KR20190039121A - 카본 나노 튜브 집합체 - Google Patents

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요시하루 하타케야마
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

시트 형상을 유지할 수 있는 카본 나노 튜브 집합체를 제공한다. 본 발명의 카본 나노 튜브 집합체는, 복수의 카본 나노 튜브로부터, 시트상으로 구성되고, 그 카본 나노 튜브의 비배향부를 갖는다. 하나의 실시형태에 있어서는, 상기 카본 나노 튜브 집합체는, 상기 카본 나노 튜브의 배향부를 추가로 갖는다. 하나의 실시형태에 있어서는, 상기 카본 나노 튜브 집합체의 길이 방향의 단부에, 상기 비배향부가 존재한다.

Description

카본 나노 튜브 집합체
본 발명은, 카본 나노 튜브 집합체에 관한 것이다.
반도체 소자 등의 제조 공정에 있어서, 재료, 제조 중간품, 제품 등의 피가공물을 반송할 때, 그 피가공물을 이동 아암이나 이동 테이블 등의 반송 기재를 사용하여 반송하는 것이 실시되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조). 이와 같은 반송을 실시할 때에는, 피가공물이 재치 (載置) 되는 부재 (반송 고정 지그) 에는, 피가공물이 반송 중에 어긋나지 않는 강한 그립력이 요구된다. 또, 이와 같은 요구는, 제조 공정 고속화의 요구와 함께, 해마다 높아지고 있다.
그러나, 종래의 반송 고정 지그는, 수지 등의 탄성 재료에 의해 피가공물을 유지하고 있어, 피가공물에 그 탄성 재료가 부착 잔존되기 쉽다는 문제가 있다. 또, 수지 등의 탄성 재료는, 내열성이 낮아, 고온 환경 하에서는, 그 그립력이 저하된다는 문제가 있다.
세라믹스 등의 재료를 반송 고정 지그에 사용하면, 피가공물의 오염은 방지되고, 또 그립력의 온도 의존성은 낮아진다. 그러나, 이와 같은 재료로 구성되는 반송 고정 지그는, 본질적으로 그립력이 낮아, 상온 하에서도 충분히 피가공물을 유지할 수 없다는 문제가 있다.
또, 고온 환경 하에서 피가공물을 유지하는 방법으로는, 감압 흡착시키는 방법, 반송 고정 지그의 형상에 따라 피가공물을 고정시키는 방법 (예를 들어, 척킹, 스폿 페이싱 고정 등) 등을 들 수 있다. 그러나, 감압 흡착시키는 방법은, 대기 분위기 하에서만 유효하고, CVD 공정 등에 있어서의 진공 하에서는 채용할 수 없다. 또, 반송 고정 지그의 형상에 의해 피가공물을 고정시키는 방법에 있어서는, 피가공물과 반송 고정 지그의 접촉에 의해, 피가공물이 데미지를 받는, 파티클이 발생하거나 하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하는 수단으로서, 카본 나노 튜브 집합체를 구비하는 점착성 구조체를 반송 고정 지그에 사용하는 것을 생각할 수 있다. 카본 나노 튜브 집합체는, 통상적으로, 소정의 기재 위에 촉매층을 형성하고, 열, 플라즈마 등에 의해 촉매를 활성화시킨 상태에서 탄소원을 충전하고, 카본 나노 튜브를 성장시키는 방법 (화학 기상 성장법) 에 의해 얻어질 수 있다. 이와 같은 제조 방법에 의하면, 기재로부터 대략 수직으로 배향한 카본 나노 튜브로 구성되는 카본 나노 튜브 집합체가 얻어진다.
반송 고정 지그에 상기 카본 나노 튜브 집합체를 적용하는 경우, 상기와 같이 하여 얻어진 카본 나노 튜브 집합체를 기재로부터 취출하고, 반송 고정 지그 상에 고정시킨다. 그러나, 카본 나노 튜브는 반데르발스 힘의 작용으로 다발로 되어 있어, 면 방향의 연결이 매우 약하여, 용이하게 카본 나노 튜브가 뿔뿔이 흩어지기 때문에, 기재로부터 시트상으로 카본 나노 튜브 집합체를 취출하는 것이 곤란하다.
일본 공개특허공보 2001-351961호 일본 공개특허공보 2013-138152호
본 발명의 과제는, 그립력이 우수하고, 또한 시트 형상을 유지할 수 있는 카본 나노 튜브 집합체를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 카본 나노 튜브 집합체는, 복수의 카본 나노 튜브로부터, 시트상으로 구성되고, 그 카본 나노 튜브의 비배향부를 갖는다.
하나의 실시형태에 있어서는, 상기 카본 나노 튜브 집합체는, 상기 카본 나노 튜브의 배향부를 추가로 갖는다.
하나의 실시형태에 있어서는, 상기 카본 나노 튜브 집합체의 길이 방향의 단부 근방에, 상기 비배향부가 존재한다.
하나의 실시형태에 있어서는, 상기 길이 방향의 단부 근방에 위치하는 비배향부의 길이가, 0.5 ㎛ 이상이다.
하나의 실시형태에 있어서는, 상기 비배향부가 형성된 면의 23 ℃ 에 있어서의 최대 정지 마찰 계수가, 1.0 이상이다.
하나의 실시형태에 있어서는, 상기 카본 나노 튜브 집합체는, 상기 카본 나노 튜브의 배향부를 갖지 않는다.
하나의 실시형태에 있어서는, 상기 카본 나노 튜브 집합체는, 두께가, 10 ㎛ ∼ 5000 ㎛ 이다.
본 발명의 다른 국면에 의하면, 시트가 제공된다. 이 시트는, 상기 카본 나노 튜브 집합체로 구성된다.
본 발명에 의하면, 그립력이 우수하고, 또한 시트 형상을 유지할 수 있는 카본 나노 튜브 집합체를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 하나의 실시형태에 의한 카본 나노 튜브 집합체의 개략 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 하나의 실시형태에 의한 카본 나노 튜브 집합체의 SEM 화상이다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 카본 나노 튜브 집합체의 개략 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 하나의 실시형태에 있어서의 카본 나노 튜브 집합체의 제조 장치의 개략 단면도이다.
A. 카본 나노 튜브 집합체
A-1. 카본 나노 튜브 집합체의 전체 구성
도 1 은, 본 발명의 하나의 실시형태에 의한 카본 나노 튜브 집합체의 일부를 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다. 카본 나노 튜브 집합체 (100) 는, 복수의 카본 나노 튜브 (10) 로부터, 시트상으로 구성된다. 카본 나노 튜브 집합체 (100) 는, 카본 나노 튜브 (10) 의 비배향부 (110) 를 갖는다. 하나의 실시형태에 있어서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 카본 나노 튜브 집합체 (100) 는, 카본 나노 튜브 (10) 의 배향부 (120) 를 추가로 갖는다. 카본 나노 튜브 (10) 의 배향부 (120) 는, 소정 평면 (예를 들어, 복수의 카본 나노 튜브의 단부에 규정되는 카본 나노 튜브 집합체의 일방의 면) 에 대해 대략 수직 방향으로 배향하고 있다. 여기서,「대략 수직 방향」이란, 소정 평면에 대한 각도가, 바람직하게는 90°± 20°이고, 보다 바람직하게는 90°± 15°이고, 더욱 바람직하게는 90°± 10°이고, 특히 바람직하게는 90°± 5°이다.
하나의 실시형태에 있어서는, 카본 나노 튜브 (10) 의 비배향부 (110) 는, 카본 나노 튜브 집합체 (100) 의 길이 방향의 단부 근방에 존재한다. 도 1 에 있어서는, 카본 나노 튜브 집합체 (100) 의 일방단에 비배향부 (110) 가 형성되어 있다. 도 1 의 예에 한정되지 않고, 카본 나노 튜브의 비배향부는, 카본 나노 튜브 집합체의 길이 방향의 양 단부 근방에 존재하고 있어도 된다. 또, 카본 나노 튜브의 비배향부는, 카본 나노 튜브 집합체의 중간부 근방에 존재하고 있어도 된다. 또한, 카본 나노 튜브 집합체는, 카본 나노 튜브의 비배향부 및 배향부를 복수 개 포함하고 있어도 된다.
본 명세서에 있어서, 카본 나노 튜브의 비배향부란, 배향 각도의 편차치가 40°이상으로 구성되는 카본 나노 튜브의 집합 부분을 의미한다. 카본 나노 튜브의 배향 각도의 편차치는, 하기와 같이 하여 구할 수 있다.
(1) 카본 나노 튜브 집합체의 단면의 SEM 화상 (배율 2 만배, 화상 범위 : 카본 나노 튜브 집합체의 두께 × 폭 약 6 ㎛) 을 취득한다. 도 2 는, 그 SEM 화상이고, 카본 나노 튜브 집합체의 하면 (102) 측을 나타낸다.
(2) 카본 나노 튜브 집합체의 두께 방향 양 단부 근방에 있어서, 복수의 카본 나노 튜브의 단부에 규정되고, 폭 방향으로 10 개 이상의 카본 나노 튜브가 존재하는 면을, 상면 및 하면 (102) 으로 규정한다. 하나의 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 배향 각도의 편차치는, 기재 상에 카본 나노 튜브 집합체를 형성한 후, 그 기재로부터 카본 나노 튜브 집합체를 채취하기 전에, 측정할 수도 있다. 이 때, 카본 나노 튜브 집합체의 하면은, 기재와 대략 평행해지는 면이다.
(3) 하면 (102) 으로부터, 하면 (102) 과 평행하게 500 ㎚ 마다 라인 (210) 을 긋고, 500 ㎚ 간격의 구획을 설정한다. 또한, 도 2 에 있어서는, 라인을 15 개까지 그은 상태 (15 개의 구획을 설정한 상태) 를 나타내고 있다.
(4) 1 개의 구획 내에 있어서, 무작위로 10 개의 카본 나노 튜브를 선택한다.
(5) 선택한 카본 나노 튜브마다, 그 카본 나노 튜브를 내포하는 원 (220) 을 설정한다. 이 때, 그 원에 접하는 카본 나노 튜브의 2 개의 단부를 잇는 직선 (230) 이, 구획 내에서 500 ㎚ ± 50 ㎚ 가 되도록, 원 (220) 을 설정한다.
(6) 직선 (230) 의 하면 (102) 에 대한 배향 각도를 측정하고, 구획 내 10 개의 카본 나노 튜브의 각도로부터, 배향 각도의 표준 편차를 구한다.
(7) 그 배향 각도의 표준 편차가 40°이상인 경우, 당해 구획에 있어서의 카본 나노 튜브는 배향하고 있지 않아, 당해 구획은 카본 나노 튜브의 비배향부 (110) 인 것으로 판단된다. 또한, 도 2 에 있어서는, 비배향부 (110) 의 두께는 4 ㎛ 이다. 이하, 카본 나노 튜브의 비배향부를 간단히 비배향부라고 하는 경우도 있다.
본 명세서에 있어서, 카본 나노 튜브의 배향부란, 배향 각도의 편차치가 40°미만으로 구성되는 카본 나노 튜브의 집합 부분을 의미한다. 즉, 상기와 같이, 소정 구획마다, 카본 나노 튜브의 배향 각도의 표준 편차를 구하고, 그 표준 편차가 40°미만인 경우, 당해 구획에 있어서의 카본 나노 튜브는 배향하고 있고, 당해 구획은, 카본 나노 튜브의 배향부인 것으로 판단된다. 이하, 카본 나노 튜브의 배향부를 간단히 배향부라고 하는 경우도 있다.
도 3 은, 본 발명의 다른 실시형태에 의한 카본 나노 튜브 집합체를 모식적으로 나타내는 개략 단면도이다. 도 3 에 나타내는 실시형태에 있어서는, 카본 나노 튜브 집합체 (100') 는, 카본 나노 튜브 집합체 (100) 의 배향부 (120) 를 갖지 않고, 그 전체가 카본 나노 튜브의 비배향부 (110) 로 구성되어 있다.
본 발명에 있어서는, 상기와 같이, 카본 나노 튜브 집합체가, 카본 나노 튜브의 비배향부를 가짐으로써, 면 방향의 연결이 강화된다. 그 결과, 카본 나노 튜브 집합체를 시트상으로 구성하는 것이 가능해진다.
하나의 실시형태에 있어서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 카본 나노 튜브의 배향부 및 비배향부로 구성되어 있는 카본 나노 튜브 집합체는, 카본 나노 튜브의 비배향부만으로 구성되는 카본 나노 튜브 집합체 (도 3) 보다, 점착성이 우수한 경우가 있다. 이것은, 카본 나노 튜브 집합체의 제조 방법의 상이, 구체적으로는 제조시의 압축의 유무 (상세한 것은 후술) 에 의한 것으로 생각된다.
배향부 및 비배향부로 구성되는 카본 나노 튜브 집합체에 있어서, 비배향부의 두께는, 바람직하게는 0.5 ㎛ ∼ 50 ㎛ 이고, 보다 바람직하게는 1 ㎛ ∼ 20 ㎛ 이고, 더욱 바람직하게는 2 ㎛ ∼ 10 ㎛ 이고, 특히 바람직하게는 2 ㎛ ∼ 7 ㎛ 이다. 이와 같은 범위이면, 점착성이 우수하고, 또한 시트 형상을 유지할 수 있는 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
배향부 및 비배향부로 구성되는 카본 나노 튜브 집합체에 있어서, 비배향부의 두께의 비율은, 카본 나노 튜브 집합체의 두께 (배향부의 두께와 비배향부의 두께의 합) 에 대해, 바람직하게는 0.001 ％ ∼ 50 ％ 이고, 보다 바람직하게는 0.01 ％ ∼ 40 ％ 이고, 더욱 바람직하게는 0.05 ％ ∼ 30 ％ 이고, 특히 바람직하게는 0.1 ％ ∼ 20 ％ 이다. 이와 같은 범위이면, 점착성이 우수하고, 또한 시트 형상을 유지할 수 있는 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
상기 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 예를 들어, 10 ㎛ ∼ 5000 ㎛ 이고, 바람직하게는 50 ㎛ ∼ 4000 ㎛ 이고, 보다 바람직하게는 100 ㎛ ∼ 3000 ㎛ 이고, 더욱 바람직하게는 300 ㎛ ∼ 2000 ㎛ 이다. 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 예를 들어, 카본 나노 튜브 집합체층의 면 방향 단부로부터 0.2 ㎜ 이상 내측에 있어서, 부작위로 추출한 3 점의 평균치이다.
카본 나노 튜브 집합체 표면 (복수의 카본 나노 튜브의 단부에 규정되는 면) 의, 유리 표면에 대한 23 ℃ 에 있어서의 최대 정지 마찰 계수는, 바람직하게는 1.0 이상이다. 상기 최대 정지 마찰 계수의 상한치는, 바람직하게는 50 이다. 이와 같은 범위이면, 그립성이 우수한 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다. 또한, 유리 표면에 대한 마찰 계수가 큰 상기 점착성 구조체가, 유리 이외의 재료로 구성되는 피재치물 (예를 들어, 반도체 웨이퍼) 에 대해서도, 강한 그립성을 발현할 수 있는 것은 말할 필요도 없다. 최대 정지 마찰 계수의 측정 방법은, 후술한다.
하나의 실시형태에 있어서는, 본 발명의 카본 나노 튜브 집합체는, 반송 고정 지그에 적용될 수 있다. 그 반송 고정 지그는, 예를 들어, 반도체 소자의 제조 공정, 광학 부재의 제조 공정 등에 바람직하게 사용될 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 반송 고정 지그는, 반도체 소자 제조에 있어서의 공정과 공정 사이, 혹은 소정의 공정 내에서, 재료, 제조 중간품, 제품 등 (구체적으로는, 반도체 재료, 웨이퍼, 칩, 기판, 세라믹스판, 필름 등) 을 이송하기 위하여 사용될 수 있다. 또, 광학 부재 제조에 있어서의 공정간, 혹은 소정의 공정 내에서, 유리 기재 등을 이송하기 위하여 사용될 수 있다.
A-1-1. 길이 방향의 단부 근방에 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체
하나의 실시형태에 있어서는, 상기와 같이, 본 발명의 카본 나노 튜브 집합체는, 길이 방향의 단부 근방에 비배향부를 갖는다. 길이 방향의 단부 근방에 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체는, 배향부를 추가로 갖는 것, 즉 배향부의 단부에 비배향부가 존재하는 구성인 것이 바람직하다. 길이 방향의 단부 근방에 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체는, 편면에만 비배향부를 갖고 있어도 되고, 양면에 비배향부를 갖고 있어도 된다. 또, 길이 방향의 단부 근방에 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체는, 단부 근방에 위치하는 비배향부에 더하여, 단부 근방 이외의 장소에 위치하는 비배향부를 갖고 있어도 된다.
길이 방향의 단부 근방에 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체는, 비배향부를 갖는 면을 점착면으로 하여, 당해 점착면에 재치된 재치물 (예를 들어, 반도체 재료) 을 강력하게 유지할 수 있다. 이와 같은 효과는, 비배향부의 망목 구조가 산일 (散逸) 에너지를 갖는 것, 또 당해 망목 구조에 의해, 재치물과 카본 나노 튜브의 실접촉 면적이 증대하는 것 등을 요인으로 하여 얻어지는 것으로 생각할 수 있다.
길이 방향의 단부 근방에 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체에 있어서, 단부 근방에 위치하는 비배향부의 두께는, 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.5 ㎛ ∼ 50 ㎛ 이고, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎛ ∼ 20 ㎛ 이고, 더욱 바람직하게는 0.5 ㎛ ∼ 15 ㎛ 이고, 특히 바람직하게는 2 ㎛ ∼ 12 ㎛ 이다. 이와 같은 범위이면, 우수한 그립력을 발현할 수 있는 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다. 또, 상기 범위 내에 있어서 (즉, 두께가 50 ㎛ 이하인 경우에 있어서), 단부 근방에 위치하는 비배향부가 두꺼울수록, 높은 그립력을 얻을 수 있다.
길이 방향의 단부 근방에 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체에 있어서, 단부 근방에 위치하는 비배향부의 두께의 비율은, 카본 나노 튜브 집합체의 두께 (배향부의 두께와 비배향부의 두께의 합) 에 대해, 바람직하게는 0.001 ％ ∼ 50 ％ 이고, 보다 바람직하게는 0.01 ％ ∼ 40 ％ 이고, 더욱 바람직하게는 0.05 ％ ∼ 30 ％ 이고, 특히 바람직하게는 0.1 ％ ∼ 20 ％ 이다. 이와 같은 범위이면, 우수한 그립력을 발현할 수 있는 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
길이 방향의 단부 근방에 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체에 있어서, 비배향부가 형성된 면의 유리 표면에 대한 23 ℃ 에 있어서의 최대 정지 마찰 계수는, 바람직하게는 1.0 이상이고, 보다 바람직하게는, 1.5 이상이고, 더욱 바람직하게는 3.0 이상이고, 특히 바람직하게는 5.0 이상이다. 또, 바람직하게는 100 이하이고, 보다 바람직하게는 50 이하이고, 더욱 바람직하게는 30 이하이고, 특히 바람직하게는 20 이하이다.
길이 방향의 단부 근방에 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체에 있어서, 비배향부가 형성된 면의 유리 표면에 대한 23 ℃ 에 있어서의 마찰력은, 바람직하게는 0.5 N 이상이고, 보다 바람직하게는 0.7 N ∼ 50 N 이고, 더욱 바람직하게는 1.5 N ∼ 30 N 이고, 특히 바람직하게는 3 N ∼ 20 N 이다. 마찰력의 측정은, 하기의 순서로 실시할 수 있다.
＜마찰력 측정 방법＞
슬라이드 글라스 상에, 카본 나노 튜브 집합체 (사이즈 : 9 ㎜ × 9 ㎜) 의 측정면과는 반대측의 면을, 점착 테이프 (폴리이미드 점착 테이프) 를 개재하여 고정시켜, 평가용 샘플을 제작한다.
이어서, 평가용 샘플에 있어서의 마찰력 측정면을 아래로 하여, 평가용 샘플을 별도의 슬라이드 글라스 상에 배치하고, 평가용 샘플 상에 추를 올려, 카본 나노 튜브 집합체에 55 g 의 하중이 가해지도록 설정한다.
이어서, 평가용 샘플에 추를 올린 채로 수평 방향으로 인장하고, 수하물 저울 (CUSTOM 사 제조, 상품명「393-25」) 에 의해 마찰력의 측정을 실시한다. 수하물 저울의 표기가 0.05 ㎏ 이상인 값에 대해, 수치를 채용하고, 0.05 ㎏ 에 못 미치는 경우에는 0 ㎏ 로 하여 평가하고, 마찰력으로 한다.
카본 나노 튜브 집합체의 특징에 대해, A-1-1 항에 기재된 사항 이외의 특징은, A-1 항에 기재되는 바와 같다.
A-2. 카본 나노 튜브
카본 나노 튜브 집합체를 구성하는 카본 나노 튜브는, 예를 들어, 후술하는 실시형태 (제 1 실시형태, 제 2 실시형태) 를 취할 수 있다.
제 1 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브 집합체는, 복수의 카본 나노 튜브를 구비하고, 그 카본 나노 튜브가 복수층을 갖고, 그 카본 나노 튜브의 층수 분포의 분포폭이 10 층 이상이고, 그 층수 분포의 최빈치의 상대 빈도가 25 ％ 이하이다. 이와 같은 구성의 카본 나노 튜브 집합체는 점착력이 우수하다.
제 1 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 층수 분포의 분포폭은, 바람직하게는 10 층 이상이고, 보다 바람직하게는 10 층 ∼ 30 층이고, 더욱 바람직하게는 10 층 ∼ 25 층이고, 특히 바람직하게는 10 층 ∼ 20 층이다. 카본 나노 튜브의 층수 분포의 분포폭을 이와 같은 범위 내로 조정함으로써, 점착력이 우수한 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다. 카본 나노 튜브의 층수 분포의「분포폭」이란, 카본 나노 튜브의 층수의 최대 층수와 최소 층수의 차를 말한다.
카본 나노 튜브의 층수, 층수 분포는, 임의의 적절한 장치에 의해 측정하면 된다. 바람직하게는, 주사형 전자 현미경 (SEM) 이나 투과 전자 현미경 (TEM) 에 의해 측정된다. 예를 들어, 카본 나노 튜브 집합체로부터 적어도 10 개, 바람직하게는 20 개 이상의 카본 나노 튜브를 취출하여 SEM 혹은 TEM 에 의해 측정하고, 층수 및 층수 분포을 평가하면 된다.
제 1 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 층수의 최대 층수는, 바람직하게는 5 층 ∼ 30 층이고, 보다 바람직하게는 10 층 ∼ 30 층이고, 더욱 바람직하게는 15 층 ∼ 30 층이고, 특히 바람직하게는 15 층 ∼ 25 층이다.
제 1 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 층수의 최소 층수는, 바람직하게는 1 층 ∼ 10 층이고, 보다 바람직하게는 1 층 ∼ 5 층이다.
제 1 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 층수 분포의 최빈치의 상대 빈도는, 바람직하게는 25 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 1 ％ ∼ 25 ％ 이고, 더욱 바람직하게는 5 ％ ∼ 25 ％ 이고, 특히 바람직하게는 10 ％ ∼ 25 ％ 이고, 가장 바람직하게는 15 ％ ∼ 25 ％ 이다. 카본 나노 튜브의 층수 분포의 최빈치의 상대 빈도를 상기 범위 내로 조정함으로써, 점착력이 우수한 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
제 1 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 층수 분포의 최빈치는, 바람직하게는 층수 2 층 내지 층수 10 층에 존재하고, 더욱 바람직하게는 층수 3 층 내지 층수 10 층에 존재한다. 카본 나노 튜브의 층수 분포의 최빈치를 상기 범위 내로 조정함으로써, 점착력이 우수한 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
제 1 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 형상으로는, 그 횡단면이 임의의 적절한 형상을 갖고 있으면 된다. 예를 들어, 그 횡단면이, 대략 원형, 타원형, n 각형 (n 은 3 이상의 정수) 등을 들 수 있다.
제 1 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 직경은, 바람직하게는 0.3 ㎚ ∼ 2000 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 1 ㎚ ∼ 1000 ㎚ 이고, 더욱 바람직하게는 2 ㎚ ∼ 500 ㎚ 이다. 카본 나노 튜브의 직경을 상기 범위 내로 조정함으로써, 점착력이 우수한 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
제 1 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 비표면적, 밀도는, 임의의 적절한 값으로 설정될 수 있다.
제 2 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브 집합체는, 복수의 카본 나노 튜브를 구비하고, 그 카본 나노 튜브가 복수층을 갖고, 그 카본 나노 튜브의 층수 분포의 최빈치가 층수 10 층 이하에 존재하고, 그 최빈치의 상대 빈도가 30 ％ 이상이다. 이와 같은 구성의 카본 나노 튜브 집합체는 점착력이 우수하다.
제 2 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 층수 분포의 분포폭은, 바람직하게는 9 층 이하이고, 보다 바람직하게는 1 층 ∼ 9 층이고, 더욱 바람직하게는 2 층 ∼ 8 층이고, 특히 바람직하게는 3 층 ∼ 8 층이다. 카본 나노 튜브의 층수 분포의 분포폭을 이와 같은 범위 내로 조정함으로써, 점착력이 우수한 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
제 2 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 층수의 최대 층수는, 바람직하게는 1 층 ∼ 20 층이고, 보다 바람직하게는 2 층 ∼ 15 층이고, 더욱 바람직하게는 3 층 ∼ 10 층이다.
제 2 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 층수의 최소 층수는, 바람직하게는 1 층 ∼ 10 층이고, 보다 바람직하게는 1 층 ∼ 5 층이다.
제 2 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 층수 분포의 최빈치의 상대 빈도는, 바람직하게는 30 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 30 ％ ∼ 100 ％ 이고, 더욱 바람직하게는 30 ％ ∼ 90 ％ 이고, 특히 바람직하게는 30 ％ ∼ 80 ％ 이고, 가장 바람직하게는 30 ％ ∼ 70 ％ 이다.
제 2 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 층수 분포의 최빈치는, 바람직하게는 층수 10 층 이하에 존재하고, 보다 바람직하게는 층수 1 층 내지 층수 10 층에 존재하고, 더욱 바람직하게는 층수 2 층 내지 층수 8 층에 존재하고, 특히 바람직하게는 층수 2 층 내지 층수 6 층에 존재한다.
제 2 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 형상으로는, 그 횡단면이 임의의 적절한 형상을 갖고 있으면 된다. 예를 들어, 그 횡단면이, 대략 원형, 타원형, n 각형 (n 은 3 이상의 정수) 등을 들 수 있다.
제 2 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 직경은, 바람직하게는 0.3 ㎚ ∼ 2000 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 1 ㎚ ∼ 1000 ㎚ 이고, 더욱 바람직하게는 2 ㎚ ∼ 500 ㎚ 이다. 카본 나노 튜브의 직경을 상기 범위 내로 조정함으로써, 점착력이 우수한 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
제 2 실시형태에 있어서, 카본 나노 튜브의 비표면적, 밀도는, 임의의 적절한 값으로 설정될 수 있다.
B. 카본 나노 튜브 집합체의 제조 방법
카본 나노 튜브 집합체의 제조 방법으로는, 임의의 적절한 방법을 채용할 수 있다.
카본 나노 튜브 집합체의 제조 방법으로는, 예를 들어, 기재 위에 촉매층을 형성하고, 열, 플라즈마 등에 의해 촉매를 활성화시킨 상태에서 탄소원을 공급하고, 카본 나노 튜브를 성장시키는, 화학 기상 성장법 (Chemical Vapor Deposition : CVD 법) 에 의해, 기재로부터 대략 수직으로 배향한 카본 나노 튜브 집합체를 제조하는 방법을 들 수 있다.
카본 나노 튜브 집합체의 제조 방법에서 사용할 수 있는 기재로는, 임의의 적절한 기재를 채용할 수 있다. 예를 들어, 평활성을 갖고, 카본 나노 튜브의 제조에 견딜 수 있는 고온 내열성을 갖는 재료를 들 수 있다. 이와 같은 재료로는, 예를 들어, 석영 유리, 지르코니아, 알루미나 등의 금속 산화물, 실리콘 (실리콘 웨이퍼 등), 알루미늄, 구리 등의 금속, 탄화규소 등의 탄화물, 질화규소, 질화알루미늄, 질화갈륨 등의 질화물 등을 들 수 있다.
카본 나노 튜브 집합체를 제조하기 위한 장치로는, 임의의 적절한 장치를 채용할 수 있다. 예를 들어, 열 CVD 장치로는, 도 4 에 나타내는 바와 같은, 통형의 반응 용기를 저항 가열식의 전기 관상로로 둘러싸 구성된 핫월형 등을 들 수 있다. 그 경우, 반응 용기로는, 예를 들어, 내열성의 석영관 등이 바람직하게 사용된다.
카본 나노 튜브 집합체의 제조에 사용할 수 있는 촉매 (촉매층의 재료) 로는, 임의의 적절한 촉매를 사용할 수 있다. 예를 들어, 철, 코발트, 니켈, 금, 백금, 은, 구리 등의 금속 촉매를 들 수 있다.
카본 나노 튜브 집합체를 제조할 때, 필요에 따라, 기재와 촉매층 사이에 중간층을 형성해도 된다. 중간층을 구성하는 재료로는, 예를 들어, 금속, 금속 산화물 등을 들 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서는, 중간층은, 알루미나/친수성막으로 구성된다.
알루미나/친수성막의 제작 방법으로는, 임의의 적절한 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 기재 위에 SiO2 막을 제작하고, Al 을 증착 후, 450 ℃ 까지 승온하여 산화시킴으로써 얻어진다. 이와 같은 제작 방법에 의하면, Al2O3 이 친수성의 SiO2 막과 상호 작용하고, Al2O3 을 직접 증착한 것보다 입자경이 상이한 Al2O3 면이 형성된다. 기재 위에, 친수성막을 제작하는 것을 실시하지 않고, Al 을 증착 후에 450 ℃ 까지 승온하여 산화시켜도, 입자경이 상이한 Al2O3 면이 잘 형성되지 않을 우려가 있다. 또, 기재 위에, 친수성막을 제작하고, Al2O3 을 직접 증착해도, 입자경이 상이한 Al2O3 면이 잘 형성되지 않을 우려가 있다.
카본 나노 튜브 집합체의 제조에 사용할 수 있는 촉매층의 두께는, 미립자를 형성시키기 위하여, 바람직하게는 0.01 ㎚ ∼ 20 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 0.1 ㎚ ∼ 10 ㎚ 이다. 카본 나노 튜브 집합체의 제조에 사용할 수 있는 촉매층의 두께를 상기 범위 내로 조정함으로써, 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체를 형성할 수 있다.
카본 나노 튜브 집합체의 제조에 사용할 수 있는 촉매층의 양은, 바람직하게는 50 ng/㎠ ∼ 3000 ng/㎠ 이고, 보다 바람직하게는 100 ng/㎠ ∼ 1500 ng/㎠ 이고, 특히 바람직하게는 300 ng/㎠ ∼ 1000 ng/㎠ 이다. 카본 나노 튜브 집합체의 제조에 사용할 수 있는 촉매층의 양을 상기 범위 내로 조정함으로써, 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체를 형성할 수 있다.
촉매층의 형성 방법은, 임의의 적절한 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 금속 촉매를 EB (전자 빔), 스퍼터 등에 의해 증착하는 방법, 금속 촉매 미립자의 현탁액을 기재 상에 도포하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 방법으로 형성된 촉매층은, 가열 등의 처리에 의해 미립화하여 카본 나노 튜브 집합체의 제조에 사용할 수 있다. 예를 들어, 가열 처리의 온도는, 바람직하게는 400 ℃ ∼ 1200 ℃ 이고, 보다 바람직하게는 500 ℃ ∼ 1100 ℃ 이고, 더욱 바람직하게는 600 ℃ ∼ 1000 ℃ 이고, 특히 바람직하게는 700 ℃ ∼ 900 ℃ 이다. 예를 들어, 가열 처리의 유지 시간은, 바람직하게는 0 분 ∼ 180 분이고, 보다 바람직하게는 5 분 ∼ 150 분이고, 더욱 바람직하게는 10 분 ∼ 120 분이고, 특히 바람직하게는 15 분 ∼ 90 분이다. 하나의 실시형태에 있어서는, 상기 가열 처리를 실시하면, 비배향부가 적절히 형성된 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기와 같은 가열 처리 등의 방법으로 형성한 촉매 미립자의 크기는, 원 상당 직경의 평균 입자경이, 바람직하게는 1 ㎚ ∼ 300 ㎚ 이고, 보다 바람직하게는 3 ㎚ ∼ 100 ㎚ 이고, 더욱 바람직하게는 5 ㎚ ∼ 50 ㎚ 이고, 특히 바람직하게는 10 ㎚ ∼ 30 ㎚ 이다. 하나의 실시형태에 있어서는, 상기 촉매 미립자의 크기이면, 비배향부가 적절히 형성된 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
카본 나노 튜브 집합체의 제조에 사용할 수 있는 탄소원으로는, 임의의 적절한 탄소원을 사용할 수 있다. 예를 들어, 메탄, 에틸렌, 아세틸렌, 벤젠 등의 탄화수소 ; 메탄올, 에탄올 등의 알코올 ; 등을 들 수 있다.
하나의 실시형태에 있어서는, 사용하는 탄소원의 종류에 따라, 상기 비배향부의 형성을 제어할 수 있다. 하나의 실시형태에 있어서는, 탄소원에 에틸렌을 사용함으로써, 상기 비배향부가 형성된다.
하나의 실시형태에 있어서는, 상기 탄소원은, 헬륨, 수소 및/또는 수증기와 함께, 혼합 가스로서 공급된다. 하나의 실시형태에 있어서는, 그 혼합 가스의 조성에 의해, 상기 비배향부의 형성을 제어할 수 있다. 예를 들어, 혼합 가스 중의 수소량을 늘림으로써, 비배향부를 형성시킬 수 있다.
상기 혼합 가스 중, 탄소원 (바람직하게는, 에틸렌) 의 23 ℃ 에 있어서의 농도는, 바람직하게는 2 vol％ ∼ 30 vol％ 이고, 보다 바람직하게는 2 vol％ ∼ 20 vol％ 이다. 상기 혼합 가스 중, 헬륨의 23 ℃ 에 있어서의 농도는, 바람직하게는 15 vol％ ∼ 92 vol％ 이고, 보다 바람직하게는 30 vol％ ∼ 80 vol％ 이다. 상기 혼합 가스 중, 수소의 23 ℃ 에 있어서의 농도는, 바람직하게는 5 vol％ ∼ 90 vol％ 이고, 보다 바람직하게는 20 vol％ ∼ 90 vol％ 이다. 상기 혼합 가스 중, 수증기의 23 ℃ 에 있어서의 농도는, 바람직하게는 0.02 vol％ ∼ 0.3 vol％ 이고, 보다 바람직하게는 0.02 vol％ ∼ 0.15 vol％ 이다. 하나의 실시형태에 있어서는, 상기 조성의 혼합 가스를 사용하면, 비배향부가 적절히 형성된 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
상기 혼합 가스에 있어서, 탄소원 (바람직하게는, 에틸렌) 과 수소의 23 ℃ 에 있어서의 체적비 (수소/탄소원) 는, 바람직하게는 2 ∼ 20 이고, 보다 바람직하게는 4 ∼ 10 이다. 이와 같은 범위이면, 비배향부가 적절히 형성된 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
상기 혼합 가스에 있어서, 수증기와 수소의 23 ℃ 에 있어서의 체적비 (수소/수증기) 는, 바람직하게는 100 ∼ 2000 이고, 보다 바람직하게는 200 ∼ 1500 이다. 이와 같은 범위이면, 비배향부가 적절히 형성된 카본 나노 튜브 집합체를 얻을 수 있다.
카본 나노 튜브 집합체의 제조에 있어서의 제조 온도로는, 임의의 적절한 온도를 채용할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 효과를 충분히 발현할 수 있는 촉매 입자를 형성시키기 위하여, 바람직하게는 400 ℃ ∼ 1000 ℃ 이고, 보다 바람직하게는 500 ℃ ∼ 900 ℃ 이고, 더욱 바람직하게는 600 ℃ ∼ 800 ℃ 이고, 더욱 바람직하게는 700 ℃ ∼ 800 ℃ 이고, 특히 바람직하게는 730 ℃ ∼ 780 ℃ 이다. 제조 온도에 의해, 상기 비배향부의 형성을 제어할 수 있다.
하나의 실시형태에 있어서는, 상기와 같이, 기재 위에 촉매층을 형성하고, 촉매를 활성화시킨 상태에서 탄소원을 공급하고, 카본 나노 튜브를 성장시킨 후, 탄소원의 공급을 멈추고, 탄소원이 존재하는 상태에서, 카본 나노 튜브를 반응 온도에서 유지한다. 하나의 실시형태에 있어서는, 이 반응 온도 유지 공정의 조건에 의해, 상기 비배향부의 형성을 제어할 수 있다.
하나의 실시형태에 있어서는, 상기와 같이, 기재 위에 촉매층을 형성하고, 촉매를 활성화시킨 상태에서 탄소원을 공급하고, 카본 나노 튜브를 성장시킨 후, 기재 상의 카본 나노 튜브의 두께 방향으로 소정의 하중을 가하여, 그 카본 나노 튜브를 압축해도 된다. 이와 같이 하면, 카본 나노 튜브의 비배향부만으로 구성되는 카본 나노 튜브 집합체 (도 3) 를 얻을 수 있다. 상기 하중으로는, 예를 들어, 1 g/㎠ ∼ 10000 g/㎠ 이고, 바람직하게는, 5 g/㎠ ∼ 1000 g/㎠ 이고, 보다 바람직하게는, 100 g/㎠ ∼ 500 g/㎠ 이다. 하나의 실시형태에 있어서는, 압축 전의 카본 나노 튜브층의 두께에 대한, 압축 후의 카본 나노 튜브층 (즉, 카본 나노 튜브 집합체) 의 두께는, 10 ％ ∼ 90 ％ 이고, 바람직하게는 20 ％ ∼ 80 ％ 이고, 보다 바람직하게는 30 ％ ∼ 60 ％ 이다.
상기와 같이 하여, 기재 상에 카본 나노 튜브 집합체를 형성시킨 후, 그 기재로부터, 카본 나노 튜브 집합체를 채취함으로써, 본 발명의 카본 나노 튜브 집합체가 얻어진다. 본 발명에 있어서는, 비배향부가 형성되어 있음으로써, 기재 상에 형성된 시트 형상인 채, 카본 나노 튜브 집합체를 채취할 수 있다.
C. 시트
본 발명의 시트는, 상기 카본 나노 튜브 집합체로 구성된다. 바람직하게는, 본 발명의 시트는, 카본 나노 튜브 집합체만으로 구성된다.
본 발명의 시트의 용도는 특별히 한정되지 않는다. 본 발명의 시트는, 예를 들어, 반송 장치에 있어서의 점착성 반송 부재로서 바람직하게 사용될 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하지만, 본 발명은 이것들에 한정되는 것이 아니다. 또한, 카본 나노 튜브 집합체의 두께 및 비배향부의 두께는, 카본 나노 튜브 집합체의 단면을 SEM 에 의해 관찰하여 측정하였다. 또, A 항에서 설명한 방법에 의해, 두께 500 ㎚ 의 구획마다 카본 나노 튜브의 배향도의 표준 편차를 구하고, 표준 편차가 40°이상이 되는 구획의 총 두께를 비배향부의 두께로 하였다.
또, 카본 나노 튜브 집합체의 최대 정지 마찰 계수는 이하의 방법에 의해 측정하였다.
＜유리 표면에 대한 최대 정지 마찰 계수＞
하기 방법으로 마찰력을 측정하고, 마찰력을 하중으로 나눈 값을 최대 정지 마찰 계수로 하였다.
(마찰력 측정 방법)
슬라이드 글라스 상에, 카본 나노 튜브 집합체 (사이즈 : 9 ㎜ × 9 ㎜) 의 측정면과는 반대측의 면을, 점착 테이프 (폴리이미드 점착 테이프) 를 개재하여 고정시키고, 평가용 샘플을 제작하였다.
이어서, 평가용 샘플에 있어서의 마찰력 측정면을 아래로 하여, 평가용 샘플을 다른 슬라이드 글라스 (사이즈 : 26 ㎜ × 76 ㎜) 상에 배치하고, 평가용 샘플상에 추를 올려, 카본 나노 튜브 집합체에 55 g 의 하중이 가해지도록 설정하였다.
이어서, 23 ℃ 의 환경 하에서, 평가용 샘플에 추를 올린 채로 수평 방향으로 인장하고 (인장 속도 : 100 ㎜/min), 평가용 샘플이 움직이기 시작할 때의 최대 하중을 마찰력으로 하였다. 마찰력의 측정은, 수하물 저울 (CUSTOM 사 제조, 상품명「393-25」) 을 사용하였다. 수하물 저울의 표기가 0.05 ㎏ 이상인 값에 대해, 수치를 채용하고, 0.05 ㎏ 에 못 미치는 경우에는 0 ㎏ 로 하여 평가하고, 마찰력으로 하였다.
또한, 실시예 4 에 대해서는, 300 g 의 하중을 가하여 카본 나노 튜브 집합체를 압축한 후, 상기와 같이 하여 마찰력을 측정하였다.
[실시예 1] 카본 나노 튜브 집합체의 제조
실리콘 기재 (발카·에프티사 제조, 두께 700 ㎛) 상에, 스퍼터 장치 (시바우라 메카트로닉스사 제조, 상품명「CFS-4ES」) 에 의해, 3922 ng/㎠ 의 Al2O3 박막 (도달 진공도 : 8.0 × 10-4 ㎩, 스퍼터 가스 : Ar, 가스압 : 0.50 ㎩) 을 형성하였다. 이 Al2O3 박막 상에, 추가로 스퍼터 장치 (시바우라 메카트로닉스사 제조, 상품명「CFS-4ES」) 로, 294 ng/㎠ 의 Fe 박막을 촉매층 (스퍼터 가스 : Ar, 가스압 : 0.75 ㎩) 으로 하여 형성하였다.
그 후, 이 기재를 30 ㎜φ 의 석영관 내에 탑재하고, 수분율 700 ppm 으로 유지한 헬륨/수소 (105/80 sc㎝) 혼합 가스를 석영관 내에 30 분간 흘려, 관 내를 치환하였다. 그 후, 전기 관상로를 사용하여 관 내를 765 ℃ 까지 승온시키고, 765 ℃ 에서 안정시켰다. 765 ℃ 에서 온도를 유지한 채로, 헬륨/수소/에틸렌 (105/80/15 sc㎝, 수분율 700 ppm) 혼합 가스를 관 내에 충전시키고, 60 분간 방치하여 카본 나노 튜브를 기재 상에 성장시켰다.
그 후, 원료 가스를 끊고, 수분율 700 ppm 으로 유지한 헬륨/수소 (105/80 sc㎝) 혼합 가스를 석영관 내에 흘린 채로 냉각시켰다.
상기의 조작에 의해, 두께 1100 ㎛ 의 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 이 카본 나노 튜브 집합체는, 실리콘 기재로부터 상방 1 ㎛ 의 부분이, 두께 4 ㎛ 의 비배향부 (배향도의 표준 편차 : 40°∼ 67°, 표준 편차의 평균 (각 구획의 표준 편차의 합계/구획수 (8 개)) : 48°) 였다.
카본 나노 튜브 집합체는, 핀셋을 사용하여, 실리콘 기재로부터 시트상으로 박리할 수 있었다.
또, 실리콘 기재측 표면의 카본 나노 튜브 집합체의 최대 정지 마찰 계수는, 7.1 이었다.
[실시예 2] 카본 나노 튜브 집합체의 제조
카본 나노 튜브의 성장 시간 60 분을 32 분으로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 마찬가지로 하여, 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 얻어진 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 550 ㎛ 였다. 또, 실리콘 기재측 단부가, 두께 5 ㎛ 의 비배향부 (배향도의 표준 편차 : 41°∼ 53°, 표준 편차의 평균 (각 구획의 표준 편차의 합계/구획수 (10 개)) : 47°) 였다.
카본 나노 튜브 집합체는, 핀셋을 사용하여, 실리콘 기재로부터 시트상으로 박리할 수 있었다.
또, 실리콘 기재측 표면의 카본 나노 튜브 집합체의 최대 정지 마찰 계수는, 9.3 이었다.
[실시예 3] 카본 나노 튜브 집합체의 제조
카본 나노 튜브의 성장 시간 60 분을 25 분으로 한 것 이외에는, 실시예 1 과 마찬가지로 하여, 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 얻어진 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 350 ㎛ 였다. 또, 실리콘 기재측 단부가, 두께 2 ㎛ 의 비배향부 (배향도의 표준 편차 : 52°∼ 58°, 표준 편차의 평균 (각 구획의 표준 편차의 합계/구획수 (4 개)) : 55°) 였다.
카본 나노 튜브 집합체는, 핀셋을 사용하여, 실리콘 기재로부터 시트상으로 박리할 수 있었다.
또, 실리콘 기재측 표면의 카본 나노 튜브 집합체의 최대 정지 마찰 계수는, 3.1 이었다.
[실시예 4] 카본 나노 튜브 집합체의 제조
헬륨/수소/에틸렌 (105/80/15 sc㎝, 수분율 700 ppm) 혼합 가스 대신에, 헬륨/수소/에틸렌 (105/100/15 sc㎝, 수분율 700 ppm) 혼합 가스를 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 마찬가지로 하여, 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 얻어진 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 1000 ㎛ 였다. 또, 실리콘 기재와는 반대측의 단부가, 두께 0.5 ㎛ 의 비배향부 (배향도의 표준 편차 : 45°) 였다.
카본 나노 튜브 집합체는, 핀셋을 사용하여, 실리콘 기재로부터 시트상으로 박리할 수 있었다.
또, 실리콘 기재와 반대측의 표면의 카본 나노 튜브 집합체의 최대 정지 마찰 계수는, 1.3 이었다.
[실시예 5] 카본 나노 튜브 집합체의 제조
촉매층으로서의 Fe 박막의 양을 294 ng/㎠ 에서 725 ng/㎠ 로 변경한 것 이외에는, 실시예 1 과 마찬가지로 하여, 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 얻어진 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 1000 ㎛ 였다. 또, 실리콘 기재측 단부가, 두께 12 ㎛ 의 비배향부 (배향도의 표준 편차 : 40°∼ 65°, 표준 편차의 평균 (각 구획의 표준 편차의 합계/구획수 (4 개)) : 48°) 였다.
카본 나노 튜브 집합체는, 핀셋을 사용하여, 실리콘 기재로부터 시트상으로 박리할 수 있었다.
또, 실리콘 기재측 표면의 카본 나노 튜브 집합체의 최대 정지 마찰 계수는, 13 이었다.
[실시예 6] 카본 나노 튜브 집합체의 제조
실시예 1 과 마찬가지로 하여, 카본 나노 튜브 집합체 (두께 1100 ㎛) 를 얻은 후, 그 카본 나노 튜브 집합체 (면적 : 0.81 ㎠) 에, 300 g 의 하중을 서서히 가하여 카본 나노 튜브 집합체를 압축하였다. 이와 같이 하여 얻어진 카본 나노 튜브 집합체는, 두께가 600 ㎛ 이고, 그 전체가 비배향부 (배향도의 표준 편차 : 40°∼ 73°, 표준 편차의 평균 (각 구획의 표준 편차의 합계/구획수 (1200 개)) : 56°) 였다.
카본 나노 튜브 집합체는, 핀셋을 사용하여, 실리콘 기재로부터 시트상으로 박리할 수 있었다.
또, 카본 나노 튜브 집합체의 최대 정지 마찰 계수는, 9.5 였다.
[비교예 1] 카본 나노 튜브 집합체의 제조
실리콘 기재 (발카·에프티사 제조, 두께 700 ㎛) 상에, 스퍼터 장치 (시바우라 메카트로닉스사 제조, 상품명「CFS-4ES」) 에 의해, 3922 ng/㎠ 의 Al2O3 박막 (도달 진공도 : 8.0 × 10-4 ㎩, 스퍼터 가스 : Ar, 가스압 : 0.50 ㎩) 을 형성하였다. 이 Al2O3 박막 상에, 추가로 스퍼터 장치 (시바우라 메카트로닉스사 제조, 상품명「CFS-4ES」) 로, 294 ng/㎠ 의 Fe 박막을 촉매층 (스퍼터 가스 : Ar, 가스압 : 0.75 ㎩) 으로 하여 형성하였다.
그 후, 이 기재를 30 ㎜φ 의 석영관 내에 탑재하고, 수분율 600 ppm 으로 유지한 헬륨/수소 (85/60 sc㎝) 혼합 가스를 석영관 내에 30 분간 흘려, 관 내를 치환하였다. 그 후, 전기 관상로를 사용하여 관 내를 765 ℃ 까지 승온시키고, 765 ℃ 에서 안정시켰다. 765 ℃ 에서 온도를 유지한 채로, 헬륨/수소/아세틸렌 (85/60/5 sc㎝, 수분율 600 ppm) 혼합 가스를 관 내에 충전시키고, 60 분간 방치하여 카본 나노 튜브를 기재 상에 성장시켰다.
그 후, 원료 가스를 끊고, 수분율 600 ppm 으로 유지한 헬륨/수소 (85/60 sc㎝) 혼합 가스를 석영관 내에 흘린 채로 냉각시켰다.
상기의 조작에 의해, 두께 270 ㎛ 의 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 이 카본 나노 튜브 집합체는, 비배향부를 갖고 있지 않았다.
카본 나노 튜브 집합체는, 핀셋을 사용하여, 실리콘 기재로부터 시트상으로 박리할 수 없었다.
또, 카본 나노 튜브 집합체의 최대 정지 마찰 계수는, 0 이었다.
[비교예 2] 카본 나노 튜브 집합체의 제조
헬륨/수소/에틸렌 (105/80/15 sc㎝, 수분율 700 ppm) 혼합 가스 대신에, 헬륨/에틸렌 (105/15 sc㎝, 수분율 700 ppm) 을 사용한 것 이외에는, 실시예 1 과 마찬가지로 하여 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 얻어진 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 600 ㎛ 였다. 이 카본 나노 튜브 집합체는, 비배향부를 갖지 않아, 핀셋을 사용하여, 실리콘 기재로부터 시트상으로 박리할 수 없었다. 또, 카본 나노 튜브 집합체의 최대 정지 마찰 계수는, 0 이었다.
[실시예 5] 카본 나노 튜브 집합체의 제조
실리콘 기재 (발카·에프티사 제조, 두께 700 ㎛) 상에, 스퍼터 장치 (시바우라 메카트로닉스사 제조, 상품명「CFS-4ES」) 에 의해, 3922 ng/㎠ 의 Al2O3 박막 (도달 진공도 : 8.0 × 10-4 ㎩, 스퍼터 가스 : Ar, 가스압 : 0.50 ㎩) 을 형성하였다. 이 Al2O3 박막 상에, 추가로 스퍼터 장치 (시바우라 메카트로닉스사 제조, 상품명「CFS-4ES」) 로, 725 ng/㎠ 의 Fe 박막을 촉매층 (스퍼터 가스 : Ar, 가스압 : 0.75 ㎩) 으로 하여 형성하였다.
그 후, 이 기재를 30 ㎜φ 의 석영관 내에 탑재하고, 수분율 750 ppm 으로 유지한 헬륨/수소 (105/80 sc㎝) 혼합 가스를 석영관 내에 30 분간 흘려, 관 내를 치환하였다. 그 후, 전기 관상로를 사용하여 관 내를 765 ℃ 까지 승온시키고, 765 ℃ 에서 안정시켰다. 765 ℃ 에서 온도를 유지한 채로, 헬륨/수소/에틸렌 (105/80/15 sc㎝, 수분율 750 ppm) 혼합 가스를 관 내에 충전시키고, 60 분간 방치하여 카본 나노 튜브를 기재 상에 성장시켰다.
그 후, 원료 가스를 끊고, 수분율 750 ppm 으로 유지한 헬륨/수소 (105/80 sc㎝) 혼합 가스를 석영관 내에 흘린 채로 냉각시켰다.
상기의 조작에 의해, 두께 1000 ㎛ 의 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 이 카본 나노 튜브 집합체는, 실리콘 기재측 단부에 비배향부를 갖고 있었다.
[실시예 6]
촉매층으로서의 Fe 박막의 양을 725 ng/㎠ 에서 540 ng/㎠ 로 변경하고, 헬륨/수소 (105/80 sc㎝) 혼합 가스 및 헬륨/수소/에틸렌 (105/80/15 sc㎝) 혼합 가스의 수분율을 750 ppm 에서 500 ppm 으로 변경한 것 이외에는, 실시예 5 와 마찬가지로 하여 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 얻어진 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 800 ㎛ 였다. 이 카본 나노 튜브 집합체는, 실리콘 기재측 단부에 비배향부를 갖고 있었다.
[실시예 7]
촉매층으로서의 Fe 박막의 양을 725 ng/㎠ 에서 540 ng/㎠ 로 변경하고, 헬륨/수소 (105/80 sc㎝) 혼합 가스 대신에, 헬륨/수소 (105/60 sc㎝) 혼합 가스를 사용하고, 헬륨/수소/에틸렌 (105/80/15 sc㎝) 혼합 가스 대신에, 헬륨/수소/에틸렌 (105/60/15 sc㎝) 혼합 가스를 사용한 것 이외에는, 실시예 5 와 마찬가지로 하여 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 얻어진 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 1000 ㎛ 였다. 이 카본 나노 튜브 집합체는, 실리콘 기재와는 반대측의 단부에 비배향부를 갖고 있었다.
[실시예 8]
촉매층으로서의 Fe 박막의 양을 725 ng/㎠ 에서 540 ng/㎠ 로 변경하고, 헬륨/수소 (105/80 sc㎝) 혼합 가스 대신에, 헬륨/수소 (105/100 sc㎝) 혼합 가스를 사용하고, 헬륨/수소/에틸렌 (105/80/15 sc㎝) 혼합 가스 대신에, 헬륨/수소/에틸렌 (105/100/15 sc㎝) 혼합 가스를 사용한 것 이외에는, 실시예 5 와 마찬가지로 하여 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 얻어진 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 1000 ㎛ 였다. 이 카본 나노 튜브 집합체는, 실리콘 기재와는 반대측의 단부에 비배향부를 갖고 있었다.
[실시예 9]
촉매층으로서의 Fe 박막의 양을 725 ng/㎠ 에서 540 ng/㎠ 로 변경하고, 헬륨/수소/에틸렌 (105/80/15 sc㎝) 혼합 가스 대신에, 헬륨/수소/에틸렌 (105/100/5 sc㎝) 혼합 가스를 사용한 것 이외에는, 실시예 5 와 마찬가지로 하여 카본 나노 튜브 집합체를 얻었다. 얻어진 카본 나노 튜브 집합체의 두께는, 100 m 였다. 이 카본 나노 튜브 집합체는, 실리콘 기재와는 반대측의 단부에 비배향부를 갖고 있었다.
＜평가＞
실시예 5 ∼ 9 및 비교예 1 에서 얻어진 카본 나노 튜브 집합체의 비배향부의 두께, 및 비배향부 형성면의 최대 정지 마찰 계수를 상기의 방법에 의해 평가하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.
Figure pct00001
표 1 로부터 분명한 바와 같이, 카본 나노 튜브 집합체의 길이 방향 단부에 비배향부를 갖는 카본 나노 튜브 집합체는, 최대 정지 마찰 계수가 높다. 이와 같은 카본 나노 튜브 집합체는, 높은 그립력을 발현할 수 있다. 또한, 실시예 5 ∼ 9 의 카본 나노 튜브 집합체는, 핀셋을 사용하여, 실리콘 기재로부터 시트상으로 박리할 수 있었다.
10 : 카본 나노 튜브
110 : 비배향부
120 : 배향부
100, 100' : 카본 나노 튜브 집합체

Claims (8)

  1. 복수의 카본 나노 튜브로부터, 시트상으로 구성되고,
    그 카본 나노 튜브의 비배향부를 갖는, 카본 나노 튜브 집합체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본 나노 튜브의 배향부를 추가로 갖는, 카본 나노 튜브 집합체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 카본 나노 튜브 집합체의 길이 방향의 단부 근방에, 상기 비배향부가 존재하는, 카본 나노 튜브 집합체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 길이 방향의 단부 근방에 위치하는 비배향부의 길이가 0.5 ㎛ 이상인, 카본 나노 튜브 집합체.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 비배향부가 형성된 면의 23 ℃ 에 있어서의 최대 정지 마찰 계수가 1.0 이상인, 카본 나노 튜브 집합체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 카본 나노 튜브의 배향부를 갖지 않는, 카본 나노 튜브 집합체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두께가 10 ㎛ ∼ 5000 ㎛ 인, 카본 나노 튜브 집합체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 카본 나노 튜브 집합체로 구성되는, 시트.
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