置には、前記回収体において回収されなかったカーボンナノチューブを回収する補助回収部を別途備えることができる。好ましくは反応容器と連通して、該容器内から排出される雰囲気ガス中からカーボンナノチューブを回収し得る位置に設けられる。製造されたカーボンナノチューブは、回収体に全てが捕獲されずに、一部回収体から外れ、或いは反応容器内に残留する場合がある。この場合に、補助回収部によって回収体に捕獲されなかったカーボンナノチューブを回収することにより、回収効率をさらに向上することができる。

好ましくは、前記一対の電極のうちの少なくとも一方を、他方側に向かって移動可能に配置し得る電極保持部を備える。カーボン蒸発に伴う陽極の消耗によりカーボンナノチューブの製造中に両電極間の隙間が拡大する。この構成によれば、陽極の消耗に伴い一方の電極を移動させて、両電極間の隙間を一定に保持することができる。このため、アーク放電を安定化して、カーボンナノチューブの製造効率を一定に保持することができる。

また、好ましくは、少なくとも陽極としてスティック状のカーボン成形体を使用し、スティック状電極をその中心軸に対して回転可能に配置する電極保持部を備える。陽極がスティック状である場合に、陽極の消耗は、陰極に対向する面において不均一に進行しがちである。このため、陽極を回転させることにより、その消耗を陰極対向面において均一に進行させることができる。

また、本発明の他の側面として、アーク放電に基づくカーボンナノチューブ製造方法を提供する。本発明に係るカーボンナノチューブの製造方法は、反応容器内において典型的には水平に対向して一対の電極をその隙間がほぼ水平方向に形成されるように配置し、該電極間にアーク放電を発生させる。これにより、該電極からカーボンを蒸発させるとともに、前記電極間の隙間を下から上の一方向に雰囲気ガスを通過させる。そして、前記電極間の隙間の上方において前記蒸発したカーボンからなるカーボンナノチューブを付着させ得る回収表面を備える回収体を設け、前記電極間から雰囲気ガスとともに上昇してくる前記カーボンからなるカーボンナノチューブを前記回収表面に付着させ、該回収表面を連続的又は断続的に更新することを特徴とする。

かかる構成のカーボンナノチューブの製造方法によれば、電極間の隙間の上方において容易に高い収率でカーボンナノチューブを回収することができる。本製造方法は、好適にはここで開示されるいずれかのカーボンナノチューブ製造装置で実施することができる。

好ましくは、前記雰囲気ガスとして、水素ガス及び窒素ガスを含む混合ガスを使用する。この組成の混合ガスによって、アーク放電を安定化するとともに、単層カーボンナノチューブの生成速度を向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項（例えば、一対の電極、ガス供給手段及び回収体の構成等）以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
本発明の装置では、アーク放電によって陽極からカーボンを蒸発させて、得られた単層カーボンナノチューブを回収体にて捕捉することができればよく、種々の材料及び構成をその目的のために適用することができる。なお、ここで開示された製造装置は単層カーボンナノチューブの製造に適する装置であるが、多層カーボンナノチューブの製造に使用することを制限するものではない。

次に、本発明の具体的な一実施形態に係る単層カーボンナノチューブの製造装置について図面を参照して説明する。
図１に単層カーボンナノチューブ製造装置１の一構成例を示す。この装置１は、大まかに言って、反応容器３と、一対の電極１３，１５と、ガス供給手段７と、単層カーボンナノチューブ回収体９と、排出部１１とから構成される。

反応容器３は、密閉可能な耐圧容器であり、例えば、ステンレスにより構成されている。
一対の電極１３，１５は、陽極１３及び陰極１５がいずれもスティック状に形成され、反応容器３においていずれもその中心軸を水平にして、互いに対向して配置されている。尚、各電極１３，１５の形状はスティック状に限られず、互いに対向する面があればよい。従って、電極は、いずれもタブレット状であってもよい。陽極１３と陰極１５の隙間のサイズは特に限定されないが、例えば、アーク放電による単層カーボンナノチューブ発生効率が高い０．１〜１０ｍｍ、特に０．５〜５ｍｍ程度が好適である。尚、図１では、陽極１３と陰極１５とがいずれも水平に配置されているが、陽極１３と陰極１５の隙間がほぼ水平方向に形成されていればよい。従って、鋭角配置、例えば、図２に示すように、陽極１３ａと陰極１５ａとが真横から見て略ハの字型に傾斜して配置されていてもよい。また、逆に、図３に示すように、陽極１３ｂと陰極１５ｂとが真横から見て略Ｖ字型に配置されていてもよい。この場合に陽極と陰極とがなす角度は９０°以下、例えば５〜７５°とすることができる。陽極１３及び陰極１５には、陽極１３と陰極１５の間にアーク放電を発生し得る電圧を印加可能な直流電源２３が接続されている。尚、ここでは電源を直流としているが、交流電源とすることもできる。
なお、単層カーボンナノチューブの回収率向上の観点から、使用する一対の電極の対向方向は上述のように水平方向が好ましいが、対向する一対の電極を例えば垂直方向（この場合には典型的には電極間の隙間が水平方向に形成されない。）に配置した場合であっても、本製造装置１によって単層カーボンナノチューブを製造することは可能である。

陽極１３は、耐熱性導電材料であって、アーク放電によってカーボンを蒸発可能な材料から構成される。例えば、種々の炭素材料が挙げられるが、特にグラファイトが好ましい。特に、グラファイトに単層カーボンナノチューブ合成用触媒、例えば、鉄、ニッケル、又はコバルト等を含有させたものが好適である。このような陽極１３は、例えば、グラファイト粉末に触媒粉末（例えば鉄粉末）を配合して圧粉成形することにより得ることができる。陽極１３における陰極１５の対向面（先端部）１７とは反対側の端部（基部）１９には、ソレノイド２２が接続されている。即ち、ソレノイド２２は図示しない電極保持部に保持された陽極１３（電極保持部）を水平方向（即ち、陰極１５の対向面（先端部）２５方向、特に図１においては左方向）に移動可能としている。従って、カーボン蒸発による陽極１３の消耗に伴い、陽極１３を移動させて、両電極１３，１５間の隙間を一定に保持することができる。また、陰極１５にはモータ２１が接続されている。このモータ２１は、図示しない電極保持部に保持された陰極１５をその長軸に対して回転可能に設置されている。
陽極１３の消耗量は、センサーを取り付けて検知してもよく、或いは、印加電圧による消耗量を予め設定して、所定距離移動させてもよい。尚、ソレノイド２２やモータ２１を使用せずに、電極１３，１５の水平移動及び／又は回転を手動で行ってもよい。即ち、例えば、陽極又は陽極側の電極保持部にスティック状の移動回転手段を設けておき、その一端を容器外に配置するとともに、該一端を手動によって操作し、陽極或いは陰極を水平移動及び回転させるものであってもよい。

陰極１５は、耐熱性導電材料からなり、例えば、炭素、又は銅等の金属材料を用いることができる。また、電源を交流とした場合には、前記陽極１３と同様に炭素（特にグラファイト）に単層カーボンナノチューブ合成用触媒を含有させたものが好ましい。尚、電極の移動及び回転手段としてのソレノイド２２及びモータ２１の設置場所は図１に示す態様に限られず、陽極１３側及び陰極１５側のいずれにモータ、ソレノイド又は手動用の移動回転手段を設けてもよい。

ガス供給手段７は、反応容器３内に雰囲気ガスを供給する。本実施形態に係るガス供給手段７は、雰囲気ガス供給用のボンベ（雰囲気ガスとして複数種類のガスの混合気体が用いられる場合には複数のボンベ。図１では２個のボンベ２７Ａ，２７Ｂ）を有し、それぞれバルブ２９Ａ，２９Ｂの開閉によって反応容器３の一部（ここでは底面３０）に設けられたガス供給口３１から所定量の雰囲気ガスを反応容器３内に導入することができる。ここで、本実施形態では、Ｈ_２とＮ_２との混合ガスを雰囲気ガスとして使用しているため、Ｈ_２ボンベ２７Ａ、Ｎ_２ボンベ２７Ｂにそれぞれ連通するバルブ２９Ａ，２９Ｂを適宜開閉調節することにより、所定の組成比の雰囲気ガス（Ｈ_２／Ｎ_２）を導入する。ガス供給口３１は、その先端３３がノズル状に形成され、陽極１３と陰極１５との対向面１７，２５の隙間に向かって配置されている。この構成により、雰囲気ガスは、ガス供給口３１から電極１３，１５間の隙間に向けて噴出される。ここで、雰囲気ガスとしては、水素ガスを含む混合ガスが適用可能であり、特に制限されない。例えば、水素ガスと不活性ガス、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、又はキセノンガスとの混合ガスが挙げられる。本実施形態のように、水素ガスと窒素ガスとの混合ガス、又は水素ガスとアルゴンガスとの混合ガス、特に水素ガスと窒素ガスとの混合ガスが安価でかつ単層カーボンナノチューブの製造効率が向上するために好ましい。

単層カーボンナノチューブ回収体９は、内空部３５を有する略半球状であって、反応容器３の上方に設けられている。単層カーボンナノチューブ回収体９は、電極１３，１５側に向かって突出し、その曲面を回収表面３７とし、電極１３，１５間から吹き上げられた単層カーボンナノチューブを接触させ、付着している。従って、回収表面３７は、平滑な金属面、例えばステンレス製であることが、単層カーボンナノチューブをそのファンデルワールス力によって付着させ易いため、好ましい。好ましい態様において、単層カーボンナノチューブ回収体９の内空部３５には、強制冷却手段として冷媒供給管４１及び冷媒排出管４３が接続されており、冷媒を循環可能に構成されている。冷媒としては、特に限定されないが、例えば液体窒素や冷却水が挙げられ、特にこのうち液体窒素が冷却効果に優れるために好ましい。尚、回収体９の形状は略半球状に限定されず、吹き上げられた単層カーボンナノチューブが付着可能な形状の回収表面を有していればよい。従って、例えば、板状、筒状、球状又はシート状であってもよい。

ここで、単層カーボンナノチューブ回収体９は、回収表面３７を更新可能な移動機構を更に設けることができる。例えば、図４に示す単層カーボンナノチューブ回収体９１は、冷媒供給管９４及び冷媒排出管９５を備えた内空の略半円筒状の回収体本体部９６の側面に、回収表面を構成するベルト９２が巻回されている。本体部９６には、例えばローラ９３等のベルト回転手段が設けられており、このローラ９３を本体部９６に接続されたモータ９８により作動させることにより、本体部９６の側面に対して回収表面ベルト９２を回転させ、単層カーボンナノチューブが付着した回収表面ベルト９２を所定時間毎に（即ち、連続的に、又は断続的に）更新することができる。回収表面ベルト９２は、その一部又は全面に単層カーボンナノチューブが付着した後、反応容器３前面に開閉可能に設けられた図示しない蓋部を開いて取り出し、単層カーボンナノチューブを得るとともに、新しい回収表面ベルト（又は単層カーボンナノチューブを剥離した回収表面ベルト）に更新することができる。

排出部１１は、単層カーボンナノチューブ回収体９の回収表面３７よりも反応容器３の上方であって、反応容器３の側面４外方にガス流通可能に附設されている。即ち、排出部１１は、反応容器３側面４に設けられた排出口４５に連通する補助回収部４７と、油回転ポンプ等の真空ポンプ４９とが順次連結されて構成されている。反応容器３内に導入された雰囲気ガスは、排出口４５から真空ポンプ４９によって吸引されることにより排出される。排出部１１により反応容器３内のガスを吸引することにより、反応容器３内の雰囲気ガス圧を調整することができる。補助回収部４７には、フィルター５１が、例えば、１〜１０枚、特に３〜７枚、図１においては５枚、雰囲気ガスの流路に配置されており、単層カーボンナノチューブ回収体９によって回収されなかった単層カーボンナノチューブを雰囲気ガスの通過とともに捕捉可能に構成されている。尚、補助回収部４７には、フィルター５１に限られず、ガスが流通可能であって単層カーボンナノチューブ含有生成物が通過できないいずれのものを配置してもよい。例えば、ネットでもよい。

尚、前記直流電源２３並びにモータ２１及びソレノイド２２（及び所望により回収表面の移動機構におけるモータ９８）は、所定のプログラム又はマニュアル操作に基づいて動作する制御機構５３からの制御指令が入力される入出力回路５５に接続され、電圧印加による陽極１３の移動及び回転（及び所望により回収表面の移動）を制御可能にされている。従って、陽極１３及び陰極１５間に印加された電圧からアーク放電状態を制御機構５３で演算し、アーク放電で発生した単層カーボンナノチューブ含有生成物の成長に応じて陽極１３の移動、回転（及び、所望により回収表面の移動）を調整する制御信号を入出力回路５５からモータ２１及びソレノイド２２（及び所望によりモータ９８）に出力することができる。このようにすると、安定条件下でのアーク放電が可能となり、品質の揃った（及び所望により均一に広く分散した薄層の）単層カーボンナノチューブ含有生成物を得ることができる。

次に、このような製造装置１を用いて、単層カーボンナノチューブを製造する方法を説明する。まず、陽極１３及び陰極１５を用意し、所定間隔に設定して反応容器３内の図示しない電極保持部に配置する。そして、容器３に設けられた排気管６のバルブ６ａを開け、当該排気管６に接続する真空ポンプ５を作動させて、反応容器３内を排気・減圧する。容器３内の圧力が減圧され、例えば１３〜１．３×１０^−３Ｐａ程度の高真空になったら、バルブ６ａを閉め、その後、ガス供給手段７により雰囲気ガスを導入する。雰囲気ガスとしては、例えば体積混合比が２０：８０〜８０：２０の範囲で水素と窒素とをそれぞれ水素ガスボンベ２７Ａ及び窒素ガスボンベ２７Ｂから各バルブ２９Ａ，２９Ｂの調整により導入する。例えば、真空ポンプ４９とガス供給手段７により、反応容器３内における水素ガスを１．３×１０⁴Ｐａ及び窒素ガスを１．３×１０⁴Ｐａに調整する。

そして、鉄（０．５〜５モル％）を含む陽極１３と陰極１５間に電圧を印加し、直流電源２３から電流（例えば、３０〜７０Ａ）を供給する。この結果発生したアーク放電によるアーク熱で、陽極１３からカーボンが蒸発する。電圧は、所望のカーボン蒸発速度に応じて適宜選択されるが、例えば、２０〜４０Ｖ程度である。また、印加された電圧から、アーク放電状態を制御機構５３で演算し、アーク放電で蒸発したカーボンの消耗に応じて制御信号を入出力回路５５からモータ２１及びソレノイド２２に出力し、陽極１３の移動、回転を作動させる。

蒸発したカーボンは、電極間の隙間でアーク熱と触媒作用により単層カーボンナノチューブを含む生成物６０を形成する。この生成物６０は、供給された雰囲気ガスの気流によって反応容器３の上方へ吹き上がる。そして、回収体９の回収表面３７にそのほとんど（好ましくは製造された生成物のおよそ７０質量％以上、特に９０質量％以上）が付着する。そこに含まれている単層カーボンナノチューブの割合は７０モル％以上である。

回収表面３７に付着した単層カーボンナノチューブ含有生成物６０は、本装置を作動して単層カーボンナノチューブを所定量堆積させた後に、反応容器３前面に開閉可能に設けられた図示しない蓋部を開いて回収体９を取り出すことにより回収される。あるいは、その蓋部を開いて例えばピンセット等で回収表面３７から剥離して取り出してもよい。本装置によると、単層カーボンナノチューブ含有生成物６０は、回収表面３７全面に広く均一に分散して付着しているため、ピンセットでも容易に取り出すことができる。

通常、このようにして得られた生成物には、単層カーボンナノチューブとともに、触媒、例えば鉄粉末及び不純物炭素が含まれている。これら触媒及び不純物炭素を低減する、即ち、生成物を精製する処理を行うことができる。この処理には、加熱処理及び酸処理を含むことができる。加熱処理としては、例えば、６７０〜７２０Ｋの温度で２５〜３５分間加熱し、生成物中の不純物炭素をＣＯ又はＣＯ_２等に酸化し、ガスとして除去するとともに触媒を酸化することができる。酸処理は、加熱処理の後、例えば、塩酸等で処理することにより、酸化された触媒を除去することができる。

本発明の製造装置及び／又は製造方法によれば、単層カーボンナノチューブを薄く均一に広がった状態で得ることができる。このため、例えば、図５に示すように、単層カーボンナノチューブ８０は、この状態を２枚のシート８２，８３の間に挟んで保持することができる。シート８２，８３としては、特に限定されないが、例えば、アルミホイル及びポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン等からなるフィルム（市販のラップ類）が好適である。特に、一方のシートをアルミホイル、他のシートをポリ塩化ビニリデン製ラップとすることにより、保形性が良好であるとともに内容物（即ち、単層カーボンナノチューブ）の状態を外側から観察することができるために好適である。

一方、回収表面３７に付着しなかった単層カーボンナノチューブ含有生成物６０は、排出部１１から真空ポンプ４９によって吸引される。そして、補助回収部４７に設けられたフィルター５１（例えば、ＨＥＰＡフィルター）に捕捉される。この単層カーボンナノチューブ含有生成物は、補助回収部４７の図示しない蓋部を開いてフィルター５１を取り出すことにより回収することができる。または、その蓋部を開いて例えばピンセット等でフィルター５１から剥離することができる。そして、フィルター５１は、単層カーボンナノチューブ含有生成物を取り出した後、再び利用することができる。又はフィルターは、新しいフィルターに取り替えてもよい。この補助回収部４７によって回収された単層カーボンナノチューブ含有生成物には、前記と同様に単層カーボンナノチューブ精製処理を行うことができる。

以上、本発明の好適な実施態様を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した態様を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば図６に示すような回収表面移動機構を備えてもよい。即ち、図に示すように、平滑な表面を有するアルミニウム箔から成る長尺なシート１０２（以下「アルミシート１０２」という。）を、誘導ロール１０３ａ，１０３ｂの回転により、供給ロール１０１から回転体１１０の表面１１０ａ（好ましくは液体窒素等によって冷却された状態の表面）に密着可能に連続供給する。供給されたアルミシート１０２は、当該表面１１０ａを摺動しつつ誘導ロール１０３ａ，１０３ｂにより誘導されて回収ロール１０６に巻き取られて回収される。図から明らかなように、本態様ではアルミシート１０２が回転体１１０の連続的に更新する回収表面に相当する。かかる態様では、電極１１３，１１５間より供給された（上昇してきた）単層カーボンナノチューブ（図中の上向き矢印参照）を、回収体表面１１０ａを摺動するアルミシート１０２によって連続的に捕捉することができる。そして、アルミシート１０２の一方の面（即ち回収表面）に層状に堆積した単層カーボンナノチューブ１０４を当該アルミシート１０２とともに回収ロール１０６に巻き取ることにより連続的に回収することができる。
このとき、別に用意した供給ロール１０８から誘導ロール１０７を介して、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン等からなる長尺シート（フィルム）１０５をアルミシート１０２の単層カーボンナノチューブ１０４堆積面側に連続的に供給してもよい。このことによって、図示するように、長尺シート（フィルム）１０５とアルミシート１０２との間に単層カーボンナノチューブ１０４が挟み込まれた三層構造の長尺物として、単層カーボンナノチューブ１０４を回収ロール１０６に連続的に回収することができる。
さらにまた、陽極１１３を保持する保持部１２０を、例えばレボルバー形式のような連続電極供給可能な機構（即ち、回転その他の可動機構によって移動可能な状態で複数の電極を複数の保持部にそれぞれ保持しておく形式）にしてもよい。こうすることにより、複数本の陽極１１３，１１３ａの連続的供給が可能になる。このような陽極の連続的供給と、上述したような回収表面移動機構（図４、図６）の採用によって単層カーボンナノチューブの連続的且つ大量生産、さらには効率的な回収が可能になる。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

一実施形態に係る単層カーボンナノチューブ製造装置の構成を示す模式図。他の電極の配置例を示す説明図。他の電極の配置例を示す説明図。回収表面移動機構の一例を示す説明図。単層カーボンナノチューブの保管形態を説明する模式図。回収表面移動機構の一例を示す説明図。

符号の説明

１……単層カーボンナノチューブ製造装置
３……反応容器
７……ガス供給手段
９，９１，１１０……単層カーボンナノチューブ回収体
１１…排出部
１３…陽極
１５…陰極
２３…電源
２７Ａ，２７Ｂ…ボンベ
３１…ガス供給口
３７…回収表面
４１…冷媒供給管
４３…冷媒排出管
４７…補助回収部
４９…真空ポンプ
５１…フィルター
９２…ベルト（可動式回収表面）
１０１，１０８…供給ロール
１０２…アルミシート（可動式回収表面）
１０６…回収ロール

Claims

反応容器と、
該反応容器内において対向して配置された一対の電極であって、該電極間の隙間がほぼ水平方向に形成されるように配置されており、該電極間においてカーボンを蒸発させ得るアーク放電を発生させる一対の電極と、
前記反応容器内に雰囲気ガスを供給するガス供給手段であって、前記電極間の隙間を下から上の一方向に前記供給された雰囲気ガスが通過するように配置されたガス供給手段と、
前記電極間の隙間の上方に設けられ、前記蒸発したカーボンからなるカーボンナノチューブを捕捉し得る回収体であって、カーボンナノチューブを付着させ得る回収表面を有し、雰囲気ガスとともに上昇してくるカーボンナノチューブを捕捉可能な位置に対して連続的又は断続的に回収表面を更新させ得る回収表面移動機構を備える回収体と、
を備える、カーボンナノチューブ製造装置。
前記回収体は、前記回収表面を所定の温度まで冷却する強制冷却手段を備える、請求項１に記載の製造装置。
前記強制冷却手段は、前記回収表面と熱伝導可能な部位に供給される冷媒を備える、請求項２に記載の製造装置。
前記反応容器内から排出される雰囲気ガス中から前記回収体において回収されなかったカーボンナノチューブを回収し得る補助回収部を該反応容器と連通して備える、請求項１〜３のうちのいずれかに記載の製造装置。
反応容器内において対向して一対の電極をその隙間がほぼ水平方向に形成されるように配置し、該電極間にアーク放電を発生させ、
該電極からカーボンを蒸発させるとともに、前記電極間の隙間を下から上の一方向に雰囲気ガスを通過させ、前記電極間の隙間の上方において前記蒸発したカーボンからなるカーボンナノチューブを付着させ得る回収表面を備える回収体を設け、前記電極間から雰囲気ガスとともに上昇してくる前記カーボンからなるカーボンナノチューブを前記回収表面に付着させ、該回収表面を連続的又は断続的に更新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。
前記雰囲気ガスとして、水素ガス及び窒素ガスを含む混合ガスを使用する、請求項５に記載の製造方法。