JP6675610B2 - Open substrate - Google Patents

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Description

本発明は、その内面の少なくとも一部をCNTフォレストの成長基面とする開口基板に関する。   The present invention relates to an aperture substrate having at least a part of its inner surface as a growth surface of a CNT forest.

本明細書において、CNTフォレストとは、複数のカーボンナノチューブ(本明細書において「CNT」ともいう。)の合成構造(以下、かかる合成構造を与えるCNTの個々の形状を「一次構造」といい、上記の合成構造を「二次構造」ともいう。)の一種であって、複数のCNTが長軸方向の少なくとも一部について一定の方向(具体的な一例として、基板が備える面の一つの法線に略平行な方向が挙げられる。)に配向するように成長してなるCNTの集合体を意味する。なお、成長基面から成長させたCNTフォレストの、成長基面に付着した状態における成長基面の法線に平行な方向の長さ(高さ)を、「成長高さ」という。CNTフォレストの二次構造は、一つの平面のみからなる基板上に形成された場合、複数のCNTが長軸方向の少なくとも一部について一定の方向に配列される。対して、複数の平面や曲面を備えた基板上に形成された場合、基板を構成する面の法線同士が非平行となることから、CNTの長軸を延長した直線同士が交差するように一定の方向ではなく、非平行に配列される。   In the present specification, a CNT forest is a composite structure of a plurality of carbon nanotubes (also referred to as “CNT” in the present specification) (hereinafter, the individual shape of CNT that gives such a composite structure is referred to as a “primary structure”, The composite structure is also a kind of “secondary structure”, in which a plurality of CNTs are fixed in at least a part of the major axis direction in a certain direction (as a specific example, one method of the surface provided on the substrate). A direction substantially parallel to the line). The length (height) of the CNT forest grown from the growth base surface in the direction parallel to the normal line of the growth base surface in a state of being attached to the growth base surface is referred to as “growth height”. When the secondary structure of the CNT forest is formed on a substrate consisting of only one plane, a plurality of CNTs are arranged in a certain direction at least in part in the major axis direction. On the other hand, when formed on a substrate having a plurality of planes or curved surfaces, since the normals of the surfaces constituting the substrate are non-parallel, the straight lines extending the long axis of the CNT intersect. They are arranged in a non-parallel, not fixed direction.

また、本明細書において、CNTフォレストの一部のCNTをCNTフォレストから離間するように引っ張り、CNTフォレストから複数のCNTを連続的に引き出すこと(本明細書において、この作業を従来技術に係る繊維から糸を製造する作業に倣って「紡績」ともいう。)によって形成される、複数のCNTが互いに交絡した構造を有する構造体を「CNT交絡体」という。本明細書において、「紡績可能である」とは、紡績長さ(紡績方向長さ)を1cm以上とすることが可能であることを意味する。   In this specification, a part of CNTs in the CNT forest is pulled away from the CNT forest, and a plurality of CNTs are continuously extracted from the CNT forest. A structure having a structure in which a plurality of CNTs are entangled with each other is formed as a "CNT entangled body". In the present specification, “capable of spinning” means that the spinning length (length in the spinning direction) can be 1 cm or more.

CNTは、グラフェンからなる外側面を有するという特異的な構造を有するため、機能材料としても構造材料としても様々な分野での応用が期待されている。具体的には、CNTは、機械的強度が高く、軽く、電気伝導特性が良く、耐熱性、熱伝導性などの熱特性が良く、化学的耐腐食性が高く、且つ電界電子放出特性が良いといった優れた特性を有する。したがって、CNTの用途として、軽量高強度ワイヤ、走査プローブ顕微鏡(SPM)の探針、電界放出ディスプレイ(FED)の冷陰極、導電性樹脂、高強度樹脂、耐腐食性樹脂、耐摩耗性樹脂、高度潤滑性樹脂、二次電池や燃料電池の電極、LSIの層間配線材料、バイオセンサーなどが考えられている。   Since CNT has a specific structure of having an outer surface made of graphene, application in various fields as a functional material and a structural material is expected. Specifically, CNTs have high mechanical strength, are light, have good electric conduction properties, have good thermal properties such as heat resistance and thermal conductivity, have high chemical corrosion resistance, and have good field electron emission properties. It has such excellent characteristics. Therefore, applications of CNTs include lightweight high-strength wires, scanning probe microscope (SPM) probes, field emission display (FED) cold cathodes, conductive resins, high-strength resins, corrosion-resistant resins, abrasion-resistant resins, Highly lubricating resins, electrodes for secondary batteries and fuel cells, interlayer wiring materials for LSIs, biosensors, and the like have been considered.

CNTの製造方法の一つとして、特許文献1には、金属系材料の薄膜を蒸着するなどしてあらかじめ基板の表面にスパッタリングなどの手段によって固相の金属触媒層を形成し、その固相の金属触媒層を備える基板を反応炉に配置し、この金属触媒層から成長核となる触媒粒子を基板上に形成し、反応炉に炭化水素ガスを供給して基板上にCNTフォレストを形成する方法が開示されている。以下、上記のように成長核としての固相の触媒粒子を基板上に形成し、その固相の触媒粒子を備えた基板が設けられた反応炉に炭化水素系の材料を供給してCNTフォレストを製造する方法を、固相触媒法という。   As one of the methods for producing CNTs, Patent Document 1 discloses that a solid metal catalyst layer is previously formed on a surface of a substrate by means of sputtering or the like by depositing a thin film of a metal-based material, and the like. A method of disposing a substrate having a metal catalyst layer in a reaction furnace, forming catalyst particles serving as growth nuclei on the substrate from the metal catalyst layer, and supplying a hydrocarbon gas to the reaction furnace to form a CNT forest on the substrate. Is disclosed. Hereinafter, a solid phase catalyst particle as a growth nucleus is formed on a substrate as described above, and a hydrocarbon-based material is supplied to a reactor provided with a substrate having the solid phase catalyst particle to prepare a CNT forest. Is referred to as a solid phase catalytic method.

固相触媒法によりCNTフォレストを高効率で製造する方法として、特許文献2には、炭素を含有しかつ酸素を含有しない原料ガスと、酸素を含有する触媒賦活物質と、雰囲気ガスを、所定の条件を満たしつつ供給して固相の触媒層に接触させる方法が開示されている。   As a method for producing a CNT forest with high efficiency by a solid phase catalytic method, Patent Document 2 discloses a method in which a raw material gas containing carbon and no oxygen, a catalyst activator containing oxygen, and an atmosphere gas are mixed with a predetermined gas. There is disclosed a method in which the catalyst is supplied while satisfying the conditions and is brought into contact with a solid catalyst layer.

上記の固相触媒法とは異なる方法によりCNTフォレストを製造する方法も開示されている。すなわち、特許文献3には、塩化鉄を昇華させ、これを前駆体として成長核となる触媒を基板上に形成し、その触媒を用いてCNTフォレストを形成する方法が開示されている。この方法は、ハロゲンを含有し気相の状態にある物質を触媒前駆体とし、この物質を用いて触媒を形成する点で、特許文献1や2に開示される技術とは本質的に相違している。本明細書において、特許文献3に開示される方式のCNTフォレストの製造方法を気相触媒法ともいう。   A method for producing a CNT forest by a method different from the above solid phase catalysis method is also disclosed. That is, Patent Literature 3 discloses a method in which iron chloride is sublimated, a catalyst serving as a growth nucleus is formed on a substrate using this as a precursor, and a CNT forest is formed using the catalyst. This method is essentially different from the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 in that a substance containing a halogen and in a gaseous state is used as a catalyst precursor and a catalyst is formed using this substance. ing. In this specification, the method for producing a CNT forest disclosed in Patent Document 3 is also referred to as a gas phase catalytic method.

特開2004−107196号公報JP 2004-107196 A 特許第4803687号公報Patent No. 4803687 特開2009−196873号公報JP 2009-196873 A

固相触媒法、気相触媒法のいずれの方法においても、得られたCNTフォレストを備える紡績源部材を紡績することにより、様々な形状を有するCNT交絡体が製造される。このCNT交絡体の製造しやすさ、すなわち、紡績性を高めることが望まれているが、CNTフォレストが比較的新しい素材であることや、CNT交絡体が取りうる形状が多様であることなどから、どのようなCNTフォレストが紡績性に優れているかは、いまだ明確になっていない。   In any of the solid-phase catalysis method and the gas-phase catalysis method, CNT entangled bodies having various shapes are manufactured by spinning a spinning source member provided with the obtained CNT forest. It is desired to improve the ease of production of the CNT entangled body, that is, the spinnability. However, because the CNT forest is a relatively new material and the CNT entangled body can take various shapes, etc. It is not yet clear what kind of CNT forest has excellent spinnability.

上記課題を解決するために本発明者らが検討した結果、内部空間を有する開口基板の内面を成長基面として形成されたCNTフォレストの端に紡ぎ出し可能部を備えた構成とすることで、CNTフォレストの紡績性が向上する可能性があるとの新たな知見を得た。しかし、その内面にCNTフォレストが形成された開口基板は、CNTフォレストを紡ぎ出した後の洗浄等が困難であるという問題があった。
本発明は、使用後の洗浄が容易な開口基板を提供することを目的とする。
As a result of investigations by the present inventors to solve the above-described problems, the present inventors have found that a configuration including a spinning-possible portion at an end of a CNT forest formed with the inner surface of an open substrate having an internal space as a growth base surface, New knowledge has been obtained that the spinnability of CNT Forest may be improved. However, there is a problem that it is difficult to clean the open substrate having the CNT forest formed on the inner surface thereof after spinning the CNT forest.
An object of the present invention is to provide an open substrate that can be easily cleaned after use.

上記課題を解決するために提供される本発明は次のとおりである。
[1]開放部を通じて外部と連通する内部空間を有し、内面の少なくとも一部をCNTフォレストの成長基面とし、前記CNTフォレストから複数のCNTを連続的に引き出す紡績に用いられる開口基板であって、複数の部品が分割可能に組み立てられた組立体であり、複数の前記部品を分割することにより、前記内面の少なくとも一部が露出することを特徴とする開口基板。
The present invention provided to solve the above problems is as follows.
[1] An open substrate that has an internal space that communicates with the outside through an open portion, has at least a part of the inner surface as a growth base surface of a CNT forest, and is used for spinning for continuously drawing a plurality of CNTs from the CNT forest. there are, assembly der where several components assembled divisible is, by dividing a plurality of said component, open board wherein at least a portion of said inner surface is exposed.

[2]前記成長基面は、前記内面の前記開放部を取り囲む領域を含んでいる上記[1]に記載の開口基板。 [2] The aperture substrate according to the above [1], wherein the growth base surface includes a region surrounding the opening on the inner surface.

[3]前記開口基板は、前記開放部を少なくとも2つ有する上記[1]または[2]に記載の開口基板。 [3] The apertured substrate according to the above [1] or [2], wherein the apertured substrate has at least two of the open portions.

[4]前記開口基板は筒状である上記[3]に記載の開口基板。 [4] The aperture substrate according to the above [3], wherein the aperture substrate is cylindrical.

[5]前記開放部が前記内部空間の両端に形成されている上記[4]に記載の開口基板。 [5] The apertured substrate according to the above [4], wherein the open portions are formed at both ends of the internal space.

[6]前記開口基板は、円筒状である上記[5]に記載の開口基板。 [6] The aperture substrate according to the above [5], wherein the aperture substrate has a cylindrical shape.

[7]前記開放部の少なくとも一つは、複数の前記部品の二つ以上が組み立てられてなるものである上記[1]から[6]のいずれかに記載の開口基板。 [7] The aperture substrate according to any one of [1] to [6] , wherein at least one of the open portions is formed by assembling two or more of the plurality of components.

[8]複数の前記部品はすべて同一形状である上記[7]に記載の開口基板。 [8] The apertured substrate according to the above [7] , wherein the plurality of components have the same shape.

[9]複数の前記部品は異なる形状のものを含む上記[7]に記載の開口基板。 [9] The apertured substrate according to the above [7] , wherein the plurality of parts include those having different shapes.

[10]複数の前記部品が組み立てられた状態を固定する固定部品を備えている上記[1]から[9]のいずれか一つに記載の開口基板。 [10] The aperture substrate according to any one of [1] to [9] , further including a fixing component for fixing an assembled state of the plurality of components.

[11]筒状の開口基板であって、前記固定部品は前記開口基板の外面側から複数の前記部品を拘束して前記組立体とする[10]に記載の開口基板。 [11] The open substrate according to [10], wherein the fixed component is a cylindrical open substrate, and the fixed component restrains a plurality of the components from an outer surface side of the open substrate to form the assembly.

[12]前記組立体における複数の前記部品の位置は、隣り合う前記部品の嵌め合い構造によって決められる上記[1]から[11]のいずれか一つに記載の開口基板。 [12] The aperture substrate according to any one of [1] to [11] , wherein positions of the plurality of components in the assembly are determined by a fitting structure of the adjacent components.

[13]前記嵌め合い構造は、隣り合う前記部品の凸部と凹部の嵌め合い構造よりなる[12]に記載の開口基板。
[13] The aperture substrate according to [12] , wherein the fitting structure comprises a fitting structure of a convex portion and a concave portion of the adjacent component.

本発明に係る開口基板は、複数の部品が分割可能に組み立てられた組立体とする構成により、使用後における内面の洗浄などが容易になるから、取扱い性に優れたものとすることができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION Since the opening board | substrate which concerns on this invention is set as the assembly which assembled | attached the several part so that division | segmentation was possible, washing | cleaning of an inner surface after use becomes easy and it can be set as the thing excellent in handleability.

本発明の実施形態に係るCNTフォレストが内面に形成された円筒状の開口基板の構造を概略的に示す模式図であり、(a)は開口基板を斜め横方向から見た斜視図であり、(b)は開放部側から見た正面図であり、(c)は(a)のA−A’矢視方向の断面を開口基板の側面側から見た断面図である。It is a schematic diagram which shows roughly the structure of the cylindrical opening board | substrate which the CNT forest which concerns on embodiment of this invention was formed in the inner surface, (a) is the perspective view which looked at the opening board from diagonal lateral direction, (B) is a front view as viewed from the open portion side, and (c) is a cross-sectional view as viewed from the side of the apertured substrate in the cross section taken along the line AA ′ of (a). 本発明の一実施形態に係る製造方法により製造されるCNTフォレストを構成するCNTの一例を示す画像である。It is an image which shows an example of CNT which constitutes a CNT forest manufactured by a manufacturing method concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る製造方法により製造されるCNTフォレストを構成するCNTの外径分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the outside diameter distribution of CNT which comprises the CNT forest manufactured by the manufacturing method concerning one embodiment of the present invention. 図1とは別の開口基板の構造を概略的に示す模式図であり、(a)は紡錘半球状の開口基板を斜め横方向から見た斜視図であり、(b)は四角筒状の開口基板を斜め横方向から見た斜視図であり、(c)は図1とは別の円筒状の基板を斜め横方向から見た斜視図である。FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams schematically illustrating a structure of an opening substrate different from that of FIG. 1, wherein FIG. 1A is a perspective view of a spindle hemispherical opening substrate viewed from an oblique lateral direction, and FIG. It is the perspective view which looked at the opening board | substrate from diagonal horizontal direction, (c) is the perspective view which looked at the cylindrical substrate different from FIG. 1 from diagonal horizontal direction. 本発明の実施形態に係る同一形状の二つの半円筒を組み合わせてなる、分割可能な円筒形の開口基板が分解された状態を斜め上方向から見た斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of a disassembled cylindrical open substrate formed by combining two semi-cylinders having the same shape according to the embodiment of the present invention, as viewed obliquely from above. 他の実施形態に係る分割可能な開口基板が分解された状態を斜め上方向から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the state where the dividable opening board concerning other embodiments was disassembled from diagonally upward. 図5の開口基板が組み立てられた状態が固定部品により固定された状態を斜め上方向から見た斜視図である。FIG. 6 is a perspective view of a state in which the open board of FIG. 5 is assembled and fixed by fixing components when viewed obliquely from above. 他の実施形態に係る分割可能な開口基板が分解された状態を斜め上方向から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the state where the dividable opening board concerning other embodiments was disassembled from diagonally upward. 他の実施形態に係る分割可能な開口基板が分解された状態を斜め上方向から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the state where the dividable opening board concerning other embodiments was disassembled from diagonally upward. 他の実施形態に係る分割可能な開口基板が分解された状態を斜め上方向から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the state where the dividable opening board concerning other embodiments was disassembled from diagonally upward. 本発明の一実施形態に係るCNTフォレストの製造方法に使用される製造装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly composition of a manufacturing device used for a manufacturing method of a CNT forest concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るCNTフォレストの製造方法を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a CNT forest according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る製造方法により製造されたCNTフォレストを紡績してCNT交絡体を製造している状態を示す画像である。It is an image which shows the state which spins the CNT forest manufactured by the manufacturing method which concerns on one Embodiment of this invention, and manufactures a CNT entangled body. 本発明の一実施形態に係る製造方法により製造されたCNTフォレストから得られたCNT交絡体の一部を拡大した画像である。It is the image which expanded a part of CNT entangled body obtained from the CNT forest manufactured by the manufacturing method concerning one embodiment of the present invention. 図1(c)に示す円筒状の開口基板に形成されたCNTフォレストからCNTが紡ぎ出される態様を模式的に示しており、(a)は最初の段階を示す断面図であり、(b)は紡ぎ出しが進行した段階を示す断面図である。FIG. 1C schematically shows a mode in which CNTs are spun from a CNT forest formed on a cylindrical opening substrate shown in FIG. 1C, FIG. 1A is a cross-sectional view showing an initial stage, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a stage where spinning has progressed. 本発明の一実施形態に係る線状の構造体の製造方法を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a linear structure according to an embodiment of the present invention. 図1(c)に示す円筒状の開口基板に形成されたCNTフォレストからCNTが紡ぎ出されて集束される態様を模式的に示しており、(a)は最初の段階を示す断面図であり、(b)は紡ぎ出しが進行した段階を示す断面図である。FIG. 1C schematically shows a mode in which CNTs are spun from a CNT forest formed on a cylindrical opening substrate shown in FIG. 1C and focused, and FIG. 1A is a cross-sectional view showing an initial stage. (B) is a cross-sectional view showing a stage in which spinning has proceeded. 図1(a)〜(c)に示す円筒状の開口基板に形成されたCNTフォレストからCNTが紡ぎ出される態様を模式的に示しており、(a)は斜視図であり、(b)は正面図であり、(c)は(a)のA−A’矢視方向の断面を開口基板の側面側から見た断面図である。1 (a) to 1 (c) schematically show a mode in which CNTs are spun from a CNT forest formed on a cylindrical opening substrate, (a) is a perspective view, and (b) is a perspective view. It is a front view, and (c) is a sectional view which looked at a section of an AA 'arrow direction of (a) from the side of an opening board. 本発明の一実施形態に係る複合体の製造方法を示すフローチャートである。1 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a composite according to an embodiment of the present invention. 実施例1に係る製造方法により製造されたCNTフォレストおよび紡ぎ出された構造体の図面代用写真である。3 is a photograph as a drawing substitute of a CNT forest and a spun structure manufactured by the manufacturing method according to Example 1. CNTが形成された平面基板から引き出されたCNTを撚り掛けにより集束させる、従来の方法を模式的に示す模式図である。It is a mimetic diagram showing typically the conventional method of converging CNT drawn out from the flat board in which CNT was formed by twisting.

以下、本発明の実施形態について説明する。
1.CNTフォレスト
図1は、本発明の一実施形態に係るCNTフォレストが内面に形成された円筒状の開口基板の構造を概略的に示す模式図であり、(a)は開口基板を斜め横方向から見た斜視図であり、(b)は開放部側から見た正面図であり、(c)は(a)のA−A’の方向の断面を開口基板の側面側から見た断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
1. CNT Forest FIG. 1 is a schematic view schematically showing a structure of a cylindrical open substrate in which a CNT forest according to one embodiment of the present invention is formed, and FIG. It is the perspective view seen, (b) is the front view seen from the open part side, (c) is the sectional view which looked at the section of the direction of AA 'of (a) from the side of the opening board. is there.

本実施形態に係るCNTフォレストの一例は、図1(a)〜(c)に示されるように、開放部41を通じて外部と連通する内部空間42を有する開口基板40における内面43を成長基面44として形成されたCNTフォレスト45であって、開放部41側の端46に紡ぎ出し可能部47を有している。   As shown in FIGS. 1A to 1C, an example of the CNT forest according to the present embodiment is configured such that an inner surface 43 of an open substrate 40 having an inner space 42 communicating with the outside through an opening 41 is formed on a growth base surface 44. The CNT forest 45 has a spinning-possible portion 47 at an end 46 on the open portion 41 side.

CNTフォレストの一例は、図2に示されるように、複数のCNTが一定の方向に配向するように配置された構造を有する部分を備える。この部分における複数のCNTの直径を測定し、それらの分布を求めると、図3に示されるように、CNTの直径は、その多くが20〜50nmの範囲内となる。   As shown in FIG. 2, one example of the CNT forest includes a portion having a structure in which a plurality of CNTs are arranged so as to be oriented in a certain direction. When the diameters of a plurality of CNTs in this portion are measured and their distributions are obtained, the diameters of the CNTs are mostly in the range of 20 to 50 nm as shown in FIG.

本明細書において、「紡ぎ出し可能部」とは、CNTフォレストの紡ぎ出し可能な構成を備えた部分をいう。成長基面から1012個/m2以上1012個/m2以下の範囲内の密度で成長してなるCNTとすることにより、その部分からのCNTフォレストの紡ぎ出しが可能な紡ぎ出し可能部とすることができる。   In this specification, the “spinnable portion” refers to a portion of the CNT forest having a spinnable configuration. By forming CNTs grown at a density within the range of 1012 / m2 or more and 1012 / m2 or less from the growth base surface, the CNT forest can be spun out of the CNTs, so that the CNT forest can be spun. it can.

図1(b)に示されるように、本実施形態に係るCNTフォレスト45は、開放部41側の端全体に形成された構成となっている。このように、開放部41側の端46の全体を紡ぎ出し可能部47とすることで、CNTが紡ぎ出されているCNTフォレストの紡ぎ出し位置により構成される仮想的な線である紡績ラインを、閉じた線とすることが可能となる。紡績ラインが閉じた線となることで、CNT交絡体により、筒状の構造体、線状の構造体、同軸状の積層構造体、ロープなどを容易に形成することができる。   As shown in FIG. 1B, the CNT forest 45 according to the present embodiment has a configuration formed on the entire end on the opening 41 side. In this manner, by forming the entire end 46 on the side of the open portion 41 as the spinning-possible portion 47, a spinning line that is a virtual line constituted by the spinning position of the CNT forest from which CNT is being spun. , Can be a closed line. When the spinning line is a closed line, a tubular structure, a linear structure, a coaxial laminated structure, a rope, and the like can be easily formed by the CNT entangled body.

本実施形態のCNTフォレスト45は、内部空間42を有する開口基板40の内面43を成長基面44をとして形成されたものであるから、一つの平面を成長基面とした場合と比較して、空間を有効利用して広い面積に形成することができる。   Since the CNT forest 45 of the present embodiment is formed by using the inner surface 43 of the apertured substrate 40 having the internal space 42 as the growth base surface 44, compared with the case where one plane is used as the growth base surface, A large area can be formed by effectively utilizing the space.

CNTフォレストを製造する方法は限定されず、固相触媒法および気相触媒法のいずれにより形成されたものであってもよいが、内部空間42を備える開口基板40の内面43に効率よく触媒を付与するためには、気相触媒法を用いることが好ましい。   The method for producing the CNT forest is not limited, and may be formed by any of the solid-phase catalysis method and the gas-phase catalysis method, but the catalyst is efficiently placed on the inner surface 43 of the open substrate 40 having the inner space 42. In order to apply, it is preferable to use a gas phase catalytic method.

2.CNTフォレストの開口基板
本発明の一実施形態に係るCNTフォレストの開口基板について図面を参照しながら説明する。
図4は、図1に示される円筒状の開口基板とは別の例を概略的に示す模式図であり、(a)は紡錘半球状の開口基板の斜視図であり、(b)は四角筒状の開口基板の斜視図であり、(c)は図1とは異なる円筒状の開口基板の斜視図である。
2. Opening substrate of CNT forest An opening substrate of a CNT forest according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIGS. 4A and 4B are schematic views schematically showing another example different from the cylindrical opening substrate shown in FIG. 1, wherein FIG. 4A is a perspective view of a spindle hemispherical opening substrate, and FIG. It is a perspective view of a cylindrical opening board, and (c) is a perspective view of a cylindrical opening board different from FIG.

CNTフォレスト形成用の開口基板は、図4(a)に示した紡錘半球状の開口基板50のように、内部空間52の内径が連続的に変化し、両端の開放部51Aと51Bの大きさが異なるものとしてもよい。また、図4(b)に示した四角柱の開口基板60のように、内部空間62が複数の平面により構成されたものとしてもよい。   The opening substrate for forming the CNT forest has a continuously changing inner diameter of the internal space 52 and the sizes of the open portions 51A and 51B at both ends, like the spindle hemispherical opening substrate 50 shown in FIG. May be different. Further, the internal space 62 may be configured by a plurality of planes, as in the case of the square-pillar opening substrate 60 shown in FIG. 4B.

開口基板を構成する材料としては、例えば、シリコン、石英、ガラス、金属などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、開口基板は、容易に変形しない性質を備えたものに限らず、弾性変形可能な可とう性のあるシートや、金属箔などの変形可能なシートを用いて構成することもできる。   Examples of the material forming the apertured substrate include, but are not limited to, silicon, quartz, glass, and metal. Further, the aperture substrate is not limited to one having the property of not being easily deformed, and may be formed using a flexible sheet that can be elastically deformed or a deformable sheet such as a metal foil.

図1および図4(a)(b)に示される開口基板40、50および60は、その両端に開放部41、51A、51Bおよび61が一つずつ形成されている。しかし、図4(c)に示した開口基板70のように、筒の両端の開放部71Aのみではなく、側面の開放部71Bをも備える構成としてもよい。   The open substrates 40, 50 and 60 shown in FIGS. 1 and 4 (a) and 4 (b) each have open portions 41, 51A, 51B and 61 formed at both ends thereof. However, as in the case of the opening substrate 70 shown in FIG. 4C, a configuration may also be provided that includes not only the open portions 71A at both ends of the cylinder but also open portions 71B on the side surfaces.

本明細書において「開放部」とは、開口基板の内部空間内に気体を導入および/または排出することができる部分をいう。開口基板が備える開放部の数は、一つまたは二つ以上のいずれでもよい。一つの開放部のみを有する開口基板の開放部の場合、同じ開放部から気体の導入および排出がなされる。これに対して、二つ以上の開放部を有する開口基板を用いれば、気体の供給に用いられる開放部と気体の排出に用いられる開放部とを別のものとすることができる。このため、CNTフォレストの炭素源となる気体の円滑な流れを形成することが可能となる。気体の円滑な流れは、CNTフォレストの成長に良い影響を与える。したがって、少なくとも二つの開放部を有する開口基板を用いることが好ましい。   In this specification, the “open portion” refers to a portion that can introduce and / or discharge gas into the internal space of the open substrate. The number of open portions provided in the open substrate may be one or two or more. In the case of an open part of an open substrate having only one open part, gas is introduced and discharged from the same open part. On the other hand, if an open substrate having two or more open portions is used, the open portion used for supplying gas and the open portion used for discharging gas can be different. For this reason, it is possible to form a smooth flow of gas serving as a carbon source in the CNT forest. The smooth flow of gas has a positive effect on the growth of the CNT forest. Therefore, it is preferable to use an open board having at least two open portions.

少なくとも二つの開放部を備えた開口基板の形状を筒状とすることにより、炭素源となる気体の流れをより円滑なものとすることができる。開口基板の内部空間全体における気体の流れを均一化することにより、内面の成長基面におけるCNTフォレストの成長を均一化することができる。   By making the shape of the open substrate provided with at least two open portions cylindrical, the flow of gas serving as a carbon source can be made smoother. By making the gas flow uniform in the entire inner space of the open substrate, the growth of the CNT forest on the inner growth base surface can be made uniform.

本明細書においいて「筒状」とは、細長くて中が空洞になっているものをいい、図4(a)に示す内径が変化するもの、図4(b)に示す多角筒状のもの、図4(c)に示す両端以外の側面にも開放部を備えたもののいずれも含む。   In the present specification, the term “tubular” refers to an elongated and hollow inside, a variable inner diameter shown in FIG. 4 (a), and a polygonal cylindrical shape shown in FIG. 4 (b). 4 (c) also includes those provided with an opening on the side surfaces other than both ends.

開口基板の形状を多角筒状とする場合、生産性の観点から、図4(b)に示した四角筒状が好ましい。四角筒状とした場合、その内面の成長基面が4つの平面から構成され、隣り合う平面によって角が形成される。この角の部分に形成されたCNTフォレストは、平面に形成されたCNTフォレストとは異なる性質を有する可能性がある。このため、CNTを紡ぎ出す際、内面を構成する平面ごとに個別にCNTを紡ぎ出すこととしてもよい。   In the case where the shape of the open substrate is a polygonal cylindrical shape, a rectangular cylindrical shape shown in FIG. 4B is preferable from the viewpoint of productivity. In the case of a quadrangular cylindrical shape, the growth base surface on the inner surface is composed of four planes, and corners are formed by adjacent planes. The CNT forest formed at this corner may have different properties from the CNT forest formed on a plane. For this reason, when spinning CNTs, it is good also as spinning CNTs separately for every plane which comprises an inner surface.

開口基板の形状を円筒状とする場合、多角筒状とは異なり角のない滑らかな内面を成長基面としてCNTフォレストが形成される。このため、開口基板を円筒状とすることにより、内面に形成されるCNTフォレストが成長する際の条件の均一性が向上する。したがって、炭素源となる気体の供給や、CNTフォレストが成長する成長基面の形状の均一性を高くするためには、円筒状とすることが好ましい。   When the shape of the open substrate is cylindrical, a CNT forest is formed with a smooth inner surface having no corner unlike a polygonal cylindrical shape as a growth base surface. For this reason, by making the open substrate cylindrical, the uniformity of conditions when the CNT forest formed on the inner surface grows is improved. Therefore, in order to supply a gas serving as a carbon source and to increase the uniformity of the shape of the growth base surface on which the CNT forest grows, the shape is preferably cylindrical.

二つ以上の開放部を有する開口基板は、図1および図4(a)〜(c)に示した開口基板40、50、60、70のように、開放部が筒の両端に形成されている双開口基板とすることが好ましい。双開口基板とすることにより、CNTの炭素源となる気体が筒に沿って流れ、気体の供給および排出がより円滑になるから、CNTフォレストの成長が良好になる。なお、「双開口基板」は、筒の両端に開放部が形成されたものであればよく、図4(c)に示す開口基板のように、両端以外の側面にも開放部が形成されたもの含む。   The open substrate having two or more open portions has open portions formed at both ends of the cylinder as in the open substrates 40, 50, 60, and 70 shown in FIGS. 1 and 4A to 4C. It is preferable to use a dual-aperture substrate. By using a double-aperture substrate, the gas serving as the carbon source of the CNT flows along the cylinder, and the supply and discharge of the gas become smoother, so that the growth of the CNT forest is improved. The “dual-opening substrate” only needs to have open portions formed at both ends of the cylinder, and open portions are formed at side surfaces other than both ends as in the open substrate shown in FIG. Including things.

2−1.分割可能な開口基板
開口基板は、その内面にCNTフォレストが形成されるものである。このため、分割可能に構成することにより、CNTフォレストを紡ぎ出した後の洗浄が容易になる。すなわち、開口基板の部品を分割することにより、開口基板の内面の少なくとも一部が露出することから、内面を容易に洗浄することができる。以下に、分割可能に構成された開口基板の例を示す。
2-1. Opening substrate that can be divided The opening substrate has a CNT forest formed on its inner surface. For this reason, by being configured to be separable, washing after the CNT forest is spun out becomes easy. That is, by dividing the components of the open board, at least a part of the inner face of the open board is exposed, so that the inner face can be easily cleaned. Hereinafter, an example of an opening substrate configured to be dividable will be described.

図5〜図10は、本発明の実施形態に係る分割可能な開口基板が分解された状態を斜め上方向から見た斜視図である。これらの図では、図1(a)〜(c)に示した円筒状の開口基板を分割可能な構成とした例について説明するが、図4(a)〜(c)に示した開口基板も同様に分割可能な構成とすることができる。   5 to 10 are perspective views of a state in which the dividable opening substrate according to the embodiment of the present invention is disassembled, as viewed obliquely from above. In these drawings, an example in which the cylindrical opening substrate shown in FIGS. 1A to 1C is configured to be divisible will be described. However, the opening substrate shown in FIGS. Similarly, a structure that can be divided can be used.

図5は、同一形状の二つの半円筒を組み合わせてなる、分割可能な円筒形の開口基板を示している。同図に示す開口基板80のように、同一形状の部品80A、80Bを組み合わせた構成とすれば、分割可能な開口基板の部品として、単一形状の部品80A、80Bのみを製造することができる。このため、異なる部品を組み合わせた開口基板に比較して、安いコストで製造することができる。   FIG. 5 shows a dividable cylindrical opening substrate formed by combining two half cylinders having the same shape. When the components 80A and 80B having the same shape are combined as in the case of the opening substrate 80 shown in FIG. 7, only the components 80A and 80B having a single shape can be manufactured as the components of the opening substrate that can be divided. . For this reason, it can be manufactured at a lower cost as compared with an apertured board in which different parts are combined.

分割可能な開口基板は、図6に示している円筒状の開口基板81のように、異なる形状の二つの半円筒の部品81A、81Bを組み合わせて構成することもできる。図5および図6に示した開口基板80および81はいずれも、二つの部品が組み立てられていることにより開放部が形成されている。   The openable substrate that can be divided may be configured by combining two half-cylindrical components 81A and 81B having different shapes, like the cylindrical open substrate 81 shown in FIG. Each of the open substrates 80 and 81 shown in FIGS. 5 and 6 has an open portion formed by assembling two parts.

図7は、図5の開口基板が組み立てられた状態が固定部品により固定された状態を斜め上方向から見た斜視図である。同図に示す開口基板82は、開口基板80を構成する部品80A、80Bを開口基板80の外面側から拘束する固定部品83を用いて固定し、組立体である開口基板82とするものである。図7に示す構成によれば、分割可能な開口基板82が組み立てられた状態すなわち組立体を容易に形成、保持することができる。   FIG. 7 is a perspective view of the assembled state of the open board of FIG. 5 fixed by a fixing component as viewed from obliquely above. The opening substrate 82 shown in the figure fixes the components 80A and 80B constituting the opening substrate 80 by using a fixing component 83 that restrains from the outer surface side of the opening substrate 80 to form the opening substrate 82 as an assembly. . According to the configuration shown in FIG. 7, a state in which the dividable opening substrate 82 is assembled, that is, an assembly can be easily formed and held.

図8〜図10は、組み立てられた状態における複数の部品の位置が隣り合う部品の嵌め合い構造によって決められる実施形態の一例を示している。これらの図に示された開口基板は、二つの半円筒形の部品を組み合わせて組立体とするものである。   8 to 10 show an example of an embodiment in which the positions of a plurality of parts in an assembled state are determined by a fitting structure of adjacent parts. The open substrates shown in these figures are obtained by combining two semi-cylindrical parts to form an assembly.

図8に示す開口基板84は、部品84Aおよび部品84Bの各接合面に、凹部85Aおよび凸部85Bが形成されている。凹部85Aと凸部85Bとを嵌め合わせることにより、部品84Aと部品84Bとの相対的な位置関係が固定されて、組立体としての開口基板84となる。このように、開口基板84は、部品84Aの凹部85Aと、部品84Aと隣り合う部品84Bの凸部85Bとの嵌め合い構造によって、部品84Aと部品84Bとの相対的な位置関係が固定されて、組立体としての開口基板84となる。   In the open board 84 shown in FIG. 8, a concave portion 85A and a convex portion 85B are formed on each joint surface of the component 84A and the component 84B. By fitting the concave portion 85A and the convex portion 85B, the relative positional relationship between the component 84A and the component 84B is fixed, and the opening substrate 84 as an assembly is obtained. As described above, the relative positional relationship between the component 84A and the component 84B is fixed by the fitting structure of the concave portion 85A of the component 84A and the convex portion 85B of the component 84B adjacent to the component 84A. The opening substrate 84 as an assembly is obtained.

図9に示す開口基板86は、部品86Aおよび部品86Bそれぞれの各接合面自体が凹部86A1および凸部86B1となっている。すなわち、凹部86A1および凸部86B1により、開口基板86の内面の一部が構成されている。このため、部品86Aおよび部品86Bそれぞれの各接合面自体を嵌め合わせることにより、組立体としての開口基板86となる。この開口基板86のように各接合面自体が嵌り合う構造とすることにより、簡単かつ精度良く位置決めをすることができる。   In the open board 86 shown in FIG. 9, each of the joining surfaces of the component 86A and the component 86B is a concave portion 86A1 and a convex portion 86B1. That is, the concave portion 86A1 and the convex portion 86B1 constitute a part of the inner surface of the opening substrate 86. For this reason, the fitting substrate 86 of each of the component 86A and the component 86B is fitted together to form an open board 86 as an assembly. By adopting a structure in which the joining surfaces themselves are fitted as in the case of the opening substrate 86, positioning can be performed easily and accurately.

図10に示開口基板87は、二つの半円筒の部品87Aと部品87Bを組み合わせて組立体とするものである。部品87Aおよび部品87Bのそれぞれの各接合面自体が、中央が低い谷形状部87A1および中央が高い山形状部87B1として形成されている。このように谷形状と山形状の嵌め合い構造とすれば、部品を嵌め合わせる際に位置が多少ずれても、容易かつ円滑に所定の位置に移動させることができるから、組み立てが容易である。なお、図10では、各接合面に谷形状部または山形状部を一つ備えた例を示しているが、谷形状部および山形状部が複数された構成としてもよい。   The opening substrate 87 shown in FIG. 10 is an assembly obtained by combining two half-cylindrical parts 87A and 87B. Each joining surface itself of the component 87A and the component 87B is formed as a valley-shaped portion 87A1 having a low center and a mountain-shaped portion 87B1 having a high center. With the fitting structure of the valley shape and the mountain shape in this way, even if the components are slightly displaced during fitting, the components can be easily and smoothly moved to a predetermined position, so that assembly is easy. Although FIG. 10 shows an example in which each joint surface has one valley-shaped portion or one crest-shaped portion, a configuration having a plurality of valley-shaped portions and crest-shaped portions may be employed.

3.CNTフォレストの製造装置
本発明の一実施形態に係るCNTフォレストの製造装置を、図面を参照しながら説明する。
図11は、本発明の一実施形態に係るCNTフォレストの製造方法に使用される製造装置の構成を概略的に示す図である。
3. CNT Forest Manufacturing Apparatus A CNT forest manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 11 is a diagram schematically showing a configuration of a manufacturing apparatus used in the method for manufacturing a CNT forest according to one embodiment of the present invention.

図11に示されるように、この製造装置10は、電気炉12を備えている。この電気炉12は、所定方向A(原料ガスが流れる方向)に沿って延在する略円筒形状を呈している。電気炉12の内側には、カーボンナノチューブの成長室としての反応容器管14が通されている。反応容器管14は、例えば石英といった耐熱材からなる略円筒形の部材であり、電気炉12よりも細い外径を有し、所定方向Aに沿って延在している。図11では、反応容器管14内に開口基板28が設置されている。   As shown in FIG. 11, the manufacturing apparatus 10 includes an electric furnace 12. The electric furnace 12 has a substantially cylindrical shape extending along a predetermined direction A (the direction in which the raw material gas flows). Inside the electric furnace 12, a reaction vessel tube 14 as a growth chamber for carbon nanotubes is passed. The reaction vessel tube 14 is a substantially cylindrical member made of a heat-resistant material such as quartz, has an outer diameter smaller than that of the electric furnace 12, and extends along a predetermined direction A. In FIG. 11, an open substrate 28 is installed in the reaction vessel tube 14.

電気炉12は、ヒータ16および熱電対18を備える。ヒータ16は、反応容器管14の所定方向Aのある一定の領域(換言すれば、略円筒形状の反応容器管14の軸方向の一定の領域であり、以下「加熱領域」ともいう。)を囲むように配設されており、反応容器管14の加熱領域における管内雰囲気の温度を上昇させるための熱を発生する。熱電対18は、電気炉12の内側において反応容器管14の加熱領域の近傍に配置され、反応容器管14の加熱領域における管内雰囲気の温度に関連する温度を表す電気信号を出力可能である。ヒータ16および熱電対18は、制御装置20と電気的に接続されている。   The electric furnace 12 includes a heater 16 and a thermocouple 18. The heater 16 is provided in a certain area of the reaction vessel tube 14 in the predetermined direction A (in other words, a certain area in the axial direction of the substantially cylindrical reaction vessel pipe 14, also referred to as a “heating area”). It is disposed so as to surround it and generates heat for raising the temperature of the atmosphere in the heating vessel of the reaction vessel tube 14. The thermocouple 18 is disposed inside the electric furnace 12 near the heating region of the reaction vessel tube 14 and can output an electric signal indicating a temperature related to the temperature of the atmosphere in the heating vessel of the reaction vessel tube 14. The heater 16 and the thermocouple 18 are electrically connected to the control device 20.

所定方向Aにおける反応容器管14の一端には、ガス供給装置22が接続されている。ガス供給装置22は、原料ガス供給部30、気相触媒供給部31、気相助触媒供給部32および補助ガス供給部33を備える。ガス供給装置22は制御装置20と電気的に接続され、ガス供給装置22が備える各供給部とも電気的に接続されている。   A gas supply device 22 is connected to one end of the reaction vessel tube 14 in the predetermined direction A. The gas supply device 22 includes a source gas supply unit 30, a gas phase catalyst supply unit 31, a gas phase co-catalyst supply unit 32, and an auxiliary gas supply unit 33. The gas supply device 22 is electrically connected to the control device 20, and is also electrically connected to each supply unit included in the gas supply device 22.

原料ガス供給部30は、CNTフォレストを構成するCNTの原料となる炭素化合物を含む原料ガス(例えばアセチレンなどの炭化水素ガス)を反応容器管14の内部へ供給することができる。原料ガス供給部30からの原料ガスの供給流量は、マスフローなどの公知の流量調整機器を用いて調整することができる。   The source gas supply unit 30 can supply a source gas (for example, a hydrocarbon gas such as acetylene) containing a carbon compound as a source of CNT constituting the CNT forest to the inside of the reaction vessel tube 14. The supply flow rate of the source gas from the source gas supply unit 30 can be adjusted using a known flow rate adjusting device such as a mass flow.

気相触媒供給部31は、気相触媒を反応容器管14の内部へ供給することができる。気相触媒については後述する。気相触媒供給部31からの気相触媒の供給流量は、マスフローなどの公知の流量調整機器を用いて調整することができる。   The gas-phase catalyst supply unit 31 can supply the gas-phase catalyst to the inside of the reaction vessel tube 14. The gas phase catalyst will be described later. The supply flow rate of the gas phase catalyst from the gas phase catalyst supply unit 31 can be adjusted using a known flow rate adjusting device such as a mass flow.

気相助触媒供給部32は、気相助触媒を反応容器管14の内部へ供給することができる。気相助触媒については後述する。気相助触媒供給部32からの気相助触媒の供給流量は、マスフローなどの公知の流量調整機器を用いて調整することができる。   The gas-phase co-catalyst supply unit 32 can supply the gas-phase co-catalyst to the inside of the reaction vessel tube 14. The gas phase promoter will be described later. The supply flow rate of the gas-phase co-catalyst from the gas-phase co-catalyst supply section 32 can be adjusted using a known flow control device such as a mass flow.

補助ガス供給部33は、上記の原料ガス、気相触媒および気相助触媒以外のガス、例えばアルゴンなどの不活性ガス(本明細書においてかかるガスを「補助ガス」と総称する。)を反応容器管14の内部へ供給することができる。補助ガス供給部33からの補助ガスの供給流量は、マスフローなどの公知の流量調整機器を用いて調整することができる。   The auxiliary gas supply unit 33 supplies the raw material gas, the gaseous catalyst and a gas other than the gaseous cocatalyst, for example, an inert gas such as argon (this gas is generally referred to as “auxiliary gas” in the present specification) to the reaction vessel. It can be supplied inside the tube 14. The supply flow rate of the auxiliary gas from the auxiliary gas supply unit 33 can be adjusted using a known flow rate adjusting device such as a mass flow.

所定方向Aにおける反応容器管14の他端には、圧力調整バルブ23および排気装置24が接続されている。圧力調整バルブ23は、バルブの開閉の程度を変動させることにより、反応容器管14内のガスの圧力を調整することができる。排気装置24は、反応容器管14の内部を真空排気する。排気装置24の具体的種類は特に限定されず、ロータリーポンプ、油拡散ポンプ、メカニカルブースター、ターボ分子ポンプ、クライオポンプなどを単独でまたはこれらを組み合わせて用いることができる。圧力調整バルブ23および排気装置24は、制御装置20に電気的に接続される。また、反応容器管14の内部には、その内部圧力を計測するための圧力計13が設けられている。圧力計13は、制御装置20に電気的に接続され、反応容器管14の内部の圧力を表す電気信号を制御装置20に出力することができる。   A pressure regulating valve 23 and an exhaust device 24 are connected to the other end of the reaction vessel tube 14 in the predetermined direction A. The pressure adjusting valve 23 can adjust the pressure of the gas in the reaction vessel tube 14 by changing the degree of opening and closing of the valve. The exhaust device 24 evacuates the inside of the reaction vessel tube 14. The specific type of the exhaust device 24 is not particularly limited, and a rotary pump, an oil diffusion pump, a mechanical booster, a turbo molecular pump, a cryopump, or the like can be used alone or in combination. The pressure adjustment valve 23 and the exhaust device 24 are electrically connected to the control device 20. A pressure gauge 13 for measuring the internal pressure is provided inside the reaction vessel tube 14. The pressure gauge 13 is electrically connected to the control device 20, and can output an electric signal indicating the pressure inside the reaction vessel tube 14 to the control device 20.

制御装置20は、上記のように、ヒータ16、熱電対18、ガス供給装置22、圧力計13、圧力調整バルブ23および排気装置24と電気的接続され、これらの装置等から出力された電気信号を入力したり、その入力した電気信号に基づいてこれらの装置等の動作を制御したりする。以下、制御装置20の具体的な動作について例示する。   As described above, the control device 20 is electrically connected to the heater 16, the thermocouple 18, the gas supply device 22, the pressure gauge 13, the pressure regulating valve 23, and the exhaust device 24, and the electric signals output from these devices and the like. And controls the operation of these devices and the like based on the input electric signal. Hereinafter, a specific operation of the control device 20 will be exemplified.

制御装置20は、熱電対18から出力された反応容器管14の内部温度に関する電気信号を入力し、その電気信号に基づいて決定されたヒータ16の動作に係る制御信号をヒータ16に対して出力することができる。制御装置からの制御信号を入力したヒータ16は、その制御信号に基づいて、発生熱量を増減させる動作を行い、反応容器管14の加熱領域の内部温度を変化させる。   The control device 20 inputs an electric signal related to the internal temperature of the reaction vessel tube 14 output from the thermocouple 18 and outputs a control signal related to the operation of the heater 16 determined based on the electric signal to the heater 16. can do. The heater 16 that has received the control signal from the control device performs an operation of increasing or decreasing the amount of generated heat based on the control signal, and changes the internal temperature of the heating region of the reaction vessel tube 14.

制御装置20は、圧力計13から出力された反応容器管14の加熱領域の内部圧力に関する電気信号を入力し、その電気信号に基づいて決定された圧力調整バルブ23および排気装置24の動作に係る制御信号を圧力調整バルブ23および排気装置24に対して出力することができる。制御装置からの制御信号を入力した圧力調整バルブ23および排気装置24は、その制御信号に基づいて、圧力調整バルブ23の開き具合を変更したり、排気装置24の排気能力を変更させたりするなどの動作を行う。   The control device 20 receives an electric signal related to the internal pressure of the heating region of the reaction vessel tube 14 output from the pressure gauge 13 and operates the pressure regulating valve 23 and the exhaust device 24 determined based on the electric signal. A control signal can be output to the pressure regulating valve 23 and the exhaust device 24. The pressure adjusting valve 23 and the exhaust device 24 to which the control signal is input from the control device change the opening degree of the pressure adjusting valve 23 or change the exhaust capability of the exhaust device 24 based on the control signal. The operation is performed.

制御装置20は、あらかじめ設定されたタイムテーブルに従って、各装置等の動作を制御するための制御信号を各装置に対して出力することができる。例えば、ガス供給装置22が備える原料ガス供給部30、気相触媒供給部31、気相助触媒供給部32および補助ガス供給部33のそれぞれからのガスの供給の開始および停止ならびに供給流量を決定する制御信号をガス供給装置22に出力することができる。その制御信号を入力したガス供給装置22は、その制御信号に従って、各供給部を動作させて、原料ガスなどの各ガスを反応容器管14内への供給を開始したり停止したりする。   The control device 20 can output a control signal for controlling the operation of each device or the like to each device according to a preset time table. For example, start and stop of gas supply from each of the source gas supply unit 30, the gas-phase catalyst supply unit 31, the gas-phase co-catalyst supply unit 32, and the auxiliary gas supply unit 33 included in the gas supply device 22, and the supply flow rate are determined. A control signal can be output to the gas supply device 22. The gas supply device 22 that has received the control signal operates each supply unit according to the control signal to start or stop supplying each gas such as a raw material gas into the reaction vessel tube 14.

4.CNTフォレストの製造方法
本発明の一実施形態に係るCNTフォレストの製造方法を、図面を参照しながら説明する。
本発明のCNTフォレストの製造方法は、上述した開口基板の成長基面にCNTフォレストを形成する成長工程を備えている。その一実施形態として、この成長工程が、図12に示されるように、第一および第二の二つのステップを備えたものが挙げられる。
4. Method for Manufacturing CNT Forest A method for manufacturing a CNT forest according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The method for manufacturing a CNT forest according to the present invention includes a growth step of forming a CNT forest on the growth base surface of the above-described apertured substrate. In one embodiment, as shown in FIG. 12, the growth step includes first and second two steps.

(1)第一ステップ
第一ステップは、気相触媒を含む雰囲気内に開口基板を存在させるステップである。その一実施形態として、例えば、ケイ素の酸化物を含む材料からなる面である成長基面をその表面の少なくとも一部として備える開口基板を、気相触媒を含む雰囲気内に存在させる工程が挙げられる。
(1) First Step The first step is a step in which an open substrate is present in an atmosphere containing a gas phase catalyst. As one embodiment, for example, a step of allowing an open substrate provided with a growth base surface, which is a surface made of a material containing a silicon oxide, as at least a part of the surface, to be present in an atmosphere containing a gas-phase catalyst is included. .

開口基板の具体的な構成は限定されない。その形状は、開放部を通じて外部と連通する内部空間を有するものであればよく、球形、楕円球形、四角筒や円筒のような簡単な形状であってもよいし、複雑な凹凸が設けられた3次元形状を有していてもよい。また、開口基板の全面が成長基面であってもよいし、開口基板の表面の一部だけが成長基面であって他の部分は成長基面ではない、いわゆるパターニングされた状態であってもよい。   The specific configuration of the aperture substrate is not limited. The shape may be any as long as it has an internal space communicating with the outside through the open portion, and may be a simple shape such as a sphere, an ellipsoid, a square tube or a cylinder, or provided with complicated irregularities. It may have a three-dimensional shape. Further, the entire surface of the opening substrate may be a growth base surface, or only a part of the surface of the opening substrate may be a growth base surface and the other portion may not be a growth base surface, that is, in a so-called patterned state. Is also good.

成長基面は、例えば、ケイ素の酸化物を含む材料からなる面であり、第二ステップにおいて成長基面上にCNTフォレストは形成される。成長基面を構成する材料はケイ素の酸化物を含んでいる限りその詳細は限定されない。成長基面を構成する材料の具体的な一例として、石英(SiO2)が挙げられる。成長基面を構成する材料の他の例として、SiOx(x≦2)が挙げられ、これは酸素を含有する雰囲気でケイ素をスパッタリングすることによって得ることができる。さらに別の例として、ケイ素を含む複合酸化物が挙げられる。この複合酸化物を構成するケイ素および酸素以外の元素として、Fe、Ni、Alなどが例示される。さらにまた別の例として、ケイ素の酸化物に窒素、ホウ素などの非金属元素が添加された化合物が挙げられる。   The growth base surface is, for example, a surface made of a material containing a silicon oxide, and a CNT forest is formed on the growth base surface in the second step. The details of the material constituting the growth base surface are not limited as long as the material contains silicon oxide. A specific example of a material forming the growth base surface is quartz (SiO 2). Another example of a material constituting the growth base surface is SiOx (x ≦ 2), which can be obtained by sputtering silicon in an atmosphere containing oxygen. Yet another example is a composite oxide containing silicon. Examples of elements other than silicon and oxygen that constitute the composite oxide include Fe, Ni, and Al. Still another example is a compound in which a nonmetallic element such as nitrogen or boron is added to silicon oxide.

成長基面を構成する材料は開口基板を構成する材料と同一であってもよいし、異なっていてもよい。具体例を示せば、開口基板を構成する材料が石英からなり成長基面を構成する材料も石英からなる場合や、開口基板を構成する材料はケイ素を主体とするシリコン基板からなり成長基面を構成する材料はその酸化膜からなる場合が例示される。   The material forming the growth base surface may be the same as or different from the material forming the apertured substrate. As a specific example, the material forming the opening substrate is made of quartz and the material forming the growth base surface is also made of quartz, or the material forming the opening substrate is made of a silicon substrate mainly composed of silicon and the growth base surface is made of quartz. The case where the constituent material is made of the oxide film is exemplified.

第一ステップでは、気相触媒を含む雰囲気内に上記の成長基面を備える開口基板を存在させる。本実施形態に係る気相触媒の例として、鉄族元素(すなわち、鉄、コバルトおよびニッケルの少なくとも一種)のハロゲン化物(本明細書において「鉄族元素ハロゲン化物」ともいう。)が挙げられる。かかる鉄族元素ハロゲン化物をさらに具体的に例示すれば、フッ化鉄、フッ化コバルト、フッ化ニッケル、塩化鉄、塩化コバルト、塩化ニッケル、臭化鉄、臭化コバルト、臭化ニッケル、ヨウ化鉄、ヨウ化コバルト、ヨウ化ニッケルなどが挙げられる。鉄族元素ハロゲン化物は、塩化鉄(II)、塩化鉄(III)のように、鉄族元素のイオンの価数に応じて異なる化合物が存在する場合もある、気相触媒は一種類の物質から構成されていてもよいし、複数種類の物質から構成されていてもよい。   In the first step, an open substrate having the above growth base surface is present in an atmosphere containing a gas phase catalyst. As an example of the gas phase catalyst according to the present embodiment, a halide of an iron group element (that is, at least one of iron, cobalt, and nickel) (also referred to as “iron group element halide” in the present specification) can be given. More specific examples of such iron group element halides include iron fluoride, cobalt fluoride, nickel fluoride, iron chloride, cobalt chloride, nickel chloride, iron bromide, cobalt bromide, nickel bromide, and iodide. Iron, cobalt iodide, nickel iodide and the like. The iron-group element halide may include different compounds depending on the valency of iron-group element ions, such as iron (II) chloride and iron (III) chloride. , Or a plurality of types of substances.

気相触媒の反応容器管の内部への供給方法は限定されない。前述の製造装置10のように、気相触媒供給部31から供給してもよいし、反応容器管14の加熱領域の内部に気相触媒を与える気相以外の物理状態(典型的には固相状態)にある材料(本明細書において「触媒源」ともいう。)を設置し、反応容器管14の加熱領域の内部を加熱することおよび/または負圧することにより触媒源から気相触媒を生成して、気相触媒を反応容器管14の加熱領域の内部に存在させてもよい。触媒源を用いて気相触媒を生成する場合の具体例を示せば、反応容器管14の加熱領域の内部に触媒源として塩化鉄(II)の無水物を配置し、反応容器管14の加熱領域の内部を加熱するとともに負圧して塩化鉄(II)の無水物を昇華させると、塩化鉄(II)の蒸気からなる気相触媒を反応容器管14内に存在させることができる。   The method of supplying the gas phase catalyst to the inside of the reaction vessel tube is not limited. As in the above-described manufacturing apparatus 10, the gas may be supplied from the gas-phase catalyst supply unit 31 or a physical state (typically, a solid state other than the gas phase) that provides the gas-phase catalyst inside the heating region of the reaction vessel tube 14. Phase material) (herein, also referred to as a “catalyst source”), and the inside of the heating region of the reaction vessel tube 14 is heated and / or a negative pressure is applied to convert the gas phase catalyst from the catalyst source. After being generated, the gas phase catalyst may be present inside the heating region of the reaction vessel tube 14. If a specific example of generating a gaseous phase catalyst using a catalyst source is shown, an anhydride of iron (II) chloride is disposed as a catalyst source inside the heating region of the reaction vessel tube 14, and the heating of the reaction vessel tube 14 is performed. When the inside of the region is heated and negative pressure is applied to sublime the anhydride of iron (II) chloride, a gas phase catalyst composed of vapor of iron (II) chloride can be present in the reaction vessel tube 14.

第一ステップにおける反応容器管14内、具体的には開口基板が設置されている部分の雰囲気の圧力は特に限定されない。大気圧(1.0×10 Pa程度)であってもよいし、負圧であってもよいし、陽圧であってもよい。第二ステップにおいて反応容器管14内は負圧雰囲気とする場合には、第一ステップにおいても雰囲気を負圧としておいて、ステップ間の遷移時間を短縮することが好ましい。第一ステップにおいて反応容器管14内を負圧雰囲気とする場合において、雰囲気の具体的な全圧は特に限定されない。一例を挙げれば、10 −2 Pa以上10 Pa以下とすることが挙げられる。 The pressure of the atmosphere in the reaction vessel tube 14 in the first step, specifically, the portion where the open substrate is installed is not particularly limited. Atmospheric pressure (about 1.0 × 10 5 Pa), negative pressure, or positive pressure may be used. When the inside of the reaction vessel tube 14 is set to a negative pressure atmosphere in the second step, it is preferable that the atmosphere is set to the negative pressure also in the first step to shorten the transition time between steps. When the inside of the reaction vessel tube 14 is set to a negative pressure atmosphere in the first step, the specific total pressure of the atmosphere is not particularly limited. As an example, it is set to 10 −2 Pa or more and 10 4 Pa or less.

第一ステップにおける反応容器管14内雰囲気の温度は特に限定されない。常温(約25℃)であってもよいし、加熱されていてもよいし、冷却されていてもよい。後述するように第二ステップにおいて反応容器管14の加熱領域の内部の雰囲気は加熱されていることが好ましいことから、第一ステップにおいてもその領域の雰囲気を加熱しておいて、ステップ間の遷移時間を短縮することが好ましい。第一ステップにおいて反応容器管14の加熱領域の内部の雰囲気を加熱する場合において、加熱領域の温度は特に限定されない。一例を挙げれば8×10 K以上1.3×10 K以下であり、9×10 K以上1.2×10 K以下とすることが好ましい一例として挙げられる。 The temperature of the atmosphere in the reaction vessel tube 14 in the first step is not particularly limited. It may be at room temperature (about 25 ° C.), may be heated, or may be cooled. As described later, since the atmosphere inside the heating region of the reaction vessel tube 14 is preferably heated in the second step, the atmosphere in that region is also heated in the first step, and the transition between the steps is performed. It is preferable to reduce the time. When heating the atmosphere inside the heating region of the reaction vessel tube 14 in the first step, the temperature of the heating region is not particularly limited. One example is 8 × 10 2 K to 1.3 × 10 3 K, and a preferable example is 9 × 10 2 K to 1.2 × 10 3 K.

触媒源として塩化鉄(II)の無水物を用いる場合には、前述のように、第一ステップにおいても反応容器管14の加熱領域の内部の雰囲気を加熱して、触媒源が昇華する条件を満たすことが好ましい。なお、塩化鉄(II)の昇華温度は大気圧(1.0×10 Pa程度)において950Kであるが、反応容器管14の加熱領域の内部の雰囲気を負圧とすることにより、昇華温度を低下させることができる。 In the case where an anhydride of iron (II) chloride is used as the catalyst source, as described above, the conditions under which the catalyst source sublimates by heating the atmosphere inside the heating region of the reaction vessel tube 14 also in the first step. Preferably, it is satisfied. The sublimation temperature of iron (II) chloride is 950 K at atmospheric pressure (about 1.0 × 10 5 Pa), but the sublimation temperature is reduced by setting the atmosphere inside the heating area of the reaction vessel tube 14 to a negative pressure. Can be reduced.

触媒源として塩化鉄(II)の無水物を用い、気相触媒供給部31から塩化鉄(II)の蒸気を気相触媒の一部として供給してもよい。この場合には、気相触媒供給部31内に配置した塩化鉄(II)の無水物を加熱して塩化鉄(II)を昇華させ、発生した塩化鉄(II)の蒸気を、開口基板28が設置された反応容器管14内へと導くことにより、第一ステップを完了させることができる。   Iron (II) chloride anhydride may be used as a catalyst source, and vapor of iron (II) chloride may be supplied from the gas phase catalyst supply unit 31 as a part of the gas phase catalyst. In this case, the iron (II) chloride anhydride disposed in the gas phase catalyst supply unit 31 is heated to sublime the iron (II) chloride, and the generated iron (II) vapor is transferred to the open substrate 28. Is guided into the reaction vessel tube 14 in which is installed, the first step can be completed.

(第二ステップ)
第二ステップでは、第一ステップにより実現された気相触媒を含む雰囲気に原料ガスおよび気相助触媒を存在させることにより、開口基板の成長基面上に複数のカーボンナノチューブを成長させ、前記成長基面上に前記複数のカーボンナノチューブからなるCNTフォレストを得るステップである。
(Second step)
In the second step, a plurality of carbon nanotubes are grown on the growth base surface of the open substrate by allowing the raw material gas and the gas phase co-catalyst to exist in the atmosphere containing the gas phase catalyst realized in the first step. A step of obtaining a CNT forest comprising the plurality of carbon nanotubes on a surface.

原料ガスの種類は特に限定されないが、通常、炭化水素系材料が用いられ、アセチレンが具体例として挙げられる。原料ガスを反応容器管14の内部の雰囲気に存在させる方法は特に限定されない。前述の製造装置10のように、原料ガス供給部30から原料ガスを供給することにより存在させてもよいし、原料ガスを生成させることが可能な材料を反応容器管14の内部にあらかじめ存在させ、その材料から原料ガスを生成して反応容器管14の内部に拡散させることによって第二ステップを開始してもよい。原料ガス供給部30から原料ガスを供給する場合には、流量調整機器を用いて、反応容器管14の内部への原料ガスの供給流量を制御することが好ましい。通常、供給流量はsccm単位で表され、1sccmとは、273K、1.01×10 Paの環境下に換算した気体についての毎分1mlの流量を意味する。反応容器管14の内部に供給される気体の流量は、図11に示されるような構成の製造装置の場合には、反応容器管14の内径、圧力計13において測定される圧力などに基づいて設定される。圧力計13の圧力が1×10 Pa以上1×10 Pa以内の場合における、アセチレンを含有する原料ガスの好ましい供給流量として10sccm以上1000sccm以下が例示され、この場合には20sccm以上500sccm以下とすることがより好ましく、50sccm以上300sccm以下とすることが特に好ましい。 The type of the source gas is not particularly limited, but usually, a hydrocarbon-based material is used, and acetylene is a specific example. The method for causing the source gas to be present in the atmosphere inside the reaction vessel tube 14 is not particularly limited. As in the above-described manufacturing apparatus 10, the source gas may be provided by supplying the source gas from the source gas supply unit 30, or a material capable of generating the source gas may be provided in the reaction vessel tube 14 in advance. Alternatively, the second step may be started by generating a source gas from the material and diffusing it into the reaction vessel tube 14. When the source gas is supplied from the source gas supply unit 30, it is preferable to control the supply flow rate of the source gas into the reaction vessel tube 14 using a flow rate adjusting device. Usually, the supply flow rate is expressed in units of sccm, and 1 sccm means a flow rate of 1 ml per minute for gas converted into an environment of 273 K and 1.01 × 10 5 Pa. In the case of a manufacturing apparatus having a configuration as shown in FIG. Is set. In the case where the pressure of the pressure gauge 13 is 1 × 10 2 Pa or more and 1 × 10 3 Pa or less, a preferable supply flow rate of the acetylene-containing source gas is 10 sccm or more and 1000 sccm or less, and in this case, 20 sccm or more and 500 sccm or less. More preferably, it is more preferably not less than 50 sccm and not more than 300 sccm.

本明細書において、「気相助触媒」とは、前述の気相触媒法により製造されるCNTフォレストの成長速度を高める機能(以下、「成長促進機能」ともいう。)を有し、好ましい一形態では、さらに製造されたCNTフォレストの紡績性を向上させる機能(以下、「紡績性向上機能」ともいう。)を有する成分を意味する。成長促進機能の詳細は特に限定されない。一例として、CNTフォレストの成長に係る反応の活性化エネルギーを低下させることが挙げられる。また、紡績性向上機能の詳細も特に限定されない。一例として、CNTフォレストから得られるCNT交絡体の紡績長さを長くすることが挙げられる。   In the present specification, the “gas-phase co-catalyst” has a function of increasing the growth rate of the CNT forest produced by the above-described gas-phase catalytic method (hereinafter, also referred to as “growth promoting function”), and is a preferable embodiment. In addition, it means a component having a function of improving the spinnability of the manufactured CNT forest (hereinafter, also referred to as “spinnability improving function”). The details of the growth promoting function are not particularly limited. One example is to lower the activation energy of the reaction related to the growth of the CNT forest. Further, details of the spinnability improving function are not particularly limited. One example is to increase the spinning length of a CNT entangled body obtained from a CNT forest.

気相助触媒の具体的な成分は、上記の成長促進機能および好ましくはさらに紡績性向上機能を果たす限り特に限定されず、具体的な一例としてアセトンが挙げられる。気相助触媒としてのアセトンは、気相触媒法によりCNTフォレストが成長する際の反応の活性化エネルギーを低下させることができるとともに、得られたCNTフォレストの紡績性に係る特性の中でも、紡績した際の紡績長さについて良好な影響を及ぼすことができる。これらの機能の詳細については実施例において説明する。   The specific components of the gas-phase cocatalyst are not particularly limited as long as they fulfill the above-mentioned growth promoting function and preferably also the function of improving spinnability, and a specific example is acetone. Acetone as a gas-phase co-catalyst can reduce the activation energy of the reaction when the CNT forest grows by the gas-phase catalysis method, and among the properties related to the spinnability of the obtained CNT forest, Can have a good effect on the spinning length. Details of these functions will be described in embodiments.

第二ステップにおいて気相助触媒を反応容器管14内雰囲気に存在させる方法は特に限定されない。前述の製造装置10のように、気相助触媒供給部32から気相助触媒を供給することにより存在させてもよいし、気相助触媒を生成させることが可能な材料を反応容器管14内にあらかじめ存在させ、その材料から加熱、減圧などの手段によって気相助触媒を生成して、気相助触媒を反応容器管14内に拡散させてもよい。   In the second step, there is no particular limitation on the method for causing the gas-phase co-catalyst to exist in the atmosphere inside the reaction vessel tube 14. As in the above-described production apparatus 10, the gas phase co-catalyst may be present by supplying the gas phase co-catalyst from the gas phase co-catalyst supply section 32, or a material capable of generating the gas phase co-catalyst may be previously placed in the reaction vessel tube 14. The gas phase co-catalyst may be generated from the material by heating, depressurizing, or the like, and the gas phase co-catalyst may be diffused into the reaction vessel tube 14.

気相助触媒供給部32から気相助触媒を供給する場合には、流量調整機器を用いて、反応容器管14の内部への気相助触媒の供給流量を制御することが好ましい。圧力計13の圧力が1×10 Pa以上1×10 Pa以内の場合における、気相除触媒の一例であるアセトンの好ましい供給流量として10sccm以上1000sccm以下が例示され、この場合には20sccm以上500sccm以下とすることがより好ましく、50sccm以上300sccm以下とすることが特に好ましい。原料ガス(具体例としてアセチレン)および気相助触媒(具体例としてアセトン)をそれぞれ原料ガス供給部30および気相助触媒供給部32から供給する場合には、原料ガスの供給流量(単位:sccm)に対する気相助触媒の供給流量(単位:sccm)の比率(気相助触媒/原料ガス)を、150%以下とすることが好ましく、5%以上120%以下とすることがより好ましく、10%以上100%以下とすることが特に好ましい。かかる比率とすることにより、CNTフォレストの成長速度をより安定的に高めることができる。 When supplying the gas-phase co-catalyst from the gas-phase co-catalyst supply section 32, it is preferable to control the supply flow rate of the gas-phase co-catalyst to the inside of the reaction vessel tube 14 using a flow rate adjusting device. When the pressure of the pressure gauge 13 is 1 × 10 2 Pa or more and 1 × 10 3 Pa or less, a preferable supply flow rate of acetone which is an example of a gas phase removal catalyst is 10 sccm or more and 1000 sccm or less, and in this case, 20 sccm or more It is more preferably at most 500 sccm, particularly preferably at least 50 sccm and at most 300 sccm. When the source gas (acetylene as a specific example) and the gas-phase co-catalyst (acetone as a specific example) are supplied from the source gas supply unit 30 and the gas-phase co-catalyst supply unit 32, respectively, the supply flow rate (unit: sccm) of the source gas is The ratio of the gas-phase co-catalyst supply flow rate (unit: sccm) (gas-phase co-catalyst / source gas) is preferably 150% or less, more preferably 5% or more and 120% or less, and more preferably 10% or more and 100%. It is particularly preferable to set the following. With such a ratio, the growth rate of the CNT forest can be more stably increased.

このように、気相助触媒としてのアセトンが有する成長促進機能の程度は、原料ガスとの量的な関係に依存して変動すること、および気相助触媒としてのアセトンを含有させた効果は反応初期の方が相対的に顕著に確認されることから、気相助触媒としてのアセトンは、原料ガスが触媒と相互作用してCNTフォレストを成長させる過程における比較的初期の段階でより強く関与している可能性がある。   As described above, the degree of the growth promoting function of acetone as a gas-phase co-catalyst varies depending on the quantitative relationship with the raw material gas, and the effect of containing acetone as a gas-phase co-catalyst depends on the initial reaction. Is more remarkably confirmed, and acetone as a gas-phase co-catalyst is strongly involved in a relatively early stage in a process in which a raw material gas interacts with a catalyst to grow a CNT forest. there is a possibility.

第二ステップにおいて、反応容器管14内雰囲気に原料ガスを存在させるタイミングと気相助触媒を存在させるタイミングとは特に限定されない。いずれかが先であってもよいし、同時であってもよい。ただし、気相助触媒を先または同時に存在させる場合は、従来気相触媒法によるCNTフォレストの製造法とは異なり、原料ガスと気相触媒との相互作用に基づくCNTフォレストの成長が気相助触媒の導入より前には開始されるのを防ぐことができるので、気相助触媒を含有させたことの利益を十分に得ることができる。それゆえ、気相助触媒は、原料ガスよりも先または原料ガスと同時に反応容器管14内雰囲気に存在するように設定することが好ましい。   In the second step, the timing at which the raw material gas is present in the atmosphere inside the reaction vessel tube 14 and the timing at which the gas-phase cocatalyst is present are not particularly limited. Either one may be first or the same. However, when the gas phase co-catalyst is first or simultaneously present, unlike the conventional method of producing a CNT forest by the gas phase catalyst method, the growth of the CNT forest based on the interaction between the raw material gas and the gas phase catalyst is carried out. Since it is possible to prevent starting before the introduction, it is possible to fully obtain the benefit of including the gas phase promoter. Therefore, it is preferable to set the gas-phase co-catalyst so as to exist in the atmosphere in the reaction vessel tube 14 before or at the same time as the raw material gas.

第二ステップにおける反応容器管14内雰囲気には、例えば全圧を所定範囲に調整することを目的として、補助ガスを存在させてもよい。補助ガスとして、CNTフォレストの生成に与える影響が相対的に低いガス、具体的にはアルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスが例示される。反応容器管14内雰囲気に補助ガスを存在させる方法は特に限定されない。前述の製造装置10のように、補助ガス供給部33を供給装置が備え、その補助ガス供給部33から反応容器管14内雰囲気内に補助ガスを供給することが簡便であり、制御性に優れ、好ましい。   An auxiliary gas may be present in the atmosphere in the reaction vessel tube 14 in the second step, for example, for the purpose of adjusting the total pressure to a predetermined range. As the auxiliary gas, a gas having a relatively low influence on the generation of the CNT forest, specifically, an inert gas such as an argon gas or a nitrogen gas is exemplified. The method for causing the auxiliary gas to exist in the atmosphere in the reaction vessel tube 14 is not particularly limited. As in the above-described manufacturing apparatus 10, the supply device includes the auxiliary gas supply unit 33, and it is simple to supply the auxiliary gas from the auxiliary gas supply unit 33 into the atmosphere in the reaction vessel tube 14, and the controllability is excellent. ,preferable.

第二ステップにおける反応容器管14内雰囲気の全圧は特に限定されない。大気圧(1.0×10 Pa程度)であってもよいし、負圧であってもよいし、陽圧であってもよい。反応容器管14内雰囲気に存在する物質の組成(分圧比)などを考慮して適宜設定すればよい。反応容器管14内の加熱領域の内部の雰囲気を負圧とする場合の圧力範囲の具体例を示せば、1×10 Pa以上1×10 Pa以下であり、2×10 Pa以上5×10 Pa以下とすることが好ましく、5×10 Pa以上2×10 Pa以下とすることがより好ましく、1×10 Pa以上1×10 Pa以下とすることが特に好ましい。 The total pressure of the atmosphere in the reaction vessel tube 14 in the second step is not particularly limited. Atmospheric pressure (about 1.0 × 10 5 Pa), negative pressure, or positive pressure may be used. What is necessary is just to set suitably considering the composition (partial pressure ratio) of the substance which exists in the atmosphere in the reaction vessel tube 14, etc. If a specific example of the pressure range when the atmosphere inside the heating region in the reaction vessel tube 14 is set to a negative pressure is 1 × 10 1 Pa or more and 1 × 10 4 Pa or less, and 2 × 10 1 Pa or more 5 It is preferably set to × 10 3 Pa or less, more preferably 5 × 10 1 Pa to 2 × 10 3 Pa, particularly preferably 1 × 10 2 Pa to 1 × 10 3 Pa.

第二ステップにおける反応容器管14の加熱領域の内部の雰囲気の温度は、気相触媒および気相助触媒が存在する雰囲気において原料ガスを用いてCNTフォレストを形成することができる限り、特に限定されない。前述の塩化鉄(II)のような触媒源を加熱して気相触媒を得る場合には、反応容器管14の加熱領域の内部の雰囲気の温度は気相触媒が形成される温度以上に設定される。   The temperature of the atmosphere inside the heating region of the reaction vessel tube 14 in the second step is not particularly limited as long as the CNT forest can be formed using the raw material gas in the atmosphere where the gas phase catalyst and the gas phase cocatalyst are present. When a gaseous catalyst is obtained by heating a catalyst source such as the above-mentioned iron (II) chloride, the temperature of the atmosphere inside the heating region of the reaction vessel tube 14 is set to be equal to or higher than the temperature at which the gaseous catalyst is formed. Is done.

第二ステップ中の成長基面の温度は8×10 K以上に加熱されていることが好ましい。成長基面の温度が8×10 K以上である場合には、気相触媒および気相助触媒と原料ガスとの相互作用が成長基面上で生じやすく、成長基面上にCNTフォレストが成長しやすい。この相互作用をより生じやすくさせる観点から、第二ステップ中の成長基面の温度は9×10 K以上に加熱されていることが好ましい。第二ステップ中の成長基面の温度の上限は特に限定されないが、過度に高い場合には、成長基面を構成する材料や開口基板を構成する材料(これらは同一である場合もある。)が固体としての安定性を欠く場合もあるため、これらの材料の融点や昇華温度を考慮して上限を設定することが好ましい。反応容器管の負荷を考慮すれば、上限温度は1.5×10 K程度までとすることが好ましい。 The temperature of the growth base surface during the second step is preferably heated to 8 × 10 2 K or more. When the temperature of the growth base is 8 × 10 2 K or more, the interaction between the gaseous catalyst and the gas-phase co-catalyst and the source gas tends to occur on the growth base, and the CNT forest grows on the growth base. It's easy to do. From the viewpoint of making this interaction more likely to occur, the temperature of the growth base surface during the second step is preferably heated to 9 × 10 2 K or more. The upper limit of the temperature of the growth base during the second step is not particularly limited, but if it is excessively high, the material forming the growth base or the material forming the apertured substrate (these may be the same). May lack the stability as a solid, so it is preferable to set the upper limit in consideration of the melting points and sublimation temperatures of these materials. In consideration of the load on the reaction vessel tube, the upper limit temperature is preferably up to about 1.5 × 10 3 K.

5.紡績源部材
かかる本実施形態に係る製造方法により製造されたCNTフォレストは紡績性に優れる。具体的には、CNTフォレストの端部が有する紡ぎ出し可能部をつまんで、これをCNTフォレストから離間する向きに引き出す(紡績する)ことによって、互いに交絡した複数のCNTを備える構造体(CNT交絡体)を得ることができる。図13は、CNTフォレストからCNT交絡体が形成されている状態を示す画像であり、図14は、CNT交絡体の一部分を拡大した画像である。図13に示されるように、CNTフォレストを構成するCNTが連続的に引き出されてCNT交絡体は形成される。また、図14に示されるように、CNT交絡体を構成するCNTは、CNTフォレストから引き出される方向(紡績方向)に配向しつつ、互いに絡み合って連結体を形成している。本明細書において、CNTフォレストを備える部材であって、CNT交絡体を形成することが可能な部材を「紡績源部材」ともいう。
5. Spinning source member The CNT forest manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment has excellent spinnability. Specifically, a structure (CNT entanglement) including a plurality of CNTs entangled with each other by pinching the spinnable portion of the end of the CNT forest and pulling it out in a direction away from the CNT forest (spinning). Body) can be obtained. FIG. 13 is an image showing a state in which a CNT entangled body is formed from a CNT forest, and FIG. 14 is an image in which a part of the CNT entangled body is enlarged. As shown in FIG. 13, CNTs constituting the CNT forest are continuously pulled out to form a CNT entangled body. As shown in FIG. 14, the CNTs constituting the CNT entangled body are entangled with each other to form a connected body while being oriented in a direction (spinning direction) drawn from the CNT forest. In the present specification, a member including a CNT forest and capable of forming a CNT entangled body is also referred to as a “spinning source member”.

紡績源部材となりうるCNTフォレストは、CNT交絡体を形成することができるCNTフォレストであればよいが、形状的には好ましい態様を例示すれば、例えば、CNTフォレストの成長高さ(CNTフォレストが形成された状態における高さ)が高いものが挙げられる。すなわち、CNTフォレストの成長高さが十分高い場合には、CNTの交絡の程度が高くなり、連続的に紡ぎ出すことが容易となる。このCNTフォレストからのCNT交絡体の形成しやすさ(紡績性)は、CNTフォレストから形成したCNT交絡体の紡績方向長さ(CNTフォレストからCNTを引き出した方向の長さ)により評価することができる。紡績方向長さが長く途切れずに形成できるCNTフォレストが好ましい。(CNTフォレストが途切れずにすべて紡ぎ出されて消費される場合が最も好ましい。)   The CNT forest that can be a spinning source member may be any CNT forest that can form a CNT entangled body. (The height in the state of being performed) is high. That is, when the growth height of the CNT forest is sufficiently high, the degree of entanglement of the CNTs becomes high, and it becomes easy to continuously spun. The ease of forming a CNT entangled body from the CNT forest (spinnability) can be evaluated by the spinning direction length of the CNT entangled body formed from the CNT forest (the length in the direction in which CNTs are drawn from the CNT forest). it can. A CNT forest that has a long length in the spinning direction and can be formed without interruption is preferable. (It is most preferable that all the CNT forest is spun out and consumed without interruption.)

本実施形態に係る気相助触媒を用いた製造方法により製造されたCNTフォレストは、従来技術に係る製造方法、すなわち気相助触媒を用いない気相触媒法により製造されたCNTフォレストに比べて、紡績性が良好なCNTフォレスト成長高さ範囲が広い。すなわち、気相助触媒を用いた製造方法によれば、従来よりも長いCNTからなるCNTフォレストや、従来よりも短いCNTからなるCNTフォレストの紡績性が良好になる。つまり、本実施形態に係る製造方法により製造されたCNTフォレストを紡績源部材とすることにより、従来法に係るCNTフォレストを用いた場合には製造することができなかった長さのCNTからなるCNT交絡体をより安定的に製造することができる。   The CNT forest produced by the production method using the gas-phase co-catalyst according to the present embodiment has a higher spinning speed than the production method according to the related art, that is, the CNT forest produced by the gas-phase catalyst method without using the gas-phase co-catalyst. Good CNT forest growth range is wide. That is, according to the production method using the gas-phase cocatalyst, the spinnability of a CNT forest made of CNT longer than before and a CNT forest made of CNT shorter than before becomes better. In other words, by using the CNT forest manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment as a spinning source member, the CNT made of CNTs having a length that could not be manufactured using the CNT forest according to the conventional method. The entangled body can be manufactured more stably.

本実施形態に係る製造方法により製造されたCNTフォレストが紡績性に優れることについて以下に具体的に説明する。原料ガスとしてアセトン、触媒源として塩化鉄(II)の無水物を用いる気相触媒法で製造されるCNTフォレストを用いてCNT交絡体を形成する場合には、良好な紡績性(具体例として紡績長さが1cm以上であることが挙げられる。)が得られるCNTフォレストの成長高さ、すなわちCNTの長さの範囲はある所定の範囲に限定される。その上限および下限は、製造条件により変動するが、成長高さの範囲(上限高さ−下限高さ)としておおむね0.5mm程度である。これに対し、上記の気相触媒法において気相助触媒としてアセトンを用いる方法により製造されたCNTフォレストの場合には、上記の紡績性が良好となるCNTフォレストの成長高さの範囲は、気相助触媒を用いない場合に比べて、下限および上限の双方が広がって、2倍以上、つまり1mm以上となることができ、好ましい一形態では3倍程度またはそれ以上、つまり1.5mm程度またはそれ以上に到達する。   The fact that the CNT forest manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment has excellent spinnability will be specifically described below. When a CNT entangled body is formed by using a CNT forest produced by a gas phase catalytic method using acetone as a raw material gas and an anhydride of iron (II) chloride as a catalyst source, good spinnability (as a specific example, spinning) The growth height of the CNT forest from which the length is 1 cm or more, that is, the range of the CNT length is limited to a predetermined range. Although the upper and lower limits vary depending on the manufacturing conditions, the range of the growth height (upper limit height-lower limit height) is generally about 0.5 mm. On the other hand, in the case of a CNT forest produced by a method using acetone as a gas phase co-catalyst in the above-mentioned gas phase catalytic method, the range of the growth height of the CNT forest at which the above-mentioned spinning property is good is determined by the gas phase co-catalyst Compared to the case without a catalyst, both the lower limit and the upper limit are widened and can be twice or more, that is, 1 mm or more, and in a preferred embodiment, about three times or more, that is, about 1.5 mm or more. To reach.

本実施形態に係る製造方法により製造されたCNTフォレストが紡績性に優れることについて別の観点から説明すれば、本実施形態に係る製造方法により製造されたCNTフォレストは、好ましい一形態では、CNTフォレストの成長高さが2mm以上であっても、紡績長さが1cm以上となる紡績が安定的に可能である。   To explain from another viewpoint that the CNT forest manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment is excellent in spinnability, the CNT forest manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment is, in a preferred embodiment, a CNT forest. Even if the growth height is 2 mm or more, spinning with a spinning length of 1 cm or more can be stably performed.

このような紡績性に優れるCNTフォレストは、気相触媒法においては気相助触媒を用いることでより容易に製造することができる。固相触媒法の場合には、CNTフォレストの製造過程が気相触媒法の場合と異なり、このため得られるCNTフォレストの基本構造も気相触媒法の場合と異なる可能性があるが、本発明の製造方法を適用することを妨げる事情はない。   Such a CNT forest having excellent spinnability can be more easily produced by using a gas phase co-catalyst in a gas phase catalytic method. In the case of the solid phase catalytic method, the production process of the CNT forest is different from the case of the gas phase catalytic method, and the basic structure of the obtained CNT forest may be different from that of the gas phase catalytic method. There is no circumstance which hinders the application of the manufacturing method.

紡績性が良好となるCNTフォレストの成長高さの範囲の上限が高くなることは、そのCNTフォレストから得られるCNT交絡体の特性を向上させる観点から好ましい。すなわち、成長高さの値が大きいCNTフォレストから得られたCNT交絡体は、CNT交絡体を構成するCNTの長軸方向長さの値が相対的に大きいため、CNT間の相互作用の程度が大きくなりやすい。それゆえ、CNT交絡体が糸状の形状を有していたり、ウェブ状の形状を有していたりする場合における、機械的特性(たとえば引張り強さ)、電気的特性(たとえば体積導電率)、熱的特性(たとえば熱伝導率)などが向上しやすい。   It is preferable that the upper limit of the range of the growth height of the CNT forest in which the spinnability is good is increased from the viewpoint of improving the properties of the CNT entangled body obtained from the CNT forest. That is, the CNT entangled body obtained from the CNT forest having a large value of the growth height has a relatively large value of the length of the CNTs constituting the CNT entangled body in the long axis direction. Easy to grow. Therefore, when the CNT entangled body has a thread-like shape or a web-like shape, mechanical properties (for example, tensile strength), electrical properties (for example, volume conductivity), heat Characteristic (for example, thermal conductivity) is easily improved.

本実施形態に係る製造方法により製造されたCNTフォレストを備える紡績源部材が上記のように紡績性に優れる理由は定かではない。CNTフォレストからCNTの引き出し(紡績)が連続的に進行している場合には、引き出されたCNT同士が適切に交絡するとともに、引き出されたCNTが、そのCNTについて引き出し方向で引き出された向きと反対側の最近位に存在するCNT(以下、「最近位CNT」ともいう。)とも適切に相互作用することにより、最近位CNTの引き出しが行われている。したがって、CNTフォレストから紡績されたCNT交絡体の紡績長さが長くなるためには、引き出されるCNTとすでに引き出されたCNTとの相互作用および引き出されるCNTと最近位CNTとの相互作用のバランスが適切であることが必要とされる。これらの相互作用のバランスが適切となるようなCNTフォレストを形成することに、紡績助触媒が関与している可能性もある。   It is not clear why the spinning source member including the CNT forest manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment has excellent spinnability as described above. When the drawing (spinning) of CNTs is continuously progressing from the CNT forest, the drawn CNTs are appropriately entangled with each other, and the drawn CNTs are drawn in the drawing direction in the drawing direction of the CNTs. By appropriately interacting with the nearest nearest CNT (hereinafter, also referred to as “nearest CNT”) on the opposite side, the nearest CNT is extracted. Accordingly, in order to increase the spinning length of the CNT entangled body spun from the CNT forest, the balance between the interaction between the extracted CNT and the already extracted CNT and the interaction between the extracted CNT and the nearest CNT are considered. It needs to be appropriate. It is possible that the spinning co-catalyst is involved in forming a CNT forest in which the balance of these interactions is appropriate.

6.構造体
紡績源部材から得られるCNT交絡体は、様々な形状を有することができる。具体的な一例として線状の形状が挙げられ、他の一例としてウェブ状の形状が挙げられる。線状のCNT交絡体は、繊維と同等に取り扱うことができるうえ、電気配線としても用いることができる。また、ウェブ状のCNT交絡体は、そのままで不織布と同様に取り扱うことができる。
6. Structure The CNT entangled body obtained from the spinning source member can have various shapes. A specific example is a linear shape, and another example is a web shape. The linear CNT entangled body can be handled as well as a fiber, and can be used as an electric wiring. Further, the web-shaped CNT entangled body can be handled as it is in the same manner as a nonwoven fabric.

CNT交絡体の紡績方向長さは特に限定されず、用途に応じて適宜設定すればよい。一般的には、紡績長さが2mm以上であれば、コンタクト部、電極など部品レベルへのCNT交絡体の適用が可能となる。また、ウェブ状のCNT交絡体は、紡績源部材からの紡績方法を変更することによって、これを構成するCNTの配向の程度を任意に制御することができる。したがって、紡績源部材からの紡績方法を変更することによって、機械的特性や電気的特性が異なるCNT交絡体を製造することが可能である。   The length of the CNT entangled body in the spinning direction is not particularly limited, and may be appropriately set according to the application. Generally, if the spinning length is 2 mm or more, the CNT entangled body can be applied to a part level such as a contact portion and an electrode. The degree of orientation of the CNTs constituting the web-shaped CNT entangled body can be arbitrarily controlled by changing the spinning method from the spinning source member. Therefore, by changing the spinning method from the spinning source member, it is possible to manufacture CNT entangled bodies having different mechanical properties and electrical properties.

CNT交絡体は、その交絡の程度を小さくすれば、線状の場合には細くなり、ウェブ状の場合には薄くなる。その程度が進めば、CNT交絡体を目視で確認すること困難となり、このときそのCNT交絡体は透明繊維、透明配線、透明ウェブ(透明なシート状部材)として使用されうる。   If the degree of entanglement is reduced, the CNT entangled body becomes thinner in the case of a linear shape and thinner in the case of a web shape. If the degree increases, it becomes difficult to visually confirm the CNT entangled body, and at this time, the CNT entangled body can be used as a transparent fiber, a transparent wiring, or a transparent web (a transparent sheet-like member).

本実施形態の紡績源部材は、上記のように紡績性が良好であるから、ウェブ状の構造体を得ることができる。本明細書において「ウェブ状」とは複雑に繊維の絡み合いにより形成された蜘蛛の巣状、織布状または不織布状のものをいう。   Since the spinning source member of the present embodiment has good spinnability as described above, a web-like structure can be obtained. In the present specification, the term "web-like" refers to a spider's web-like, woven or non-woven fabric formed intricately by entanglement of fibers.

例えば、開口基板28として筒状のものを用いると、ウェブ状の構造体として、内側面および外側面を有する筒状の構造体が得られる。この筒状のウェブ状の構造体を切り開けば、シート状の構造体が得られる。   For example, when a tubular structure is used as the opening substrate 28, a tubular structure having an inner surface and an outer surface is obtained as a web-like structure. When this tubular web-like structure is cut out, a sheet-like structure is obtained.

また、CNTを撚り掛けにより集束すれば、線状の構造体としての撚糸が得られ、撚り掛けなしに集束すれば、線状の構造体としての無撚糸が得られる。これらの撚糸または不撚糸をその一部に用いてロープを作製することもできる。CNTを撚り掛けにより集束する場合、開口基板の側を回転させても、線状の構造体を集束した糸の側を回転させてもよい。   If the CNTs are bundled by twisting, a twisted yarn as a linear structure is obtained, and if the CNTs are bundled without twisting, a non-twisted yarn as a linear structure is obtained. A rope can also be produced using these twisted or untwisted yarns as a part thereof. When the CNTs are bundled by twisting, the side of the open substrate may be rotated, or the side of the yarn that has bundled the linear structure may be rotated.

7.構造体の製造方法
本発明の一実施形態に係る構造体の製造方法を説明する。以下では、構造体のうち、内側面および外側面を有するウェブ状の構造体および線状の構造体の製造方法について説明する。
7. Method for Manufacturing Structure A method for manufacturing a structure according to an embodiment of the present invention will be described. Hereinafter, among the structures, a method of manufacturing a web-like structure and a linear structure having an inner surface and an outer surface will be described.

7−1.ウェブ状の構造体の製造方法
本実施形態に係る内側面および外側面を有するウェブ状の構造体は、筒状の開口基板の内面に形成されたCNTフォレストの開放部側の端全体に形成された紡ぎ出し可能部を紡ぎ出すことにより製造できる。
7-1. Method of Manufacturing Web-Shaped Structure The web-shaped structure having the inner surface and the outer surface according to the present embodiment is formed on the entire open-side end of the CNT forest formed on the inner surface of the cylindrical opening substrate. It can be manufactured by spinning out a spinnable part.

図15は、図1(c)に示す円筒状の開口基板に形成されたCNTフォレストからCNTが紡ぎ出されて集束される態様を模式的に示しており、(a)は最初の段階を示す断面図であり、(b)は紡ぎ出しが進行した段階を示す断面図である。   FIG. 15 schematically illustrates a mode in which CNTs are spun from a CNT forest formed on the cylindrical apertured substrate illustrated in FIG. 1C and focused, and FIG. 15A illustrates an initial stage. It is sectional drawing, (b) is sectional drawing which shows the stage which spinning advanced.

図15(a)に示すように、CNTフォレスト45の端46全体の紡ぎ出し可能部47を引き出すことにより、内側面90Aおよび外側面90Bを有するウェブ状の構造体90が得られる。紡ぎ出し可能部47を円筒状の開口基板40の中心軸Cと平行な方向に引き出す工程により、容易に内側面90Aおよび外側面90Bを有する筒状の構造体を製造することができる。   As shown in FIG. 15A, a web-like structure 90 having an inner surface 90A and an outer surface 90B is obtained by pulling out the spinnable portion 47 of the entire end 46 of the CNT forest 45. By pulling out the spinnable portion 47 in a direction parallel to the central axis C of the cylindrical opening substrate 40, a cylindrical structure having the inner surface 90A and the outer surface 90B can be easily manufactured.

図15(b)に示すように、紡ぎ出しの進行に伴って、CNTフォレスト45が消費されて、端46が開口基板40の開放部41から内側へ移動する。このため、紡ぎ出しを中断した後に再開する場合、端46は開口基板40の内側に位置する。   As illustrated in FIG. 15B, the CNT forest 45 is consumed as the spinning proceeds, and the end 46 moves inward from the open portion 41 of the open substrate 40. Therefore, when the spinning is restarted after being interrupted, the end 46 is located inside the open substrate 40.

7−2.線状の構造体の製造方法
本実施形態に係る線状の構造体の製造方法は、図16に示すように、紡績工程および集集束工程を備える。
図17(a)〜(b)および図18(a)〜(c)は、図1(a)〜(c)に示す円筒状の開口基板に形成されたCNTフォレストからCNTが紡ぎ出される態様を模式的に示した図である。
7-2. Method for Manufacturing Linear Structure A method for manufacturing a linear structure according to the present embodiment includes a spinning step and a converging and focusing step, as shown in FIG.
FIGS. 17 (a) and 17 (b) and FIGS. 18 (a) and 18 (c) show a mode in which CNTs are spun from the CNT forest formed on the cylindrical opening substrate shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c). It is the figure which showed typically.

図17(a)は最初の段階を示す断面図であり、(b)は紡ぎ出しが進行した段階を示す断面図である。図18(a)〜(c)は、円筒状の開口基板に形成されたCNTフォレストからCNTが紡ぎ出される態様を模式的に示す、(a)斜視図、(b)正面図および(c)断面図である。なお、図18(a)〜(c)においては、便宜上、CNTフォレスト45における端46の紡ぎ出し可能部47から紡ぎ出されるCNT交絡体を複数の線を用いて模式的に示しているが、CNT交絡体は端46の全体から筒状のものとして紡ぎ出される。図18(a)では、開口基板40の内面43に形成されたCNTフォレスト45のうち、端46の紡ぎ出し可能部47のみを示している。   FIG. 17A is a cross-sectional view showing an initial stage, and FIG. 17B is a cross-sectional view showing a stage in which spinning has proceeded. FIGS. 18A to 18C schematically show a mode in which CNTs are spun from a CNT forest formed on a cylindrical opening substrate, wherein FIG. 18A is a perspective view, FIG. 18B is a front view, and FIG. It is sectional drawing. 18 (a) to 18 (c), for convenience, the CNT entangled body spun from the spunable portion 47 at the end 46 in the CNT forest 45 is schematically illustrated using a plurality of lines. The CNT entangled body is spun from the entire end 46 as a tube. FIG. 18A shows only the spinning-out possible portion 47 at the end 46 of the CNT forest 45 formed on the inner surface 43 of the opening substrate 40.

(紡績工程)
線状の構造体の製造法においては、CNTフォレスト45の紡ぎ出し可能部47から紡ぎ出されたCNT交絡体は、図18(a)の開口基板40の中心軸Cの方向に引き出されて、集束点Pで集束されて線状の構造体となる。開口基板40のような対称性の高い開口基板を用いる場合、CNTフォレスト45の端46のどの部分の紡ぎ出し可能部47からも、均等な条件で紡ぎ出すことができるから、紡績性が優れたものとなる。CNTフォレストの消費量は、たとえば、CNTフォレスト45が消費された長さを用いて評価することができる。開口基板40のように円筒形の開口基板の場合、集束点Pを中心軸C上とすれば、均等な条件で紡ぎ出すことができる。集束点Pを開口基板40の中心軸C上とすることにより、CNTフォレスト45が最も少なく消費される部分の消費量が最も多く消費される部分の消費量の80〜100%の範囲となる「均等な条件」で紡績工程を行うことが可能になる。ただし、均等な条件で紡ぎ出すためには、集束点Pは、必ずしも中心軸C上とする必要はない。また、集束点Pを任意な場所として、紡ぎ出す際の条件を均等としないで線状の構造体を製造することとしてもよい。構造体が紡錘状となるように引っ張ることにより、良好な線状の構造体を得ることができる。
(Spinning process)
In the manufacturing method of the linear structure, the CNT entangled body spun from the spunable part 47 of the CNT forest 45 is drawn out in the direction of the central axis C of the open substrate 40 in FIG. The light is converged at the convergence point P to form a linear structure. When a highly symmetric open substrate such as the open substrate 40 is used, the CNT forest 45 can be spun from any part of the end 46 of the end 46 of the CNT forest 45 under uniform conditions. It will be. The consumption amount of the CNT forest can be evaluated, for example, using the length of the CNT forest 45 consumed. In the case of a cylindrical opening substrate like the opening substrate 40, if the convergence point P is set on the central axis C, spinning can be performed under uniform conditions. By setting the convergence point P on the central axis C of the apertured substrate 40, the consumption of the portion where the CNT forest 45 is least consumed is in the range of 80 to 100% of the consumption of the portion where the CNT forest 45 is most consumed. The spinning process can be performed under “equal conditions”. However, the convergence point P does not necessarily have to be on the center axis C in order to spin out under uniform conditions. Alternatively, the convergence point P may be set as an arbitrary location, and a linear structure may be manufactured without uniform conditions for spinning. By pulling the structure so as to have a spindle shape, a good linear structure can be obtained.

(集束工程、撚り掛け工程)
集束工程は、紡績工程において紡績されたCNTを集束して線状の構造体にする工程である。集束工程において線状の構造体とする際、CNTを撚り掛けすれば撚糸が得られ、CNTを撚り掛けしなければ無撚糸が得られる。
以下では、集束工程がCNTを撚り掛けして撚糸とする撚り掛け工程である場合について説明する。
(Bundling process, twisting process)
The bundling step is a step of bundling the CNTs spun in the spinning step to form a linear structure. When forming a linear structure in the bundling step, a twisted yarn can be obtained by twisting the CNT, and a non-twisted yarn can be obtained by twisting the CNT.
Hereinafter, a case where the bunching step is a twisting step of twisting CNTs to form a twisted yarn will be described.

図21は、CNTが形成された平面基板から引き出されたCNTを撚り掛けにより集束させる、従来の方法を模式的に示す模式図である。同図に示されるように、CNTフォレスト105が形成された平面基板上から引き出されたCNTを撚り掛けにより集束すると、CNTフォレスト105の両側が中心よりも早く消費されてしまう。これは、線状の構造体である撚糸110が集束点Pにおいて撚り掛けされると、端106の両側106A、106C付近から紡ぎ出される外糸107A、107C(点線で示す)が、中心106B付近から紡ぎ出される中糸107B(実線で示す)の周りを取り囲む構造となって、中糸107Bよりも多く消費されてしまうことによる。すなわち、撚糸110の単位長さあたりに用いられる長さが、直線状の中糸107Bよりも中糸を取り囲む外糸107A、107Cの方が長くなることから、図21に示すように、CNTフォレスト105の両側から先に消費されて、中心付近のCNTフォレストが基板上に残ってしまう。   FIG. 21 is a schematic view schematically showing a conventional method for converging CNTs drawn from a flat substrate on which CNTs are formed by twisting. As shown in the drawing, when the CNTs pulled out from the flat substrate on which the CNT forest 105 is formed are converged by twisting, both sides of the CNT forest 105 are consumed earlier than the center. This is because when the twisted yarn 110, which is a linear structure, is twisted at the convergence point P, the outer yarns 107A and 107C (shown by dotted lines) spun from both sides 106A and 106C of the end 106 near the center 106B. This is due to the structure surrounding the middle thread 107B (shown by the solid line) spun from the yarn, and is consumed more than the middle thread 107B. In other words, the length used per unit length of the twisted yarn 110 is longer in the outer yarns 107A and 107C surrounding the middle yarn than in the straight middle yarn 107B, and therefore, as shown in FIG. The CNT forest near the center is consumed on both sides of the 105 first and remains on the substrate.

これに対して、本実施形態の構造体の製造方法は、撚り掛け工程において、円筒状の開口基板40の内面に形成されたCNTフォレストから紡績されたCNTを撚り掛けするものである。このため、CNTを引き出す方向を調整することにより、基板上の特定の領域から引き出された構造体が中糸または外糸となることを防止して、CNTフォレストを均等に消費することができる。   On the other hand, in the structure manufacturing method of the present embodiment, in the twisting step, CNT spun from a CNT forest formed on the inner surface of the cylindrical opening substrate 40 is twisted. For this reason, by adjusting the direction in which the CNTs are pulled out, it is possible to prevent the structure drawn out from a specific region on the substrate from becoming a middle thread or an outer thread and to uniformly consume the CNT forest.

例えば、撚り掛け工程を行う集束点Pを、開口基板40の中心軸C上またはその付近とすれば、撚り掛けされる位置とCNTが紡ぎ出される位置との相対的な位置関係を均しくすることができる。したがって、開口基板上の特定の領域から引き出されたCNT交絡体がもっぱら中糸または外糸となることを防止し、CNTフォレストを均等に消費することが可能になる。ここで、「均等に消費される位置」とは、CNTフォレストが最も少なく消費される部分の消費量が最も多く消費される部分の消費量の80〜100%の範囲となる位置をいう。   For example, if the convergence point P where the twisting step is performed is on or near the central axis C of the apertured substrate 40, the relative positional relationship between the twisted position and the position where the CNTs are spun out is equalized. be able to. Therefore, it is possible to prevent the CNT entangled body drawn out from a specific region on the apertured substrate from becoming exclusively a middle thread or an outer thread, and to uniformly consume the CNT forest. Here, “the position where the CNT forest is consumed the least” means a position where the consumption of the portion where the CNT forest is consumed least is in the range of 80 to 100% of the consumption of the portion where the consumption is the largest.

8.複合構造体
CNT交絡体は、CNTのみからなっていてもよいし、他の材料との複合構造体であってもよい。前述のように、CNT交絡体は複数のCNTが互いに絡み合ってなる構造を有することから、この絡み合った複数のCNTの間には、不織布を構成する複数の繊維と同様に、空隙が存在する。この空隙部に、粉体(金属微粒子、シリカ等の無機系粒子や、エチレン系重合体等の有機系粒子が例示される。)を導入したり、液体を含浸させたりすることによって、容易に複合構造体を形成することができる。
8. Composite Structure The CNT entangled body may be composed of only CNTs, or may be a composite structure with another material. As described above, since the CNT entangled body has a structure in which a plurality of CNTs are intertwined with each other, voids exist between the intertwined CNTs, similarly to the plurality of fibers constituting the nonwoven fabric. Powder (inorganic particles such as metal fine particles and silica, and organic particles such as an ethylene polymer) is introduced into the void portion, or the liquid is impregnated with the powder so that the powder can be easily impregnated. A composite structure can be formed.

また、CNT交絡体を構成するCNTの表面が改質されていてもよい。CNTは外側面がグラフェンから構成されるため、CNT交絡体はそのままでは疎水性であるが、CNT交絡体を構成するCNTの表面に対して親水化処理を行うことによって、CNT交絡体を親水化することができる。そのような親水化の手段の一例として、めっき処理が挙げられる。この場合には、得られたCNT交絡体は、CNTとめっき金属との複合構造体となる。   Further, the surface of CNT constituting the CNT entangled body may be modified. Since the outer surface of CNT is composed of graphene, the CNT entangled body is hydrophobic as it is, but the CNT entangled body is made hydrophilic by performing a hydrophilic treatment on the surface of the CNT constituting the CNT entangled body. can do. An example of such a means for making hydrophilic is a plating treatment. In this case, the obtained CNT entangled body becomes a composite structure of CNT and plated metal.

複合構造体は、構造体よりなる構造体層を少なくとも一部に備えた積層構造とすることができる。例えば、円筒状の構造体の内側面にコアとなる線状部材を配置して、CNTを集束すれば同軸状の積層構造を備えた複合構造体が得られる。また、複合構造体をその一部に備えたロープとすれは、ロープに複合体の性質を付与することができる。   The composite structure can have a laminated structure including at least a part of a structure layer composed of the structure. For example, if a linear member serving as a core is arranged on the inner surface of a cylindrical structure and CNTs are focused, a composite structure having a coaxial laminated structure can be obtained. In addition, a rope having a composite structure as a part thereof can impart properties of the composite to the rope.

複合構造体は、CNT交絡体を備える構造体を骨格構造として備えたものであってもよい。本明細書において、「構造体を骨格構造として備える」とは、複数の材料が複合してなる複合構造体をかたちづくる中心として構造体を備えた構造をいう。例えば、複合構造体を構成する複数の材料のうちで、構造体が最大体積または最大質量を占めるものは、「構造体を骨格構造として備える」に該当する。   The composite structure may have a structure having a CNT entangled body as a skeletal structure. In this specification, “providing a structure as a skeletal structure” refers to a structure having a structure as a center that forms a composite structure formed by combining a plurality of materials. For example, among the plurality of materials constituting the composite structure, the one in which the structure occupies the maximum volume or the maximum mass corresponds to “providing the structure as a skeletal structure”.

9.複合構造体の製造方法
本発明の一実施形態に係る複合構造体の製造方法を説明する。
本実施形態に係る複合構造体の製造方法は、図19に示すように、紡績工程および複合工程を備える。
9. Method for Manufacturing Composite Structure A method for manufacturing a composite structure according to an embodiment of the present invention will be described.
The method for manufacturing a composite structure according to the present embodiment includes a spinning step and a compounding step, as shown in FIG.

(紡績工程)
紡績工程は、上述した、構造体の製造方法における紡績工程と同様である。筒状の構造体とするときには、図15に示されるように開口基板の中心軸Cと平行な方向に引き出して紡績し、線状の構造体とするときには、図17〜図18に示されるように開口基板の中心軸Cの方向に引き出して紡績する。
(Spinning process)
The spinning process is the same as the above-described spinning process in the structure manufacturing method. As shown in FIG. 15, when a cylindrical structure is to be formed, it is drawn out in a direction parallel to the central axis C of the open substrate and spun. When a linear structure is to be formed, as shown in FIGS. Then, it is drawn out in the direction of the central axis C of the open substrate and spun.

(複合工程)
複合工程は、紡績工程において得られたウェブ状の構造体と他の材料とを複合する工程である。紡績工程において得られたウェブ状の構造体は、内側面および外側面を有する。ウェブ状の構造体の内側面に粉体(金属微粒子、シリカ等の無機系粒子や、エチレン系重合体等の有機系粒子が例示される。)を導入したり、液体を含浸させたりすることによって、容易に複合構造体を形成することができる。内側面に複合材料を添加することにより、従来よりも多量の複合材料を複合化することができる。また、添加された複合材料がウェブ状の構造体に取り囲まれることにより、安定な複合構造が形成される。
(Composite process)
The compounding step is a step of combining the web-like structure obtained in the spinning step with another material. The web-like structure obtained in the spinning process has an inner surface and an outer surface. Introducing powder (inorganic particles such as metal fine particles and silica, and organic particles such as ethylene polymer) into the inner surface of the web-like structure, or impregnating with a liquid. Thereby, a composite structure can be easily formed. By adding a composite material to the inner surface, a larger amount of composite material can be compounded than before. Further, a stable composite structure is formed by surrounding the added composite material with the web-like structure.

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and the like, but the scope of the present invention is not limited to these Examples and the like.

(実施例1)
図11に示される構造を有する製造装置を用い、図12に示される製造方法によってCNTフォレストを製造した。
具体的には、まず、次のようにして、第一ステップを実施した。
図11に示される構造を有する製造装置の反応容器管内に、石英からなるボート上に円筒状の石英(外径18mm、内径15mm、長さ20mm)を載置した。したがって、本実施例では、成長基面を構成する材料および開口基板を構成する材料はいずれも石英であった。また、触媒源としての塩化鉄(II)の無水物130mgを反応容器管内のボート以外の部分上に載置した。
(Example 1)
Using a manufacturing apparatus having the structure shown in FIG. 11, a CNT forest was manufactured by the manufacturing method shown in FIG.
Specifically, first, the first step was performed as follows.
In a reaction vessel tube of the manufacturing apparatus having the structure shown in FIG. 11, cylindrical quartz (18 mm in outer diameter, 15 mm in inner diameter, 20 mm in length) was placed on a quartz boat. Therefore, in this embodiment, the material constituting the growth base surface and the material constituting the apertured substrate were both quartz. Further, 130 mg of anhydrous iron (II) chloride as a catalyst source was placed on a portion other than the boat in the reaction vessel tube.

排気装置を用いて反応容器管内を1×10 −1 Pa以下に排気したのち、ヒータを用いて反応容器管内(開口基板を含む)を1.1×10 Kまで加熱した。その結果、反応容器管内で塩化鉄(II)の無水物は昇華して、反応容器管の加熱領域の内部は、触媒源としての塩化鉄(II)の無水物から形成された気相触媒を含む雰囲気となった。 After the inside of the reaction vessel tube was evacuated to 1 × 10 −1 Pa or less using an exhaust device, the inside of the reaction vessel tube (including the open substrate) was heated to 1.1 × 10 3 K using a heater. As a result, the anhydride of iron (II) chloride sublimates in the reaction vessel tube, and the inside of the heating region of the reaction vessel tube contains a gas-phase catalyst formed from anhydride of iron (II) chloride as a catalyst source. It became the atmosphere including.

こうして第一ステップを実施したのち、圧力調整バルブを用いて雰囲気圧力を4.5×10 Paに維持するとともに、反応容器管内(開口基板を含む)の温度を、ヒータを用いて1.1×10 Kに維持しながら、原料ガス供給部から原料ガスとしてのアセチレンを200(sccm)で、気相助触媒供給部から気相助触媒としてのアセトンを10(sccm)で、それぞれ反応容器管内に供給することにより第二ステップを実施した。 After performing the first step in this manner, the atmospheric pressure is maintained at 4.5 × 10 2 Pa using the pressure adjusting valve, and the temperature inside the reaction vessel tube (including the open substrate) is set to 1.1 using the heater. While maintaining the temperature at × 10 3 K, 200 (sccm) of acetylene as a source gas from the source gas supply unit and 10 (sccm) of acetone as a gas phase cocatalyst from the gas phase co-catalyst supply unit were respectively introduced into the reaction vessel tube. The second step was performed by feeding.

第二ステップを開始することにより、すなわち、アセチレンおよびアセトンの供給を開始することにより、成長基面上にCNTフォレストが成長した。第二ステップ開始から7分間CNTフォレストを成長させて、CNTフォレストを得た。   By starting the second step, ie, starting the supply of acetylene and acetone, the CNT forest grew on the growth substrate. The CNT forest was grown by growing the CNT forest for 7 minutes from the start of the second step.

ヒータによる加熱を終了して反応容器管内の温度が室温となったことを確認してから、排気装置による反応容器管内の排気を終了し、反応容器管内に大気を導入してその雰囲気圧力を大気圧(1×10 Pa)とした。その後、反応容器管を開放して、CNTフォレストを開口基板ごと取り出した。 After finishing the heating by the heater and confirming that the temperature in the reaction vessel tube has reached room temperature, the exhaust in the reaction vessel tube by the exhaust device is terminated, and the atmosphere pressure is increased by introducing air into the reaction vessel tube. Atmospheric pressure (1 × 10 5 Pa) was set. Thereafter, the reaction vessel tube was opened, and the CNT forest was taken out together with the open substrate.

CNTフォレストの端の側面に位置するCNTを含む一部のCNTをCNTフォレストから離間するように引っ張った。その結果、図20に示すように互いに交絡した複数のカーボンナノチューブを備える内側面および外側面を有するウェブ状の構造体が得られた。   Some CNTs, including the CNTs located on the side of the edge of the CNT forest, were pulled away from the CNT forest. As a result, as shown in FIG. 20, a web-like structure having an inner surface and an outer surface including a plurality of carbon nanotubes entangled with each other was obtained.

上記のようにして得られたCNTフォレストを用いて、CNTフォレストの端の側面に位置するCNTを含む一部のCNTをCNTフォレストから離間するように引っ張ることにより、側面の連続した筒状の構造体が得られた。このように紡績性の良好なCNTフォレストが得られた理由としては、原料ガスに加えて気相助触媒であるアセトンを用いたことにより紡績性が向上したことが考えられる。   By using the CNT forest obtained as described above, a portion of the CNTs including the CNTs located on the side surfaces at the ends of the CNT forest are pulled away from the CNT forest, thereby forming a cylindrical structure having a continuous side surface. The body is obtained. The reason why a CNT forest having good spinnability was obtained is considered to be that spinnability was improved by using acetone as a gas-phase co-catalyst in addition to the raw material gas.

内部空間を有する開口基板における内面を成長基面として形成されたCNTフォレストと、平面基板上に形成されるCNTフォレストとは、製造の際の物理的な条件(環境)が異なることから、紡績性等の性質に影響を与える要因も異なる可能性がある。たとえば、反応容器管内の気流や温度分布は、反応容器管内に設置される物の形状によって影響を受けることはよく知られている。したがって、反応容器内に設置される基板が平面状基板からより立体的な開口基板になることより、得られるCNTフォレストにどのような影響が及ぶかは明らかではない。   Since the CNT forest formed on the inner surface of the open substrate having the internal space as the growth base surface and the CNT forest formed on the flat substrate have different physical conditions (environment) during production, the spinning property is high. Factors that affect properties such as these may also be different. For example, it is well known that the air flow and temperature distribution in a reaction vessel tube are affected by the shape of an object installed in the reaction vessel tube. Therefore, it is not clear what effect the obtained CNT forest has due to the fact that the substrate installed in the reaction vessel becomes a three-dimensional open substrate from a planar substrate.

特に気相触媒法の場合、基板の形状は、昇華した触媒の反応容器管内における状態に対する影響が大きい。このため、紡績性の良好なCNTフォレストを得るための条件は、用いる基板の形状によって大きな影響を受ける。したがって、平面基板を用いる場合に紡績性の向上に寄与した条件が、より立体的な開口基板の内面に形成されるCNTフォレストに対しても同様に有効であるとはいえない。   In particular, in the case of the gas phase catalytic method, the shape of the substrate greatly affects the state of the sublimated catalyst in the reaction vessel tube. For this reason, conditions for obtaining a CNT forest having good spinnability are greatly affected by the shape of the substrate used. Therefore, the conditions that contributed to the improvement of spinnability when using a flat substrate cannot be said to be similarly effective for a CNT forest formed on the inner surface of a more three-dimensional open substrate.

本発明に係るCNTフォレストの製造方法により製造されたCNTフォレストから得られるCNT交絡体は、例えば電気配線、発熱体、伸縮性シート状歪センサ、透明電極シートなどとして好適に用いられる。   The CNT entangled body obtained from the CNT forest manufactured by the method for manufacturing a CNT forest according to the present invention is suitably used as, for example, an electric wiring, a heating element, a stretchable sheet-shaped strain sensor, a transparent electrode sheet, and the like.

10…製造装置
12…電気炉
13…圧力計
14…反応容器管
16…ヒータ
18…熱電対
20…制御装置
22…ガス供給装置
23…圧力調整バルブ
24…排気装置
28…開口基板
30…原料ガス供給部
31…気相触媒供給部
32…気相助触媒供給部
33…補助ガス供給部
40、50、60、70…開口基板
41、51A、51B、61、71A、71B…開放部
42、52、62、72…内部空間
43…内面
44…成長基面
45…CNTフォレスト
46…端
47…紡ぎ出し可能部
80、81、82、84、86、87…開口基板
80A、80B、81A、81B、84A、84B、86A、86B、87A、87B…部品
83…固定部品
85A…凹部
85B…凸部
86A1…凹部
86B1…凸部
87A1…谷形状部
87B1…山形状部
90、91…構造体
90A…内側面
90B…外側面

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Manufacturing apparatus 12 ... Electric furnace 13 ... Pressure gauge 14 ... Reaction vessel tube 16 ... Heater 18 ... Thermocouple 20 ... Control apparatus 22 ... Gas supply apparatus 23 ... Pressure adjustment valve 24 ... Exhaust apparatus 28 ... Open substrate 30 ... Raw material gas Supply unit 31 ... gas phase catalyst supply unit 32 ... gas phase co-catalyst supply unit 33 ... auxiliary gas supply units 40, 50, 60, 70 ... open substrates 41, 51A, 51B, 61, 71A, 71B ... open units 42, 52, 62, 72 ... internal space 43 ... inner surface 44 ... growth base surface 45 ... CNT forest 46 ... end 47 ... spunable parts 80, 81, 82, 84, 86, 87 ... open substrates 80A, 80B, 81A, 81B, 84A. , 84B, 86A, 86B, 87A, 87B ... part 83 ... fixed part 85A ... concave part 85B ... convex part 86A1 ... concave part 86B1 ... convex part 87A1 ... valley part 87B1 ... crest part 90,9 ... structure 90A ... the inner surface 90B ... the outer surface

Claims (13)

開放部を通じて外部と連通する内部空間を有し、内面の少なくとも一部をCNTフォレストの成長基面とし、前記CNTフォレストから複数のCNTを連続的に引き出す紡績に用いられる開口基板であって、
複数の部品が分割可能に組み立てられた組立体であり、複数の前記部品を分割することにより、前記内面の少なくとも一部が露出する
ことを特徴とする開口基板。
An open substrate used for spinning that has an internal space communicating with the outside through an open part, at least a part of the inner surface is a growth base surface of a CNT forest, and a plurality of CNTs are continuously drawn from the CNT forest,
An apertured substrate, wherein a plurality of parts are assembled so as to be dividable, and at least a part of the inner surface is exposed by dividing the plurality of parts.
前記成長基面は前記内面の前記開放部を取り囲む領域を含んでいる、請求項1に記載の開口基板。   The aperture substrate according to claim 1, wherein the growth base surface includes a region surrounding the opening on the inner surface. 前記開口基板は少なくとも2つの開放部を有する、請求項1または2に記載の開口基板。   The aperture substrate according to claim 1, wherein the aperture substrate has at least two openings. 筒状である請求項3に記載の開口基板。   The aperture substrate according to claim 3, which is cylindrical. 前記開放部が前記内部空間の両端に形成されている請求項4に記載の開口基板。   The aperture substrate according to claim 4, wherein the open portions are formed at both ends of the internal space. 円筒状である請求項5に記載の開口基板。   The aperture substrate according to claim 5, which has a cylindrical shape. 前記開放部の少なくとも一つは、複数の前記部品の二つ以上が組み立てられてなるものである請求項1から6のいずれか一つに記載の開口基板。   The aperture substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein at least one of the open portions is formed by assembling two or more of the plurality of components. 複数の前記部品はすべて同一形状である請求項7に記載の開口基板。   The aperture substrate according to claim 7, wherein all of the plurality of components have the same shape. 複数の前記部品は異なる形状のものを含む請求項7に記載の開口基板。   The aperture substrate according to claim 7, wherein the plurality of components include those having different shapes. 複数の前記部品が組み立てられた状態を固定する固定部品を備えている請求項1から9のいずれか一つに記載の開口基板。   The aperture substrate according to any one of claims 1 to 9, further comprising a fixing component for fixing a state in which the plurality of components are assembled. 筒状の開口基板であって、
前記固定部品は前記開口基板の外面側から複数の前記部品を拘束して前記組立体とする請求項10に記載の開口基板。
A tubular opening substrate,
The opening board according to claim 10, wherein the fixed component restrains a plurality of the components from the outer surface side of the opening board to form the assembly.
前記組立体における複数の前記部品の位置は、隣り合う前記部品の嵌め合い構造によって決められる請求項1から11のいずれか一つに記載の開口基板。   The aperture board according to any one of claims 1 to 11, wherein the positions of the plurality of components in the assembly are determined by a fitting structure of the adjacent components. 前記嵌め合い構造は、隣り合う前記部品の凸部と凹部の嵌め合い構造よりなる請求項12に記載の開口基板。 13. The aperture board according to claim 12 , wherein the fitting structure comprises a fitting structure of a convex part and a concave part of the adjacent components.
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