JP6042314B2 - カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法に関する。
カーボンナノチューブは、複数の炭素六員環が平面状に結合してなるグラフェンシートを円筒状に巻いた構造を備える物質であり、巻き方によりアームチェア型、カイラル型、ジグザグ型の３種がある。また、前記３種のカーボンナノチューブは、それぞれ直径やカイラリティにより電気的特性が変化し、金属的性質又は半導体的性質を示す。
このため、使用目的に応じたカーボンナノチューブを得るためには、直径及びカイラリティを制御することが必要とされる。前記カーボンナノチューブの直径及びカイラリティを制御するために、触媒となる金属粒子において、該金属粒子の構成元素が三角格子状に配置されている結晶面を用いることが知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
前記結晶面を備える金属粒子を触媒とするカーボンナノチューブ成長用基板として、基板上に配置されたＳｉＯ２のナノ粒子の表面に、ＳｉＯ２膜とＣｏ膜とをこの順に形成し、熱処理することによりＳｉＯ２膜上にＣｏナノ粒子を形成させたものが知られている（例えば、非特許文献２参照）。
また、カーボンナノチューブ成長用基板として、触媒となる金属の塩化物とポリ（Ｎ−ビニル−２−ピロリドン）とのグリコール溶液を基板上に塗布し、加熱処理してなるものが知られている。前記カーボンナノチューブ成長用基板は、前記金属の塩化物としてＦｅＣｌ３とＨ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏとを用いることにより、ＦｅとＰｔとのナノ粒子を備える基板を得ることができ、ＦｅＣｌ３とＲｕＣｌ３・３Ｈ２Ｏとを用いることにより、ＦｅとＲｕとのナノ粒子を備える基板を得ることができる（例えば、非特許文献３参照）。
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Hongwei Zhu, Kazutomo Suenaga, Ayako Hashimoto, Kouki Urita, Kenji Hata, and Sumio Iijima, "Atomic-Resolution Imaging of the Nucleation Points of Single-Walled Carbon Nanotubes", Small, 2005, 1, No.12, pp.1180-1183
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しかしながら、前記従来のカーボンナノチューブ成長用基板では、カーボンナノチューブを生成させる際の熱により触媒となる金属粒子が凝集してしまい、細径のカーボンナノチューブを高密度に成長させることができないという不都合がある。
本発明は、かかる不都合を解消して、触媒となる金属粒子が凝集することのないカーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明は、基板と該基板上に配設された触媒とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板において、ＭｇＯ（１００）単結晶からなる基板上に、Ｆｅ ｘ Ｐｔ １−ｘ （０．３≦ｘ≦０．７）からなる貴金属合金触媒と、該基板と物質として同一材料であるＭｇＯからなり、該貴金属合金触媒を分散配置する一方、該貴金属合金触媒の形態を表面に｛１１１｝面が露出した正八面体形状に規定する形態規定材料層とを備えることを特徴とする。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板は、基板上に貴金属合金触媒を分散配置する形態規定材料層を備えるので、該形態規定材料層により該貴金属合金触媒の凝集を防止することができる。従って、本発明のカーボンナノチューブ成長用基板によれば、細径のカーボンナノチューブを高密度に成長させることができる。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板によれば、前記形態規定材料層が前記貴金属合金触媒の結晶構造の面方位を制御することにより、該基板上に成長するカーボンナノチューブの直径及びカイラリティを制御することができる。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板は、前記貴金属合金触媒として、例えば、ＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．６）、好ましくはＦｅ ｘ Ｐｔ １−ｘ （０．３≦ｘ≦０．３７）からなるものを用いることができる。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法は、基板と該基板上に配設された触媒とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法において、ＭｇＯ（１００）単結晶からなる基板上にＦｅＰｔからなる貴金属合金をスパッタリングする工程と、該基板上に、Ｆｅ ｘ Ｐｔ １−ｘ （０．３≦ｘ≦０．７）からなる貴金属合金触媒を分散配置する一方、該貴金属合金触媒の形態を表面に｛１１１｝面が露出した正八面体形状に規定する、該基板と物質として同一材料であるＭｇＯからなる形態規定材料をスパッタリングする工程と、該形態規定材料上にさらに該貴金属合金をスパッタリングする工程とを備えることを特徴とする。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法によれば、まず、基板上に前記貴金属合金をスパッタリングすると共に、前記形態規定材料をスパッタリングする。そして、前記形態規定材料上にさらに該貴金属合金をスパッタリングすると、該スパッタリングの熱により該形態規定材料が再構成され、前記貴金属合金の下方に回り込んで前記基板と一体化する挙動を示す。
この結果、前記貴金属合金が粒子状となり貴金属合金触媒が形成されると共に、前記形態規定材料により、該貴金属合金触媒を分散配置する形態を規定する形態規定材料層が形成される。このとき、前記貴金属合金触媒はその一部が前記形態規定材料層中に埋設されることとなり、該貴金属合金触媒の凝集を防止することができると共に、該形態規定材料層により該貴金属合金触媒の結晶構造の面方位を制御することができる。
また、本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法は、前記基板上に該貴金属合金からなる触媒を分散配置する形態を規定する形態規定材料をスパッタリングする工程と、該形態規定材料上にさらに該貴金属合金をスパッタリングする工程とを複数回繰り返すことが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法によれば、前記形態規定材料をスパッタリングする工程と、該形態規定材料上にさらに前記貴金属合金をスパッタリングする工程とを複数回繰り返すことにより、該貴金属合金触媒の組成（貴金属と遷移金属との原子数比）を制御することができる。
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
図１に示すように、本実施形態のカーボンナノチューブ成長用基板１は、基板２上に配設された貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備える。本実施形態において、貴金属合金触媒３は、貴金属と遷移金属との合金からなり、このような合金として、一般式ＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）で表されるＰｔとＦｅとの合金を挙げることができる。
貴金属合金触媒３が一般式ＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）で表される合金であるとき、基板２としてはＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）と格子定数の近いものを用いることができ、このような基板２として、ＭｇＯ（１００）単結晶を挙げることができる。また、形態規定材料層４は、基板２と物質として同一の材料であるＭｇＯからなる。
形態規定材料層４は、その中に貴金属合金触媒３の一部を埋設することにより、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定すると共に、貴金属合金触媒３の結晶構造の面方位を制御する。この結果、貴金属合金触媒３は、一般式ＦｅｘＰｔ１−ｘにおけるｘの値を０．３〜０．７の範囲、好ましくは０．３〜０．６の範囲、さらに好ましくは０．３〜０．３７の範囲で調整することにより、形態規定材料層４の表面に｛１１１｝面が露出した正八面体形状となり、形態規定材料層４から露出している部分を面取りされた四角錐台形状とすることができる。貴金属合金触媒３はＦｅＰｔ（前記一般式においてｘ＝０．５の場合）からなる場合には、形態規定材料層４から｛１１１｝面が露出する正八面体となる。
本実施形態のカーボンナノチューブ成長用基板１によれば、貴金属合金触媒３が形態規定材料層４中に一部埋設されて分散配置されているので、貴金属合金触媒３の凝集を防止することができ、カーボンナノチューブフォレストを生成させることができる。また、貴金属合金触媒３の結晶構造の面方位が形態規定材料層４により制御されているので、生成するカーボンナノチューブの直径、カイラリティ等を制御することができる。
尚、本明細書において、「カーボンナノチューブフォレスト」とは、カーボンナノチューブ成長用基板１上に高密度に垂直配向して生成したカーボンナノチューブの集合体を意味する。
次に、本実施形態のカーボンナノチューブ成長用基板１の製造方法について説明する。
本実施形態の製造方法では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、例えばＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、６５０〜８００℃の範囲の温度、例えば７４０℃の温度で、例えばＦｅＰｔからなる貴金属合金をスパッタリングする。次に、前記高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、室温付近（１００℃以下）で、例えばＭｇＯからなる形態規定材料をスパッタリングする。そして、前記形態規定材料の上にさらに、前記貴金属合金を前記と同一にしてスパッタリングする。
このようにすると、室温においてスパッタリングされた形態規定材料のＭｇＯが、次のＦｅＰｔからなる貴金属合金のスパッタリングの際の熱により再構成され、ＦｅＰｔの下方に回り込んで基板２のＭｇＯと一体化する挙動を示す。前記ＭｇＯの挙動により、前記ＦｅＰｔが粒子状となりＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）からなる貴金属合金触媒３が形成されると共に、前記ＭｇＯにより貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４が形成される。このとき、貴金属合金触媒３はその一部が形態規定材料層４中に埋設されることとなり、形態規定材料層４により貴金属合金触媒３の凝集を防止することができると共に、貴金属合金触媒３の結晶構造の面方位を制御することができる。
本実施形態の製造方法では、基板上に前記貴金属合金をスパッタリングした後、前記形態規定材料をスパッタリングする工程と、該形態規定材料上にさらに前記貴金属合金をスパッタリングする工程とを複数回繰り返すようにしてもよい。このとき、前記形態規定材料及び前記貴金属合金の厚さと繰り返し回数とを変えることにより、貴金属合金触媒３の組成（貴金属（例えばＰｔ）と遷移金属（例えばＦｅ）との原子数比）を制御することができる。
次に、本発明の実施例と比較例とを示す。
〔実施例１〕
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（２５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を４回繰り返した。
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（２５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を４回繰り返した。
この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図２に示す。
図２から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１は、表面に｛１１１｝面が露出した最大径５ｎｍの正八面体粒子がエピタキシャル成長していることが明らかである。また、前記正八面体粒子をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により分析したところ、Ｆｅ６０原子％、Ｐｔ４０原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を、プラズマＣＶＤ装置に配設して、基板温度を７３０℃、プラズマＣＶＤの出力を１００Ｗとし、メタン１０体積％、水素９０体積％からなるガスを供給して、３０分間カーボンナノチューブの合成を行った。得られたカーボンナノチューブの走査型顕微鏡写真を図３に示す。
図３から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いることにより、長さ５０〜１００μｍのカーボンナノチューブフォレストが生成することが明らかである。また、本実施例で得られたカーボンナノチューブについて、ラマンスペクトルのラジアルブリージングモード（ＲＢＭ）から直径を算出したところ、０．８〜１．７ｎｍの直径を備えていることが判明した。
〔実施例２〕
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を０．５ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を０．５ｎｍの厚さにスパッタリングした。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図４に示す。
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を０．５ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を０．５ｎｍの厚さにスパッタリングした。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図４に示す。
図４から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１は、表面に｛１１１｝面が露出した最大径３ｎｍの正八面体粒子がエピタキシャル成長していることが明らかである。また、前記粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ４４原子％、Ｐｔ５６原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。得られたカーボンナノチューブの走査型顕微鏡写真を図５に示す。
図５から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いることにより、長さ３〜５μｍのカーボンナノチューブフォレストが生成することが明らかである。また、本実施例で得られたカーボンナノチューブについて、ラマンスペクトルのＲＢＭから直径を算出したところ、０．８〜１．４ｎｍの直径を備えていることが判明した。
〔実施例３〕
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図６に示す。
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図６に示す。
図６から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１は、表面に｛１１１｝面が露出した最大径８ｎｍの粒子がエピタキシャル成長しており、該粒子は正八面体形状の表面に露出した部分が面取りされて四角錐台形状を備えていることが明らかである。また、前記粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ３７原子％、Ｐｔ６３原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。得られたカーボンナノチューブの走査型顕微鏡写真を図７に示す。
図７から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いることにより、長さ５〜１０μｍのカーボンナノチューブフォレストが生成することが明らかである。また、本実施例で得られたカーボンナノチューブについて、ラマンスペクトルのＲＢＭから直径を算出したところ、０．８〜１．４ｎｍの直径を備えていることが判明した。
〔実施例４〕
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を２回繰り返した。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図８に示す。
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を２回繰り返した。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図８に示す。
図８から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１は、表面に｛１１１｝面が露出した最大径６ｎｍの粒子がエピタキシャル成長しており、該粒子は正八面体形状の表面に露出した部分が面取りされて四角錐台形状を備えていることが明らかである。また、前記粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ３０原子％、Ｐｔ７０原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。得られたカーボンナノチューブの走査型顕微鏡写真を図９に示す。
図９から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いることにより、長さ５〜１０μｍのカーボンナノチューブフォレストが生成することが明らかである。また、本実施例で得られたカーボンナノチューブについて、ラマンスペクトルのＲＢＭから直径を算出したところ、０．８〜１．４ｎｍの直径を備えていることが判明した。
〔比較例１〕
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、Ｓｉ基板上に、２５℃の温度でＡｌを５．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、２５℃の温度でＦｅを１．５ｎｍの厚さにスパッタリングし、さらに２５℃の温度でＡｌを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングすることによりカーボンナノチューブ成長用基板を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板の透過型電子顕微鏡写真を図１０に示す。
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、Ｓｉ基板上に、２５℃の温度でＡｌを５．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、２５℃の温度でＦｅを１．５ｎｍの厚さにスパッタリングし、さらに２５℃の温度でＡｌを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングすることによりカーボンナノチューブ成長用基板を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板の透過型電子顕微鏡写真を図１０に示す。
図１０から、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板は、球形状の粒子を備えていることが明らかである。また、前記粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ１００原子％の組成を備えており、ＦｅＰｔ合金とは異なることが判明した。
次に、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。しかし、得られたカーボンナノチューブは、様々な層数のカーボンナノチューブが混在したものとなり、細径のカーボンナノチューブフォレストを得ることはできなかった。
〔比較例２〕
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を４回繰り返すことにより、カーボンナノチューブ成長用基板を得た。本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板上に形成された粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ９２原子％、Ｐｔ８原子％の組成を備えることが判明した。
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を４回繰り返すことにより、カーボンナノチューブ成長用基板を得た。本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板上に形成された粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ９２原子％、Ｐｔ８原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。しかし、得られたカーボンナノチューブは、様々な層数のカーボンナノチューブや、直径の太いカーボンナノチューブが混在したものとなり、細径のカーボンナノチューブフォレストを得ることはできなかった。
〔比較例３〕
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を２回繰り返すことにより、カーボンナノチューブ成長用基板を得た。本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板上に形成された粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ８原子％、Ｐｔ９２原子％の組成を備えることが判明した。
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を２回繰り返すことにより、カーボンナノチューブ成長用基板を得た。本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板上に形成された粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ８原子％、Ｐｔ９２原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行ったが、カーボンナノチューブフォレストを得ることはできなかった。
〔比較例４〕
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度でＰｔを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該ＭｇＯにさらに、７４０℃の温度でＰｔを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングすることによりカーボンナノチューブ成長用基板を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板の透過型電子顕微鏡写真を図１１に示す。
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度でＰｔを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該ＭｇＯにさらに、７４０℃の温度でＰｔを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングすることによりカーボンナノチューブ成長用基板を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板の透過型電子顕微鏡写真を図１１に示す。
図１１から、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板は、球形状の粒子を備えており、面方位が規定されていないことが明らかである。また、前記粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｐｔ１００原子％の組成を備えており、ＦｅＰｔ合金とは異なることが判明した。
次に、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行ったが、カーボンナノチューブフォレストを得ることはできなかった。
１…カーボンナノチューブ成長用基板、 ２…基板、 ３…貴金属合金触媒、 ４…形態規定材料層。
Claims (5)
- 基板と該基板上に配設された触媒とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板において、
ＭｇＯ（１００）単結晶からなる基板上に、Ｆｅ ｘ Ｐｔ １−ｘ （０．３≦ｘ≦０．７）からなる貴金属合金触媒と、該基板と物質として同一材料であるＭｇＯからなり、該貴金属合金触媒を分散配置する一方、該貴金属合金触媒の形態を表面に｛１１１｝面が露出した正八面体形状に規定する形態規定材料層とを備えることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板。 - 請求項１記載のカーボンナノチューブ成長用基板において、前記貴金属合金触媒はＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．６）からなることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板。
- 請求項２記載のカーボンナノチューブ成長用基板において、前記貴金属合金触媒はＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．３７）からなることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板。
- 基板と該基板上に配設された触媒とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法において、
ＭｇＯ（１００）単結晶からなる基板上にＦｅＰｔからなる貴金属合金をスパッタリングする工程と、
該基板上に、Ｆｅ ｘ Ｐｔ １−ｘ （０．３≦ｘ≦０．７）からなる貴金属合金触媒を分散配置する一方、該貴金属合金触媒の形態を表面に｛１１１｝面が露出した正八面体形状に規定する、該基板と物質として同一材料であるＭｇＯからなる形態規定材料をスパッタリングする工程と、
該形態規定材料上にさらに該貴金属合金をスパッタリングする工程とを備えることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法。 - 請求項４記載のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法において、
前記基板上に前記形態規定材料をスパッタリングする工程と、該形態規定材料上にさらに前記貴金属合金をスパッタリングする工程とを複数回繰り返すことを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法。
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