JP4332624B2 - カーボンナノチューブの付着方法および付着装置 - Google Patents

Description

本発明は、カーボンナノチューブの付着方法および付着装置に関する。

従来、カーボンナノチューブ等、極微小な材料をハンドリングする技術は確立されていない。理由としては、このオーダーの世界では、光学顕微鏡による操作が困難であり、また表面吸着力が非常に強いため、マニピュレーションは難しいものとなる。カーボンナノチューブは従来、表面に横たわった状態を出発点としている。

特許文献１には、平均径ナノメートルのカーボンナノチューブに磁性材料を厚さミクロンになるまでメタライジング処理し、そのメタライジングされたカーボンナノチューブを光学顕微鏡または電子顕微鏡等で観察しながら前記メタライジングされたカーボンナノチューブを磁気を有するピンセットに磁気的に吸着して取り扱うカーボンナノチューブの加工方法が記載されている。

特開２０００−２３３９１号公報

本発明は、カーボンナノチューブを、例えば走査型プローブ顕微鏡のプローブ先端として利用する計測分野や、カーボンナノチューブを先端とする微小部材の操作を行うマイクロマニピュレーション分野や、カーボンナノチューブを配線の一部とする電気電子分野において、カーボンナノチューブ等の微小部材のハンドリングにおいて問題となる、カーボンナノチューブの基材への位置決めを容易とし、また、カーボンナノチューブと下地である基材間に生じる表面張力をなくし、操作しやすい状態に並べることを目的とする。

通常横たわっているカーボンナノチューブを基材に対し、垂直に立ち上げることにより、表面張力を極めて小さくすると共に、その後のハンドリングを容易にすることを行う。また、液体や液滴を利用し、カーボンナノチューブと基材間の相互作用を小さくすると共に、カーボンナノチューブの存在範囲を液体や液滴の表面や、淵に特定することにより基板への吸着位置決めを容易に行うようにする。

本発明は、次に示す特徴を有する。
１．単数もしくは複数集積したカーボンナノチューブ、例えばバルクカーボンナノチュー
ブと、これらに対向した電極と、前記カーボンナノチューブ（群）と電極との間に、電
場を誘起する外部電源手段からなり、電場によってカーボンナノチューブを電極として
作用する基材に垂直状に付着させることを特徴とする。
２．上記電極として使用する基材として、固体だけでなく必要に応じ、液体を利用するこ
とを特徴とする。
３．上記付着方法は、大気中、真空中あるいは液体中でも行うことを可能とすることを特
徴とする。

１．通常、カーボンナノチューブはバルク状態で存在するため、個々のチューブを分離す
ることが困難であったが、電場（電気力線）を利用することにより、バルク状カーボン
ナノチューブを個々に分離できるだけでなく、分離したカーボンナノチューブを電気力
線に垂直、言い換えると、電極上に垂直に立てた状態にすることができるため、その後
のカーボンナノチューブ操作のハンドリングを非常に楽にすることができる。
２．電場を利用し、バルク状態から剥離したナノチューブを液滴上へ付着させることがで
きるため、通常、光学顕微鏡で観察できないチューブの存在範囲を特定することができ
、操作型プローブ顕微鏡あるいはハンドリング機器のプローブ先端部などの基材にカー
ボンナノチューブを垂直方向に容易に付着させることができる。

単数もしくは複数集積したカーボンナノチューブを一方の電極として、これに対向して他方の電極を設け、前記カーボンナノチューブと他方の電極との間に外部電源装置によって静電場もしくは変動電場を誘起し、カーボンナノチューブを他方の電極上に垂直状に立てて付着させるカーボンナノチューブの付着方法および付着装置が最良の形態として構成される。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、金属プローブａと金属下地である金属基盤ｂとの間に生じる電場の可視化図である。
図１において、ａは金属プローブ、ｂは金属基盤を示す。これら２つの導体や半導体の間に電位差をかけると、電気力線が電極の表面に垂直に生じることが電磁力学から証明される。この現象に基づき、図２に示すように金属プローブ１（基材となる）とバルク状カーボンナノチューブ２を対向させてそれぞれ電極となし、電極間に外部電源装置により静電場もしくは変動電場である電場を誘起すると、電力線に沿ってカーボンナノチューブ４は対向する電極である金属プローブ１に移動し、金属プローブ上では金属プローブに対して垂直に付着する。この場合に、外部電源装置としては高周波パルスを発生することのできる高圧電源装置を用い、サイン波、矩形波などの発生パルスを増幅器で増幅して使用する。図３は、金属プローブ１にカーボンナノチューブ４が垂直に付着することを実験によって確認されたことを示す写真である。

外部電源装置には、電磁場印加装置が含まれ、電磁場印加装置によって電磁相互作用が誘起される。この場合にあっても電気力線は図１のように形成される。

図４において、２はバルク状カーボンナノチューブ、１１は金属板、１２は金属板１１上に載置されたガラス薄板、１３はガラス薄板１２上に付着させた液滴（群）を示す。液体としては、シリコンオイル、ミネラルオイルなどの蒸発しない有機溶剤、すなわち不揮発性有機溶剤が使用される。電極として使用する部材は、固体だけでなく液体状のものであってもよい。バルク状のカーボンナノチューブ２と金属板１１とは対向する電極を構成する。これらの２つの電極には電磁場印加装置３によって特に電位差が印加される。磁場の作用に比べて静電場あるいは変動電場である電場の作用が重要である。ガラス薄板に代えて薄い金属板でもよく、金属板上にメッキを施すことが望ましい。要は、滑らかな薄板を使用することが液滴保持上望ましい。金属板１１の表面を滑らかにする場合には、薄板の設置を行わなくてもよい。

２つの電極間に十分に強い電位差を印加すると、カーボンナノチューブがバルク状カーボンナノチューブ２から剥離し、電極と作用する液滴１３の表面や淵に付着する。その後、液滴１３に走査型プローブ顕微鏡のプローブなどの電位差のある先端部１４を浸すと、先端部は電極となり、電気力線に沿って先端部１４にカーボンナノチューブが垂直方向に付着する。付着方法としては、大気中、真空中あるいは液体中で行う方法が採用され得る。先端部は先鋭ロッド、すなわち基材であってもよい。

図５は、プローブの先端部にカーボンナノチューブが付着したことを確認したことを示す写真であり、この付着は容易になされる。
付着したカーボンナノチューブを短く切断することによって、短針となし、プローブなどの基材上にカーボンナノチューブが垂直状に付着して短針とされたカーボンナノチューブ付着のプローブすなわち基材が構成される。

金属プローブと金属基盤間に生じる電場の可視化図。 金属プローブとバルク状カーボンナノチューブ間に電場を印加する様子を示す図。 剥離したカーボンナノチューブが金属プローブへ、その表面に垂直に付着している様子を示すＳＥＭ像。 バルク状カーボンナノチューブに対向させ、ガラス付き金属板上へ液滴を作り、その液滴上へ、電磁相互作用により剥離したカーボンナノチューブを付着させる概念図。 図４の構造により分離、剥離されたカーボンナノチューブを原子間力顕微鏡先端部へ付着させた図。

符号の説明

１…金属プローブ、２…バルク状カーボンナノチューブ、３…電磁場印加装置、４…カーボンナノチューブ、１１…金属板、１２…ガラス薄板、１３…液滴、１４…先端部（先鋭ロッド、基材）。

Claims (6)

1. バルク状カーボンナノチューブを一方の電極として、これに対向して他方の電極を設け、前記カーボンナノチューブと他方の電極との間に外部電源装置によって電場を誘起し、カーボンナノチューブを基材に垂直状に付着させるカーボンナノチューブの付着方法において、
   他方の電極上に液体状の不揮発性有機溶剤を付着させ、二つの電極の間に電位差を印加し、カーボンナノチューブを前記一方の電極から剥離させて、液体状の不揮発性有機溶剤の表面あるいは淵に付着させ、該不揮発性有機溶剤と基材との間に電位差を印加し、該液体状の不揮発性有機溶剤に付着したカーボンナノチューブを前記基材に垂直状に付着させること
   を特徴とするカーボンナノチューブの付着方法。
2. 請求項１において、前記液体状の不揮発性有機溶剤は液滴として形成されることを特徴とするカーボンナノチューブの付着方法。
3. 請求項１または２において、前記液体状の不揮発性有機溶剤に付着したカーボンナノチューブの前記基材への付着を大気中もしくは真空中で行うことを特徴とするカーボンナノチューブの付着方法。
4. バルク状カーボンナノチューブを一方の電極として、これに対向して他方の電極を設け、前記カーボンナノチューブを他方の電極との間に電場を誘起する外部電源装置を設け、カーボンナノチューブを基材に垂直状に付着させた状態とするカーボンナノチューブの付着装置において、
   他方の電極上に不揮発性有機溶剤が液体状に形成され、二つの電極の間に電位差が付加され、カーボンナノチューブが前記一方の電極から剥離されて、液体状の不揮発性有機溶剤の表面あるいは淵に付着され、該不揮発性有機溶剤と基材との間に電位差が印加されて該液体状の不揮発性有機溶剤に付着したカーボンナノチューブが前記基材に付着されるようにしたこと
   を特徴とするカーボンナノチューブの付着装置。
5. 請求項４において、前記液体状の不揮発性有機溶剤に付着したカーボンナノチューブの前記基材への付着が大気中もしくは真空中で行われるようにしたことを特徴とするカーボンナノチューブの付着装置。
6. 請求項１から３のいずれかのカーボンナノチューブの付着方法によって、カーボンナノチューブが前記基材に短針とされて付着したことを特徴とするカーボンナノチューブ付着のプローブ。

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