JP6228029B2 - Method for producing carbon composite - Google Patents

Method for producing carbon composite Download PDF

Info

Publication number
JP6228029B2
JP6228029B2 JP2014026534A JP2014026534A JP6228029B2 JP 6228029 B2 JP6228029 B2 JP 6228029B2 JP 2014026534 A JP2014026534 A JP 2014026534A JP 2014026534 A JP2014026534 A JP 2014026534A JP 6228029 B2 JP6228029 B2 JP 6228029B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
graphene
carbon composite
swnt
graphite substrate
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2014026534A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2015151298A (en
Inventor
隆浩 丸山
隆浩 丸山
ラナジット ゴーシ
ラナジット ゴーシ
飯島 澄男
澄男 飯島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meijo University
Original Assignee
Meijo University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Meijo University filed Critical Meijo University
Priority to JP2014026534A priority Critical patent/JP6228029B2/en
Publication of JP2015151298A publication Critical patent/JP2015151298A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6228029B2 publication Critical patent/JP6228029B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明はカーボン複合体の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a carbon composite.

特許文献1は従来のカーボン複合体及びその製造方法を開示している。このカーボン複合体は、シート状のグラフェンと、このグラフェンの一方の面に結合して延びた一次元形状を持つナノ構造体、例えば、カーボンナノチューブとを有している。このカーボン複合体の製造方法は、先ず、シリコン基板又はガラス基板の上面にグラフェンを形成する。次に、グラフェン上に金属触媒層を形成する。そして、化学気相成長法等の乾式法、又は湿式法によって、基板と反対側のグラフェンの表面にナノ構造体を成長させる。このようにして、グラフェン上に実質的に一次元形状のナノ構造体(カーボンナノチューブ)を形成することができる。つまり、グラフェンとナノ構造体(カーボンナノチューブ)とのカーボン複合体を製造することができる。   Patent document 1 is disclosing the conventional carbon composite_body | complex and its manufacturing method. This carbon composite has a sheet-like graphene and a nanostructure having a one-dimensional shape that is bonded and extended to one surface of the graphene, for example, a carbon nanotube. In this carbon composite manufacturing method, first, graphene is formed on the upper surface of a silicon substrate or a glass substrate. Next, a metal catalyst layer is formed on the graphene. Then, a nanostructure is grown on the surface of the graphene opposite to the substrate by a dry method such as chemical vapor deposition or a wet method. In this way, a substantially one-dimensional nanostructure (carbon nanotube) can be formed on graphene. That is, a carbon composite of graphene and a nanostructure (carbon nanotube) can be manufactured.

特開2011−110694号公報JP 2011-110694 A

しかし、特許文献1のカーボン複合体はシリコン基板又はガラス基板の上面に形成されたグラフェンの表面にカーボンナノチューブを成長させている。このようにして成長させたカーボンナノチューブは、本発明者らの知見によると、カイラリティが不揃いである。つまり、このようにして成長させたカーボンナノチューブは、金属的性質を示す金属型と、半導体的性質を示す半導体型とが混在し、直径もばらばらである。   However, in the carbon composite of Patent Document 1, carbon nanotubes are grown on the surface of graphene formed on the upper surface of a silicon substrate or a glass substrate. According to the knowledge of the present inventors, the carbon nanotubes grown in this way are uneven in chirality. That is, the carbon nanotubes grown in this way have a mixed metal type exhibiting metallic properties and a semiconductor type exhibiting semiconducting properties, and have different diameters.

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、同じ電気的特性を示す複数のカーボンナノチューブを有するカーボン複合体の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。 This invention is made | formed in view of the said conventional situation, Comprising: It is set as the problem which should be solved to provide the manufacturing method of the carbon composite_body | complex which has the several carbon nanotube which shows the same electrical property.

発明のカーボン複合体の製造方法は、グラファイト基板を強酸性溶液に浸漬して酸化し、このグラファイト基板の表面にシート状のグラフェンを生成する第1工程と、
前記グラフェンの表面に金属微粒子を高密度で存在させた中間体を製造する第2工程と、
所定の圧力でアルコールガスを供給した雰囲気中に前記中間体を配置し、前記金属微粒子が触媒として作用して前記グラフェンの表面に結合した複数の単層カーボンナノチューブを化学気相成長させる第3工程とを備えていることを特徴とする。
The method for producing a carbon composite of the present invention includes a first step of oxidizing a graphite substrate by immersing it in a strongly acidic solution, and generating sheet-like graphene on the surface of the graphite substrate;
A second step of producing an intermediate in which metal fine particles are present at a high density on the surface of the graphene;
A third step of disposing the intermediate in an atmosphere supplied with alcohol gas at a predetermined pressure, and performing chemical vapor deposition of a plurality of single-walled carbon nanotubes bonded to the surface of the graphene by the metal fine particles acting as a catalyst; It is characterized by having.

グラファイト基板の表面に生成したシート状のグラフェンの表面に結合するように単層カーボンナノチューブを化学気相成長させると、直径が略等しく半導体的性質を有する単層カーボンナノチューブが得られることを本発明者らは発見した。これによって、直径が略等しく半導体的性質を有する複数の単層カーボンナノチューブを有するカーボン複合体を容易に製造することができる。   The present invention shows that when single-walled carbon nanotubes are chemically vapor-grown so as to be bonded to the surface of a sheet-like graphene formed on the surface of a graphite substrate, single-walled carbon nanotubes having substantially the same diameter and semiconducting properties can be obtained. They discovered. As a result, a carbon composite having a plurality of single-walled carbon nanotubes having substantially the same diameter and semiconducting properties can be easily produced.

したがって、発明のカーボン複合体の製造方法によって、同じ電気的特性を示す複数のカーボンナノチューブを有するカーボン複合体を製造することができる。 Therefore, a carbon composite having a plurality of carbon nanotubes exhibiting the same electrical characteristics can be manufactured by the carbon composite manufacturing method of the present invention.

実施例のカーボン複合体の製造方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing method of the carbon composite_body | complex of an Example. 実施例のカーボン複合体を示すFESEMの画像であり、(a)及び(b)は、カーボン複合体の製造方法における第3工程において、1×10-2Paの圧力でアルコールガスを供給したものであり、(c)及び(d)は、カーボン複合体の製造方法における第3工程において、1×10-4Paの圧力でアルコールガスを供給したものである。It is the image of FESEM which shows the carbon composite of an Example, (a) And (b) supplied alcohol gas with the pressure of 1 * 10 <-2 > Pa in the 3rd process in the manufacturing method of a carbon composite. (C) and (d) are obtained by supplying alcohol gas at a pressure of 1 × 10 −4 Pa in the third step in the carbon composite production method. カーボン複合体の製造方法における第3工程において、1×10-4Paの圧力でアルコールガスを供給した実施例のカーボン複合体を示すFESEMの画像である。It is a FESEM image which shows the carbon composite of the Example which supplied alcohol gas with the pressure of 1 * 10 <-4> Pa in the 3rd process in the manufacturing method of a carbon composite. 実施例のカーボン複合体のラマンスペクトルを示し、(a)及び(b)は、カーボン複合体の製造方法における第3工程において、1×10-4Paの圧力でアルコールガスを供給したものであり、(c)及び(d)は、カーボン複合体の製造方法における第3工程において、1×10-2Paの圧力でアルコールガスを供給したものである。The Raman spectrum of the carbon composite of an Example is shown, (a) And (b) supplies alcohol gas with the pressure of 1 * 10 <-4> Pa in the 3rd process in the manufacturing method of a carbon composite. , (C) and (d) are obtained by supplying alcohol gas at a pressure of 1 × 10 −2 Pa in the third step in the carbon composite production method. カーボン複合体の製造方法における第3工程において、1×10-4Paの圧力でアルコールガスを供給した実施例のカーボン複合体に対して、励起レーザ光の波長を変更して測定したラマンスペクトルを示している。In the third step of the method for producing a carbon composite, the Raman spectrum measured by changing the wavelength of the excitation laser light was measured for the carbon composite of the example in which alcohol gas was supplied at a pressure of 1 × 10 −4 Pa. Show. カーボン複合体の製造方法における第3工程のアルコールガスの供給圧力とグラフェンの表面に化学気相成長した単層カーボンナノチューブの直径との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the supply pressure of the alcohol gas of the 3rd process in the manufacturing method of a carbon composite, and the diameter of the single-walled carbon nanotube which carried out chemical vapor deposition on the surface of graphene. 片浦プロットを示すグラフである。It is a graph which shows a Kataura plot. カーボン複合体の製造方法における第3工程において、1×10-2Paの圧力でアルコールガスを供給したカーボン複合体のHR−TEM画像であり、単層カーボンナノチューブがグラフェンの表面に結合して成長している状態を示している。It is an HR-TEM image of a carbon composite supplied with alcohol gas at a pressure of 1 × 10 −2 Pa in the third step of the carbon composite manufacturing method, and single-walled carbon nanotubes are bonded to the surface of graphene and grow It shows the state. カーボン複合体の製造方法における第3工程において、1×10-4Paの圧力でアルコールガスを供給したカーボン複合体のHR−TEM画像であり、(a)は単層カーボンナノチューブがグラフェンの表面に結合して成長している状態を示し、(b)は単層カーボンナノチューブの幾何学構造を追記したものである。It is a HR-TEM image of the carbon composite which supplied the alcohol gas with the pressure of 1 * 10 <-4> Pa in the 3rd process in the manufacturing method of a carbon composite, (a) is a single-walled carbon nanotube on the surface of a graphene FIG. 2B shows a state of growing by bonding, and (b) is an additional drawing of the geometric structure of a single-walled carbon nanotube.

次に、発明のカーボン複合体の製造方法を具体化した実施例について、図面を参照しつつ説明する。
Next, examples embodying the carbon composite manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings.

<実施例>
実施例のカーボン複合体の製造方法は、図1に示すように、先ず、グラファイト基板10を強酸性溶液に、1時間、浸漬して酸化し、グラファイト基板10の表面にシート状のグラフェン20を生成する第1工程を実行する(図1(A)、(B)参照)。強酸性溶液は、60質量%の濃硝酸と35質量%の濃塩酸とを体積比で1:3に混合した王水である。次に、表面にシート状のグラフェン20を生成したグラファイト基板10を強酸性溶液から取り出し、脱イオン水、アセトン及びメタノールで洗浄し、乾燥させる。
<Example>
As shown in FIG. 1, the carbon composite manufacturing method of the example is first oxidized by immersing the graphite substrate 10 in a strongly acidic solution for 1 hour, and the sheet-like graphene 20 is formed on the surface of the graphite substrate 10. The 1st process to produce | generate is performed (refer FIG. 1 (A), (B)). The strongly acidic solution is aqua regia in which 60% by mass of concentrated nitric acid and 35% by mass of concentrated hydrochloric acid are mixed at a volume ratio of 1: 3. Next, the graphite substrate 10 on which the sheet-like graphene 20 is formed on the surface is taken out from the strongly acidic solution, washed with deionized water, acetone and methanol, and dried.

乾燥後、グラファイト基板10を化学気相成長装置のチェンバー内に配置し、5×10-8Paの超高真空の環境下で、プラズマガンを使用して、平均膜厚が0.2nmとなるように金属微粒子である白金粒子(以下、「Pt30」という。)をグラファイト基板10及びグラフェン20の表面に蒸着させて中間体1を製造する第2工程を実行する(図1(C)参照)。 After drying, the graphite substrate 10 is placed in the chamber of the chemical vapor deposition apparatus, and the average film thickness is 0.2 nm using a plasma gun in an ultrahigh vacuum environment of 5 × 10 −8 Pa. In this way, the second step of manufacturing the intermediate 1 is performed by depositing platinum particles (hereinafter referred to as “Pt30”), which are metal fine particles, on the surfaces of the graphite substrate 10 and the graphene 20 (see FIG. 1C). .

次に、Pt30の酸化を防ぐため、1×10-3Paの圧力下でH2ガスをチャンバー内に供給する。その後、チャンバー内を15°C/分の昇温スピードで700°Cに加温する。チャンバー内が700°Cに加温されると、H2ガスの供給を止めて、1×10-2Pa、若しくは1×10-4Paの圧力で炭素源としてのアルコールガス(エタノール)をチャンバー内に1時間、供給する。すると、Pt30が触媒として作用し、グラフェン20の表面に結合した複数の単層カーボンナノチューブ(以下、「SWNT40」という。)が化学気相成長する。このようにして、第3工程を実行する(図1(D)参照)。 Next, in order to prevent oxidation of Pt30, H 2 gas is supplied into the chamber under a pressure of 1 × 10 −3 Pa. Thereafter, the inside of the chamber is heated to 700 ° C. at a temperature raising speed of 15 ° C./min. When the inside of the chamber is heated to 700 ° C., supply of H 2 gas is stopped, and alcohol gas (ethanol) as a carbon source is chambered at a pressure of 1 × 10 −2 Pa or 1 × 10 −4 Pa. Supply for 1 hour. Then, Pt30 acts as a catalyst, and a plurality of single-walled carbon nanotubes (hereinafter referred to as “SWNT40”) bonded to the surface of the graphene 20 undergo chemical vapor deposition. In this way, the third step is executed (see FIG. 1D).

その後、チャンバー内を室温にまで急冷して、グラファイト基板10、その表面に生成したシート状のグラフェン20、及びグラフェン20の表面に結合して成長した複数のSWNT40からなるカーボン複合体をチャンバーから取り出す。   Thereafter, the inside of the chamber is rapidly cooled to room temperature, and a carbon composite composed of the graphite substrate 10, the sheet-like graphene 20 formed on the surface thereof, and a plurality of SWNTs 40 grown on the surface of the graphene 20 is taken out from the chamber. .

次に、上述した製造方法によって製造された実施例のカーボン複合体について説明する。   Next, the carbon composite of the Example manufactured with the manufacturing method mentioned above is demonstrated.

第3工程において、1×10-2Paの圧力でアルコールガス(エタノール)を供給し、複数のSWNT40を化学気相成長させたカーボン複合体(以下、「サンプル1」という。)の電界放射型走査電子顕微鏡(FESEM)の画像を図2(a)、(b)に示す。 In the third step, a field emission type of a carbon composite (hereinafter referred to as “sample 1”) in which an alcohol gas (ethanol) is supplied at a pressure of 1 × 10 −2 Pa and a plurality of SWNTs 40 is subjected to chemical vapor deposition. Scanning electron microscope (FESEM) images are shown in FIGS.

また、第3工程において、1×10-4Paの圧力でアルコールガスを供給し、複数のSWNT40を化学気相成長させたカーボン複合体(以下、「サンプル2」という。)の電界放射型走査電子顕微鏡(FESEM)の画像を図2(c)、(d)及び図3に示す。各SWNT40は、図3に示すように、グラフェン20の表面に結合してクモの巣状に成長している。各SWNT40は10〜150nmの長さである。シート状のグラフェン20は一辺が約600nmの略四角形状である。Pt30は細かい白点で示されている。Pt30はグラフェン20及びグラファイト基板10の表面に存在するが、SWNT40はグラフェン20の表面のみから成長しており、グラファイト基板10の表面から成長していない。 In the third step, field emission scanning of a carbon composite (hereinafter referred to as “sample 2”) in which an alcohol gas is supplied at a pressure of 1 × 10 −4 Pa and a plurality of SWNTs 40 is subjected to chemical vapor deposition. Images of an electron microscope (FESEM) are shown in FIGS. 2 (c), 2 (d), and 3. FIG. As shown in FIG. 3, each SWNT 40 is bonded to the surface of the graphene 20 and grows in a cobweb shape. Each SWNT 40 is 10 to 150 nm long. The sheet-like graphene 20 has a substantially square shape with a side of about 600 nm. Pt30 is indicated by a fine white dot. Pt30 exists on the surface of the graphene 20 and the graphite substrate 10, but the SWNT 40 grows only from the surface of the graphene 20 and does not grow from the surface of the graphite substrate 10.

波長が785nmの励起レーザ光を用いて、サンプル2のラマンスペクトル測定を行った結果を、図4(a)、(b)及び図5(a)、(b)に示す。横軸に示される周波数(ラマンシフト)が237cm-1付近に、ラジアルブリ―ジングモード(RBM)と呼ばれるスペクトルが表れている。RBMのスペクトルのピークが位置する周波数ω(cm-1)を以下「RBMラマンシフト値」という。RBMラマンシフト値ω(cm-1)はSWNTの直径Dに反比例する。つまり、SWNT40の直径D(nm)は式1で示すことができる。 4A and 4B and FIGS. 5A and 5B show the results of Raman spectrum measurement of Sample 2 using excitation laser light having a wavelength of 785 nm. A spectrum called a radial bridging mode (RBM) appears in the vicinity of the frequency (Raman shift) indicated on the horizontal axis at 237 cm −1 . The frequency ω (cm −1 ) where the peak of the RBM spectrum is located is hereinafter referred to as “RBM Raman shift value”. The RBM Raman shift value ω (cm −1 ) is inversely proportional to the SWNT diameter D. That is, the diameter D (nm) of the SWNT 40 can be expressed by Equation 1.

直径D(nm)=248/RBMラマンシフト値ω(cm-1) ・・・ 式1 Diameter D (nm) = 248 / RBM Raman shift value ω (cm −1 ) Equation 1

このため、サンプル2の各SWNT40の直径は、1.05nmと算出することができる。   Therefore, the diameter of each SWNT 40 of sample 2 can be calculated as 1.05 nm.

また、図5(a)、(b)に示すように、励起レーザ光の波長を変えてラマンスペクトル測定をしても、波長が785nm以外の励起レーザ光でRBMのスペクトルが表れない。このため、サンプル2の各SWNT40はカイラリティが単一であると考えることができる。   Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, even if the Raman spectrum is measured by changing the wavelength of the excitation laser beam, the spectrum of the RBM does not appear with the excitation laser beam having a wavelength other than 785 nm. For this reason, each SWNT 40 of sample 2 can be considered to have a single chirality.

また、サンプル2は、図5(B)に示すように、周波数が1590cm-1付近で、グラファイトの物質に共通して表れるG−bandと呼ばれるスペクトルが表れている。さらに、周波数が1350cm-1付近で、欠陥に起因するD−bandと呼ばれるスペクトルが表れている。ナノチューブに点欠陥等があると、D−bandのスペクトルが強くなるので、G−bandのスペクトルとの相対強度が欠陥量の目安になる。 Further, as shown in FIG. 5B, Sample 2 has a spectrum called G-band that appears in common with graphite materials at a frequency of around 1590 cm −1 . Furthermore, a spectrum called D-band caused by a defect appears at a frequency near 1350 cm −1 . If the nanotube has a point defect or the like, the D-band spectrum becomes strong, so the relative intensity with the G-band spectrum is a measure of the amount of defects.

次に、波長が633nmの励起レーザ光を用いて、サンプル1のラマンスペクトル測定を行った結果を、図4(c)、(d)に示す。横軸に示される周波数(ラマンシフト)が284cm-1の付近にRBMのスペクトルが表れている。このため、サンプル1のSWNT40の直径は、0.84nmと算出することができる。 Next, FIGS. 4C and 4D show the results of Raman spectrum measurement of Sample 1 using excitation laser light having a wavelength of 633 nm. An RBM spectrum appears in the vicinity of a frequency (Raman shift) indicated on the horizontal axis of 284 cm −1 . For this reason, the diameter of SWNT40 of sample 1 can be calculated as 0.84 nm.

サンプル1は、周波数が1590cm-1付近で、G−bandのスペクトルが表れているが、周波数が1350cm-1付近で、D−bandのスペクトルは表れていない。サンプル1のSWNT40も、波長が633nm以外の励起レーザ光でRBMのスペクトルが表れないため、カイラリティが単一であると考えられる。 Sample 1 shows a G-band spectrum at a frequency of around 1590 cm −1 , but does not show a D-band spectrum at a frequency of around 1350 cm −1 . The SWNT 40 of sample 1 is also considered to have a single chirality because the RBM spectrum does not appear with excitation laser light having a wavelength other than 633 nm.

第3工程においてSWNT40を化学気相成長させる際のアルコールガスの供給圧力とグラフェン20の表面に化学気相成長したSWNT40の直径とは、図6に示すように、相関関係があると考えられる。   It is considered that there is a correlation between the supply pressure of alcohol gas when chemical vapor deposition of SWNT 40 is performed in the third step and the diameter of SWNT 40 chemical vapor grown on the surface of graphene 20 as shown in FIG.

次に、ラマンスペクトル測定によって得られるRBMラマンシフト値(ラマンシフト値から計算されたSWNT40の直径)と励起レーザ光のエネルギーとの関係を示した片浦プロットを図7に示す。この片浦プロットにおいて、黒点は半導体型カーボンナノチューブを示し、白抜き点は金属型カーボンナノチューブを示している。   Next, FIG. 7 shows a Kataura plot showing the relationship between the RBM Raman shift value (the diameter of SWNT 40 calculated from the Raman shift value) obtained by Raman spectrum measurement and the energy of the excitation laser beam. In this Kataura plot, black dots indicate semiconductor-type carbon nanotubes, and white dots indicate metal-type carbon nanotubes.

波長が785nmの励起レーザ光のエネルギーは1.58eVである。また、サンプル2に対して、波長が785nmの励起レーザ光を用いてラマンスペクトル測定を行った際のRBMラマンシフト値が237cm-1(SWNT40の直径が1.05nm)である。これらの値を片浦プロットに当てはめると、図7に示すように、丸Aで囲まれた部分に存在するSWNTが観測されたと考えられる。丸Aで囲まれたSWNTは黒点で示されているため、サンプル2のSWNT40は半導体型であることが判る。 The energy of the excitation laser beam having a wavelength of 785 nm is 1.58 eV. Moreover, the RBM Raman shift value at the time of performing a Raman spectrum measurement with respect to the sample 2 using the excitation laser beam with a wavelength of 785 nm is 237 cm < -1 > (the diameter of SWNT40 is 1.05 nm). When these values are applied to the Kataura plot, it is considered that SWNTs existing in a portion surrounded by a circle A are observed as shown in FIG. Since the SWNT surrounded by the circle A is indicated by a black dot, it can be seen that the SWNT 40 of the sample 2 is a semiconductor type.

また、波長が633nmの励起レーザ光のエネルギーは1.96eVである。また、サンプル1に対して、波長が633nmの励起レーザ光を用いてラマンスペクトル測定を行った際のRBMラマンシフト値が284cm-1(SWNT40の直径が0.84nm)である。これらの値を片浦プロットに当てはめると、図7に示されるように、丸Bで囲まれた部分に存在するSWNTが観測されたと考えられる。丸Bで囲まれたSWNTは黒点で示されているため、サンプル1のSWNT40も半導体型であることが判る。 The energy of the excitation laser beam having a wavelength of 633 nm is 1.96 eV. The sample 1 has an RBM Raman shift value of 284 cm −1 (the diameter of SWNT 40 is 0.84 nm) when Raman spectrum measurement is performed using excitation laser light having a wavelength of 633 nm. When these values are applied to the Kataura plot, it is considered that SWNTs existing in a portion surrounded by a circle B were observed as shown in FIG. Since the SWNT surrounded by the circle B is indicated by a black dot, it can be seen that the SWNT 40 of the sample 1 is also a semiconductor type.

次に、サンプル1及び2を高分解能透過電子顕微鏡(HR−TEM)で観察した結果を説明する。   Next, the results of observing Samples 1 and 2 with a high-resolution transmission electron microscope (HR-TEM) will be described.

サンプル1は、図8に示すように、Pt30の周囲のグラフェン20からSWNT40が成長している。このSWNT40は直径が0.84nmである。また、サンプル2も、図9(a)、(b)に示すように、Pt30の周囲のグラフェン20からSWNT40が成長している。このSWNT40は、カイラル指数が(10,5)であり、直径が1.05nmである。グラフェン20は、図9(b)において、点線で示されている。   In Sample 1, as shown in FIG. 8, SWNTs 40 are grown from graphene 20 around Pt30. The SWNT 40 has a diameter of 0.84 nm. In Sample 2, as shown in FIGS. 9A and 9B, SWNTs 40 are grown from graphene 20 around Pt30. The SWNT 40 has a chiral index of (10, 5) and a diameter of 1.05 nm. The graphene 20 is indicated by a dotted line in FIG.

このように、サンプル1及び2は、シート状のグラフェン20と、グラフェン20の一方の面に結合して成長しており、直径が略等しく半導体的性質を有した複数のSWNT40(単層カーボンナノチューブ)と、グラフェン20の他方の面に連続したグラファイト基板とを有したカーボン複合体である。このカーボン複合体は、各SWNT40のカイラリティが単一であり、各SWNT40のバンドギャップの大きさが略等しい。このため、このカーボン複合体はこれらSWNT40の特性を活かして電子デバイス等にそのまま応用することができる。   As described above, the samples 1 and 2 are a sheet-like graphene 20 and a plurality of SWNTs 40 (single-walled carbon nanotubes) that are bonded to one surface of the graphene 20 and have a semiconductor property with substantially the same diameter. ) And a continuous graphite substrate on the other surface of the graphene 20. In this carbon composite, each SWNT 40 has a single chirality, and each SWNT 40 has substantially the same band gap. For this reason, this carbon composite can be applied to an electronic device or the like as it is by utilizing the characteristics of these SWNT40.

また、グラファイト基板10からグラフェン20を剥離してグラフェン20とSWNT40とからなるカーボン複合体にすることができる。このように、グラフェン20とSWNT40とからなるカーボン複合体にしても、SWNT40の特性を活かして電子デバイス等にそのまま応用することができる。   Moreover, the graphene 20 can be peeled from the graphite substrate 10 to form a carbon composite made of the graphene 20 and the SWNT 40. Thus, even if it is a carbon composite which consists of graphene 20 and SWNT40, it can apply to an electronic device etc. as it is, making use of the characteristic of SWNT40.

したがって、実施例のカーボン複合体の製造方法によって製造されたカーボン複合体は同じ電気的特性を示す複数のカーボンチューブを有することができる。また、グラフェン20からSWNT40を分離してSWNT40のみにすることができる。このようにすれば、電気的特性が同じSWNT40を量産することができる。   Therefore, the carbon composite manufactured by the carbon composite manufacturing method of the example can have a plurality of carbon tubes exhibiting the same electrical characteristics. Further, the SWNT 40 can be separated from the graphene 20 to make only the SWNT 40. In this way, SWNTs 40 having the same electrical characteristics can be mass-produced.

本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)実施例では、グラファイト基板を酸化する際の強酸性溶液として王水を利用したが、濃硫酸、濃硝酸、過酸化水素水、及びこれらの酸の混合液であってもよい。
(2)実施例では、グラファイト基板の表面にシート状のグラフェンを生成するために1時間、王水に浸漬して酸化させたが、浸漬時間を適宜に変更してもよい。
(3)実施例では、グラフェンの表面にPtを存在させてSWNTの成長のための触媒としたが、Co等の他の金属微粒子をグラフェンの表面に存在させて触媒としてもよい。
(4)実施例では、カーボン複合体の製造方法の前記第2工程において、平均膜厚が0.2nmとなるようにPtをグラフェンの表面に蒸着させたが、平均膜厚が0.15nm〜0.25nmの厚さになるようにグラフェンの表面に蒸着させてもよい。
(5)実施例では、SWNTを化学気相成長させる際にチャンバー内を700°Cに加温したが、加温温度を適宜に変更してもよい。
(6)実施例では、SWNTを化学気相成長させる際にエタノールをチャンバー内に1時間、供給したが、エタノールの供給時間を適宜に変更してもよい。
(7)実施例では炭素源としてエタノールをチャンバーに供給したが、エタノール以外の炭素源を供給してもよい。
The present invention is not limited to the embodiments described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1) In the examples, aqua regia was used as a strongly acidic solution for oxidizing a graphite substrate, but concentrated sulfuric acid, concentrated nitric acid, hydrogen peroxide solution, and a mixture of these acids may be used.
(2) In the examples, in order to generate sheet-like graphene on the surface of the graphite substrate, oxidation was performed by immersion in aqua regia for 1 hour, but the immersion time may be changed as appropriate.
(3) In the examples, Pt was present on the surface of graphene to serve as a catalyst for SWNT growth, but other metal fine particles such as Co may be present on the surface of graphene as a catalyst.
(4) In the example, Pt was vapor-deposited on the surface of graphene so that the average film thickness was 0.2 nm in the second step of the carbon composite manufacturing method. You may vapor-deposit on the surface of a graphene so that it may become a thickness of 0.25 nm.
(5) In the example, when chemical vapor deposition of SWNT is performed, the inside of the chamber is heated to 700 ° C., but the heating temperature may be changed as appropriate.
(6) In the example, when chemical vapor deposition of SWNTs was performed, ethanol was supplied into the chamber for 1 hour, but the ethanol supply time may be appropriately changed.
(7) Although ethanol was supplied to the chamber as a carbon source in the examples, a carbon source other than ethanol may be supplied.

1…中間体
10…グラファイト基板(グラファイト)
20…グラフェン
30…Pt(白金粒子)(金属微粒子)
40…SWNT(単層カーボンナノチューブ)
1 ... Intermediate 10 ... Graphite substrate (graphite)
20 ... graphene 30 ... Pt (platinum particles) (metal fine particles)
40 ... SWNT (Single-walled carbon nanotube)

Claims (1)

グラファイト基板を強酸性溶液に浸漬して酸化し、このグラファイト基板の表面にシート状のグラフェンを生成する第1工程と、
前記グラフェンの表面に金属微粒子を高密度で存在させた中間体を製造する第2工程と、
所定の圧力でアルコールガスを供給した雰囲気中に前記中間体を配置し、前記金属微粒子が触媒として作用して前記グラフェンの表面に結合した複数の単層カーボンナノチューブを化学気相成長させる第3工程とを備えていることを特徴とするカーボン複合体の製造方法。
A first step of oxidizing the graphite substrate by immersing it in a strongly acidic solution and generating sheet-like graphene on the surface of the graphite substrate;
A second step of producing an intermediate in which metal fine particles are present at a high density on the surface of the graphene;
A third step of disposing the intermediate in an atmosphere supplied with alcohol gas at a predetermined pressure, and performing chemical vapor deposition of a plurality of single-walled carbon nanotubes bonded to the surface of the graphene by the metal fine particles acting as a catalyst; And a method for producing a carbon composite.
JP2014026534A 2014-02-14 2014-02-14 Method for producing carbon composite Active JP6228029B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014026534A JP6228029B2 (en) 2014-02-14 2014-02-14 Method for producing carbon composite

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014026534A JP6228029B2 (en) 2014-02-14 2014-02-14 Method for producing carbon composite

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015151298A JP2015151298A (en) 2015-08-24
JP6228029B2 true JP6228029B2 (en) 2017-11-08

Family

ID=53893941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014026534A Active JP6228029B2 (en) 2014-02-14 2014-02-14 Method for producing carbon composite

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6228029B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7160053B2 (en) * 2020-01-07 2022-10-25 株式会社豊田中央研究所 Carbon film and its deposition method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011016616A2 (en) * 2009-08-03 2011-02-10 인제대학교 산학협력단 Carbonaceous nanocomposite having novel structure and fabrication method thereof
KR20110057989A (en) * 2009-11-25 2011-06-01 삼성전자주식회사 Composite structure of graphene and nanostructure and method of manufacturing the same
CN102794945B (en) * 2011-05-27 2014-08-20 清华大学 Method for preparing graphene carbon nano tube composite membrane structure
JP5856423B2 (en) * 2011-09-30 2016-02-09 株式会社東芝 Conductive material and electric element using the same
WO2013119295A1 (en) * 2011-11-18 2013-08-15 William Marsh Rice University Graphene-carbon nanotube hybrid materials and use as electrodes

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015151298A (en) 2015-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
De Greef et al. Direct growth of carbon nanotubes on carbon fibers: Effect of the CVD parameters on the degradation of mechanical properties of carbon fibers
Cambaz et al. Noncatalytic synthesis of carbon nanotubes, graphene and graphite on SiC
Zhu et al. Effects of CF4 plasma on the field emission properties of aligned multi-wall carbon nanotube films
US20070128101A1 (en) Method of forming a heterojunction of a carbon nanotube and a different material, method of working a filament of a nanotube
Rahman et al. Synthesis and optical characterization of carbon nanotube arrays
Inoue et al. Chirality analysis of horizontally aligned single-walled carbon nanotubes: decoupling populations and lengths
JP7066254B2 (en) Carbon nanotube material, its manufacturing and processing method
Yarali et al. Physisorbed versus chemisorbed oxygen effect on thermoelectric properties of highly organized single walled carbon nanotube nanofilms
Manivannan et al. Fabrication and effect of post treatment on flexible single-walled carbon nanotube films
Farazmand et al. Synthesis of carbon nanotube and zinc oxide (CNT–ZnO) nanocomposite
JP6228029B2 (en) Method for producing carbon composite
Mahjouri-Samani et al. Laser induced selective removal of metallic carbon nanotubes
US7887773B2 (en) Method for treating carbon nanotubes, carbon nanotubes and carbon nanotube devices
KR101494670B1 (en) Method of selectively eliminating metallic CNT, semiconducting CNT and preparation method thereof using the same
JP2010275168A (en) Control of chirality of carbon nanotubes
EP2958854B1 (en) Method for producing a carbon nanotube having multiple walls; nanotube, and associated electron source and device
TWI611461B (en) Flexible Raman substrate and method for manufacturing the same
Mattevi et al. Surface-bound chemical vapour deposition of carbon nanotubes: In situ study of catalyst activation
Chang et al. Low-temperature process in growing carbon nanotube
Maruyama et al. Characterization of small-diameter carbon nanotubes and carbon nanocaps on SiC (0001) using Raman spectroscopy
US20140044873A1 (en) Single-walled carbon nanotube (swcnt) fabrication by controlled chemical vapor deposition (cvd)
Shiokawa et al. Low pressure chemical vapor deposition of single-wall carbon nanotubes
JPWO2019039516A1 (en) Calvin-containing composite material
Farazmand et al. Retracted article: Morphological and field emission properties of ZnO deposited MWCNT by RF sputtering and PECVD
KR101215564B1 (en) Manufacturing method for field emission cold cathode prepared by hydrogen plasma etching of vertically aligned carbon nanotube films

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161013

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170526

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170531

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170707

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170801

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170925

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171010

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171012

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6228029

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250