JP5903464B2 - Method for transferring carbon nanotube array and method for manufacturing carbon nanotube structure - Google Patents
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Description
本発明は、カーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法に関し、特に、カーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤの製造方法に関する。 The present invention relates to a carbon nanotube array transfer method and a carbon nanotube structure manufacturing method, and more particularly to a carbon nanotube array transfer method and a carbon nanotube film or a carbon nanotube wire manufacturing method.
カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ，ＣＮＴ）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、バイオテクノロジー、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。しかし、一本のカーボンナノチューブがナノスケールの大きさであるので、利用し難い。現在、複数のカーボンナノチューブを原材料として、大きい寸法の巨視的なカーボンナノチューブ構造体を形成することができる。巨視的なカーボンナノチューブ構造体は、例えば、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルム、及び複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブワイヤである。 Carbon nanotubes (Carbon Nanotube, CNT) were discovered by Iijima in 1991 and are expected to be one of the important new materials in the 21st century. Since carbon nanotubes have excellent mechanical, electrical, and thermal properties, they are expected to be applied in a wide range of fields such as electronics, biotechnology, energy, and composite materials. However, since one carbon nanotube has a nano-scale size, it is difficult to use. Currently, a macroscopic carbon nanotube structure having a large size can be formed using a plurality of carbon nanotubes as a raw material. The macroscopic carbon nanotube structure is, for example, a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes and a carbon nanotube wire composed of a plurality of carbon nanotubes.
特許文献１に、カーボンナノチューブアレイから直接にカーボンナノチューブフィルムが引き出されることが開示されている。該カーボンナノチューブフィルムは分子間力で端と端で接続される複数のカーボンナノチューブからなる自立構造体であり、優れた透明度及び巨視的な寸法を有する。カーボンナノチューブアレイから直接に引き出されるカーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されるので、カーボンナノチューブの軸方向における優れた導電性及び熱伝導性を有し、広範な分野で応用できる。例えば、タッチパネル、液晶ディスプレイ、スピーカ、加熱装置、薄膜トランジスタなどの分野である。 Patent Document 1 discloses that a carbon nanotube film is drawn directly from a carbon nanotube array. The carbon nanotube film is a self-supporting structure composed of a plurality of carbon nanotubes connected to each other by an intermolecular force, and has excellent transparency and macroscopic dimensions. In a carbon nanotube film drawn directly from a carbon nanotube array, a plurality of carbon nanotubes are arranged along the same direction, so that the carbon nanotube film has excellent conductivity and thermal conductivity in the axial direction of the carbon nanotube. Can be applied. For example, it is fields such as a touch panel, a liquid crystal display, a speaker, a heating device, and a thin film transistor.
カーボンナノチューブフィルムを形成する原理は、超配列カーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブが分子間力で緊密に結合され、一部のカーボンナノチューブが引き出される際、隣接するカーボンナノチューブが分子間力の作用で端と端で接続されて引き出されるので、端と端で接続される複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブフィルムを形成することができる。しかし、カーボンナノチューブの間に分子間力のみによって、カーボンナノチューブが相互に吸着され、カーボンナノチューブフィルムが形成されるので、いったんカーボンナノチューブアレイの形態が破壊されたり、或いは変化したりすると、均一なカーボンナノチューブフィルムを連続に引き出すことができない。従って、従来の方法は、成長基板（一般的に、単結晶のシリコン）の表面にカーボンナノチューブアレイを成長させた後、成長基板に直接に成長したカーボンナノチューブアレイを引き出す工程を行い、カーボンナノチューブフィルムを獲得する。 The principle of forming a carbon nanotube film is that when carbon nanotubes in a super aligned carbon nanotube array are tightly coupled by intermolecular force and some of the carbon nanotubes are pulled out, the adjacent carbon nanotubes are brought into contact by the action of intermolecular force. Since it is connected at the end and pulled out, a carbon nanotube film composed of a plurality of carbon nanotubes connected at the end can be formed. However, carbon nanotubes are mutually adsorbed between carbon nanotubes only by intermolecular force, and a carbon nanotube film is formed. Once the morphology of the carbon nanotube array is destroyed or changed, uniform carbon The nanotube film cannot be pulled out continuously. Therefore, in the conventional method, after the carbon nanotube array is grown on the surface of the growth substrate (generally, single crystal silicon), the carbon nanotube array grown directly on the growth substrate is extracted, and the carbon nanotube film is obtained. To win.
現在、カーボンナノチューブアレイの生産者はカーボンナノチューブアレイと成長基板とを共に、ユーザーに提供する。しかし、これにより、成長基板の回収までの期間が長くなり、新たなカーボンナノチューブアレイの成長基板として迅速に利用することができない。また、コストが高い単結晶のシリコンは運送中に破壊され易い。また、カーボンナノチューブアレイから直接にカーボンナノチューブワイヤを引き出すことには、以上の問題が存在する。 Currently, carbon nanotube array producers provide users with both carbon nanotube arrays and growth substrates. However, this increases the period until the growth substrate is recovered and cannot be used quickly as a growth substrate for a new carbon nanotube array. In addition, high-cost single crystal silicon is easily broken during transportation. Moreover, the above-mentioned problems exist in drawing out carbon nanotube wires directly from the carbon nanotube array.
従って、前記課題を解決するために、本発明はカーボンナノチューブ構造体及びこの応用物の生産コストを低くして、生産プロセスを簡略化できるカーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法を提供する。 Accordingly, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for transferring a carbon nanotube array and a method for manufacturing a carbon nanotube structure, which can reduce the production cost of the carbon nanotube structure and the applied product and simplify the production process. provide.
本発明のカーボンナノチューブアレイの転移方法は、代替基板及び成長基板を提供する第一ステップであって、前記成長基板の表面にカーボンナノチューブアレイを有し、前記カーボンナノチューブアレイの形態はカーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる、第一ステップと、前記カーボンナノチューブアレイを前記成長基板から前記代替基板に転移する第二ステップであって、前記カーボンナノチューブアレイの形態は前記カーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる、第二ステップと、を含み、前記第二ステップは、前記代替基板の表面を、前記成長基板から離れる前記カーボンナノチューブアレイの表面と接触させる第三ステップと、前記代替基板及び前記成長基板のうちの少なくとも一方を移動させて、前記代替基板と前記成長基板とを離れさせ、前記カーボンナノチューブアレイを前記成長基板から脱離させ、前記代替基板に転移する第四ステップと、を含み、前記カーボンナノチューブ構造体は端と端で接続される複数のカーボンナノチューブを含む。 The transfer method of a carbon nanotube array of the present invention is a first step of providing an alternative substrate and a growth substrate, and has a carbon nanotube array on the surface of the growth substrate, and the form of the carbon nanotube array is a carbon nanotube structure. A second step of transferring the carbon nanotube array from the growth substrate to the alternative substrate, wherein the carbon nanotube array has the form of the carbon nanotube array A second step that can ensure continuous withdrawal of the carbon nanotube structure from the carbon nanotube array, wherein the second step moves the surface of the alternative substrate away from the growth substrate of the carbon nanotube array. In contact with the surface And moving the at least one of the substitute substrate and the growth substrate to separate the substitute substrate and the growth substrate, detaching the carbon nanotube array from the growth substrate, and And a fourth step of transferring to the substrate, wherein the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotubes connected end to end.
カーボンナノチューブ構造体の製造方法は、第一基板及び第二基板を提供する第一ステップであって、前記第一基板の表面にカーボンナノチューブアレイを有し、前記カーボンナノチューブアレイの形態はカーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる、第一ステップと、前記第二基板の表面を、前記第一基板から離れる前記カーボンナノチューブアレイの表面と接触させる第二ステップと、前記第一基板及び前記第二基板のうちの少なくとも一方を移動させて、前記第一基板と前記第二基板とを離れさせ、前記カーボンナノチューブアレイを前記第一基板から脱離させ、前記第二基板に転移する第三ステップであって、前記カーボンナノチューブアレイの形態はカーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証できる、第三ステップと、前記第二基板に転移したカーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す第四ステップと、を含み、前記カーボンナノチューブ構造体は端と端で接続される複数のカーボンナノチューブを含む。 The method of manufacturing a carbon nanotube structure is a first step of providing a first substrate and a second substrate, and has a carbon nanotube array on a surface of the first substrate, and the form of the carbon nanotube array is a carbon nanotube structure A first step that can ensure continuous withdrawal of the body from the carbon nanotube array, a second step of contacting the surface of the second substrate with the surface of the carbon nanotube array remote from the first substrate, and Moving at least one of the first substrate and the second substrate, separating the first substrate and the second substrate, detaching the carbon nanotube array from the first substrate, and the second substrate; The carbon nanotube array has a carbon nanotube structure. A third step capable of ensuring that the structure is continuously pulled out from the carbon nanotube array; and a fourth step of pulling out the carbon nanotube structure from the carbon nanotube array transferred to the second substrate. The structure includes a plurality of carbon nanotubes connected end to end.
従来の技術と比べて、本発明のカーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法は以下の有利な効果を有する。カーボンナノチューブアレイを成長させる工程及びカーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す工程において、カーボンナノチューブアレイが成長基板から異なる基板に転移設置されるので、カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す工程において、カーボンナノチューブアレイが設置される基板はコストが低い材料からなることができる。これにより、カーボンナノチューブアレイの生産者はカーボンナノチューブアレイを代替基板に転移でき、カーボンナノチューブアレイと代替基板とを共にユーザーを提供でき、コストが高い成長基板を迅速に回収でき、生産プロセスを簡単にする。よって、本発明のカーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法は、カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤに対しての産業的応用に有利であり、生産方式を変えて、生産コストを低くする。 Compared with the prior art, the method for transferring a carbon nanotube array and the method for producing a carbon nanotube structure of the present invention have the following advantageous effects. In the step of growing the carbon nanotube array and the step of extracting the carbon nanotube structure from the carbon nanotube array, the carbon nanotube array is transferred and installed from the growth substrate to a different substrate, so in the step of extracting the carbon nanotube structure from the carbon nanotube array, The substrate on which the carbon nanotube array is installed can be made of a low cost material. This enables carbon nanotube array producers to transfer the carbon nanotube array to an alternative substrate, provide users with both the carbon nanotube array and the alternative substrate, quickly collect costly growth substrates, and simplify the production process To do. Therefore, the method for transferring a carbon nanotube array and the method for producing a carbon nanotube structure of the present invention are advantageous for industrial application to a carbon nanotube film and a carbon nanotube wire. To do.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
（実施形態１）
図１を参照すると、本発明のカーボンナノチューブアレイ１０の転移方法は、代替基板３０及び成長基板２０を提供し、成長基板２０の表面にカーボンナノチューブアレイ１０を有するステップであって、カーボンナノチューブアレイ１０の形態はカーボンナノチューブ構造体４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できるステップ（Ｓ１）と、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から代替基板３０に転移するステップであって、代替基板３０に転移されたカーボンナノチューブアレイ１０の形態はカーボンナノチューブ構造体４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できるステップ（Ｓ２）と、を含む。
(Embodiment 1)
Referring to FIG. 1, the method for transferring a carbon nanotube array 10 according to the present invention is a step of providing an alternative substrate 30 and a growth substrate 20, and having the carbon nanotube array 10 on the surface of the growth substrate 20. Are the steps (S1) capable of ensuring that the carbon nanotube structure 40 is continuously pulled out from the carbon nanotube array 10, and the steps of transferring the carbon nanotube array 10 from the growth substrate 20 to the alternative substrate 30. The shape of the carbon nanotube array 10 transferred to 30 includes a step (S2) capable of ensuring that the carbon nanotube structure 40 is continuously pulled out from the carbon nanotube array 10.
カーボンナノチューブ構造体４０は、端と端で接続される複数のカーボンナノチューブを含み、複数のカーボンナノチューブが分子間力で相互に結合され、且つ端と端で接続されて形成される巨視的な構造体であり、例えば、カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤである。好ましくは、カーボンナノチューブ構造体４０は、端と端で接続される複数のカーボンナノチューブのみからなる。 The carbon nanotube structure 40 includes a plurality of carbon nanotubes connected at the ends, a macroscopic structure formed by connecting the plurality of carbon nanotubes to each other by an intermolecular force and connecting the ends at the ends. For example, a carbon nanotube film or a carbon nanotube wire. Preferably, the carbon nanotube structure 40 includes only a plurality of carbon nanotubes connected at the ends.
カーボンナノチューブアレイ１０は、ＣＶＤ（化学気相堆積）法によって成長基板２０の表面に成長する。カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブは相互に基本的に平行であり、且つ成長基板２０の表面と垂直である。隣接するカーボンナノチューブは相互に接触して、且つ分子間力で結合される。成長条件を制御することによって、カーボンナノチューブアレイ１０は基本的に不純物を含まない。不純物は、例えば、アモルファスカーボン或いは残留した触媒の金属粒である。カーボンナノチューブアレイ１０が基本的に不純物を含まず、且つカーボンナノチューブが相互に緊密に接触して、且つ隣接するカーボンナノチューブの間に、大きな分子間力を有するので、一部のカーボンナノチューブ（カーボンナノチューブセグメント）を引き出す際、隣接するカーボンナノチューブが分子間力の作用によって端と端で接続され、連続的に引き出され、自立構造体（例えば、カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤである）を形成する。カーボンナノチューブが端と端で接続されて引き出される前記カーボンナノチューブアレイ１０は、超配列カーボンナノチューブアレイである。超配列カーボンナノチューブアレイについては特許文献１に掲載されている。 The carbon nanotube array 10 is grown on the surface of the growth substrate 20 by a CVD (chemical vapor deposition) method. The carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10 are basically parallel to each other and perpendicular to the surface of the growth substrate 20. Adjacent carbon nanotubes are in contact with each other and bonded by intermolecular forces. By controlling the growth conditions, the carbon nanotube array 10 is essentially free of impurities. The impurities are, for example, amorphous carbon or residual metal particles of the catalyst. Since the carbon nanotube array 10 is basically free of impurities, and the carbon nanotubes are in close contact with each other and have a large intermolecular force between adjacent carbon nanotubes, some carbon nanotubes (carbon nanotubes) When pulling out a segment, adjacent carbon nanotubes are connected end to end by the action of intermolecular forces and are continuously pulled out to form a self-supporting structure (eg, a carbon nanotube film or a carbon nanotube wire). The carbon nanotube array 10 that is pulled out by connecting the carbon nanotubes at the ends is a super aligned carbon nanotube array. The super-aligned carbon nanotube array is described in Patent Document 1.
成長基板２０は超配列カーボンナノチューブアレイの成長に適した基板であり、その材料は、例えば、Ｐ型シリコン、Ｎ型シリコン、或いは酸化シリコンである。 The growth substrate 20 is a substrate suitable for the growth of the super aligned carbon nanotube array, and the material thereof is, for example, P-type silicon, N-type silicon, or silicon oxide.
カーボンナノチューブアレイ１０から引き出されるカーボンナノチューブ構造体４０は、端と端で接続される複数のカーボンナノチューブを含む。具体的に、カーボンナノチューブ構造体４０はカーボンナノチューブフィルムでもよい。該カーボンナノチューブフィルムは自立構造体であり、基本的に同じ方向に沿って配列される複数のカーボンナノチューブを含む。図２を参照すると、カーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されている。複数のカーボンナノチューブの延伸する方向はカーボンナノチューブフィルムの表面と基本的に平行である。また、複数のカーボンナノチューブは分子間力で接続されている。具体的には、複数のカーボンナノチューブにおける各カーボンナノチューブは、延伸する方向における隣接するカーボンナノチューブと、分子間力で端と端とが接続されているので、カーボンナノチューブフィルムが自立構造を実現できる。更に、カーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメントを含むことができる。複数のカーボンナノチューブセグメントは、長軸方向に沿って、分子間力で端と端が接続されている。それぞれのカーボンナノチューブセグメントは、相互に平行に、分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブを含む。単一のカーボンナノチューブセグメントにおいて、複数のカーボンナノチューブの長さは同じである。 The carbon nanotube structure 40 drawn out from the carbon nanotube array 10 includes a plurality of carbon nanotubes connected at the ends. Specifically, the carbon nanotube structure 40 may be a carbon nanotube film. The carbon nanotube film is a self-supporting structure, and includes a plurality of carbon nanotubes arranged basically in the same direction. Referring to FIG. 2, a plurality of carbon nanotubes in the carbon nanotube film are arranged along the same direction. The extending direction of the plurality of carbon nanotubes is basically parallel to the surface of the carbon nanotube film. The plurality of carbon nanotubes are connected by intermolecular force. Specifically, each carbon nanotube in the plurality of carbon nanotubes is connected to the adjacent carbon nanotubes in the extending direction and the ends thereof by intermolecular force, so that the carbon nanotube film can realize a self-supporting structure. Further, the carbon nanotube film can include a plurality of carbon nanotube segments. The plurality of carbon nanotube segments are connected to each other by an intermolecular force along the long axis direction. Each carbon nanotube segment includes a plurality of carbon nanotubes connected in parallel to each other by intermolecular force. In a single carbon nanotube segment, the lengths of the plurality of carbon nanotubes are the same.
また、カーボンナノチューブフィルムは、少数のランダムなカーボンナノチューブを含む。しかし、大部分のカーボンナノチューブは同じ方向に沿って配列されているので、このランダムなカーボンナノチューブの延伸方向は、大部分のカーボンナノチューブの延伸方向には影響しない。具体的には、カーボンナノチューブフィルムにおける多数のカーボンナノチューブは、絶対的に直線状ではなくやや湾曲している。または、延伸する方向に完全に配列せず、少しずれている場合もある。従って、同じ方向に沿って配列されている多数のカーボンナノチューブの中において、隣同士のカーボンナノチューブが部分的に接触する可能性がある。実際に、カーボンナノチューブフィルムは複数の空隙を有し、即ち、隣接するカーボンナノチューブの間に空隙を有する。これにより、カーボンナノチューブフィルムは優れた透明度を有する。且つ、隣接するカーボンナノチューブの接触する部分の分子間力及び端と端で接続される部分の分子間力がカーボンナノチューブフィルムの自立構造を維持できる。カーボンナノチューブフィルムの厚さは０．５ｎｍ〜１００μｍであり、好ましくは、０．５ｎｍ〜１０μｍである。カーボンナノチューブ構造体４０の幅が小さい場合、カーボンナノチューブ構造体４０は自立構造を有するカーボンナノチューブワイヤである。 The carbon nanotube film also includes a small number of random carbon nanotubes. However, since most of the carbon nanotubes are arranged along the same direction, the extending direction of the random carbon nanotubes does not affect the extending direction of most of the carbon nanotubes. Specifically, a large number of carbon nanotubes in the carbon nanotube film are slightly curved rather than absolutely linear. Or, it may not be completely arranged in the extending direction and may be slightly shifted. Accordingly, among a large number of carbon nanotubes arranged along the same direction, adjacent carbon nanotubes may partially contact each other. In practice, the carbon nanotube film has a plurality of voids, that is, voids between adjacent carbon nanotubes. Thereby, the carbon nanotube film has excellent transparency. And the intermolecular force of the part which the adjacent carbon nanotubes contact, and the intermolecular force of the part connected by an end can maintain the self-supporting structure of a carbon nanotube film. The thickness of the carbon nanotube film is 0.5 nm to 100 μm, preferably 0.5 nm to 10 μm. When the width of the carbon nanotube structure 40 is small, the carbon nanotube structure 40 is a carbon nanotube wire having a self-supporting structure.
自立構造体とは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブフィルムを独立して利用することができる形態のことである。すなわち、カーボンナノチューブフィルムを対向する両側から支持して、カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤの構造を変化させずに、カーボンナノチューブフィルムを懸架できることを意味する。カーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤにおけるカーボンナノチューブが、分子間力で接続されているので、自立構造体が実現される。 A self-supporting structure is a form in which a carbon nanotube film can be used independently without using a support material. That is, it means that the carbon nanotube film can be suspended by supporting the carbon nanotube film from opposite sides without changing the structure of the carbon nanotube film or the carbon nanotube wire. Since the carbon nanotubes in the carbon nanotube film or the carbon nanotube wire are connected by intermolecular force, a self-supporting structure is realized.
カーボンナノチューブアレイ１０からカーボンナノチューブフィルムを引き出す方法は、特許文献１に掲載されている。 A method of pulling out a carbon nanotube film from the carbon nanotube array 10 is disclosed in Patent Document 1.
代替基板３０は、固体の基板であり、軟質基板或いは硬質基板である。代替基板３０は、カーボンナノチューブアレイ１０が設置される表面を有する。カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から代替基板３０に転移する工程において、カーボンナノチューブアレイ１０の形態を基本的に維持し、カーボンナノチューブ構造体４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できる。即ち、カーボンナノチューブアレイ１０は超配列カーボンナノチューブアレイの形態を維持する。 The alternative substrate 30 is a solid substrate and is a soft substrate or a hard substrate. The alternative substrate 30 has a surface on which the carbon nanotube array 10 is placed. In the process of transferring the carbon nanotube array 10 from the growth substrate 20 to the alternative substrate 30, it is possible to basically maintain the form of the carbon nanotube array 10 and to ensure that the carbon nanotube structure 40 is continuously pulled out from the carbon nanotube array 10. . That is, the carbon nanotube array 10 maintains the form of a super aligned carbon nanotube array.
カーボンナノチューブアレイ１０の形態を維持することを前提に、カーボンナノチューブアレイ１０を代替基板３０に転移した後、カーボンナノチューブアレイ１０は代替基板３０の表面に逆さに設置される。具体的には、カーボンナノチューブアレイ１０は第一表面１０２及び第一表面１０２と対向する第二表面１０４を含む。各カーボンナノチューブは成長基板２０の表面に成長し、カーボンナノチューブアレイ１０を形成する。各カーボンナノチューブが成長基板２０と隣接する一端をカーボンナノチューブの下端と定義し、下端と対向する端部をカーボンナノチューブの上端と定義する。成長基板２０において、第一表面１０２はカーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの下端に形成され、第二表面１０４はカーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの上端に形成される。カーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２は、成長基板２０の表面と近接し、或いは成長基板２０の表面に設置される。該第一表面１０２はカーボンナノチューブアレイ１０における各カーボンナノチューブの成長下端である。第二表面１０４は成長基板２０の表面から離れ、カーボンナノチューブアレイ１０における各カーボンナノチューブの成長上端である。カーボンナノチューブアレイ１０を代替基板３０に転移した後、カーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４は代替基板３０の表面と近接し、或いは代替基板３０の表面に設置される。カーボンナノチューブアレイ１０の第一表面１０２は、代替基板３０の表面から離れる。 On the premise of maintaining the shape of the carbon nanotube array 10, after the carbon nanotube array 10 is transferred to the alternative substrate 30, the carbon nanotube array 10 is placed upside down on the surface of the alternative substrate 30. Specifically, the carbon nanotube array 10 includes a first surface 102 and a second surface 104 facing the first surface 102. Each carbon nanotube grows on the surface of the growth substrate 20 to form a carbon nanotube array 10. One end of each carbon nanotube adjacent to the growth substrate 20 is defined as the lower end of the carbon nanotube, and the end opposite to the lower end is defined as the upper end of the carbon nanotube. In the growth substrate 20, the first surface 102 is formed at the lower end of the carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10, and the second surface 104 is formed at the upper end of the carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10. The first surface 102 of the carbon nanotube array 10 is disposed close to the surface of the growth substrate 20 or on the surface of the growth substrate 20. The first surface 102 is the lower growth end of each carbon nanotube in the carbon nanotube array 10. The second surface 104 is away from the surface of the growth substrate 20 and is the upper end of growth of each carbon nanotube in the carbon nanotube array 10. After the carbon nanotube array 10 is transferred to the substitute substrate 30, the second surface 104 of the carbon nanotube array 10 is placed close to or on the surface of the substitute substrate 30. The first surface 102 of the carbon nanotube array 10 is separated from the surface of the alternative substrate 30.
ステップ（Ｓ２）は、代替基板３０の表面を、カーボンナノチューブアレイ１０の成長基板２０から離れる表面と接触させるステップ（Ｓ２１）と、代替基板３０及び成長基板２０のうちの少なくとも一方を移動させて、代替基板３０と成長基板２０とを離れさせ、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させ、代替基板３０に転移するステップ（Ｓ２２）と、含む。 In step (S2), the surface of the alternative substrate 30 is brought into contact with the surface away from the growth substrate 20 of the carbon nanotube array 10 (S21), and at least one of the alternative substrate 30 and the growth substrate 20 is moved, A step of separating the alternative substrate 30 from the growth substrate 20, detaching the carbon nanotube array 10 from the growth substrate 20, and transferring to the alternative substrate 30 (S <b> 22).
ステップ（Ｓ２）を常温で行うことができる。ステップ（Ｓ２１）及びステップ（Ｓ２２）において、カーボンナノチューブアレイ１０の形態はカーボンナノチューブ構造体４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことを保証できる。カーボンナノチューブアレイ１０が代替基板３０に転移した後、カーボンナノチューブ構造体４０を連続的に引き出すことができるために、代替基板３０の表面とカーボンナノチューブアレイ１０の第二表面１０４の間に分子間力のみで結合する、代替基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０の間の結合力（ＦＢＣ）は、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブ同士の間の分子間力（ＦＣＣ）より小さい。また、代替基板３０とカーボンナノチューブアレイ１０の間の結合力（ＦＢＣ）は、成長基板２０とカーボンナノチューブアレイ１０の間の結合力（ＦＡＣ）より大きい。これにより、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させ、代替基板３０に転移させる。即ち、ＦＡＣ＜ＦＢＣ＜ＦＣＣである。 Step (S2) can be performed at room temperature. In step (S21) and step (S22), the configuration of the carbon nanotube array 10 can ensure that the carbon nanotube structure 40 is continuously pulled out from the carbon nanotube array 10. Since the carbon nanotube structure 40 can be continuously pulled out after the carbon nanotube array 10 is transferred to the alternative substrate 30, an intermolecular force is generated between the surface of the alternative substrate 30 and the second surface 104 of the carbon nanotube array 10. The bonding force (F BC ) between the alternative substrate 30 and the carbon nanotube array 10 that is bonded only with the carbon nanotube array 10 is smaller than the intermolecular force (F CC ) between the carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10. Further, the bonding force (F BC ) between the alternative substrate 30 and the carbon nanotube array 10 is larger than the bonding force (F AC ) between the growth substrate 20 and the carbon nanotube array 10. As a result, the carbon nanotube array 10 is detached from the growth substrate 20 and transferred to the alternative substrate 30. That is, F AC <F BC <F CC .
ＦＡＣ＜ＦＢＣ＜ＦＣＣを満たすために、代替基板３０の表面は適切な表面エネルギーを有することができ、且つ代替基板３０の表面とカーボンナノチューブアレイ１０の間に適切な表面エネルギーを有することができる。これにより、代替基板３０の表面とカーボンナノチューブアレイ１０とが接触することのみによって、代替基板３０の表面とカーボンナノチューブアレイ１０との間に、十分な結合力（例えば、分子間力）を発生させて、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させる。代替基板３０の表面は平面である。本実施形態において、代替基板３０の材料はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）である。 In order to satisfy F AC <F BC <F CC , the surface of the alternative substrate 30 can have an appropriate surface energy, and have an appropriate surface energy between the surface of the alternative substrate 30 and the carbon nanotube array 10. Can do. Thereby, sufficient bonding force (for example, intermolecular force) is generated between the surface of the alternative substrate 30 and the carbon nanotube array 10 only by the surface of the alternative substrate 30 and the carbon nanotube array 10 contacting each other. Then, the carbon nanotube array 10 is detached from the growth substrate 20. The surface of the alternative substrate 30 is a plane. In this embodiment, the material of the alternative substrate 30 is polydimethylsiloxane (PDMS).
代替基板３０を接着剤でカーボンナノチューブアレイ１０に貼り付けることはしない。従来の接着剤によっても、ＦＡＣ＜ＦＢＣを満たし、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させることができる。しかし、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブ同士の間の分子間力が小さいので、従来の任意の接着剤では、ＦＢＣ＞ＦＣＣとなる。これにより、後のカーボンナノチューブ構造体４０を引き出すステップを行うことができない。ステップ（Ｓ２１）及びステップ（Ｓ２２）において、代替基板３０は固体状態を維持する。 The alternative substrate 30 is not attached to the carbon nanotube array 10 with an adhesive. The conventional adhesive can satisfy F AC <F BC and the carbon nanotube array 10 can be detached from the growth substrate 20. However, since the intermolecular force between the carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10 is small, F BC > F CC is satisfied with any conventional adhesive. Thereby, the step of pulling out the subsequent carbon nanotube structure 40 cannot be performed. In step (S21) and step (S22), the alternative substrate 30 maintains a solid state.
ステップ（Ｓ２）において、代替基板３０の表面とカーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの上端とを十分に接触させるために、代替基板３０にカーボンナノチューブアレイ１０に小さい圧力（ｆ）を印加できる。この圧力の大小はカーボンナノチューブアレイ１０の形態を維持でき、カーボンナノチューブ構造体４０をカーボンナノチューブアレイ１０から連続的に引き出すことができることを保証する。好ましくは、圧力は０＜ｆ＜２Ｎ/ｃｍ２である。好ましくは、圧力を印加する方向は成長基板２０のカーボンナノチューブが成長する表面と垂直である。カーボンナノチューブアレイ１０の形態を維持するために、代替基板３０はカーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブを倒してはいけない。カーボンナノチューブアレイ１０に圧力を印加する際、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブは基本的に成長基板２０の表面と垂直である。 In step (S <b> 2), a small pressure (f) can be applied to the carbon nanotube array 10 on the alternative substrate 30 in order to bring the surface of the alternative substrate 30 into sufficient contact with the upper ends of the carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10. The magnitude of this pressure ensures that the morphology of the carbon nanotube array 10 can be maintained and that the carbon nanotube structure 40 can be pulled out of the carbon nanotube array 10 continuously. Preferably, the pressure is 0 <f <2 N / cm 2 . Preferably, the direction in which the pressure is applied is perpendicular to the surface of the growth substrate 20 on which the carbon nanotubes grow. In order to maintain the shape of the carbon nanotube array 10, the alternative substrate 30 must not collapse the carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10. When pressure is applied to the carbon nanotube array 10, the carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10 are basically perpendicular to the surface of the growth substrate 20.
ステップ（Ｓ２２）において、カーボンナノチューブアレイ１０を成長基板２０から脱離させる工程では、好ましくは、カーボンナノチューブアレイ１０におけるすべてのカーボンナノチューブを同時に成長基板２０から脱離させる。即ち、代替基板３０及び成長基板２０のうちの少なくとも一方の移動方向は、成長基板２０のカーボンナノチューブが成長する表面と垂直であり、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブを、カーボンナノチューブの成長方向に沿って成長基板２０から脱離させる。代替基板３０及び成長基板２０が共に移動する場合、両者の移動方向は、成長基板２０のカーボンナノチューブが成長する表面と垂直である。 In the step (S22), in the step of detaching the carbon nanotube array 10 from the growth substrate 20, preferably, all the carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10 are detached from the growth substrate 20 at the same time. That is, the movement direction of at least one of the alternative substrate 30 and the growth substrate 20 is perpendicular to the surface of the growth substrate 20 on which the carbon nanotubes grow, and the carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10 are moved along the growth direction of the carbon nanotubes. To be detached from the growth substrate 20. When the alternative substrate 30 and the growth substrate 20 move together, the moving direction of both is perpendicular to the surface of the growth substrate 20 on which the carbon nanotubes grow.
ステップ（Ｓ２１）及びステップ（Ｓ２２）において、まず、カーボンナノチューブアレイ１０が成長基板２０から押される力を受け、次に、代替基板３０に向けて引かれる力を受ける。 In step (S <b> 21) and step (S <b> 22), first, the carbon nanotube array 10 receives a force that is pushed from the growth substrate 20, and then receives a force that is pulled toward the alternative substrate 30.
（実施形態２）
図３を参照すると、本発明のカーボンナノチューブ構造体４０の製造方法を提供する。カーボンナノチューブ構造体４０の製造方法は、前記ステップ（Ｓ１）及びステップ（Ｓ２）を含み、更に、代替基板３０におけるカーボンナノチューブアレイ１０からカーボンナノチューブ構造体４０を引き出すステップ（Ｓ３）と、含む。
(Embodiment 2)
Referring to FIG. 3, a method for manufacturing the carbon nanotube structure 40 of the present invention is provided. The manufacturing method of the carbon nanotube structure 40 includes the steps (S1) and (S2), and further includes a step (S3) of extracting the carbon nanotube structure 40 from the carbon nanotube array 10 on the alternative substrate 30.
図４を参照すると、ステップ（Ｓ３）が従来のカーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出すステップと異なる点は以下のとおりである。カーボンナノチューブ構造体４０は代替基板３０に転移したカーボンナノチューブアレイ１０から引出されたものであり、成長基板２０に成長したカーボンナノチューブアレイ１０から直接に引き出されたものではない。好ましくは、カーボンナノチューブ構造体４０は、代替基板３０の表面に逆さに設置されるカーボンナノチューブアレイ１０から引き出される。即ち、カーボンナノチューブアレイ１０の成長下部からカーボンナノチューブ構造体４０を引き出す。 Referring to FIG. 4, the step (S3) is different from the step of extracting the carbon nanotube structure from the conventional carbon nanotube array as follows. The carbon nanotube structure 40 is drawn from the carbon nanotube array 10 transferred to the alternative substrate 30, and is not directly drawn from the carbon nanotube array 10 grown on the growth substrate 20. Preferably, the carbon nanotube structure 40 is drawn from the carbon nanotube array 10 placed upside down on the surface of the alternative substrate 30. That is, the carbon nanotube structure 40 is pulled out from the lower growth portion of the carbon nanotube array 10.
ステップ（Ｓ３）は、引き道具５０で、代替基板３０の表面に設置されたカーボンナノチューブアレイ１０における一部のカーボンナノチューブセグメントを選択するステップ（Ｓ３１）と、引き道具５０を移動させることによって、特定の速度で選択したカーボンナノチューブセグメントを引き、端と端で接続される複数のカーボンナノチューブセグメントを引き出し、連続なカーボンナノチューブ構造体４０を形成するステップ（Ｓ３２）と、を含む。 The step (S3) is performed by selecting a part of the carbon nanotube segments in the carbon nanotube array 10 installed on the surface of the alternative substrate 30 with the pulling tool 50 (S31), and moving the pulling tool 50 to specify A step (S32) of drawing a carbon nanotube segment selected at a speed, drawing a plurality of carbon nanotube segments connected at the ends, and forming a continuous carbon nanotube structure 40 (S32).
ステップ（Ｓ３１）において、カーボンナノチューブフィルムを引き出す場合、特定の幅を有する接着テープ或いは接着を有するストリップを採用し、カーボンナノチューブアレイ１０と接触させ、特定の幅を有するカーボンナノチューブセグメントを選択する。カーボンナノチューブワイヤを引き出す場合、幅が狭い道具（ピンセット）によって、幅が狭いカーボンナノチューブセグメントを選択する。ステップ（Ｓ３２）において、選択したカーボンナノチューブセグメントの引き出す方向は、カーボンナノチューブアレイ１０におけるカーボンナノチューブの成長方向と角αを成す。角αは０°〜９０°（０°は含まず）であり、好ましくは、３０°〜９０°である。 In the step (S31), when pulling out the carbon nanotube film, an adhesive tape having a specific width or a strip having an adhesive is adopted, brought into contact with the carbon nanotube array 10, and a carbon nanotube segment having a specific width is selected. When pulling out the carbon nanotube wire, the narrow carbon nanotube segment is selected by a narrow tool (tweezers). In step (S <b> 32), the direction in which the selected carbon nanotube segment is drawn forms an angle α with the growth direction of the carbon nanotubes in the carbon nanotube array 10. The angle α is 0 ° to 90 ° (not including 0 °), and preferably 30 ° to 90 °.
ステップ（Ｓ２２）はステップ（Ｓ３）と異なる。ステップ（Ｓ２２）はカーボンナノチューブアレイ１０全体を成長基板２０から脱離でき、且つカーボンナノチューブアレイ１０が成長基板２０から脱離した後、カーボンナノチューブアレイ１０の形態を維持できることを目指す。ステップ（Ｓ３）はカーボンナノチューブアレイ１０からカーボンナノチューブフィルム或いはカーボンナノチューブワイヤを引き出すことを目指す。従って、カーボンナノチューブアレイ１０全体が代替基板３０から脱離せず、一部のカーボンナノチューブ、例えば、カーボンナノチューブセグメントを代替基板３０から脱離させ、引き出したカーボンナノチューブセグメントが隣接するカーボンナノチューブセグメントを動かし、隣接するカーボンナノチューブセグメントが端と端で接続されて引き出され、次々に代替基板３０から脱離する。 Step (S22) is different from step (S3). The step (S22) aims to be able to detach the entire carbon nanotube array 10 from the growth substrate 20 and maintain the form of the carbon nanotube array 10 after the carbon nanotube array 10 is detached from the growth substrate 20. Step (S3) aims to pull out the carbon nanotube film or the carbon nanotube wire from the carbon nanotube array 10. Therefore, the entire carbon nanotube array 10 is not detached from the alternative substrate 30, but some carbon nanotubes, for example, carbon nanotube segments are detached from the alternative substrate 30, and the extracted carbon nanotube segments move adjacent carbon nanotube segments, Adjacent carbon nanotube segments are connected end to end and pulled out, and are successively detached from the alternative substrate 30.
本発明のカーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法は以下の有利な効果を有する。カーボンナノチューブアレイを成長させる工程及びカーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す工程において、カーボンナノチューブアレイが成長基板から異なる基板に転移設置されたので、カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す工程において、カーボンナノチューブアレイが設置される基板がコストが低い材料からなることができる。これにより、カーボンナノチューブアレイの生産者はカーボンナノチューブアレイを代替基板に転移でき、カーボンナノチューブアレイと代替基板とを共にユーザーを提供でき、コストが高い成長基板を迅速に回収でき、生産プロセスを簡単にする。よって、本発明のカーボンナノチューブアレイの転移方法及びカーボンナノチューブ構造体の製造方法は、カーボンナノチューブフィルム及びカーボンナノチューブワイヤに対しての産業的応用に有利であり、生産方式を変えて、生産コストを低くする。 The carbon nanotube array transfer method and the carbon nanotube structure manufacturing method of the present invention have the following advantageous effects. In the step of growing the carbon nanotube array and the step of extracting the carbon nanotube structure from the carbon nanotube array, the carbon nanotube array has been transferred from the growth substrate to a different substrate, so in the step of extracting the carbon nanotube structure from the carbon nanotube array, The substrate on which the carbon nanotube array is installed can be made of a low cost material. This enables carbon nanotube array producers to transfer the carbon nanotube array to an alternative substrate, provide users with both the carbon nanotube array and the alternative substrate, quickly collect costly growth substrates, and simplify the production process To do. Therefore, the method for transferring a carbon nanotube array and the method for producing a carbon nanotube structure of the present invention are advantageous for industrial application to a carbon nanotube film and a carbon nanotube wire. To do.
１０ カーボンナノチューブアレイ
１０２ 第一表面
１０４ 第二表面
２０ 成長基板
３０ 代替基板
４０ カーボンナノチューブ構造体
５０ 引き道具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Carbon nanotube array 102 1st surface 104 2nd surface 20 Growth substrate 30 Alternative substrate 40 Carbon nanotube structure 50 Pulling tool
Claims (2)
前記カーボンナノチューブアレイを前記成長基板から前記代替基板に転移する第二ステップであって、前記カーボンナノチューブアレイの形態は前記カーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続に引き出すことを保証する、第二ステップと、を含むカーボンナノチューブアレイの転移方法であって、
前記第二ステップは、前記代替基板の表面を、前記成長基板から離れる前記カーボンナノチューブアレイの表面と接触させる第三ステップと、
前記代替基板及び前記成長基板のうちの少なくとも一方を移動させて、前記代替基板と前記成長基板とを離れさせ、前記カーボンナノチューブアレイを前記成長基板から脱離させ、前記代替基板に転移する第四ステップと、を含み、
前記カーボンナノチューブ構造体は端と端で接続される複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とするカーボンナノチューブアレイの転移方法。 A first step of providing an alternative substrate and a growth substrate, comprising a carbon nanotube array on a surface of the growth substrate, wherein the form of the carbon nanotube array continuously pulls out a carbon nanotube structure from the carbon nanotube array Guarantee, the first step,
A second step of transferring the carbon nanotube array from the growth substrate to the alternative substrate, wherein the configuration of the carbon nanotube array ensures that the carbon nanotube structure is continuously drawn from the carbon nanotube array; A carbon nanotube array transfer method comprising:
The second step comprises contacting a surface of the alternative substrate with a surface of the carbon nanotube array that is remote from the growth substrate;
Moving at least one of the substitute substrate and the growth substrate to separate the substitute substrate and the growth substrate, detaching the carbon nanotube array from the growth substrate, and transferring to the substitute substrate; And including steps,
The method of transferring a carbon nanotube array, wherein the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotubes connected at ends.
前記第二基板の表面を、前記第一基板から離れる前記カーボンナノチューブアレイの表面と接触させる第二ステップと、
前記第一基板及び前記第二基板のうちの少なくとも一方を移動させて、前記第一基板と前記第二基板とを離れさせ、前記カーボンナノチューブアレイを前記第一基板から脱離させ、前記第二基板に転移する第三ステップであって、前記カーボンナノチューブアレイの形態はカーボンナノチューブ構造体を前記カーボンナノチューブアレイから連続的に引き出すことを保証する、第三ステップと、
前記第二基板に転移したカーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブ構造体を引き出す第四ステップと、を含み、
前記カーボンナノチューブ構造体は端と端で接続される複数のカーボンナノチューブを含むことを特徴とするカーボンナノチューブ構造体の製造方法。 A first step of providing a first substrate and a second substrate, comprising a carbon nanotube array on a surface of the first substrate, wherein the carbon nanotube array has a carbon nanotube structure continuously from the carbon nanotube array; The first step to ensure that
A second step of contacting the surface of the second substrate with the surface of the carbon nanotube array away from the first substrate;
Moving at least one of the first substrate and the second substrate to separate the first substrate from the second substrate, detaching the carbon nanotube array from the first substrate; A third step of transferring to a substrate, wherein the form of the carbon nanotube array ensures that the carbon nanotube structure is continuously pulled out of the carbon nanotube array;
Extracting a carbon nanotube structure from the carbon nanotube array transferred to the second substrate,
The method of manufacturing a carbon nanotube structure, wherein the carbon nanotube structure includes a plurality of carbon nanotubes connected at ends.
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