JP4581055B2 - 炭素膜の製造装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、カーボンナノウォール、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等の炭素膜の製造装置およびその製造方法に関する。

従来、カーボンナノウォール、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等の炭素膜を形成する方法として、例えば、特許文献１に記載の方法がある。

この方法は、基板上に金属元素からなる薄膜を堆積し、薄膜を堆積した基板を水素プラズマに晒し、水素プラズマに晒した基板を有機液体中で一定温度に加熱して炭素膜を合成するものである。

しかし、炭素膜を形成するターゲットは基板であり線材ではなく、線材に炭素膜を簡単に形成する方法が待ち望まれていた。
特開２００３−１２３１２号

したがって、本発明においては、低コストで大量かつ安全に線材に炭素膜を形成することを解決しようとする課題とする。

本発明の炭素膜の製造装置は、チャンバーと、前記チャンバー内に設けられ通電加熱用電源が接続された線材と、前記チャンバーに設けられ前記線材の表面にアルコールを噴霧するアルコール供給手段とを備え、前記線材を通電加熱し、前記アルコール供給手段にて前記線材の表面にアルコールを噴霧し、前記線材の表面に炭素膜を成膜することを特徴とするものである。

アルコールには、メタノールまたはエタノールが用いられる。

炭素膜は、カーボンナノウォール、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーである。

本発明の炭素膜の製造方法は、チャンバー内に線材を配置して当該線材に通電加熱用電源を接続し、前記チャンバー内に不活性ガスを供給し、前記通電加熱用電源にて前記線材を通電加熱し、前記チャンバーに設けられたアルコール供給手段にて前記線材の表面にアルコールを噴霧して前記線材の表面に炭素膜を成膜するものである。

本発明の炭素膜の製造装置およびその製造方法によると、通電加熱した線材の表面にアルコールを噴霧することで、線材の表面に炭素膜が成膜され、低コストで大量かつ安全に炭素膜を製造することができる。

本発明によれば、低コストで大量かつ安全に線材に炭素膜を形成できる。

本発明の最良の実施形態を図１に基づいて説明する。

図１は熱ＣＶＤからなる炭素膜の製造装置の概略図を示している。

炭素膜の製造装置は、チャンバー１０と、チャンバー１０に設けられチャンバー１０内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段１１と、チャンバー１０内に設けられ通電加熱用電源１３が接続されたターゲットとなる線材１２と、チャンバー１０に設けられ線材１２の表面にアルコール１５を噴霧するアルコール供給手段１４と、チャンバー１０内の不活性ガスならびにアルコール１５を排出する排出手段１６と、回収したアルコール１５を再利用するための循環手段１７とからなる。

不活性ガス供給手段１１は、チャンバー１０内に不活性ガスを供給するバルブからなり、チャンバー１０内に供給する不活性ガスとしてはＮ_２ガス，Ａｒガスなどの希ガスが挙げられる。

線材１２は、Ｎｉ，ステンレス，Ｆｅなどからなる。線材１２の形状は、例えば直径１ｍｍの丸棒状である。その他、平板状、コイル状、複数の線材を束ねたものでもよい。

また、線材１２には、通電によって線材１２を加熱する通電加熱用電源１３が接続されている。加熱温度は、例えば８００℃以上とする。

なお、チャンバー１０内に配置されるターゲットとなる線材１２は、１本でも複数本でもよく、各線材１２に通電加熱用電源１３が接続される。

アルコール供給手段１４は、線材１２の表面にアルコール１５を噴霧するノズルからなり、線材１２の全長に渡ってアルコール１５が噴霧されるように、線材１２の長手方向に複数並んで設けられている。なお、アルコール供給手段１４の個数は、ターゲットとなる線材１２の本数や長さに応じて、アルコール１５が全線材１２に均等に噴霧されるように、その個数や設置位置が決定される。また、アルコール供給手段１４から噴霧されるアルコール１５としては、メタノールやエタノールが挙げられる。

排出手段１６は、チャンバー１０に設けられた排気口に接続された排気管からなり、排気管の先端は循環手段１７に接続されている。排出手段１６により、チャンバー１０内の不活性ガスならびにアルコール１５が、循環手段１７に排出される。

循環手段１７は、排出手段１６を介して送られてきた不活性ガスならびにアルコール１５のうち、不活性ガスは排気し、アルコール１５は冷却液体を供給しコンデンサで液化して回収された後アルコール供給手段１４へ送って再利用を図る装置である。

次に、炭素膜の製造方法について説明する。

まず、チャンバー１０内に線材１２を配置し、当該線材１２に通電加熱用電源１３を接続する。

次に、不活性ガス供給手段１１よりチャンバー１０内にＮ_２ガスを供給し、残留空気をＮ_２ガスで置換する。なお、チャンバー１０内は大気圧力とする。

次に、通電加熱用電源１３にて線材１２に電流を流し、線材１２を８００℃以上に加熱する。

さらに、アルコール供給手段１４より、線材１２の表面にアルコール１５を噴霧する。

線材１２の表面にカーボンナノウォール（炭素膜）が成膜され、Ｎ_２ガスならびにアルコール１５は回収され、アルコール１５は再利用される。

以上のようにして、線材１２の表面にカーボンナノウォール（炭素膜）が成膜されるのであるが、ここで、カーボンナノウォール（炭素膜）が成膜される原理について詳細に説明する。

８００℃以上に加熱されたＮｉ，ステンレス等の線材１２の表面は、予めダイヤモンドパウダー等を用いて表面処理を施し、表面がＮｉ，Ｆｅによる触媒活性が生じるようにしておく。このような状態において、表面にアルコール気体および液滴が供給されると、ただちにアルコールは分解し、炭素が成膜される。これが結晶核を形成するためには、８００℃以上、望ましくは９５０℃以上がよい。結晶核が形成されると、次に、その核を起点としてカーボンナノ構造が成長し、ウォール状の炭素膜が成膜される。

したがって、線材１２としては、触媒作用のもの、Ｎｉ，Ｆｅ含有物で、成膜時の温度は８００℃以上、炭素源はアルコールを用い、気体，液体の混在するスプレー状態が好ましい。液体状態だけでは、表面で突沸等の不安定性が生じるが、スプレー状ではアルコール成分が乱流的に接触するため、常に新規アルコール成分が表面に接触しており、理想的な供給形態となる。

線材１２に形成された炭素膜は、そのまま線材１２に形成された状態で照明器具の線状光源として利用される。あるいは、線材１２をチャンバー１０から抜き取る際に、超音波の振動をかけるなどして炭素膜のみを回収し、当該回収した炭素膜を対象物に接着して利用してもよい。

このように構成された炭素膜の製造装置およびその製造方法によると、通電加熱した線材１２の表面にアルコール１５を噴霧することで、線材１２の表面に炭素膜が成膜され、低コストで大量に炭素膜を製造することができる。また、通電加熱した線材１２の表面にアルコール１５を噴霧ものであり、従来の液体中での加熱に比べ引火し難く安全である。しかも、Ｎ_２ガス雰囲気中で行われ、かつ大気圧であるため、より安全性に優れる。

本発明は、薄型の照明器具やディスプレイ表示装置、あるいは液晶表示装置のバックライトなどの線状光源として有用である。

本発明の実施の形態における炭素膜の製造装置の概略図

符号の説明

１０ チャンバー
１１ 不活性ガス供給手段
１２ 線材
１３ 通電加熱用電源
１４ アルコール供給手段
１５ アルコール

Claims (4)

1. チャンバーと、前記チャンバー内に設けられ通電加熱用電源が接続された線材と、前記チャンバーに設けられ前記線材の表面にアルコールを噴霧するアルコール供給手段とを備えた炭素膜の製造装置であって、
   前記線材を通電加熱し、前記アルコール供給手段にて前記線材の表面にアルコールを噴霧し、前記線材の表面に炭素膜を成膜することを特徴とする炭素膜の製造装置。
2. 前記アルコールが、メタノールまたはエタノールであることを特徴とする請求項１に記載の炭素膜の製造装置。
3. 前記炭素膜が、カーボンナノウォール、カーボンナノチューブまたはカーボンナノファイバーであることを特徴とする請求項１に記載の炭素膜の製造装置。
4. チャンバー内に線材を配置して当該線材に通電加熱用電源を接続する工程と、前記チャンバー内に不活性ガスを供給する工程と、前記通電加熱用電源にて前記線材を通電加熱する工程と、前記チャンバーに設けられたアルコール供給手段にて前記線材の表面にアルコールを噴霧して前記線材の表面に炭素膜を成膜する工程とを含む炭素膜の製造方法。