JP4474503B2 - カーボンナノチューブ薄膜の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カーボンナノチューブ薄膜の製造方法に関する。

カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ，カーボンナノチューブ）は１９９１年に飯島によって発見され、２１世紀において重要な新素材の1つであると期待されている。カーボンナノチューブは機械・電気・熱特性に優れていることから、エレクトロニクス、バイオ、エネルギー、複合材料等、広範な分野での応用が期待されている。非特許文献１に掲載されて以来、カーボンナノチューブをフィラーとした高分子基複合材料（カーボンナノチューブ／Ｐｏｌｙｍｅｒ複合材料）の機械、熱、電気特性の向上を目指し研究が盛んに行われている。カーボンナノチューブ／ポリマー複合材料には、電磁波遮蔽・吸収や帯電防止などの特徴がある。

カーボンナノチューブ薄膜は、電子放出源、光電子センサー、バイオセンサー、透明な導電体、バッテリ電極、吸収材料、浄水材料、発光材料などの基礎材料として利用可能であるので、カーボンナノチューブ薄膜の製造方法は益々注目されてきている。現在、カーボンナノチューブ薄膜は、一般的に直接成長法により製造されている。この他、カーボンナノチューブ粉末を利用して、溶剤乾燥法やＬ―Ｂ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）製膜法、印刷法、電気泳動法、膜ろ過法などの方法により、カーボンナノチューブ薄膜を製造することができる。
Ｓｕｍｉｏ Ｉｉｊｉｍａ、"Ｈｅｌｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｔｕｂｕｌｅｓ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ Ｃａｒｂｏｎ"、Ｎａｔｕｒｅ、１９９１年１１月７日、第３５４巻、ｐ．５６‐５８

しかし、上述の製膜方法は、工程が複雑であり、効率が低いという課題がある。また、上述の製膜方法によるカーボンナノチューブ薄膜は、抗張力及び機械強度が低く、カーボンナノチューブ薄膜の応用が困難であるという課題もある。

前記課題を解決するために、本発明は、製造工程が簡単であり、効率が高いカーボンナノチューブ製造方法を提供する。また、本発明の製造方法によるカーボンナノチューブ薄膜は、良好な抗張力及び機械強度を有する。

本発明のカーボンナノチューブ薄膜の製造方法は、基板にカーボンナノチューブアレイを成長させるステップと、押し器具を利用して前記カーボンナノチューブアレイを押してカーボンナノチューブ薄膜を形成させるステップと、を含む。

前記押し器具は、平面を有する。

前記平面を有する押し器具を利用して、所定の方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押し、複数のカーボンナノチューブが等方的に配列されたカーボンナノチューブ薄膜を形成させる。

前記押し器具は、ローラー形状である。

前記ローラー形状の押し器具を利用して、所定の方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押し、複数のカーボンナノチューブが該所定の方向に配列されたカーボンナノチューブ薄膜を形成させる。

前記ローラー形状の押し器具を利用して、異なる方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押し、複数のカーボンナノチューブが前記の異なる方向に配列されたカーボンナノチューブ薄膜を形成させる。

前記カーボンナノチューブアレイの高さは１００ｍｍにされることが好ましい。

前記カーボンナノチューブ薄膜の厚さは１μｍ〜１ｍｍにされることが好ましい。

従来技術と比べると、本発明のカーボンナノチューブの製造方法では、カーボンナノチューブアレイを押すための器具を利用して、カーボンナノチューブ薄膜を形成するので、製造工程が簡単であり、効率が高いという優れた点がある。また、本発明の製造方法によるカーボンナノチューブ薄膜は、次の優れた点がある。第一に、本発明のカーボンナノチューブアレイ中にカーボンナノチューブが均一に分散されているので、押し器具で前記カーボンナノチューブアレイを押して形成されたカーボンナノチューブ薄膜において、複数のカーボンナノチューブは均一に分布されている。従って、前記カーボンナノチューブ薄膜の抗張力及び機械強度を高くすることができる。第二に、押し器具の形状及び押し方向により、前記カーボンナノチューブ薄膜中の複数のカーボンナノチューブは、所定の方向又は異なる方向に沿って、均一に等方的に配列されるので、前記カーボンナノチューブ薄膜の抗張力及び機械強度を高くすることができる。また、複数のカーボンナノチューブを所定の方向又は異なる方向に沿って配列させることにより、カーボンナノチューブ薄膜の異なる応用に対する要求を満足させることができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施例について詳しく説明する。

図１を参照すると、本実施例のカーボンナノチューブ製造方法は、次のステップを含む。

第一ステップでは、化学気相堆積（ＣＶＤ）法で、カーボンナノチューブアレイを成長させる。まず、基板を準備する。次に、該基板に触媒層を堆積させる。該触媒層は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ又はそれらの合金のいずれか一種からなる。次に、前記触媒層が堆積された前記基板を空気雰囲気において７００〜９００℃で３０〜９０分間アニーリングする。次に、前記基板を反応装置に置いて、該反応装置に保護ガスを導入して、５００〜７４０℃に加熱する。前記保護ガスは不活性ガス又は窒素ガスであり、アルゴンガスが好ましい。次に、前記反応装置の内にカーボンを含むガスを導入して、５〜３０分間加熱してカーボンナノチューブアレイを成長させる。前記カーボンを含むガスは、エチン又はエテンであり、エチンが好ましい。

前記カーボンナノチューブアレイは、複数の相互に平行、又は前記基板に垂直なカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブアレイは高さが１００μｍ程度になる。

第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイに所定の圧力をかけて前記カーボンナノチューブアレイを押し、カーボンナノチューブ薄膜を形成させる。図２を参照すると、本実施例において、前記カーボンナノチューブ薄膜の直径は１０ｃｍに形成される。

前記カーボンナノチューブに圧力をかけるために、平滑な表面がある押し器具を利用する。前記カーボンナノチューブ薄膜中のカーボンナノチューブの配列方向は、該押し器具の形状及び前記カーボンナノチューブアレイの押し方向により決められている。例えば、図３を参照すると、平面を有する押し器具を利用して、前記基板に垂直な方向に沿って前記カーボンナノチューブを押す場合、複数の等方的に配列されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ薄膜が形成される。該カーボンナノチューブ薄膜において、前記カーボンナノチューブは均一に配列されている。

また、ローラー形状の押し器具を利用して、前記カーボンナノチューブを選択方位に配列させて、カーボンナノチューブ薄膜を形成することができる。例えば、図４を参照すると、前記ローラー形状の押し器具を利用して、所定の方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押す場合、前記所定の方向による複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ薄膜が形成される。また、前記ローラー形状の押し器具を利用して、異なる方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押す場合、異なる方向による複数のカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブ薄膜が形成される。

前記カーボンナノチューブを押す工程において、前記カーボンナノチューブが斜めに押されて構成された前記カーボンナノチューブ薄膜は、自立構造を有する。前記カーボンナノチューブ薄膜におけるカーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブ薄膜の表面に平行し、所定の方向又は異なる方向に沿って、等方的に配列される。

前記カーボンナノチューブ薄膜におけるカーボンナノチューブの斜めの程度は、前記カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、該圧力が大きくなるほど、前記斜めの程度が大きくなる。前記カーボンナノチューブ薄膜の厚さは、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、前記カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブにかけた圧力が大きくなるほど、前記カーボンナノチューブ薄膜の厚さが大きくなる。本実施例において、前記カーボンナノチューブ薄膜の厚さは、１μｍ〜１ｍｍに形成される。

従来技術と比べて、本発明のカーボンナノチューブの製造方法により、カーボンナノチューブアレイを押すための器具を利用して、カーボンナノチューブ薄膜を形成するので、製造工程が簡単であり、効率が高いという優れた点がある。また、本発明の製造方法によるカーボンナノチューブ薄膜は、次の優れた点がある。第一に、本発明のカーボンナノチューブアレイ中にカーボンナノチューブが均一に分散されているので、押し器具で前記カーボンナノチューブアレイを押して形成されたカーボンナノチューブ薄膜において、複数のカーボンナノチューブは均一に分布されている。従って、前記カーボンナノチューブ薄膜の抗張力及び機械強度を高くすることができる。第二に、押し器具の形状及び押し方向により、前記カーボンナノチューブ薄膜中の複数のカーボンナノチューブは、所定の方向又は異なる方向に沿って、均一に等方的に配列されるので、前記カーボンナノチューブ薄膜の抗張力及び機械強度を高くすることができる。また、複数のカーボンナノチューブを所定の方向又は異なる方向に沿って配列させることにより、カーボンナノチューブ薄膜の異なる応用に対する要求を満足させることができる。

本発明の実施例に係るカーボンナノチューブ薄膜の製造方法のフローチャートである。 本発明の実施例に係るカーボンナノチューブ薄膜の写真である。 本発明の実施例に係る、カーボンナノチューブが等方的に配列されたカーボンナノチューブ薄膜のＳＥＭ写真である。 本発明の実施例に係る、カーボンナノチューブが選択方位に配列されたカーボンナノチューブ薄膜のＳＥＭ写真である。

Claims (8)

1. 基板にカーボンナノチューブアレイを成長させるステップと、
   押し器具を利用して前記カーボンナノチューブアレイを押してカーボンナノチューブ薄膜を形成させるステップと、
   を含むことを特徴とするカーボンナノチューブ薄膜の製造方法。
2. 前記押し器具は、平面を有す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薄膜の製造方法。
3. 前記平面を有する押し器具を利用して、所定の方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押し、複数のカーボンナノチューブが等方的に配列されたカーボンナノチューブ薄膜を形成させることを特徴とする、請求項２に記載のカーボンナノチューブ薄膜の製造方法。
4. 前記押し器具は、ローラー形状であ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薄膜の製造方法。
5. 前記ローラー形状の押し器具を利用して、所定の方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押し、複数のカーボンナノチューブが該所定の方向に配列されたカーボンナノチューブ薄膜を形成させることを特徴とする、請求項４に記載のカーボンナノチューブ薄膜の製造方法。
6. 前記ローラー形状の押し器具を利用して、異なる方向に沿って前記カーボンナノチューブアレイを押し、複数のカーボンナノチューブが前記異なる方向に配列されたカーボンナノチューブ薄膜を形成させることを特徴とする、請求項４に記載のカーボンナノチューブ薄膜の製造方法。
7. 前記カーボンナノチューブアレイの高さは１００ｍｍにされ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薄膜の製造方法。
8. 前記カーボンナノチューブ薄膜の厚さは１μｍ〜１ｍｍにされ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薄膜の製造方法。