KR101390462B1 - 카본 나노튜브 디바이스, 카본 나노튜브 제조 방법 및 카본 나노튜브 제조 장치 - Google Patents

카본 나노튜브 디바이스, 카본 나노튜브 제조 방법 및 카본 나노튜브 제조 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101390462B1
KR101390462B1 KR1020137001901A KR20137001901A KR101390462B1 KR 101390462 B1 KR101390462 B1 KR 101390462B1 KR 1020137001901 A KR1020137001901 A KR 1020137001901A KR 20137001901 A KR20137001901 A KR 20137001901A KR 101390462 B1 KR101390462 B1 KR 101390462B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon nanotube
forming surface
carbon nanotubes
carbon
gas
Prior art date
Application number
KR1020137001901A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130031359A (ko
Inventor
요스케 코이케
Original Assignee
아이신세이끼가부시끼가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2010175434A external-priority patent/JP5630640B2/ja
Priority claimed from JP2010175448A external-priority patent/JP5625598B2/ja
Application filed by 아이신세이끼가부시끼가이샤 filed Critical 아이신세이끼가부시끼가이샤
Publication of KR20130031359A publication Critical patent/KR20130031359A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101390462B1 publication Critical patent/KR101390462B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45565—Shower nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/16—Preparation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C3/00—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids
    • H01C3/14—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element being formed in two or more coils or loops continuously wound as a spiral, helical or toroidal winding
    • H01C3/20—Non-adjustable metal resistors made of wire or ribbon, e.g. coiled, woven or formed as grids the resistive element being formed in two or more coils or loops continuously wound as a spiral, helical or toroidal winding wound on cylindrical or prismatic base

Abstract

서로 성상이 상이한 제 1 카본 나노튜브 및 제 2 카본 나노튜브를 탑재하는 신규한 카본 나노튜브 디바이스가 제공된다. 카본 나노튜브 디바이스는 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)을 갖는 물체(1)와, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성된 제 1 카본 나노튜브(101)와, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성되며 제 1 카본 나노튜브에 대하여 성상이 상이한 제 2 카본 나노튜브(102)를 포함한다.

Description

카본 나노튜브 디바이스, 카본 나노튜브 제조 방법 및 카본 나노튜브 제조 장치{CARBON NANOTUBE DEVICE, PROCESS FOR PRODUCTION OF CARBON NANOTUBE, AND DEVICE FOR PRODUCTION OF CARBON NANOTUBE}
본 발명은 카본 나노튜브 디바이스, 카본 나노튜브 제조 방법 및 카본 나노튜브 제조 장치에 관한 것이다.
특허 문헌 1에는 기판 중 서로 반대로 향하는 상면 및 하면에 카본 나노튜브를 각각 형성시킨 구조를 갖는 커패시터가 개시된다. 이 커패시터에 따르면, 기판의 상면에 형성된 카본 나노튜브의 길이와 기판의 하면에 형성된 카본 나노튜브의 길이는 동일하게 된다.
특허 문헌 2에는 반응 챔버에 기판을 설정하는 설치부와, 설치부에 설치된 기판의 상방에 간격을 두고 대향하는 파이프 형상의 1개의 가스 공급관이 설치된 카본 나노튜브 제조 장치가 개시된다. 이 장치에 따르면, 가스 공급관은 굽이진다(winded). 가스 공급관의 주벽에는 복수의 배출구가 형성된다. 이에 따르면, 반응 가스를 가스 공급관의 복수의 배출구로부터 기판을 향하여 배출시키는 경우에, 각 배출구로부터 기판의 카본 나노튜브 형성 면까지의 거리를 100 밀리미터 이하로 설정한다.
특허 문헌 3에는 반응 챔버에 설치된 평판 형상의 기판의 상면 및 하면과 거의 평행한 방향을 따라 반응 가스를 공급하고, 기판의 상면 및 하면에 카본 나노튜브를 형성하는 카본 나노튜브 제조 장치가 개시된다.
특허 문헌 1 : 특개 2007－48907 공보
특허 문헌 2 : 특개 2008－137831호 공보
특허 문헌 3 : 특개 2004－332093 공보
특허 문헌 1에 따르면, 기판에는 제 1 카본 나노튜브 및 제 2 카본 나노튜브가 서로 반대 방향을 향하여 반대로 향하도록 형성된다. 제 1 카본 나노튜브 및 제 2 카본 나노튜브에 대하여, 길이 등의 성상(property)은 기본적으로는 서로 동일하다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 이루어진 것이고, 서로 성상이 상이한 제 1 카본 나노튜브 및 제 2 카본 나노튜브를 탑재하며, 특성을 하이브리드화시키는데 유리한 신규한 카본 나노튜브 디바이스를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 대상물 중 동일한 카본 나노튜브 형성 면이면, 그 동일한 카본 나노튜브 형성 면에 형성되는 카본 나노튜브의 불규칙성을 억제할 수 있는 신규한 카본 나노튜브 제조 방법 및 카본 나노튜브 제조 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 양상 1과 관련된 카본 나노튜브 디바이스는 제 1 카본 나노튜브 형성 면 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면을 갖는 물체와, 물체의 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 형성된 제 1 카본 나노튜브와, 물체의 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 형성되고 제 1 카본 나노튜브에 대하여 성상이 상이한 제 2 카본 나노튜브를 포함하는 카본 나노튜브 소자를 포함한다.
여기서, 성상이란 물리적 성상 및/또는 화학적 성상을 의미한다. 카본 나노튜브(CNT)의 길이, 직경, 개수, 층수, 결정성, 결함량, 작용기의 종류, 작용기의 양, 밀도, 중량, 분포 등 중 적어도 하나로 할 수 있다. 본 발명과 관련된 카본 나노튜브 디바이스는 제 1 카본 나노튜브에 의한 성능과, 제 2 카본 나노튜브에 의한 성능을 함께 가질 수 있다. 디바이스의 특성을 하이브리드화시키는데 유리하게 된다. 본 발명과 관련된 카본 나노튜브 디바이스는 전기 이중층 커패시터, 리튬 이온 커패시터, 연료 전지, 리튬 전지, 태양 전지 등의 에너지 디바이스에 적용할 수 있다.
(2) 본 발명의 양상 2와 관련된 카본 나노튜브 제조 방법은 (i) (ia) 카본 나노튜브를 형성하기 위한 카본 나노튜브 형성 면을 갖는 대상물을 준비하는 동시에, (ib) 대상물을 수용하기 위한 반응 챔버와, 반응 챔버에 수용되는 대상물의 카본 나노튜브 형성 면에 간격을 두고 대향하면서 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향을 따라 연장된 가스 공급 챔버와, 가스 공급 챔버와 반응 챔버를 연통시키는 동시에 가스 공급 챔버의 반응 가스를 반응 챔버로 배출시키는 복수의 배출구를 갖는 가스 통로 형성 부재와, (ic) 대상물의 카본 나노튜브 형성 면, 가스 통로 형성 부재, 반응 가스 중 적어도 하나를 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시키는 가열원을 준비하는 준비 공정과, (ii) 대상물의 카본 나노튜브 형성 면, 가스 통로 형성 부재, 반응 가스 중 적어도 하나를 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시킨 상태에서, 반응 가스를 가스 공급 챔버로 공급함으로써, 반응 챔버 내의 대상물의 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향에 대하여 교차하는 방향을 따라 가스 공급 챔버의 반응 가스를 배출구로부터 대상물의 카본 나노튜브 형성 면으로 향하여 배출시키고, 대상물의 카본 나노튜브 형성 면에 카본 나노튜브를 형성하는 카본 나노튜브 형성 공정을 실시한다.
가스 공급 챔버는 반응 챔버에 수용된 대상물의 카본 나노튜브 형성 면에 간격을 두고 대향하면서, 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향을 따라 연장된다. 복수의 배출구는 가스 공급 챔버와 반응 챔버를 연통시키는 동시에, 가스 공급 챔버의 반응 가스를 반응 챔버 내의 대상물을 향하여 배출시킨다. 이 때문에, 반응 가스의 배출 시에, 각 배출구로부터 대상물의 카본 나노튜브 형성 면까지의 최단 거리 L에 대해서는 각 배출구로부터 대상물의 카본 나노튜브 형성 면까지의 최단 거리 L이 가능한 한 균형화된다. 이 때문에 대상물 중 동일한 카본 나노튜브 형성 면에 있어서, 그 카본 나노튜브 형성 면의 각 부위에 형성되는 카본 나노튜브의 성상의 불규칙성이 저감된다.
(3) 본 발명의 양상 3과 관련된 카본 나노튜브 제조 장치는 카본 나노튜브를 형성하기 위한 카본 나노튜브 형성 면을 갖는 대상물에 카본 나노튜브를 제조하는 카본 나노튜브 제조 장치로서, (i) 베이스 바디(base body)와, (ii) 대상물을 수용하기 위한 반응 챔버와, 베이스 바디에 설치되고, 대상물의 카본 나노튜브 형성 면에 간격을 두고 대향하면서 대상물의 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향을 따라 연장된 대향 벽(facing wall)과, 대향 벽을 관통하도록 형성된 복수의 배출구와, 대향 벽을 이용하여 대상물의 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향을 따라 연장되고, 또한 배출구와 연통하는 가스 공급 챔버와, 반응 챔버와 연통하는 가스 배출 통로를 갖는 가스 통로 형성 부재와, (iii) 베이스 바디에 설치되고, 대상물의 카본 나노튜브 형성 면, 가스 통로 형성 부재, 반응 가스 중 적어도 하나를 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시키는 가열원을 포함한다.
가스 공급 챔버는 반응 챔버에 수용된 대상물의 카본 나노튜브 형성 면에 간격을 두고 대향하면서, 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향을 따라 연장된다. 복수의 배출구는 가스 공급 챔버와 반응 챔버를 연통시키는 동시에, 가스 공급 챔버의 반응 가스를 반응 챔버 내의 대상물을 향하여 배출시킨다. 이 때문에, 반응 가스의 배출 시에, 각 배출구로부터 대상물의 카본 나노튜브 형성 면까지의 최단 거리 L에 대해서는 각 배출구로부터 대상물의 카본 나노튜브 형성 면까지의 최단 거리 L이 가능한 한 균형화된다. 이 때문에 동일한 카본 나노튜브 형성 면에 있어서는 그 동일한 카본 나노튜브 형성 면에 형성되는 카본 나노튜브의 성장의 불규칙성이 저감된다.
본 발명과 관련된 카본 나노튜브 디바이스에 따르면, 서로 성상(예를 들면, 카본 나노튜브의 길이, 직경, 단위 면적당 개수, 층수, 결정성, 결함량, 작용기의 종류, 작용기의 양, 밀도, 중량, 분포 등 중 적어도 하나)이 상이한 제 1 카본 나노튜브 및 제 2 카본 나노튜브를 탑재하고, 디바이스의 특성을 하이브리드화시키는데 유리하게 된다.
본 발명과 관련된 카본 나노튜브 제조 방법 및 카본 나노튜브 제조 장치에 따르면, 가스 공급 챔버는 반응 챔버에 수용된 대상물의 카본 나노튜브 형성 면에 간격을 두고 대향하면서, 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향을 따라 연장된다. 복수의 배출구는 가스 공급 챔버와 반응 챔버를 연통시키는 동시에, 가스 공급 챔버의 반응 가스를 반응 챔버 내의 대상물을 향하여 배출시킨다. 이 때문에, 반응 가스의 배출 시에, 각 배출구로부터 대상물의 카본 나노튜브 형성 면까지의 최단 거리 L에 대해서는 각 배출구로부터 대상물의 카본 나노튜브 형성 면까지의 최단 거리 L이 가능한 한 균형화된다. 이 때문에 동일한 카본 나노튜브 형성 면에 있어서는 그 동일한 카본 나노튜브 형성 면에 형성되는 카본 나노튜브의 성장의 불규칙성이 저감된다.
도 1은 제조 형태 1과 관련되고, 카본 나노튜브 제조 장치의 개념을 도시하는 단면도이다.
도 2는 제조 형태 1과 관련되고, 카본 나노튜브 제조 장치의 다른 방향을 따른 단면도이다.
도 3은 제조 형태 1과 관련되고, 카본 나노튜브 제조 장치의 주요부의 평면도이다.
도 4는 제조 형태 1과 관련되고, 제 1 배출구 및 제 2 배출구와 물체의 관계를 도시하는 단면도이다.
도 5는 비교예 1과 관련되고, 물체에 형성되는 카본 나노튜브의 성상을 도시하는 전자현미경 사진도이다.
도 6은 실시예 1과 관련되고, 물체에 형성되는 카본 나노튜브의 성상을 도시하는 전자현미경 사진도이다.
도 7은 실시예 2와 관련되고, 물체에 형성되는 카본 나노튜브의 성상을 도시하는 전자현미경 사진도이다.
도 8은 제조 형태 3과 관련되고, 카본 나노튜브 제조 장치의 개념을 도시하는 단면도이다.
도 9는 제조 형태 4와 관련되고, 카본 나노튜브 제조 장치의 개념을 도시하는 단면도이다.
도 10은 제조 형태 5와 관련되고, 카본 나노튜브 제조 장치가 다른 방향을 따른 단면도이다.
도 11은 제조 형태 6과 관련되고, 카본 나노튜브 제조 장치의 개념을 도시하는 단면도이다.
도 12는 제조 형태 7과 관련되고, 카본 나노튜브 제조 장치의 개념을 도시하는 단면도이다.
도 13은 실시 형태 2와 관련되고, 카본 나노튜브 디바이스의 개념을 도시하는 단면도이다.
도 14는 실시 형태 2와 관련되고, 카본 나노튜브 디바이스의 개념을 도시하는 단면도이다.
도 15a는 실시 형태 3과 관련되고, 카본 나노튜브 디바이스의 개념을 도시하는 단면도이다.
도 15b는 실시 형태 3과 관련되고, 카본 나노튜브 디바이스의 개념을 도시하는 단면도이다.
도 16은 실시 형태 4와 관련되고, 카본 나노튜브 디바이스의 개념을 도시하는 단면도이다.
도 17은 실시 형태 5와 관련되고, 카본 나노튜브 디바이스의 개념을 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명의 각 실시 형태를 설명한다.
(실시 형태 1) 개략 설명
실시 형태 1과 관련된 카본 나노튜브 디바이스는 카본 나노튜브 소자를 포함한다. 카본 나노튜브 소자는 서로 반대로 향하는 제 1 카본 나노튜브 형성 면 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면을 갖는 물체와, 물체의 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 형성된 제 1 카본 나노튜브와, 물체의 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 형성된 제 2 카본 나노튜브를 포함한다. 제 1 카본 나노튜브 및 제 2 카본 나노튜브는 물리적 성질(형상, 치수도 포함함) 및/또는 화학적 성질 등에 있어서 서로 성상이 상이하다. 여기서, 성상이란 카본 나노튜브의 길이, 직경(두께), 단위 면적당 개수, 총 개수, 카본 나노튜브의 층수(카본 나노튜브는 1층의 관 구조, 2층 등의 복층 관 구조 등이 있음), 결정성(G/D비：라만 분광 분석의 G 밴드와 D 밴드의 비), 결함량, 작용기의 종류, 작용기의 양, 밀도(카본 나노튜브 군으로서의 밀도), 중량, 이들의 분포 등 중 적어도 하나로 할 수 있다.
카본 나노튜브의 길이가 길면 일반적으로는 전극 표면적이 크고, 담지성이 좋다. 카본 나노튜브의 직경이 두꺼워지면 일반적으로는 담지성이 좋다. 카본 나노튜브의 직경이 얇으면 일반적으로는 전기 분해액의 함침성이 높아지고, 전기 분해액에 포함되는 이온 전도성이 높아진다. 카본 나노튜브의 개수가 많으면 일반적으로는 전극 표면적이 크고, 담지성이 좋다. 카본 나노튜브의 개수가 적으면 인접한 카본 나노튜브 사이의 간격이 커지고, 일반적으로는 전기 분해액의 함침성이 높아지며, 전기 분해액에 포함되는 이온 전도성이 높아진다. 카본 나노튜브의 결정성이 낮으면 그라핀 시트의 결손부에 의해 담지성이 좋아진다. 카본 나노튜브의 결정성이 높으면 그라핀 시트가 양호해지고, 도전성이 높아진다. 카본 나노튜브의 밀도가 높으면 일반적으로는 전극 표면적이 크고, 담지성이 좋다. 카본 나노튜브의 밀도가 낮으면 일반적으로는 전기 분해액의 함침성이 높아지고, 전기 분해액에 포함되는 이온 전도성이 높아진다. 카본 나노튜브의 중량이 크면 담지성이 높다. 카본 나노튜브의 분포는 담지성에 영향을 준다.
여기서, 담지성이 좋다란 카본 나노튜브에 입자 등의 기능재를 부착시키기 쉽다고 하는 것을 의미한다. 예를 들면, Li 이온 커패시터의 경우, 티탄산리튬 입자(전위 제어 입자)의 양호한 담지성에 의해 음극 전위를 낮추고, 용량 성능을 증가시킨다. 고분자형 연료 전지의 경우, 백금 입자(촉매 입자)의 양호한 담지성에 의해 전극으로의 산화 반응, 또는 환원 반응을 촉진시키고, 출력 성능을 증가시킨다.
이와 같이 제 1 카본 나노튜브 및 제 2 카본 나노튜브로 성상을 변경시키기 위해서는 기판 등의 물체의 표면 거칠기, 물체의 제 1 카본 나노튜브 형성 면 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 담지되는 촉매 담지량, 촉매 조성, 촉매 밀도, 촉매의 직경, 반응 가스의 단위 시간당 유량, 제 1 카본 나노튜브 형성 면과 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 있어서의 반응 가스의 유량비, 유속, 반응 가스 종류, 반응 가스의 온도, 반응 가스의 유동 방향, 반응 가스 도입구의 크기·피치, 제 1 카본 나노튜브 형성 면과 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 있어서의 온도, 가열원의 출력 등의 요인 중 적어도 하나를 변경시키는 것이 바람직하다. 물체의 온도 및/또는 반응 가스의 온도를 상대적으로 저하시키면, 그라핀 시트(복수의 탄소 원자가 결합하여 형성하는 망)에 있어서의 결손부를 상대적으로 증가시키고, 카본 나노튜브의 결정성을 상대적으로 저하시킬 수 있다. 제조시에 기판에 유지되는 촉매의 입경을 조정하면, 카본 나노튜브의 직경을 조정시키거나 카본 나노튜브의 층수를 조정시키거나 할 수 있다. 카본 나노튜브의 밀도는 카본 나노튜브의 층수, 및/또는 단위 면적당 카본 나노튜브의 개수에 영향을 받기 쉽다. 층수 및/또는 개수가 증가하면, 밀도가 증가한다. 카본 나노튜브의 중량은 카본 나노튜브의 밀도 및/또는 카본 나노튜브의 길이에 영향을 받기 쉽다. 밀도가 높고, 길이가 길면 카본 나노튜브의 중량은 증가한다.
예를 들면 도 13, 도 14, 도 16에 도시된 바와 같이, 인접한 두 개의 카본 나노튜브 소자의 제 1 카본 나노튜브끼리가 대향하는 동시에, 인접한 두 개의 카본 나노튜브 소자의 제 2 카본 나노튜브끼리가 대향하는 배치로 되도록 복수의 카본 나노튜브 소자는 나란히 배치될 수 있다.
또한, 도 15, 도 17에 도시된 바와 같이, 인접한 두 개의 카본 나노튜브 소자의 제 1 카본 나노튜브 및 제 2 카본 나노튜브가 서로 대향하는 배치로 되도록 복수의 카본 나노튜브 소자는 나란히 배치될 수 있다. 디바이스가 전기 부품 또는 전자 부품인 경우에는 물체는 도전성을 갖는 것이 바람직하고, 동, 구리 합금, 강철, 강철 합금(스테인리스 강도 포함함), 티탄, 티탄 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금이 예시된다. 디바이스가 전기 부품이 아닌 경우에는 도전성을 갖지 않는 경우이어도 바람직하다. 이러한 카본 나노튜브 디바이스로서는 커패시터에 한정하지 않고, 연료 전지, 리튬 전지, 태양 전지, 금속-공기 전지 등의 디바이스에 대해서도 적용할 수 있다. 본 실시 형태에 따르면, 서로 성상이 다른 제 1 카본 나노튜브 및 제 2 카본 나노튜브를 탑재하고, 디바이스의 특성을 하이브리드화시키는데 유리한 신규 카본 나노튜브 디바이스를 제공할 수 있다.
(실시 형태 2) 길이가 상이한 CNT의 병렬 접속
도 13 및 도 14는 실시 형태 2와 관련된 카본 나노튜브 디바이스를 도시한다. 카본 나노튜브 디바이스는 전하를 축전하는 커패시터를 구성하고, 길이가 상이한 CNT를 병렬 접속시키도록 복수 개의 카본 나노튜브 소자(108)를 조립하여 구성된다. 도 14에 도시된 바와 같이, 단수의 카본 나노튜브 소자(108)는 (i) 서로 반대로 향하는 평탄한 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)을 갖는 물체(1)(대상물)와, (ii) 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 돌출되도록 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 거의 수직으로 연장하도록 평행하게 형성된 다수의 제 1 카본 나노튜브(101)와, (iii) 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 돌출되도록 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 거의 수직으로 연장하도록 평행하게 형성된 다수의 제 2 카본 나노튜브(102)를 포함한다. 이와 같은 카본 나노튜브 소자(108)는 전기 분해액(205)과 함께 케이스(200)에 밀폐된다. 전기 분해액(205)으로서는 커패시터로 이용되는 공지의 전기 분해액을 채용할 수 있다.
물체(1)는 판 형상을 이루고, 강철, 강철 합금, 동, 구리 합금 등의 도전성 금속으로 형성되며, 도전성을 갖는다. 제 1 카본 나노튜브(101)(CNT) 및 제 2 카본 나노튜브(102)(CNT)는 길이를 제외하고 기본적으로는 동일 성상이다. 다만, 제 1 카본 나노튜브(101)의 길이는 제 2 카본 나노튜브(102)의 길이보다 길다. 길이가 긴 제 1 카본 나노튜브(101)는 표면적이 크고, 물질을 담지시키는 담지량도 크다. 길이가 짧은 제 2 카본 나노튜브(102)는 이온 전도도를 향상시킨 전극을 실현할 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 카본 나노튜브 소자(108)는 화살표 EA 방향을 따라 복수개 나란히 배치된다. 도 13에 도시된 카본 나노튜브 소자(108)는 공통의 물체(1)에 형성된 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)를 양극측으로 하는 복수개의 양극용 카본 나노튜브 소자(108p)와, 공통의 물체(1)에 형성된 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)를 음극측으로 하는 복수개의 음극용 카본 나노튜브 소자(108n)로 구성된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 복수개의 양극용 카본 나노튜브 소자(108p)의 물체(1)는 제 1 전기적 도통로(1f)에 의해 전기적으로 양극측(＋)에 접속된다. 복수개의 음극용 카본 나노튜브 소자(108n)의 물체(1)는 제 2 전기적 도통로(1s)에 의해 음극측(－)에 전기적으로 접속된다.
본 실시 형태에 따르면, 도 13에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 두 개의 카본 나노튜브 소자(108)에 따르면, 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)가 분리기(separator)(300f, 300s)를 통하여 대칭적으로 배치된다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 서로 인접한 두 개의 카본 나노튜브 소자(108)(108n, 108p)에 따르면, 서로 인접한 물체(1)는 서로 상이한 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 서로 인접한 소자(108)(108n, 108p)는 다른 전극에 전기적으로 각각 연결될 수 있다. 그리고, 소자(108n)의 제 1 카본 나노튜브(101)(음극)와, 소자(108n)에 인접한 소자(108p)의 제 1 카본 나노튜브(101)(양극)가 분리기(300f)를 통하여 서로 대향된다. 유사하게, 소자(108p)의 제 2 카본 나노튜브(102)(양극)와 소자(108p)에 인접한 소자(108n)의 제 2 카본 나노튜브(102)(음극)가 분리기(300s)를 통하여 서로 대향된다.
따라서, 도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 소자(108)가 나란히 배치되는 방향(화살표 EA 방향)에 있어서, 제 1 카본 나노튜브(101), 제 1 카본 나노튜브(101), 제 2 카본 나노튜브(102), 제 2 카본 나노튜브(102), 제 1 카본 나노튜브(101), 제 1 카본 나노튜브(101), 제 2 카본 나노튜브(102), 제 2 카본 나노튜브(102)……의 순서로 배치된다. 환언하면, 도 13, 도 14에 도시된 바와 같이, 동일 성상(기본적으로는 동일 길이)의 제 1 카본 나노튜브(101, 101)끼리가 분리기(300f)를 통하여 상이한 전극끼리로 하여 대향된다. 동일 성상(기본적으로는 동일 길이)의 제 2 카본 나노튜브(102, 102)끼리가 분리기(300s)를 통하여 상이한 전극끼리로 하여 대향된다. 환언하면, 인접한 상이한 전극끼리의 소자(108n, 108p)에 있어서, 동일 성상(동일 길이)으로 또한 서로 상이한 전극의 제 1 카본 나노튜브(101, 101)끼리가 분리기(300f)를 통하여 대향된다. 인접한 상이한 전극끼리의 소자(108n, 108p)에 있어서, 동일 성상(동일 길이) 또한 서로 상이한 전극끼리의 제 2 카본 나노튜브(102, 102)끼리가 분리기(300s)를 통하여 대향된다. 이와 같이 길이가 상이한 카본 나노튜브(101, 102)의 병렬 접속이 형성된다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 카본 나노튜브(101)의 길이는 제 2 카본 나노튜브(102)의 길이보다 길게 된다. 길이가 긴 제 1 카본 나노튜브(101)끼리는 제 1 분리기(300f)를 통하여 서로 대향되고, 표면적이 상대적으로 크기 때문에, 고용량 단일 셀을 구성한다. 이에 반하여, 길이가 짧은 제 2 카본 나노튜브(102)끼리는 제 2 분리기(300s)를 통하여 서로 대향되고, 전기 저항이 낮기 때문에, 고출력 단위 셀을 구성한다. 또한, 분리기(300f, 300s)는 전기 분해액에 용해되는 음이온 및 양이온의 투과성을 갖는 동시에 높은 전기 절연성을 갖는다.
이와 같은 본 실시 형태에 따르면, 짧은 카본 나노튜브(저저항)에 의한 고출력 단위 셀과 긴 카본 나노튜브(고 표면적)에 의한 고용량 단위 셀을 병렬 적층시키기 때문에, 셀 레벨에서 출력 기능과 용량 기능의 쌍방을 하이브리드화시킬 수 있다. 즉, 도 14에 도시된 바와 같이, 고출력 기능을 갖는 카본 나노튜브 소자(108)와 고용량 기능을 갖는 카본 나노튜브 소자(108)를 하이브리드화시킬 수 있다. 이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 서로 성상이 상이한 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)를 탑재하고, 디바이스의 특성을 하이브리드화시키는데 유리한 신규 카본 나노튜브 디바이스를 제공할 수 있다. 통상 부하시는 고용량 셀로부터 방전하고, 고부하시는 고출력 셀로부터 방전하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 따르면, 물체(1)의 면 방향에 대하여 거의 수직 방향을 따라 반응 가스를 유동시키는 방법으로 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)를 형성하여도 바람직하다. 또는 물체(1)의 면 방향을 따라 반응 가스를 유동시키는 방법으로 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)를 형성하여도 바람직하다.
(실시 형태 3) 결정성이 상이한 CNT의 직렬 접속
도 15a, 도 15b는 실시 형태 3과 관련된 카본 나노튜브 디바이스를 도시한다. 카본 나노튜브 디바이스는 전하를 축전하는 커패시터를 구성하고, 복수개의 카본 나노튜브 소자(108)를 조립하여 구성된다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 카본 나노튜브 소자(108)는 (i) 서로 반대로 향하는 평탄한 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)을 갖는 물체(1)와, (ii) 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 돌출되도록 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 거의 수직으로 연장하도록 형성된 제 1 카본 나노튜브(101)와, (iii) 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 돌출되도록 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 거의 수직으로 연장하도록 형성된 제 2 카본 나노튜브(102)를 포함한다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 인접한 카본 나노튜브 소자(108)에 대해서는 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)는 도면에 생략된 분리기를 통하여, 서로 비대칭적 배치로서 배치된다.
따라서, 인접한 카본 나노튜브 소자(108)에 대해서는 성상이 상이하고 서로 상이한 전극끼리의 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)는 도면에 생략된 분리기를 통하여 직렬적으로 배치된다. 이와 같이 결정성이 상이한 카본 나노튜브의 직렬 접속이 형성된다. 따라서, 도 15a에 도시된 바와 같이, 복수의 소자(108)가 나란히 배치되는 방향(화살표 EA 방향)에 있어서, 제 2 카본 나노튜브(102), 제 1 카본 나노튜브(101), 제 2 카본 나노튜브(102), 제 1 카본 나노튜브(101), 제 2 카본 나노튜브(102), 제 1 카본 나노튜브(101)의 순서로 배치된다. 도 15b에 도시된 바와 같이, 카본 나노튜브 소자(108)는 복수개 나란히 배치된다. 도 15b에 도시된 카본 나노튜브 소자(108)는 공통의 물체(1)에 형성된 제 1 카본 나노튜브(101)를 음극으로 하고, 제 2 카본 나노튜브(102)를 양극으로 한다. 복수개의 카본 나노튜브 소자(108)를 케이스(200)의 내부에서 직렬 접속함으로써 높은 기전력을 유도하는 것이 가능하다.
물체(1)는 기판을 형성하는 판 형상을 이루고, 강철, 강철 합금, 동, 구리 합금, 티탄, 티탄 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등의 도전성 금속으로 형성되며, 도전성을 나타낸다. 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)는 기본적으로는 동일 성상이다. 다만, 제 1 카본 나노튜브(101)의 결정성은 제 2 카본 나노튜브(102)의 결정성보다 낮다. 이와 같이 제 1 카본 나노튜브(101)는 저결정성을 갖는다. 저결정성의 편이 카본 나노튜브를 구성하는 관 형상의 그라핀 시트의 결손부가 많고, 전위 제어 입자의 담지성이 높다고 생각할 수 있다. 고결정성의 편이 카본 나노튜브를 구성하는 관 형상의 그라핀 시트의 결손부가 적고, 높은 도전성을 얻을 수 있다. 이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 고결정성의 카본 나노튜브 양극(도전성 목적)과 저결정성 카본 나노튜브 음극을 한 면씩 형성시킴으로써, 고출력 및 고용량화를 양립시킬 수 있다. 특히 리튬 이온 커패시터에 적용한 경우에는 고결정성 카본 나노튜브 양극(도전성 목적)과 저결정성 카본 나노튜브 음극을 한 면씩 형성시킴으로써, 고출력 및 고용량화를 양립시킬 수 있다. 더욱이, 본 제조 형태에 의해 카본 나노튜브 양극과 카본 나노트뷰 음극이 동시 형성됨으로써 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 본 실시 형태에 따르면, 제 1 카본 나노튜브(101)의 결정성은 제 2 카본 나노튜브(102)의 결정성보다 낮지만, 반대로 하여도 바람직하다. 도 15a에 있어서, 케이스(200), 전기 분해액(205)은 도면에 생략된다.
(실시 형태 4) 결정성이 상이한 CNT의 병렬 접속
도 16은 실시 형태 4와 관련된 카본 나노튜브 디바이스를 도시한다. 카본 나노튜브 디바이스는 전하를 축전하는 커패시터를 구성하고, 복수개의 카본 나노튜브 소자(108)를 조립하여 구성된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 카본 나노튜브 소자(108)는 (i) 서로 반대로 향하는 평탄한 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)을 갖는 물체(1)와, (ii) 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 돌출되도록 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 거의 수직으로 연장하도록 형성된 제 1 카본 나노튜브(101)와, (iii) 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 돌출되도록 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 거의 수직으로 연장하도록 형성된 제 2 카본 나노튜브(102)를 포함한다.
본 실시 형태에서는 도 16에 도시된 바와 같이, 인접한 카본 나노튜브 소자(108)에 대하여, 저결정성의 제 1 카본 나노튜브(101) 및 고결정성의 제 2 카본 나노튜브(102)는 도면에 생략된 분리기를 통하여 서로 대칭적 배치로서 배치된다. 따라서, 도 16에 도시된 바와 같이, 소자(108)의 나란한 배치 방향(화살표 EA 방향)에 있어서, 제 2 카본 나노튜브(102), 제 1 카본 나노튜브(101), 제 1 카본 나노튜브(101), 제 2 카본 나노튜브(102), 제 2 카본 나노튜브(102)……의 순서로 배치된다. 이 때문에 도 16에 도시된 바와 같이, 저결정성의 제 1 카본 나노튜브(101, 101)끼리가 대향되고, 고결정성의 제 2 카본 나노튜브(102, 102)끼리가 대향된다. 저결정성의 제 1 카본 나노튜브(101)는 일반적으로 표면적이 크다.
이에 반하여, 고결정성의 제 2 카본 나노튜브(102)는 양호한 통 형상의 그라핀 시트를 형성하기 때문에, 상대적으로 도전성 좋다. 이 때문에, 도 16에 도시된 바와 같이, 저결정성의 제 1 카본 나노튜브(101)끼리가 대향되고, 고결정성의 제 2 카본 나노튜브(102)끼리가 대향되도록 적층하고, 병렬 접속함으로써 고출력 기능과 고용량 기능을 하이브리드화시킬 수 있다. 이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 결정성에 대해 서로 성상이 상이한 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)를 탑재하고, 디바이스의 특성을 하이브리드화시키는데 유리한 신규 카본 나노튜브 디바이스를 제공할 수 있다. 본 실시 형태에 따르면, 제 1 카본 나노튜브(101)의 결정성은 제 2 카본 나노튜브(102)의 결정성보다 낮지만, 반대로 하여도 바람직하다. 도 16에 있어서, 케이스(200), 전기 분해액(205)은 도면에 생략된다.
(실시 형태 5) 두께가 상이한 CNT의 직렬 접속
도 17은 실시 형태 5와 관련된 카본 나노튜브 디바이스를 도시한다. 직경이 크고 두꺼운 제 1 카본 나노튜브(101)는 일반적으로 담지성이 좋기 때문에, 티탄산리튬 입자 등의 입자를 담지함으로써 음극으로서 기능하기 쉽다. 이에 반하여, 직경이 작고 얇은 제 2 카본 나노튜브(102)는 상대적으로 전기 분해액의 함침성이 좋고, 이온 전도가 우수한 양극으로서 사용 가능하다. 도 17에 도시된 바와 같이, 두꺼운 제 1 카본 나노튜브(101)와 얇은 제 2 카본 나노튜브(102)가 대향하도록 적층하고, 직렬 접속함으로써 높은 기전력의 커패시터를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 인접한 카본 나노튜브 소자(108)에 대하여, 두꺼운 제 1 카본 나노튜브(101) 및 얇은 제 2 카본 나노튜브(102)는 도면에 생략된 분리기를 통하여 서로 비대칭적 배치로서 배치된다. 따라서, 도 17에 도시된 바와 같이, 소자(108)의 나란한 배치 방향(화살표 EA 방향)에 있어서, 얇은 제 2 카본 나노튜브(102), 두꺼운 제 1 카본 나노튜브(101), 얇은 제 2 카본 나노튜브(102), 두꺼운 제 1 카본 나노튜브(101), 얇은 제 2 카본 나노튜브(102)……의 순서로 배치된다. 본 실시 형태에 따르면, 제 1 카본 나노튜브(101)의 결정성은 제 2 카본 나노튜브(102)의 결정성보다 낮지만, 반대로 하여도 바람직하다. 도 16에 있어서, 케이스(200), 전기 분해액(205)은 도면에 생략된다.
(제조 방법의 예시)
상기한 성상이 상이한 카본 나노튜브를 갖는 카본 나노튜브 소자(108)를 형성하는 동안, 다음의 제조 방법을 예시할 수 있다.
(i) 카본 나노튜브를 형성하기 위한 카본 나노튜브 형성 면을 갖는 물체(대상물)를 준비하는 동시에, 물체를 수용하기 위한 반응 챔버와, 반응 챔버에 수용되는 물체의 카본 나노튜브 형성 면에 간격을 두고 대향하면서 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향을 따라 연장된 가스 공급 챔버와, 가스 공급 챔버와 반응 챔버를 연통시키는 동시에 가스 공급 챔버의 반응 가스를 반응 챔버로 배출시키는 복수의 배출구를 포함하는 가스 통로 형성 부재와, 물체의 카본 나노튜브 형성 면, 가스 통로 형성 부재, 반응 가스 중 적어도 하나를 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시키는 가열원을 준비하는 준비 공정을 실시한다. 다음으로, (ii) 물체의 카본 나노튜브 형성 면, 가스 통로 형성 부재, 반응 가스 중 적어도 하나를 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시킨 상태에서, 반응 가스를 상기 가스 공급 챔버로 공급함으로써, 반응 챔버 내의 물체의 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향에 대하여 교차하는 방향을 따라 가스 공급 챔버의 반응 가스를 배출구로부터 물체의 카본 나노튜브 형성 면으로 향하여 배출시키고, 물체의 카본 나노튜브 형성 면에 카본 나노튜브를 형성하는 카본 나노튜브 형성 공정을 실시한다.
이러한 제조 방법에 있어서, 바람직하게는, 반응 가스의 배출 시에, 배출구로부터 물체의 공통의 카본 나노튜브 형성 면까지의 최단 거리 L을 100으로 하여 상대 표시하는 경우, 각 배출구에 걸쳐 최단 거리는 75~125의 범위 내로 설정되고, 각 배출구로부터 물체의 카본 나노튜브 형성 면까지의 최단 거리 L이 균형화된다. 이러한 경우, 제 1 카본 나노튜브의 전체의 불규칙성이 저감된다. 유사하게, 제 2 카본 나노튜브의 불규칙성이 저감된다.
바람직하게는, 물체의 카본 나노튜브 형성 면은 제 1 카본 나노튜브 형성 면과 제 2 카본 나노튜브 형성 면을 갖고, 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 카본 나노튜브를 형성하는 제 1 조작과, 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 카본 나노튜브를 형성하는 제 2 조작을 독립으로 제어한다. 이러한 경우, 제 1 조작 및 제 2 조작을 각각 독립으로 제어하면, 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 제 1 조작에 의해 형성되는 카본 나노튜브의 성상과, 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 제 2 조작에 의해 형성되는 카본 나노튜브의 성상을 변경시킬 수 있다. 또한, 제 1 조작 및 제 2 조작은 동시에 실시되는 것이 생산상 바람직하지만, 시간적으로 중복하지 않도록 시간적으로 변경하여 실시하여도 바람직하다. 더욱이, 제 1 조작 및 제 2 조작은 시간적으로 일부 중복시키면서 시간을 변경하여 실시하여도 바람직하다.
바람직하게는 복수의 배출구의 중심선으로부터 물체를 향하여 연장하는 연장선은 물체의 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향에 대하여 소정 각도(도 4에 도시되는 θ1, θ2에 상당, θ1,θ2 = 70~110°) 이내에서 교차하도록 설정된다. 이러한 경우, 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 있어서, 제 1 카본 나노튜브의 전체의 불규칙성이 저감된다. 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 있어서, 제 2 카본 나노튜브의 전체의 불규칙성이 저감된다.
바람직하게는, (a) 물체의 카본 나노튜브 형성 면은 서로 상이한 위치(예를 들면, 물체를 기판으로 한 경우의 표면, 이면, 또는 측면)에 설치된 제 1 카본 나노튜브 형성 면과 제 2 카본 나노튜브 형성 면을 포함하고, (b) 대향 벽은 물체의 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 제 1 간격을 두고 대향하는 제 1 대향 벽과, 물체의 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 제 2 간격을 두고 대향하는 제 2 대향 벽을 포함하며, (c) 배출구는 제 1 대향 벽에 형성된 제 1 배출구와, 제 2 대향 벽에 형성된 제 2 배출구를 포함하고, (d) 가스 공급 챔버는 제 1 가스 공급원에 연결되는 동시에 제 1 배출구와 연통하는 제 1 가스 공급 챔버와, 제 2 가스 공급원에 연결되는 동시에 제 2 배출구와 연통하는 제 2 가스 공급 챔버를 포함하며, (e) 가열원은 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 카본 나노튜브를 형성하는 제 1 반응 가스, 물체의 제 1 카본 나노튜브 형성 면, 제 1 가스 공급 챔버 중 적어도 하나를 제 1 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시키는 제 1 가열원과, 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 카본 나노튜브를 형성하는 제 2 반응 가스, 물체의 제 2 카본 나노튜브 형성 면, 제 2 가스 공급 챔버 중 적어도 하나를 제 2 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시키는 제 2 가열원을 포함한다.
이러한 경우, 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 카본 나노튜브를 형성하는 제 1 조작과, 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 카본 나노튜브를 형성하는 제 2 조작을 독립으로 제어할 수 있다.
이러한 경우, 제 1 조작 및 제 2 조작을 각각 독립으로 제어하면, 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 제 1 조작에 의해 형성되는 카본 나노튜브의 성상과, 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 제 2 조작에 의해 형성되는 카본 나노튜브의 성상을 용이하게 변경시킬 수도 있다. 제 1 조작 및 제 2 조작은 상술한 바와 같이 시간적으로 동시에 실시하여도 바람직하고, 시간적으로 변경하여 실시하여도 바람직하다.
바람직하게는, 카본 나노튜브를 형성하는 동안, 물체의 일단측을 한 쌍의 제 1 설치부 사이에 끼우는 동시에, 물체의 타단측을 한 쌍의 제 2 설치부 사이에 끼울 수 있다. 그리고 제 1 설치부와 제 2 설치부를 물체의 면 방향을 따라 상대적으로 서로 멀어지는 방향으로 변위시킴으로써, 물체의 면 방향으로 장력을 주어 물체의 과도한 휨 변형이 억제된다. 이러한 경우, 단위 시간당에 대하여, 제 1 배출구로부터 배출시키는 제 1 반응 가스의 단위 시간당 유량과, 제 2 배출구로부터 배출시키는 제 2 반응 가스의 단위 시간당 유량이 동등하지 않은 경우에도, 물체의 카본 나노튜브 형성 면이 물체의 두께 방향으로 변위하는 것이 억제된다. 이와 같이, 물체의 면 방향으로 장력을 주어 카본 나노튜브를 물체에 형성할 수도 있다. 바람직하게는 가스 통로 형성 부재의 가스 배출 통로의 출구는 물체의 측단면에 대향하는 위치에 배치된다. 이러한 경우, 물체의 카본 나노튜브 형성 면에 접촉한 반응 가스는 카본 나노튜브를 형성시킨 후에 신속하게 가스 배출 통로로부터 배출시킬 수 있다. 이 때문에 카본 나노튜브를 형성한 후의 반응이 끝난 가스가 반응 챔버에 잔류하는 것이 억제된다. 이러한 경우, 양호한 카본 나노튜브의 형성에 공헌할 수 있다.
카본 나노튜브 형성 반응에 있어서는, 탄소원 및 프로세스 조건은 특별히 한정되는 것은 아니다. 카본 나노튜브를 형성시키는 탄소를 공급시키는 탄소원으로서 알칸, 알켄, 알킨 등의 지방족 탄화수소, 알코올, 에테르 등의 지방족 화합물, 방향족 탄화수소 등의 방향족 화합물이 예시된다. 따라서, 탄소원으로서 알코올계의 원료 가스, 탄화수소계의 원료 가스를 이용하는 CVD법(열 CVD, 플라즈마 CVD, 원격 플라스마 CVD법 등 )이 예시된다. 알코올계의 원료 가스로서는 메틸 알코올, 에틸 알코올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥사놀 등의 가스가 예시된다. 더욱이, 탄화수소계의 원료 가스로서는 메탄 가스, 에탄 가스, 아세틸렌 가스, 프로판 가스 등이 예시된다.
(제조 형태 1)
도 1~도 4는 제조 형태 1을 도시한다. 카본 나노튜브를 형성하기 위한 물체(1)(대상물)는 서로 반대로 향하는 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)과, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)을 갖는다. 카본 나노튜브 제조 장치는 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 제 1 카본 나노튜브를 형성하고, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 제 2 카본 나노튜브를 형성한다. 여기서, 도 1~도 3에 도시된 바와 같이, 물체(1)는 평평한 기판 형상을 이루고, 서로 반대로 향하는 2 차원적으로 연장된 평탄한 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)과, 2 차원적으로 나란히 배치된 평탄한 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)을 갖는다. 물체(1)의 재질은 특별히 한정되지 않고, 실리콘, 금속 등이 예시된다. 금속으로서는 강철, 티탄, 동, 알루미늄, 강철 합금(스테인리스 강을 포함함), 티탄 합금, 구리 합금, 알루미늄 합금 등이 예시된다. 도 3으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)은 2 차원 방향으로 연장하는 평탄 형상으로 되고, 한 방향인 X 방향(길이 방향)과 이것에 교차(직교)하는 것 다른 방향인 Y 방향(폭 방향)으로 연장한다.
물체(1)의 카본 나노튜브 형성 면(11, 12)에는 촉매가 존재하고 있는 것이 바람직하다. 촉매로서는 통상 전이 금속이 이용된다. 특히, V~Ⅷ족의 금속이 바람직하다. 카본 나노튜브 집합체의 밀도의 목표치 등에 따라, 예를 들면, 강철, 니켈, 코발트, 몰리브덴, 동, 크롬, 바나듐, 니켈 바나듐, 티탄, 백금, 팔라듐, 로듐, 루테늄, 은, 금, 이들의 합금이 예시된다. 촉매는 A－B계의 합금인 것이 바람직하다. 여기서, A는 강철, 코발트, 니켈 중 적어도 1종이며, B는 티탄, 바나듐, 지르코늄, 니오븀, 하프늄, 탄탈 중 적어도 1종인 것이 바람직하다. 이러한 경우, 강철-티탄계 합금, 강철-바나듐계 합금 중 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 코발트-티탄계 합금, 코발트-바나듐계 합금, 니켈-티탄계 합금, 니켈-바나듐계 합금, 강철-지르코늄계 합금, 강철-니오븀계 합금을 예를 들 수 있다. 강철-티탄계 합금의 경우에는 질량비로 티탄이 10%이상, 30%이상, 50%이상, 70%이상(잔부는 강철), 90%이하가 예시된다. 강철-바나듐계 합금의 경우에는 질량비로 바나듐이 10%이상, 30%이상, 50%이상, 70%이상(잔부는 강철), 90%이하가 예시된다.
도 1에 도시된 장치 본체(2)(베이스 바디)는 카본 나노튜브 제조 장치의 베이스 바디를 이룬다. 반응 가스를 공급하는 가스 통로 형성 부재(3)가 장치 본체(2)에 설치된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 통로 형성 부재(3)는 물체(1)를 수용하는 용적을 갖는 반응 챔버(30)와, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 제 1 간격 E1(최단 간격)을 두고 대향하는 제 1 대향 벽(31)과, 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 제 2 간격 E2를 두고 대향하는 제 2 대향 벽(32)을 포함한다. E1=E2, 또는 E1≒E2(예를 들면, E1/E2 = 0.85 ~ 1.15)로 될 수 있다. 다만, 경우에 따라서는 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)에 대하여, 성상(카본 나노튜브의 길이, 직경, 단위 면적당 개수, 층수, 결정성, 결함량, 작용기의 종류, 작용기의 양, 밀도, 중량, 분포 등 중 적어도 하나)을 변화시키는 경우에는 E1＜E2로 하여도 바람직하고, E1＞E2로 하여도 바람직하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 대향 벽(31)은 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 거의 평행으로 되고, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)이 연장하는 제 1 면 방향(화살표 S1 방향)을 따라 2차원적으로 연장되며, 상기한 X 방향 및 Y 방향으로 연장된다. 이러한 경우, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성하는 제 1 카본 나노튜브(101)의 전체에 대하여 불규칙성을 억제시키는데 유리하다. 제 2 대향 벽(32)은 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 거의 평행으로 되고, 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)이 연장하는 제 2 면 방향(화살표 S2 방향)에 따라 2차원적으로 연장되며, 상기한 X 방향 및 Y 방향으로 연장된다. 이러한 경우, 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성하는 제 2 카본 나노튜브(102)의 전체에 대하여 불규칙성을 저감시키는데 유리하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 가스 통로 형성 부재(3)는 제 1 대향 벽(31)을 두께 방향으로 관통하도록 형성된 복수의 제 1 배출구(41)와, 제 2 대향 벽(32)을 두께 방향으로 관통하도록 형성된 복수의 제 2 배출구(42)와, 제 1 대향 벽(31)을 이용하여 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)이 연장하는 제 1 면 방향(S1 방향)에 따라 연장되며, 또한 제 1 배출구(41)와 연통하는 제 1 가스 공급 챔버(51)와, 제 2 대향 벽(32)을 이용하여 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)이 연장하는 제 2 면 방향(S2 방향)에 따라 연장되며, 또한 제 2 배출구(42)와 연통하는 제 2 가스 공급 챔버(52)와, 반응 챔버(30)에 이것의 제 1 출구(38)를 통하여 연통하는 제 1 가스 배출 통로(33)(도 2 참조)와, 반응 챔버(30)에 이것의 제 2 출구(39)를 통하여 연통하는 제 2 가스 배출 통로(34)(도 2 참조)를 포함한다. 제 1 배출구(41)는 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 대향된다. 제 2 배출구(42)는 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 대향된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 가스 공급 챔버(51)는 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 대향하도록 형성되고, 상자 형상 통로로 되며, 물체(1)의 폭 치수 D2보다 큰 폭 치수 D20을 갖는다. 제 2 가스 공급 챔버(52)는 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 대향하도록 형성되고, 상자 형상 통로로 되며, 물체(1)의 폭 치수 D2보다 큰 폭 치수 D20을 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상자 형상 통로는 2차원 방향(X 방향, Y 방향)으로 연장된 편평한 상자 형상 통로로 된다. 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 제 1 반응 가스를 가능한 한 수직으로 또한 균일하게 분사하고, 제 1 카본 나노튜브(101)를 가능한 한 균일하게 형성하기 위해서이다. 또한, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 제 2 반응 가스를 가능한 한 수직으로 또한 균일하게 분사하고, 제 2 카본 나노튜브(102)를 가능한 한 균일하게 형성하기 위해서이다.
또한, 제 1 가스 공급 챔버(51)의 유로 횡단면적을 SA1로 하고, 제 2 가스 공급 챔버(52)의 유로 횡단면적을 SA2로 한 경우, SA1=SA2, SA1≒SA2로 할 수 있다. 경우에 따라서는 제 1 카본 나노튜브와 제 2 카본 나노튜브에 있어서의 성상을 변경시키기 위해, SA1/SA2 = 0.8~1.2의 범위, 또는 0.9~1.1의 범위로 할 수 있다. 다만, 이것에 한정되지 않는다. 본 제조 형태에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 가스 공급 챔버(51)는 물체(1)의 상측에, 제 2 가스 공급 챔버(52)는 물체(1)의 하측에 배치된다.
복수의 제 1 배출구(41)는 지그재그 배열로 거의 균등 간격으로 제 1 대향 벽(31)의 거의 전면(주변부를 제외함)에 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 제 1 반응 가스를 가능한 한 균일하게 분사할 수 있고, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101)의 전체의 불규칙성 저감에 공헌할 수 있다. 또한, 지그재그 배열로 한정되는 것은 아니고, 제 1 카본 나노튜브(101)의 전체의 불규칙성 저감에 공헌가능한 한, 요컨대, 복수의 제 1 배출구(41)가 제 1 대향 벽(31)에 있어서 산란 형상으로 형성되면 바람직하다. 유사하게, 복수의 제 2 배출구(42)가 지그재그 배열로 거의 균등 간격으로 제 2 대향 벽(32)에 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성되는 제 2 카본 나노튜브(102)의 불규칙성 저감에 공헌할 수 있다. 또한, 지그재그 배열로 한정되는 것은 아니다.
도 4로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 제 1 배출구(41)는 물체(1)의 크기 등에도 따르지만, 내경 DW1(예를 들면 0.2~8 밀리미터, 0.3~5 밀리미터)의 원형 형상의 구멍으로 형성할 수 있다. 가장 인접한 제 1 배출구(41)의 중심축선 P1 사이의 피치를 PA1로 하고, 제 1 배출구(41)의 내경을 DW1로 하면, 피치 PA1=DW1×α1로 할 수 있다. α1로서는 2~50의 범위 내, 3~25의 범위 내가 예시된다. 다만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 제 2 배출구(42)의 내경 DW2에 대해서도, 제 2 배출구(42)의 중심축선 P2 사이의 피치 PA2에 대해서도 동일하다. 또한, 대면적의 물체의 면 내에 균일하게 원료 가스를 도입하기 위해서 가스 공급의 떨어진 위치만큼 피치를 작게 하거나, 구멍 직경을 크게 하여도 바람직하다.
본 제조 형태에 따르면, 물체(1)의 두께를 도시하는 단면도인 도 4로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 복수의 제 1 배출구(41)의 중심축선 P1로부터 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)을 향하여 연장하는 연장선 PK1은 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)이 연장하는 제 1 면 방향(S1 방향)에 대하여 제 1 소정 각도θ1(θ1=70~110°) 이내에서, 구체적으로 θ1=85~95° 이내에서 교차하도록 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 제 2 배출구(42)의 중심축선 P2로부터 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)을 향하여 연장하는 연장선 PK2는 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)이 연장하는 제 2 면 방향(S2 방향)에 대하여 제 2 소정 각도 θ2(θ2=70~110°) 이내에서, 구체적으로 θ2=85~95° 이내에서 교차하도록 설정되는 것이 바람직하다. 양호한 카본 나노튜브를 형성시키기 위해서는 θ1 및 θ2는 88~92°, 특히 90°로 하여도 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 가스 통로 형성 부재(3)에 있어서, 제 1 대향 벽(31) 및 제 2 대향 벽(32)은 제 1부벽(61) 및 제 2부벽(62)에 의해 서로 연결된다. 반응 챔버(30)의 제 1 출구(38)는 물체(1)의 한쪽의 측단면(14)에 근접하면서 대향하도록 제 1부벽(61)에 형성된다. 반응 챔버(30)의 제 2 출구(39)는 물체(1)의 다른 한쪽의 측단면(15)에 근접하면서 대향하도록 제 2부벽(62)에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 물체(1)의 두께 TA가 비교적 두꺼운 경우에는, 제 1 출구(38)와 측단면(14)의 거리를 M1로 하고, 제 2 출구(39)와 측단면(15)의 거리를 M2로 하며, 물체(1)의 두께를 TA로 한 경우, M1은 (0.3~7)×TA, 또는 (0.5~5)×TA로 하는 것이 예시된다. 다만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 제 1부벽(61)의 두께를 TE로 하는 경우에는 M1은 (0.3~7)×TE, 또는 (0.5~5)×TE로 하는 것이 예시된다. 다만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 제 1 출구(38)는 물체(1)의 측단면(14)에 대향하면서 근접한다. 이 때문에 카본 나노튜브(101, 102)를 형성시킨 반응 가스를 제 1 출구(38)로부터 신속하게 제 1 가스 배출 통로(33)로 배출시키는데 유리하다. 유사하게, M2는 (0.3~5)×TA, 또는 (0.5~2)×TA로 하는 것이 예시된다. 이러한 경우, 제 2 출구(39)는 물체(1)의 측단면(15)에 대향하면서 근접한다. 이 때문에 카본 나노튜브(101, 102)를 형성시킨 반응 가스를 제 2 출구(39)로부터 신속하게 제 2 가스 배출 통로(34)로 배출시키는데 유리하다.
여기서, 제 1 카본 나노튜브(101)와 제 2 카본 나노튜브(102)에 대하여, M1=M2, 또는 M1≒M2이어도 바람직하고, M1＜M2, M1＞M2이어도 바람직하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 가스 배출 통로(33)는 제 1 부벽(61)과, 제 1 부벽(61)보다 외측의 제 1 측벽(63)을 이용하여 형성되고, 도시하지 않는 드레인 측에 연결된다. 제 2 가스 배출 통로(34)는 제 2 부벽(62)과, 제 2 부벽(62)보다 외측의 제 2 측벽(64)을 이용하여 형성되고, 드레인 측에 연결된다.
게다가, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11), 가스 통로 형성 부재(3), 제 1 가스 공급 챔버(51)의 제 1 반응 가스 중 적어도 하나를 카본 나노튜브 형성 온도(예를 들면, 400~1000℃ 정도, 550~700℃)로 가열시키기 위한 제 1 가열원(71)이 장치 본체(2)에 설치된다. 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12), 가스 통로 형성 부재(3), 제 2 가스 공급 챔버(52)의 제 2 반응 가스 중 적어도 하나를 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시키기 위한 제 2 가열원(72)이 장치 본체(2)에 설치된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 가열원(71, 72)은 가스 공급 챔버(51, 52)의 외측에 배치되기 때문에, 가스 공급 챔버(51, 52)의 전체, 통로 형성 부재(3)의 전체를 가열시키는데도 유리하다. 가열 온도는 카본 나노튜브의 결정성에 영향을 준다. 가열 온도가 상대적으로 낮으면, 그라핀 시트에 있어서의 결손부가 증가하고, 카본 나노튜브의 결정성이 저하한다.
제 1 가열원(71)은 제 1 가스 공급 챔버(51)의 외측(하측)에 배치되고, 근적외선을 방출하는 램프 히터로 형성되는 것이 바람직하다. 제 2 가열원(72)은 제 2 가스 공급 챔버(52)의 외측(상측)에 배치되고, 근적외선을 방출하는 램프 히터로 형성되는 것이 바람직하다. 가열원(71, 72)은 통로 형성 부재(3) 자체나, 통로 형성 부재(3) 내의 반응 가스도 가열할 수 있다. 또한, 통로 형성 부재(3)의 전체는 근적외선을 투과할 수 있는 재료(예를 들면, 석영 글라스)로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 제 1 가열원(71) 및 제 2 가열원(72)은 반응 챔버(30) 내의 물체(1)를 카본 나노튜브 형성 온도로 가열할 수 있다. 가열원(71, 72)은 커버 부재(75)에 의해 외측으로부터 덮여진다. 제 1 가열원(71) 및 제 2 가열원(72)은 제어 장치에 의해 서로 독립하여 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)의 온도 T1과, 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)의 온도 T2를 독립시켜 제어하는데 유리하다.
또한, 물체(1)가 강철 또는 강철 합금 등의 도전성 및 투자성을 갖는 경우에는 제 1 가열원(71) 및 제 2 가열원(72)으로서는 전자 유도로 물체(1)를 가열시키는 유도 가열 방식으로 하여도 바람직하다. 유도 가열의 경우에는 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)의 표면을 표면 효과에 의해 집중적으로 빠른 시간에 가열할 수 있다. 또한, 다른 가열 방식으로 하여도 바람직하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 가스 공급 챔버(51)는 제 1 반응 가스 및 제 1 캐리어 가스를 공급할 수 있는 제 1 공급 통로(81)를 통하여 연결된다. 제 1 공급 통로(81)에는 제 1 반응 가스용의 제 1 공급 밸브(81a), 제 1 캐리어 가스용의 제 1 공급 밸브(81c)가 설치된다. 제 2 가스 공급 챔버(52)는 제 2 반응 가스 및 제 2 캐리어 가스를 공급할 수 있는 제 2 공급 통로(82)를 통하여 연결된다. 제 2 공급 통로(82)에는 제 2 반응 가스용의 제 2 공급 밸브(82a), 제 2 캐리어 가스용의 제 2 공급 밸브(82c)가 설치된다. 제 1 공급 통로(81) 및 제 2 공급 통로(82)에는 공급하는 각 가스의 유량을 계측하는 유량계를 설치하는 것이 바람직하다.
이제, 카본 나노튜브 형성 공정에 대하여 설명한다. 우선, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 각각 촉매를 담지시키는 것이 바람직하다. 촉매는 증착, 스퍼터링, 디핑(dipping) 등으로 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성할 수 있다. 그 후, 카본 나노튜브 형성 공정을 실시한다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 설치부(18)를 통하여 물체(1)를 반응 챔버(30)에 설치한다. 설치부(18)는 고정식이어도 바람직하고, 반송 롤러이어도 바람직하다. 고정식이면, 물체(1)를 고정한 상태에서 카본 나노튜브를 형성한다. 반송 롤러이면, 물체(1)를 반송 방향으로 연속적으로 반송시키면서, 카본 나노튜브(11, 12)를 연속적으로 형성할 수 있고, 생산성을 향상할 수 있다. 카본 나노튜브 형성 공정에서는 반응 챔버(30)를 진공으로 한다.
게다가, 제 1 가열원(71) 및 제 2 가열원(72)을 온시켜 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)을 소정 온도(예를 들면, 300~600℃, 또는 500~600℃)로 승온시킨다. 이러한 상태에서, 제 1 공급 통로(81)로부터 캐리어 가스(아르곤 가스 또는 질소 가스)를 제 1 가스 공급 챔버(51) 및 제 1 배출구(41)를 통하여 반응 챔버(30)에 공급하는 동시에, 제 2 공급 통로(82)로부터 캐리어 가스를 제 2 가스 공급 챔버(52) 및 제 2 배출구(42)를 통하여 반응 챔버(30)로 공급하고, 반응 챔버(30)의 압력을 조정한다.
그 후, 제 1 반응 가스를 제 1 공급 통로(81)로부터 제 1 가스 공급 챔버(51)로 공급하는 동시에, 제 2 공급 통로(82)로부터 제 2 반응 가스를 제 2 가스 공급 챔버(52)로 공급시킨다. 제 1 가스 공급 챔버(51)에 공급된 제 1 반응 가스는 복수의 제 1 배출구(41)로부터 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)을 향하여 이에 충돌하도록 배출시킨다. 제 2 가스 공급 챔버(52)에 공급된 제 2 반응 가스는 복수의 제 2 배출구(42)로부터 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)을 향하여 이에 충돌하도록 배출시킨다. 또한 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스는 동량 및 동종으로 할 수 있다.
상기한 카본 나노튜브 형성 공정이 실시되면, 도 2로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 제 1 카본 나노튜브(101)가 형성되는 동시에, 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 제 2 카본 나노튜브(102)가 형성된다. 제 1 카본 나노튜브(101)는 기본적으로는 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 거의 수직 방향으로 성장한다. 제 2 카본 나노튜브(102)는 기본적으로는 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 거의 수직 방향으로 성장한다. 제 1 반응 가스의 배출 시에, 각 제 1 배출구(41)로부터 물체(1)의 공통의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)까지의 최단 거리 L1(도 4 참조)을 100으로 하여 상대 표시하는 경우, 각 제 1 배출구(41)에 대하여 최단 거리는 75~125의 범위 내로 설정된다.
구체적으로는 각 제 1 배출구(41)에 대하여 최단 거리는 90~110의 범위 내(특히 95~105의 범위 내, 100)로 설정되는 것이 바람직하다. 이 때문에 각 제 1 배출구(41)에 대하여, 제 1 배출구(41)로부터 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)까지의 최단 거리 L1이 가능한 한 균형화된다. 이러한 경우, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 있어서 제 1 카본 나노튜브(101)가 양호하게 형성된다.
유사하게, 제 2 반응 가스의 배출 시에, 각 제 2 배출구(42)로부터 물체(1)의 공통의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)까지의 최단 거리 L2(도 4 참조)를 100으로 하여 상대 표시하는 경우, 각 제 2 배출구(42)에 대하여, 최단 거리는 75~125의 범위 내로 설정된다. 구체적으로는, 각 제 2 배출구(42)에 대하여 최단 거리는 90~110의 범위 내(특히, 95~105의 범위 내)로 설정되는 것이 바람직하다. 이 때문에 각 제 2 배출구(42)로부터 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)까지의 최단 거리 L2가 가능한 한 균형화된다. 이러한 경우, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 있어서 제 2 카본 나노튜브(102)가 양호하게 형성된다.
상기한 본 제조 형태에 따르면, 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스의 단위 시간당 유량은 기본적으로는 상이하다. 이 때문에, 제 1 카본 나노튜브(101)와 제 2 카본 나노튜브(102)에 대하여, 성상(예를 들면, 길이, 직경, 개수, 층수, 결정성, 결함량, 작용기의 종류, 작용기의 양, 밀도, 분포 등 중 적어도 하나)의 차이를 증가할 수 있다. 이러한 경우, 가열원(71, 72)의 출력도 상이하게 할 수 있다. 또한, 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)의 성상을 변경시키기 위해서는 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 담지되는 촉매에 대해서도, 그 담지량, 담지 밀도 및 조성을 기본적으로는 변경시킬 수 있다.
담지 밀도란, 카본 나노튜브 형성 면의 단위 면적당 촉매 중량을 의미한다. 본 제조 형태에 따르면, 카본 나노튜브 형성 공정에 있어서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 가스 공급 챔버(51)에 대해서는 서로 역방향(화살표 W10, W11 방향)으로부터 제 1 반응 가스를 제 1 가스 공급 챔버(51)로 공급한다. 이에 의해, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101)의 불규칙성 저감에 공헌할 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 2 가스 공급 챔버(52)에 대해서도, 서로 역방향(화살표 W20, W21 방향)으로부터 제 2 반응 가스를 제 2 가스 공급 챔버(52)로 공급한다. 이에 의해, 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성되는 카본 나노튜브의 불규칙성 저감에 공헌할 수 있다. 또한, 제 1 카본 나노튜브(101) 및 제 2 카본 나노튜브(102)의 형성이 종료되면, 반응 챔버(30)로부터 물체(1)를 추출한다.
이상 설명한 바와 같이 본 제조 형태에 따르면, 제 1 반응 가스에 기초하여 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 제 1 카본 나노튜브(101)를 형성하는 제 1 조작과, 제 2 반응 가스에 기초하여 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 제 2 카본 나노튜브(102)를 형성하는 제 2 조작을 각각 독립으로 제어할 수 있다. 구체적으로는 도 1에 도시된 밸브(81a, 82a)를 서로 독립으로 제어할 수 있다. 밸브(81c, 82c)를 서로 독립으로 제어할 수 있다. 가열원(71, 72)에 의한 가열 온도를 서로 독립하여 제어할 수 있다. 이와 같이 제 1 조작 및 제 2 조작을 각각 독립으로 제어하면, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 제 1 조작에 의해 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101)의 성상과, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 제 2 조작에 의해 형성되는 제 2 카본 나노튜브(102)의 성상을 변경시킬 수 있다. 또한, 가열원(71, 72)의 출력도 독립으로 제어할 수 있다.
본 제조 형태에 따르면, 도 2로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 가스 통로 형성 부재(3)의 반응 챔버(30)의 제 1 출구(38)는 물체(1)의 측단면(14)에 대향하는 위치에 배치된다. 제 2 출구(39)는 물체(1)의 측단면(15)에 대향하는 위치에 배치된다. 이러한 경우, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 접촉한 제 1 반응 가스에 대해서는 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 있어서 제 1 카본 나노튜브(101)를 형성시킨 후에 신속하게 화살표 N1, N2 방향을 향하여 제 1 출구(38) 및 제 2 출구(39)로부터 가스 배출 통로(33, 34)로 배출시킬 수 있다. 이 때문에 제 1 카본 나노튜브(101)를 형성한 후의 반응이 끝난 가스가 반응 챔버(30)에 잔류하는 것이 억제된다. 이러한 경우, 양호한 제 1 카본 나노튜브(101)의 형성에 공헌할 수 있다.
유사하게, 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 충돌하여 접촉한 제 2 반응 가스에 대해서도, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 있어서 제 2 카본 나노튜브(102)를 형성시킨 후에 신속하게 화살표 N1, N2 방향을 향하여 제 1 출구(38) 및 제 2 출구(39)로부터 가스 배출 통로(33, 34)로 배출시킬 수 있다. 이 때문에 제 2 카본 나노튜브(102)를 형성한 후의 반응이 끝난 가스가 반응 챔버(30)에 잔류하는 것이 억제된다. 이러한 경우, 양호한 제 2 카본 나노튜브(102)의 형성에 공헌할 수 있다.
(제조 형태 2)
본 제조 형태는 상기한 제조 형태 1과 기본적으로는 동일 구성, 동일 작용 효과를 나타낸다. 이하, 상이한 부분을 중심으로 설명한다. 제 1 반응 가스에 기초하여 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 제 1 카본 나노튜브(101)를 형성하는 제 1 조작과, 제 2 반응 가스에 기초하여 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 제 2 카본 나노튜브(102)를 형성하는 제 2 조작을 각각 독립으로 제어한다. 제 1 조작 및 제 2 조작을 각각 독립으로 제어한다. 이에 의해, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 제 1 조작으로 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101)의 성상과, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 제 2 조작으로 형성되는 제 2 카본 나노튜브(102)의 성상을 변경시킨다.
카본 나노튜브 형성 공정에 있어서, 독립 제어로서는 (a) 제 1 반응 가스의 단위 시간당 공급 유량 V1과 제 2 반응 가스의 단위 시간당 공급 유량 V2를 변화시키는 형태, (b) 제 1 가열원(71) 및 제 2 가열원(72)의 출력을 변화시키고, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)의 온도 T1 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)의 온도 T2를 변화시키는 형태, (c) 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 있어서의 촉매 담지량 및/또는 촉매 조성을 변화시키는 형태, (e) 제 1 반응 가스 및 제 2 반응 가스의 조성을 바꾸는 형태 등이 예시된다. (a)~(e) 중 적어도 하나를 예들 수 있다.
따라서, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101)의 길이를 상대적으로 길게 할 수 있고, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성되는 제 2 카본 나노튜브(102)의 길이를 상대적으로 짧게 할 수 있다. 반대로, 제 1 카본 나노튜브(101)의 길이를 제 2 카본 나노튜브(102)의 길이보다 짧게, 제 2 카본 나노튜브(102)의 길이를 제 1 카본 나노튜브(101)보다 상대적으로 길게 하여도 바람직하다. 또는 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101)의 밀도를 제 2 카본 나노튜브(102)의 밀도보다 상대적으로 높게 할 수 있고, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성되는 제 2 카본 나노튜브(102)의 밀도를 제 1 카본 나노튜브(101)의 밀도보다 상대적으로 낮게 할 수도 있다. 역으로도 바람직하다.
또한, 커패시터 전극에 적용되는 경우에는, 카본 나노튜브가 긴 경우에는 표면적이 증가하고, 높은 축전 용량을 기대할 수 있다. 카본 나노튜브가 짧은 경우에는 응답성의 향상을 기대할 수 있다. 또한, 물체(1)의 재질은 실리콘이어도 바람직하고, 금속이어도 바람직하다. 금속으로서는 강철, 티탄, 동, 알루미늄, 강철 합금(스테인리스 강을 포함함), 티탄 합금, 구리 합금, 알루미늄 합금 등이 예시된다. 물체(1)의 재질에 따라서, 제 1 조작 및 제 2 조작을 서로 조작 내용을 변경하도록 실시할 수 있다.
(실시예 1) 유량 독립 제어
제 1 실시예는 도 1~도 4에 도시된 카본 나노튜브 제조 장치를 이용하여 실시했다.
(물체(1)) 제 1 실시예에서는 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101), 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성되는 제 2 카본 나노튜브(102)에 대하여, 그 길이를 상이하게 했다. 물체(1)로서는 두께 0.5 밀리미터의 실리콘 기판을 이용했다. 실리콘 기판은 연마되었다. 실리콘 기판의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11), 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 대하여, 표면 거칠기는 Ra5 나노미터였다.
(전처리) 제 1 단계로서, 물체(1)의 표면을 발수(water repelling) 처리했다. 처리액은 톨루엔에 헥사오르가노실라잔(hexaorganosilazane)을 5 체적%의 농도로 배합한 것으로 했다. 이러한 처리액에 물체(1)를 30분간 침지시켰다. 그 후, 처리액으로부터 물체(1)를 들어올려 자연 건조시켰다. 제 2 단계로서, 딥 코팅(dip coating)법에 의해, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 코팅액을 도포하고, 강철-티탄 합금의 박막을 30 나노미터 형성했다. 촉매는 섬(island) 형상이 된다고 생각할 수 있다. 코팅액은 헥산 중에 강철-티탄 합금의 입자(질량비로 Fe：80%, Ti：20%)를 분산시키고, 가시광도계(visible spectrophotometer )(WPA사 제조, CO7500)에 의해 파장 680 나노미터의 측정 조건으로 흡광도가 0.3이 되도록 농도 조정한 액으로 했다. 딥 코팅법에서는, 대기중에 있어서, 상온 하에서, 물체(1)를 침지한 후, 3 밀리미터/분간의 속도로 들어올렸다. 물체(1)를 들어올린 후, 자연 건조에 의해 신속하게 헥산이 증발했다.
(CNT 형성) 도 1~도 4에 도시된 구조를 갖는 열 CVD 장치에 의해 형성된 카본 나노튜브 제조 장치에 의해 카본 나노튜브를 형성했다. 미리, 반응 챔버(30)를 10 Pa로 진공으로 하고, 이러한 반응 챔버(30)에 캐리어 가스로서 질소 가스 5000 ㏄/분간을 물체(1)의 양면으로부터 도입하고, 또한, 반응 챔버(30)의 압력을 1×105 Pa로 조정했다. 물체(1)의 표면 온도를 600℃로 승온시킨 후, 탄소원이 되는 반응 가스(아세틸렌(acethylene) 가스)를 물체(1)의 양면으로부터 6분간 도입했다. 이러한 경우, 반응 가스를 상측의 제 1 가스 공급 챔버(51)에 대해서는 400 ㏄/분으로 하고, 하측의 제 2 가스 공급 챔버(52)에 대해서는 1000 ㏄/분으로 하여, 6분간 도입했다. 이에 의해, 카본 나노튜브를 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)의 쌍방으로 형성했다. 도 6은 형성된 카본 나노튜브를 도시한다. 제 1 카본 나노튜브(101)의 길이는 약 54 ㎛이며, 제 2 카본 나노튜브(102)는 약 184 ㎛이었다. 이와 같이 단위 시간당 반응 가스의 유량이 많은 만큼, 카본 나노튜브의 길이는 길어진다.
(비교예 1)
(CNT 형성) 도 1~도 4에 도시된 구조를 갖는 열 CVD 장치로 형성된 카본 나노튜브 제조 장치에 의해 카본 나노튜브를 형성했다. 미리, 반응 챔버(30)를 10 Pa로 진공으로 하고, 이러한 반응 챔버(30)에 캐리어 가스로서 질소 가스 5000 ㏄/분간을 물체(1)의 양면으로부터 도입하며, 또한, 반응 챔버(30)의 압력을 1×105 Pa로 조정했다. 물체(1)의 표면 온도를 600℃로 승온시킨 후, 탄소원이 되는 반응 가스(아세틸렌 가스)를 물체(1)의 양면으로부터 6분간 도입했다. 이러한 경우, 반응 가스를 양면 모두 1000 ㏄/분으로 하여 6분간 도입했다. 이에 의해 카본 나노튜브를 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12) 모두에 형성했다. 도 5는 형성된 카본 나노튜브를 도시한다. 반응 가스의 단위 시간당 유량이 거의 동일하기 때문에, 제 1 카본 나노튜브(101)의 길이는 약 94 ㎛이며, 제 2 카본 나노튜브(102)는 약 94 ㎛이었다.
(실시예 2)
(물체(1)) 실시예 3에서는 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101), 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성되는 제 2 카본 나노튜브(102)에 대해서, 그 길이를 상이하게 했다(도 7 참조). 물체(1)는 두께 0.5밀리미터의 실리콘 기판으로 했다. 상면인 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)의 표면 거칠기는 Ra5 나노미터로 했다. 하면인 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)의 표면 거칠기는 Ra100 나노미터로 하고, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)보다 거친 면으로 했다.
(사전처리)는 실시예 1과 동일하게 했다.
(CNT 형성)은 비교예 1과 동일하게 했다. 카본 나노튜브를 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12) 모두에 형성했다. 도 7은 실시예 2에 대하여 형성된 카본 나노튜브를 도시한다. 카본 나노튜브의 길이에 대해서는, 상면인 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성된 제 1 카본 나노튜브(101)는 약 72 ㎛이었다. 하면인 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성된 제 2 카본 나노튜브(102)는 약 144 ㎛이며, 제 1 카본 나노튜브(101)의 길이의 약 2배였다.
(실시예 1 B)
본 실시예는 물체의 제 1 카본 나노튜브 형성 면 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 있어서, 서로 결정성이 상이한 카본 나노튜브를 형성한다.
(물체(1)) 물체(1)로서 두께 0.5 ㎜의 실리콘 기판을 사용한다. 기판 양면 모두 연마되고, 표면 거칠기는 Ra5 나노미터로 한다.
(전처리) 제 1 단계로서, 물체(1)의 표면을 발수 처리한다. 처리액은 톨루엔 중에 헥사오르가노실라잔을 5 vol%의 농도로 배합한 것이고, 이것에 물체(1)를 30분 침지시킨다. 그 후, 물체(1)를 들어올리고, 자연 건조시킨다. 제 2 단계로서, 딥 코팅법에 의해, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면의 양면에, Fe－Ti합금 박막을 30 나노미터 형성한다. 코팅액은 헥산 중에 Fe－Ti합금 입자(Fe80%-Ti20%)를 분산시키고, 가시광도계(WPA사 제조 CO7500)에 의해 파장 680 나노미터의 측정 조건으로, 흡광도가 0.3이 되도록 농도 조정한다. 딥 코팅은 대기중, 상온 하에서 물체(1)를 3 ㎜/min의 속도로 들어올린다. 물체(1)를 들어올린 후, 자연 건조에 의해 신속하게 헥산이 증발한다.
(CNT 형성) 전술의 도 1~도 4에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 열 CVD 장치에 의해 카본 나노튜브를 형성한다. 이러한 경우, 미리 10 Pa로 진공으로 된 반응 용기 중에 캐리어 가스로서 질소 가스 5000 ㏄/분을 양면으로부터 도입하고, 또한, 반응 용기내의 압력을 1×105 Pa로 조정한다. 물체(1)의 한쪽 면측의 히터 온도를 저온(600℃)으로 설정한다. 이제 한쪽의 면측의 히터 온도를 고온(750℃)으로 설정한다. 승온 후, 탄소원이 되는 원료 가스로서 아세틸렌 가스 1000 ㏄/분을 물체(1)의 양면으로부터 6분간 도입하고, 카본 나노튜브를 형성시킨다. 물체(1)의 온도가 저온측인 면의 카본 나노튜브는 아몰퍼스(amorphous) 카본이 부착되고, 결정성이 낮다. 한편, 물체(1)의 온도가 고온측인 면의 카본 나노튜브는 결정성이 높다. 이러한 경우, 저결정성의 카본 나노튜브에 대해서는 그라핀 시트에 결손부(본래적으로 존재하고 있어야할 탄소 원자가 존재하고 있지 않는 부위)가 많기 때문에, 일반적으로, 물질에 대한 담지성이 좋으므로, 티탄산리튬 입자를 담지함으로써 음극으로서 기능하기 쉽다.
이에 반하여, 고결정성의 카본 나노튜브는 양호한 그라핀 시트를 형성하고, 상대적으로 도전성이나 내구성의 높은 양극으로서 사용 가능하다. 도 15a, 도 15b에 도시된 바와 같이, 고결정성의 카본 나노튜브와 저결정성 카본 나노튜브가 대향하도록 적층하고, 직렬 접속함으로써 높은 기전력의 커패시터를 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 카본 나노튜브를 형성하는 경우에서의 온도로 한정하지 않고, 카본 나노튜브를 형성시키는 가스 유량 등에 의해서도 카본 나노튜브의 특성이 제어 가능이라고 생각할 수 있다.
(실시예 2B)
본 실시예는 물체의 표면 온도를 변화시켜 물체의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 있어서, 서로 결정성이 상이한 카본 나노튜브를 형성한다.
(물체) (전처리) (CNT 형성)은 실시예 1B와 모두 동일하게 한다. 저결정성의 카본 나노튜브는 일반적으로 표면적이 높다. 이에 반하여, 고결정성의 카본 나노튜브는 상대적으로 도전성 좋다. 이 때문에, 저결정성의 카본 나노튜브끼리와 고결정성 카본 나노튜브끼리가 대향하도록 적층하고, 병렬 접속함으로써 고출력 기능과 고용량 기능을 하이브리드화시킬 수 있다.
(실시예 3B)
본 실시예는 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 있어서, 서로 두께가 상이한 카본 나노튜브를 형성한다.
(물체(1)) 물체(1)로서 두께 0.5 ㎜의 실리콘 기판을 사용한다. 기판의 양면 모두 연마되고, 표면 거칠기는 Ra5 나노미터로 한다.
<전처리>　제 1 단계로서 기판 표면을 발수 처리한다. 처리액은 톨루엔 중에 헥사오르가노실라잔을 5 ｖol%의 농도로 배합한 것이고, 이에 기판을 30분 침지시킨 후, 들어올리고, 자연 건조시킨다. 제 2 단계로서 스핀 코팅법에 의해 제 1 카본 나노튜브 형성면(11)에 Fe 박막을 약 10 나노미터 형성한다. 코팅액은 헥산 중에 Fe 입자(Fe 100%)를 분산시키고, 가시광도계(WPA사 제조 CO7500)에 의해 파장 680 나노미터의 측정 조건으로 흡광도가 0.3이 되도록 농도 조정한다. 스핀 코팅은 대기중, 기판을 약 5000 rpm으로 약 30초 회전시킨다. 기판을 회전 후, 자연 건조에 의해 신속하게 헥산이 증발한다. 제3 단계로서 기판의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)(기판의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)의 반대측의 면)에 스핀 코팅법에 의해 Fe-Ti 박막을 10 나노미터 형성한다. 코팅액은 헥산 중에 Fe－Ti 합금 박막을 약 30 나노미터 형성한다. 코팅액은 헥산 중에 Fe－Ti 합금 입자(Fe80%-Ti20%)를 분산시키고, 가시광도계(WPA사 제조 CO7500)에 의해 파장 680 나노미터의 측정 조건으로 흡광도가 0.3이 되도록 농도 조정한다. 스핀 코팅은 대기중, 기판을 약 5000 rpm으로 약 30초 회전시킨다. 기판을 회전 후, 자연 건조에 의해 신속하게 헥산이 증발한다.
<CNT 형성>　전술의 도 1~도 4에 도시된 구조를 갖는 열 CVD 장치에 의해 카본 나노튜브를 형성한다. 이러한 경우, 미리 10 Pa로 진공으로 된 반응 용기 중에 캐리어 가스로서 질소 가스 5000 ㏄/분을 기판의 양면에 도입하고, 또한, 반응 용기 내의 압력을 1×105 Pa로 조정한다. 기판의 표면 온도를 600℃로 승온 후, 탄소원이 되는 원료 가스로서 아세틸렌 가스 1000 ㏄/분을 양면으로부터 6분간 도입하여 카본 나노튜브를 형성시킨다.
Fe 촉매가 형성되는 면에 형성되는 카본 나노튜브의 직경은 15 나노미터로 두껍다. 이에 반하여, Fe-Ti 촉매가 형성되는 면에 형성되는 카본 나노튜브의 직경은 8 나노미터로 얇다. 도 17에 도시된 바와 같이, 직경이 크고 두꺼운 카본 나노튜브는 일반적으로 담지성이 좋기 때문에, 티탄산리튬 입자를 담지함으로써 음극으로서 기능하기 쉽다. 이에 반하여, 직경이 작고 얇은 카본 나노튜브는 상대적으로 전기 분해액의 함침성이 좋고, 이온 전도가 뛰어난 양극으로서 사용 가능하다. 두꺼운 카본 나노튜브와 얇은 카본 나노튜브가 대향하도록 적층하고, 직렬 접속함으로써, 높은 기전력의 커패시터를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
(실시예 4B)
본 실시예는 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11) 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 있어서, 단위 면적당 서로 개수가 상이한 카본 나노튜브를 형성한다.
(기판) 물체(1)로서 두께 0.5 ㎜의 실리콘 기판을 사용한다. 기판의 양면 모두 연마되고, 표면 거칠기는 Ra5 나노미터로 한다.
<전처리>　제 1 단계로서 기판의 표면을 발수 처리한다. 처리액은 톨루엔 중에 헥사오르가노실라잔을 5 ｖol%의 농도로 배합한 것이고, 이것에 기판을 30분 침지시킨 후, 들어올려, 자연 건조시킨다. 제 2 단계로서 딥 코팅법에 의해 실리콘 기판 양면에 Fe－Ti 합금 박막을 30 나노미터 형성한다. 코팅액은 헥산 중에 Fe－Ti 합금 입자(Fe80%-Ti20%)를 분산시키고, 가시광도계(WPA사 제조 CO7500)에 의해 파장 680 나노미터의 측정 조건으로 흡광도가 0.3이 되도록 농도 조정한다. 딥 코팅은 대기중, 상온 하에서 기판을 3 ㎜/min.의 속도로 들어올린다. 기판을 들어올린 후, 자연 건조에 의해 신속하게 헥산이 증발한다.
<CNT 형성>　전술의 도 1~도 4에 도시된 기본 구조를 갖고, 물체(1)를 향하여 반응 가스를 배출시키는 배출구(41, 42)의 통로 수를 작게(또는 배출구(41, 42)의 개구 직경을 작게) 한 열 CVD 장치에 의해 카본 나노튜브를 형성한다. 미리 10 Pa로 진공으로 된 반응 용기 중에 캐리어 가스로서 질소 가스 5000 ㏄/분을 기판의 양면으로부터 도입하고, 또한, 압력을 1×105 Pa로 조정한다. 기판 표면 온도를 600℃로 승온 후, 탄소원이 되는 원료 가스로서 아세틸렌 가스 1000 ㏄/분을 양면으로부터 6분간 도입하고, 카본 나노튜브를 형성시킨다. 배출구(41, 42)의 통로 수가 작은 면은 촉매로의 원료 가스의 도달 빈도가 낮고, 단위 면적당 카본 나노튜브의 개수가 작게 된다. 단위 면적당 개수가 많은 카본 나노튜브가 형성되는 측은 일반적으로 담지성이 좋기 때문에(담지용의 비계(scaffold)가 많기 때문에), 티탄산리튬 입자 등의 입자를 담지함으로써 음극으로서 기능하기 쉽다.
이에 반하여, 단위 면적당 개수가 작은 카본 나노튜브는 인접한 카본 나노튜브 사이의 간격이 확보되기 때문에, 전기 분해액의 함침성이 좋고, 이온 전도가 뛰어난 양극으로서 사용 가능하다. 단위 면적당 개수가 많은 카본 나노튜브 면과 개수가 적은 카본 나노튜브 면이 대향하도록 적층하고, 직렬 접속함으로써 높은 기전력의 커패시터를 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 온도로 한정하지 않고, 기판의 표면 거칠기, 촉매 직경, 촉매 활성도, 가스 유량 등에 의해서도 탄소 나노튜브의 형성이 제어 가능이라고 생각한다.
(그 외) 상기한 실시예는 제 1 카본 나노튜브와 제 2 카본 나노튜브에서 1 인자(길이, 결정성, 개수 중 어느 하나)가 다른 예이다. 그러나, 카본 나노튜브의 길이, 직경, 개수, 층수, 결정성, 결함량, 작용기의 종류, 작용기의 양, 밀도, 중량, 분포 등 중 복수의 인자가 상이한 것으로 하여도 바람직하다.
(제조 형태 3)
도 8은 제조 형태 3을 도시한다. 본 제조 형태는 상기한 제조 형태 1, 2와 기본적으로는 동일 구성, 동일 작용 효과를 나타낸다. 이하, 상이한 부분을 중심으로 설명한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 가스 공급 챔버(51)의 일단(51e)측에는 공급 통로(810)가 설치되고, 제 1 반응 가스용의 공급 밸브(810a), 캐리어 가스용의 공급 밸브(810c)가 설치된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 가스 공급 챔버(51)의 타단측(51f)에는 공급 통로(811)가 설치되고, 제 1 반응 가스용의 공급 밸브(811a), 캐리어 가스용의 공급 밸브(811c)가 설치된다. 제 1 가스 공급 챔버(51)로 제 1 반응 가스를 공급하는 경우, 제 1 가스 공급 챔버(51)의 일단(51e)측과 타단(51f)측에 있어서, 단위 시간당 가스 유량을 제어할 수 있다. 이러한 경우, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 대하여, 일단(51e)측과 타단(51f)측에 있어서, 제 1 카본 나노튜브(101)의 성상(카본 나노튜브의 길이, 직경, 개수, 층수, 결정성, 결함량, 작용기의 종류, 작용기의 양, 밀도, 중량, 분포 등 중 적어도 하나)을 변경시키는 것을 기대할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 가스 공급 챔버(52)의 일단(52e)측에는 공급 통로(820)가 설치되고, 제 2 반응 가스용의 공급 밸브(820a), 캐리어 가스용의 공급 밸브(820c)가 설치된다. 제 2 가스 공급 챔버(52)의 타단(52f)측에는 공급 통로(822)가 설치되고, 제 2 반응 가스용의 공급 밸브(822a), 캐리어 가스용의 공급 밸브(822c)가 설치된다. 제 2 가스 공급 챔버(52)로 제 2 반응 가스를 공급하는 경우, 제 2 가스 공급 챔버(52)의 일단(52e)측과 타단(52f)측에 있어서, 단위 시간당 가스 유량을 제어할 수 있다. 이러한 경우, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 대하여, 일단(52e)측과 타단(52f)측에 있어서, 제 2 카본 나노튜브(102)의 성상을 변경시키는 것을 기대할 수 있다.
(제조 형태 4)
도 9는 제조 형태 4를 도시한다. 본 제조 형태는 상기한 제조 형태 1~3과 기본적으로는 동일 구성, 동일 작용 효과를 나타낸다. 이하, 상이한 부분을 중심으로 설명한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제 1 가스 공급 챔버(51) 및 제 2 가스 공급 챔버(52)는 횡방향(수평 방향)을 따라 연장된다. 제 1 반응 가스는 제 1 가스 공급 챔버(51)에 화살표 W1 방향(일방향, 도 9에 있어서 우측)을 향하여 공급된다. 그 제 1 반응 가스는 복수의 제 1 배출구(41)로부터 하방을 따라 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 거의 수직으로 충돌하도록 배출시킨다. 그 제 2 반응 가스는 제 2 가스 공급 챔버(52)에 화살표 W2 방향(일방향, 도 9에 있어서 우측)으로 공급된다. 그 제 2 반응 가스는 복수의 제 2 배출구(42)로부터 상방을 따라 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 거의 수직으로 충돌하도록 배출시킨다.
이러한 경우, 제 1 가스 공급 챔버(51)로부터 제 1 배출구(41)를 통하여 반응 챔버(30)로 공급된 제 1 반응 가스를 고려하면, 제 1 반응 가스가 제 1 가스 공급 챔버(51)에 있어서 도 9의 화살표 W1 방향을 향하는 경우, 제 1 반응 가스의 유량은 제 1 가스 공급 챔버(51)의 상류 영역(51u)로부터 하류 영역(51d)으로 향함에 따라 점차 감소한다. 따라서, 제 1 배출구(41)의 개수가 동일하면, 복수의 제 1 배출구(41)의 내경은 제 1 가스 공급 챔버(51)의 하류 영역(51d)에서는 상류 영역(51u)보다 상대적으로 증가한다. 또는, 각 제 1 배출구(41)의 내경이 동일하면, 단위 면적당, 복수의 제 1 배출구(41)의 개수는 제 1 가스 공급 챔버(51)의 하류 영역(51d)에서는 상류 영역(51u)보다 증가한다. 그 이유로는 제 1 가스 공급 챔버(51)의 제 1 반응 가스를 반응 챔버(30)로 분사하는 경우, 분사하는 유량의 불규칙성을 저감시키기 때문이다. 이러한 본 제조 형태에 따르면, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 있어서 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101)의 전체의 불규칙성을 저감시키는데 유리하다.
제 2 배출구(42)에 대해서도 동일하다. 즉, 제 2 반응 가스가 제 2 가스 공급 챔버(52)에 있어서 도 9의 화살표 W2방향을 향함에 따라 제 2 반응 가스의 유량은 제 2 가스 공급 챔버(52)의 상류 영역(52u)으로부터 하류 영역(52d)으로 향함에 따라 점차 감소한다. 따라서, 제 2 배출구(42)의 개수가 동일하면, 복수의 제 2 배출구(42)의 내경은 제 2 가스 공급 챔버(52)의 하류 영역(52d)에서는 상류 영역(52u)보다 상대적으로 증가한다. 또는, 각 제 2 배출구(42)의 내경이 동일하면, 단위 면적당, 복수의 제 2 배출구(42)의 개수는 제 2 가스 공급 챔버(52)의 하류 영역(52d)에서는 상류 영역(52u)보다 상대적으로 증가한다. 그 이유로는 제 2 가스 공급 챔버(52)의 제 2 반응 가스를 반응 챔버(30)로 분사하는 경우, 분사 유량의 불규칙성을 저감시키기 때문이다. 이러한 본 제조 형태에 따르면, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 있어서 형성되는 제 2 카본 나노튜브(102)의 전체의 불규칙성을 저감시키는데 유리하다.
(제조 형태 5)
도 10은 제조 형태 5를 도시한다. 본 제조 형태는 상기한 제조 형태 1~4와 기본적으로는 동일 구성, 동일 작용 효과를 나타낸다. 이하, 상이한 부분을 중심으로 설명한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제 1 가스 공급 챔버(51) 및 제 2 가스 공급 챔버(52)는 서로 대향하는 상자 형상 통로로 되면서도, 종방향(높이 방향, 화살표 H 방향)을 따라 연장된다. 물체(1)는 세로 방향을 따라 배치되고, 상부(1u), 하부(1d)를 갖는다. 카본 나노튜브 형성 면(11, 12)은 높이 방향(화살표 H 방향)을 따라 연장된다. 제 1 가스 공급 챔버(51)로 공급된 제 1 반응 가스는 복수의 제 1 배출구(41)로부터 횡방향을 따라 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 거의 85~95°의 각도, 바람직하게는 90°으로 충돌하도록 배출시킨다. 제 2 가스 공급 챔버(52)로 공급된 제 2 반응 가스는 복수의 제 2 배출구(42)로부터 횡방향을 따라 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 거의 85~95°의 각도, 바람직하게는 90°으로 충돌하도록 배출시킨다.
본 제조 형태에 따르면, 상측의 설치부(18c)와 하측의 설치부(18a) 사이에 있어서의 거리가 긴 경우에도, 또는 물체(1)의 두께 TA가 얇은 경우에도, 또는 물체(1)의 강성이 낮은 경우에도, 물체(1) 중 설치부(18a, 18c) 사이의 부위(1m)가 중력에 의해 하방으로 늘어지는 것이 억제된다. 게다가, 물체(1)의 일단측을 설치부(18c, 18c) 사이에 끼우는 동시에, 물체(1)의 타단측을 설치부(18a, 18a) 사이에 끼운다. 그리고 설치부(18c, 18c)와 설치부(18a, 18a)를 물체(1)의 면 방향 S1, S2 방향을 따라 상대적으로 서로 멀어지는 방향으로 변위시킨다. 이에 의해 물체(1)의 면 방향 S1, S2방향으로 장력을 주고, 물체(1)의 부위(1m)의 휨 변형을 억제할 수 있다. 이러한 경우, 간격 E1, E2를 목표치로 유지할 수 있다. 또한, 단위 시간당 대하여, 제 1 배출구(41)로부터 배출시키는 제 1 반응 가스의 유량과, 제 2 배출구(42)로부터 배출시키는 제 2 반응 가스의 유량을 동등하게 하면, 물체(1)의 카본 나노튜브 형성 면(11, 12)에 차압이 작용하는 것이 억제된다. 나아가서는 차압에 의해 물체(1)의 부위(1m)가 물체(1)의 두께 방향으로 변위하는 것이 억제된다. 이러한 경우, 카본 나노튜브(101)의 성상의 안정화에 공헌할 수 있다. 유사하게 제 2 카본 나노튜브(102)의 성상의 안정화에 공헌할 수 있다.
(제조 형태 6)
도 11은 제조 형태 6을 도시한다. 본 제조 형태는 상기한 제조 형태 1~5와 기본적으로는 동일 구성, 동일 작용 효과를 나타낸다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 대향 벽(31) 및 제 1 가스 공급 챔버(51)는 판 형상의 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)의 면 방향을 따라 2차원적으로 횡방향을 따라 연장된다. 횡방향으로 연장하는 제 1 대향 벽(31)을 이용하여 형성되는 제 1 가스 공급 챔버(51)는 판 형상의 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)의 면 방향을 따라 2차원적으로 횡방향을 따라 연장된다. 이와 같은 제 1 가스 공급 챔버(51)는 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 대향하는 편평한 상자 형상 통로로 된다. 제 1 배출구(41)는 제 1 대향 벽(31)의 거의 전체에 산재 형상으로 거의 균등 간격으로 형성된다. 제 1 가스 공급 챔버(51)로 공급된 제 1 반응 가스는 복수의 제 1 배출구(41)로부터 하방을 따라 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 거의 수직으로 충돌하도록 배출시킨다. 제 2 가스 공급 챔버(52)는 형성되지 않기 때문에, 물체(1) 중 주로 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 카본 나노튜브가 형성된다.
즉, 반응 가스를 제 1 가스 공급 챔버(51)로 공급함으로써, 반응 챔버(30) 내의 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)이 연장하는 면 방향에 대하여 교차하는 방향(제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 대하여 거의 수직 방향)을 따라 제 1 가스 공급 챔버(51)의 반응 가스를 제 1 배출구(41)로부터 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)을 향하여 충돌시키도록 배출시킨다. 이에 의해, 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 카본 나노튜브를 형성한다.
본 제조 형태에 있어서도, 반응 가스의 배출 시에, 각 제 1 배출구(41)로부터 물체(1)의 동일한 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)까지의 최단 거리 L1을 100으로 하여 상대 표시하는 경우, 각 제 1 배출구(41)에 걸쳐 최단 거리는 90~110의 범위 내(특히, 95~105의 범위 내, 구체적으로 100)로 설정된다. 따라서, 각 제 1 배출구(41)에 대하여, 각 제 1 배출구(41)로부터 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)까지의 최단 거리 L이 균형화된다. 따라서, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101)의 전체의 불규칙성 저감에 공헌할 수 있다. 또한, 도 11로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 물체(1) 중 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)과 반대측의 이면(12x)에는 반응 가스가 직접적으로는 도포되지 않기 때문에, 반응 가스의 공급이 제약되고, 이면(12x)에 카본 나노튜브는 생성되지만, 성상이 상이하다.
(제조 형태 7)
도 12는 제조 형태 7을 도시한다. 본 제조 형태는 상기한 제조 형태 1~6과 기본적으로는 동일 구성, 동일 작용 효과를 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 제 1 반응 가스의 배출 시에, 각 제 1 배출구(41)로부터 물체(1)의 동일한 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)까지의 최단 거리 L1로 한다. 최단 거리 L1을 100으로 하여 상대 표시하는 경우, 각 제 1 배출구(41)에 걸쳐 최단 거리는 90~110의 범위 내(특히 95~105의 범위 내, 100)로 설정된다. 이 때문에 각 제 1 배출구(41)로부터 물체(1)의 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)까지의 최단 거리 L1이 균형화된다. 이러한 경우, 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 있어서 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101)의 전체의 불규칙성이 억제된다.
유사하게, 제 2 반응 가스의 배출 시에, 각 제 2 배출구(42)로부터 물체(1)의 동일한 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)까지의 최단 거리 L2로 한다. 최단 거리 L2를 100으로 하여 상대 표시하는 경우, 각 제 2 배출구(42)에 걸쳐 최단 거리는 25의 범위 내로 설정되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 각 제 2 배출구(42)에 대하여 최단 거리는 90~110의 범위 내(특히, 95~105의 범위 내)로 설정된다. 이 때문에 각 제 2 배출구(42)로부터 물체(1)의 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)까지의 최단 거리 L2가 균형화된다. 이러한 경우, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 있어서 형성되는 제 2 카본 나노튜브(102)의 전체의 불규칙성이 억제된다.
본 제조 형태에 따르면, 도 12에 도시된 바와 같이, 최단 거리 L1＜최단 거리 L2로 된다. 따라서, 간격 E1＜간격 E2로 된다. 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)에 형성되는 제 1 카본 나노튜브(101)와, 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 형성되는 제 2 카본 나노튜브(102)의 성상을 변경하는데 공헌할 수 있다. 또한, 최단 거리 L1＞최단 거리 L2라고 하여도 바람직하다.
(그 외) 본 발명은 상기하고 또한 도면에 도시된 제조 형태에만 한정되는 것이 아니고, 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 적절히 변경하여 실시할 수 있다. 본 명세서의 기재로부터 다음의 기술적 사상을 파악할 수 있다. 촉매 입자의 크기가 큼에 따라 다층 카본 나노튜브의 층수는 증가한다. 베이스 바디의 이면에 담지되는 촉매 입자의 크기에 의존하지만, 다층 카본 나노튜브는 10층 이상, 20층 이상, 30층 이상, 40층 이상, 50층 이상으로 할 수 있다. 따라서 제 1 카본 나노튜브 형성 면(11)과 제 2 카본 나노튜브 형성 면(12)에 있어서, 담지시키는 촉매 입자의 크기를 변경시키면, 제 1 카본 나노튜브(101)와 제 2 카본 나노튜브(102)의 층수를 변경할 수 있다.
1 : 물체(대상물) 11 : 제 1 카본 나노튜브 형성 면
12 : 제 2 카본 나노튜브 형성 면 101 : 제 1 카본 나노튜브
102 : 제 2 카본 나노튜브 108 : 카본 나노튜브 소자
14 : 측단면 15 : 측단면
2 : 장치 본체(베이스 바디) 3 : 통로 형성 부재
30 : 반응 챔버 31 : 제 1 대향 벽
32 : 제 2 대향 벽 33 : 제 1 가스 배출 통로
34 : 제 2 가스 배출 통로 38 : 제 1 출구
39 : 제 2 출구 41 : 제 1 배출구
42 : 제 2 배출구 51 : 제 1 가스 공급 챔버
52 : 제 2 가스 공급 챔버 71 : 제 1 가열원
72 : 제 2 가열원 81 : 제 1 공급 통로
82 : 제 2 공급 통로

Claims (11)

  1. 제 1 카본 나노튜브 형성 면 및 제 2 카본 나노튜브 형성 면을 갖는 물체와,
    상기 물체의 상기 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 형성된 제 1 카본 나노튜브와,
    상기 물체의 상기 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 형성되고 상기 제 1 카본 나노튜브에 대하여 성상(property)이 상이한 제 2 카본 나노튜브를 포함하는 카본 나노튜브 소자를 포함하는, 카본 나노튜브 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성상은 상기 카본 나노튜브의 길이, 직경, 단위 면적당 개수, 층수, 결정성, 결함량, 작용기의(functional group) 종류, 작용기의 양, 밀도, 중량, 분포 등 중 적어도 하나인, 카본 나노튜브 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 상기 카본 나노튜브 소자가 나란히 배열되고,
    인접한 상기 카본 나노튜브 소자의 상기 제 1 카본 나노튜브끼리가 서로 대향하는 동시에, 인접한 상기 카본 나노튜브 소자의 상기 제 2 카본 나노튜브끼리가 서로 대향하도록 배치되는, 카본 나노튜브 디바이스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    복수의 상기 카본 나노튜브 소자가 나란히 배열되고,
    서로 인접한 상기 카본 나노튜브 소자의 상기 제 1 카본 나노튜브 및 상기 제 2 카본 나노튜브가 서로 대향하도록 배치되는, 카본 나노튜브 디바이스.
  5. (i) 카본 나노튜브를 형성하기 위한 카본 나노튜브 형성 면을 갖는 대상물을 준비하는 동시에,
    상기 대상물을 수용하기 위한 반응 챔버와, 상기 반응 챔버에 수용되는 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면에 간격을 두고 대향하면서 상기 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향을 따라 연장된 가스 공급 챔버와, 상기 가스 공급 챔버와 상기 반응 챔버를 연통시키는 동시에 상기 가스 공급 챔버의 반응 가스를 상기 반응 챔버로 배출시키는 복수의 배출구를 갖는 가스 통로 형성 부재와, 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면, 상기 가스 통로 형성 부재, 상기 반응 가스 중 적어도 하나를 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시키는 가열원을 준비하는 준비 공정과,
    (ii) 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면, 상기 가스 통로 형성 부재, 상기 반응 가스 중 적어도 하나를 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시킨 상태에서,
    상기 반응 가스를 상기 가스 공급 챔버로 공급함으로써, 상기 반응 챔버 내의 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향에 대하여 교차하는 방향을 따라 상기 가스 공급 챔버의 상기 반응 가스를 상기 배출구로부터 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면을 향하여 배출시키고, 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면에 상기 카본 나노튜브를 형성하는 카본 나노튜브 형성 공정을 실시하고,
    상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면은 제 1 카본 나노튜브 형성 면과 제 2 카본 나노튜브 형성 면을 포함하고, 상기 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 상기 카본 나노튜브를 형성하는 제 1 조작과, 상기 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 상기 카본 나노튜브를 형성하는 제 2 조작을 독립으로 제어하는, 카본 나노튜브 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 반응 가스가 배출되는 경우에, 상기 배출구로부터 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면까지의 최단 거리 L을 100으로 하여 상대 표시하는 경우, 각 상기 배출구에 걸쳐 최단 거리 L은 75~125의 범위 내로 설정되고, 각 상기 배출구로부터 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면까지의 최단 거리 L이 각 상기 배출구에 대하여 균형화되는(uniformed), 카본 나노튜브 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 카본 나노튜브를 형성하기 위한 카본 나노튜브 형성 면을 갖는 대상물에 카본 나노튜브를 제조하는 카본 나노튜브 제조 장치로서,
    (i) 베이스 바디(base body)와,
    (ii) 상기 대상물을 수용하기 위한 반응 챔버와, 상기 베이스 바디에 설치되고, 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면에 간격을 두고 대향하면서, 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향을 따라 연장된 대향 벽(facing wall)과, 상기 대향 벽을 관통하도록 상기 대향 벽에 형성된 복수의 배출구와, 상기 대향 벽을 이용하여 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향을 따라 연장되고, 또한 상기 배출구와 연통하는 가스 공급 챔버와, 상기 반응 챔버와 연통하는 가스 배출 통로를 포함하는 가스 통로 형성 부재와,
    (iii) 상기 베이스 바디에 설치되고, 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면, 상기 가스 통로 형성 부재, 상기 반응 가스 중 적어도 하나를 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시키는 가열원을 포함하고,
    상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면은 서로 상이한 위치에 설치된 제 1 카본 나노튜브 형성 면과 제 2 카본 나노튜브 형성 면을 포함하고,
    상기 대향 벽은 상기 대상물의 상기 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 제 1 간격을 두고 대향하는 제 1 대향 벽과, 상기 대상물의 상기 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 제 2 간격을 두고 대향하는 제 2 대향 벽을 포함하며,
    상기 배출구는 상기 제 1 대향 벽에 형성된 제 1 배출구와, 상기 제 2 대향 벽에 형성된 제 2 배출구를 포함하고,
    상기 가스 공급 챔버는 제 1 가스 공급 통로에 연결되는 동시에 상기 제 1 배출구와 연통하는 제 1 가스 공급 챔버와, 제 2 가스 공급 통로에 연결되는 동시에 상기 제 2 배출구와 연통하는 제 2 가스 공급 챔버를 포함하며,
    상기 가열원은 상기 제 1 카본 나노튜브 형성 면에 상기 카본 나노튜브를 형성하는 제 1 반응 가스, 상기 대상물의 상기 제 1 카본 나노튜브 형성 면, 상기 제 1 가스 공급 챔버 중 적어도 하나를 제 1 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시키는 제 1 가열원과, 상기 제 2 카본 나노튜브 형성 면에 카본 나노튜브를 형성하는 제 2 반응 가스, 상기 대상물의 제 2 카본 나노튜브 형성 면, 상기 제 2 가스 공급 챔버 중 적어도 하나를 제 2 카본 나노튜브 형성 온도로 가열시키는 제 2 가열원을 포함하는, 카본 나노튜브 제조 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각 상기 배출구의 중심선으로부터 상기 대상물을 향하여 연장하는 연장선은 상기 대상물의 상기 카본 나노튜브 형성 면이 연장하는 면 방향에 대하여 소정 각도 θ(θ=70~110°) 이내로 교차하도록 설정되는, 카본 나노튜브 제조 장치.
  10. 삭제
  11. 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 통로 형성 부재의 상기 반응 챔버의 출구는 상기 대상물의 측단면에 대향하는 위치에 배치되는, 카본 나노튜브 제조 장치.
KR1020137001901A 2010-08-04 2011-07-28 카본 나노튜브 디바이스, 카본 나노튜브 제조 방법 및 카본 나노튜브 제조 장치 KR101390462B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010175434A JP5630640B2 (ja) 2010-08-04 2010-08-04 カーボンナノチューブ製造方法およびカーボンナノチューブ製造装置
JPJP-P-2010-175434 2010-08-04
JPJP-P-2010-175448 2010-08-04
JP2010175448A JP5625598B2 (ja) 2010-08-04 2010-08-04 カーボンナノチューブデバイス
PCT/JP2011/067824 WO2012018062A1 (ja) 2010-08-04 2011-07-28 カーボンナノチューブデバイス、カーボンナノチューブ製造方法およびカーボンナノチューブ製造装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130031359A KR20130031359A (ko) 2013-03-28
KR101390462B1 true KR101390462B1 (ko) 2014-04-29

Family

ID=45559558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137001901A KR101390462B1 (ko) 2010-08-04 2011-07-28 카본 나노튜브 디바이스, 카본 나노튜브 제조 방법 및 카본 나노튜브 제조 장치

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20130084235A1 (ko)
KR (1) KR101390462B1 (ko)
CN (1) CN103052593B (ko)
WO (1) WO2012018062A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014104011A1 (de) 2014-03-24 2015-09-24 Aixtron Se Vorrichtung zum Abscheiden von Nanotubes
DE102014104009A1 (de) 2014-03-24 2015-09-24 Aixtron Se Auf seinen beiden voneinander wegweisenden Breitseiten je ein Substrat tragender Substratträger
CN104706436A (zh) * 2015-03-10 2015-06-17 宋蕾 一种新型多功能口腔护理牙刷
CN107381537A (zh) * 2017-08-09 2017-11-24 新乡学院 一种碳纳米管制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004244252A (ja) * 2003-02-12 2004-09-02 Fujikura Ltd カーボンナノチューブ集合体及びその製造方法
JP2008303422A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Rohm Co Ltd 気相成長装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050103265A1 (en) * 2003-11-19 2005-05-19 Applied Materials, Inc., A Delaware Corporation Gas distribution showerhead featuring exhaust apertures
JP2005183443A (ja) * 2003-12-16 2005-07-07 Hitachi Zosen Corp キャパシタ組込みプリント基板
WO2006127208A2 (en) * 2005-05-26 2006-11-30 Nanocomp Technologies, Inc. Systems and methods for thermal management of electronic components
JP2007048907A (ja) * 2005-08-09 2007-02-22 National Institute For Materials Science 電気二重層キャパシタ用電極およびこれを用いたキャパシタ
US8890312B2 (en) * 2006-05-26 2014-11-18 The Hong Kong University Of Science And Technology Heat dissipation structure with aligned carbon nanotube arrays and methods for manufacturing and use
JP4062346B2 (ja) * 2006-08-17 2008-03-19 富士ゼロックス株式会社 カーボンナノチューブ膜およびその製造方法、並びにそれを用いたキャパシタ
US7955663B2 (en) * 2006-12-04 2011-06-07 Council Of Scientific And Industrial Research Process for the simultaneous and selective preparation of single-walled and multi-walled carbon nanotubes
EP2132756B1 (en) * 2007-03-15 2016-11-09 Yazaki Corporation Capacitor electrodes comprising carbon nanotubes filled with one or more non-carbon materials
US8388795B2 (en) * 2007-05-17 2013-03-05 The Boeing Company Nanotube-enhanced interlayers for composite structures
WO2009101806A1 (ja) * 2008-02-13 2009-08-20 Panasonic Corporation 電気二重層キャパシタおよびその製造方法
CN102177563B (zh) * 2008-12-08 2013-10-09 松下电器产业株式会社 双电层电容器及其制造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004244252A (ja) * 2003-02-12 2004-09-02 Fujikura Ltd カーボンナノチューブ集合体及びその製造方法
JP2008303422A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Rohm Co Ltd 気相成長装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103052593A (zh) 2013-04-17
US20130084235A1 (en) 2013-04-04
WO2012018062A1 (ja) 2012-02-09
CN103052593B (zh) 2015-04-29
KR20130031359A (ko) 2013-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102482076B (zh) 新型结构的碳纳米复合体及其制造方法
Yao et al. Hybrid vertical graphene/lithium titanate–CNTs arrays for lithium ion storage with extraordinary performance
Quan et al. Revealing the Double‐Edged Sword Role of Graphene on Boosted Charge Transfer versus Active Site Control in TiO2 Nanotube Arrays@ RGO/MoS2 Heterostructure
Nam et al. Pseudocapacitive properties of electrochemically prepared nickel oxides on 3-dimensional carbon nanotube film substrates
US7842432B2 (en) Nanowire structures comprising carbon
TWI436942B (zh) 含碳之奈米線結構
KR101703516B1 (ko) 탄소 섬유 직물/탄소 나노 튜브 전극의 제조 방법
US20070212538A1 (en) Nanowire structures comprising carbon
KR101390462B1 (ko) 카본 나노튜브 디바이스, 카본 나노튜브 제조 방법 및 카본 나노튜브 제조 장치
JP2012517399A (ja) エネルギー貯蔵用のメソポーラスカーボン材料
KR20170003728A (ko) 메탈라이즈드 탄소 나노튜브 및 나노섬유를 함유한 복합 재료
US20180159133A1 (en) A device and method of manufacturing high aspect ratio structures
KR101105473B1 (ko) 신규한 구조의 탄소계 나노복합체 및 이의 제조방법
Peera et al. Recent advances on MXene‐based electrocatalysts toward oxygen reduction reaction: a focused review
US20140126112A1 (en) Carbon nanotubes attached to metal foil
US20120141880A1 (en) Ionically conductive polymers, methods for production thereof and electrical devices made therefrom
JP2012114424A (ja) 太陽電池および太陽電池の製造方法
WO2012172809A1 (ja) カーボンナノチューブ並走集合体、炭素系電極、蓄電デバイスおよびカーボンナノチューブ並走集合体の製造方法
CN102823045A (zh) 膜电极组件、其制造方法以及燃料电池
Senokos et al. Transparent and flexible high-power supercapacitors based on carbon nanotube fibre aerogels
Lee et al. Vapor–Solid Reaction Growth of Rutile TiO2 Nanorods and Nanowires for Li-Ion-Battery Electrodes
US20090273106A1 (en) Porous Carbon Membranes and Their Forming Method
EP2757069B1 (en) Structure for forming carbon nanofiber, carbon nanofiber structure and method for producing same, and carbon nanofiber electrode
Soehn et al. Design of gas diffusion electrodes using nanocarbon
US8398754B2 (en) Proton conducting membrane and method for producing proton conducting membrane

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170317

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180328

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190328

Year of fee payment: 6