JPWO2019097756A1 - カーボンナノ構造体製造方法、カーボンナノ構造体及びカーボンナノ構造体製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記公報に開示されるような従来の気相成長法では、成長速度が遅いため、製造効率が十分ではない。また、従来の気相成長法では、カーボンナノチューブの成長が不安定であるため、比較的短いカーボンナノチューブしか得られない。
[本開示の効果]
本開示の一態様に係るカーボンナノ構造体製造方法、カーボンナノ構造体及びカーボンナノ構造体製造装置は、効率よく長いカーボンナノ構造体が得られる。
[本開示の実施形態の説明]
本開示の一態様に係るカーボンナノ構造体製造方法は、炭素含有ガスの流れの中で密着状態の複数の触媒粒子を離間することにより上記複数の触媒粒子間にカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、少なくとも1の上記触媒粒子を保持して上記炭素含有ガスの風圧により上記カーボンナノチューブを引き延ばす延伸工程とを備える。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
[カーボンナノ構造体]
図1に、本開示の一実施形態に係るカーボンナノ構造体Sを示す。当該カーボンナノ構造体Sは、グラフェンから形成される管状のチューブ部Tと、グラフェンから形成され、チューブ部Tの端部から連続して拡径する円錐状のコーン部Cとを備える。
[カーボンナノ構造体製造装置]
図1のカーボンナノ構造体Sは、図2に示すカーボンナノ構造体製造装置によって製造することができる。なお、図2のカーボンナノ構造体製造装置は、それ自体が本開示の一実施形態である。
<反応室>
反応室1は、触媒供給機構3よりも上流側の助走区間5において炭素含有ガスの流れを層流化し、触媒供給機構3よりも下流側の形成区間6において層流化した炭素含有ガスを用いてカーボンナノ構造体を形成する。
<ガス供給機構>
ガス供給機構2は、反応室1に炭素含有ガスを供給するために、ガスボンベ8と流量調節弁9とを有する構成とすることができる。
<触媒供給機構>
触媒供給機構3は、炭素含有ガスの風圧により崩壊して複数の触媒粒子Pに分割される崩壊性触媒Dを炭素含有ガスの流れの中に保持する機構とすることができる。触媒供給機構3は、例えば帯状、棒状等の長尺に形成される崩壊性触媒Dを保持し、反応室1内に徐々に送り込むものであってもよい。このように、崩壊性触媒Dを用いることで、炭素含有ガスの流れの中で高温且つ接触状態の複数の触媒粒子Pを形成することができる。このため、複数の触媒間にカーボンナノチューブを確実に成長させることができる。
<基板保持機構>
基板保持機構4は、触媒供給機構3による触媒供給位置の下方に、炭素含有ガスの流れ方向に沿って下流側に延びるよう基板Bを保持する。基板Bは、炭素含有ガスの流れの中での触媒粒子Pの落下速度を考慮して、触媒粒子が落下し得る範囲に広く延在するよう保持されることが好ましい。
[カーボンナノ構造体製造方法]
また、カーボンナノ構造体Sは、本開示のさらなる実施形態に係るカーボンナノ構造体製造方法によって製造することができる。当該カーボンナノ構造体製造方法は、図2のカーボンナノ構造体製造装置を用いて行うことができるが、図2のカーボンナノ構造体製造装置を用いる方法に限定されない。
<利点>
当該カーボンナノ構造体製造方法及び当該カーボンナノ構造体製造装置は、気相成長法により触媒粒子間に形成されるカーボンナノチューブRを炭素含有ガスの風圧により引き延ばすことによって、チューブ部Tとコーン部Cとを有するカーボンナノ構造体Sを製造することができる。
[その他の実施形態]
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
(試作例1)
加熱炉内に内径20mmの石英管を配設し、この石英管の中に、幅10mmの基板と、崩壊性触媒として厚さが50μmで1辺1cmの方形状の純鉄シート(純度4N)とを配置した。そして、石英管に100%のアルゴンガスを60cc/minの速度で供給しつつ、加熱炉内の温度を1000℃まで昇温した後、さらに上記アルゴンガスに加えてメタンガスを0から200cc/minの間で5秒から1分間で流速を変えながら15秒から1時間の条件で供給した。
(試作例2)
上記試作例1と同じ電気炉の石英管中に、触媒粒子として平均径10nmの鉄ナノ粒子を付着させた石英基板を配置し、試作例1と同じ条件でアルゴンガスを供給しつつ加熱してから炭素含有ガスを供給した。
Claims (7)
- 炭素含有ガスの流れの中で密着状態の複数の触媒粒子を離間することにより前記複数の触媒粒子間にカーボンナノチューブを成長させる成長工程と、
少なくとも1の前記触媒粒子を保持して前記炭素含有ガスの風圧により前記カーボンナノチューブを引き延ばす延伸工程とを備える、カーボンナノ構造体製造方法。 - 前記成長工程で、前記炭素含有ガスの風圧により崩壊して前記複数の触媒粒子に分割される崩壊性触媒を前記炭素含有ガスの流れの中に配置し、
前記延伸工程で、前記炭素含有ガスの流れに沿って配置される基板により前記触媒粒子を捕捉する、請求項1に記載のカーボンナノ構造体製造方法。 - 前記崩壊性触媒が金属箔である、請求項2に記載のカーボンナノ構造体製造方法。
- 前記成長工程で、前記炭素含有ガスの流速を繰り返し変化させる請求項2又は請求項3に記載のカーボンナノ構造体製造方法。
- 前記触媒粒子の平均径が、30nm以上1000μm以下である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のカーボンナノ構造体製造方法。
- グラフェンから形成される管状のチューブ部と、
グラフェンから形成され、前記チューブ部の端部から連続して拡径する円錐状のコーン部とを備える、カーボンナノ構造体。 - 加熱される管状の反応室と、
前記反応室の一方の端部から前記反応室内に炭素含有ガスを供給するガス供給機構と、
前記反応室内を流れる前記炭素含有ガス中に、複数の触媒粒子を接触状態で放出する触媒供給機構と、
前記反応室内に配置され、前記触媒粒子を捕捉する基板を保持する基板保持機構とを備え、
前記反応室内での前記炭素含有ガスの流れの平均流速が0.05cm/sec以上であり、レイノルズ数が1000以下である、カーボンナノ構造体製造装置。
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