TW594931B - Method for preparing nano-carbon and nano-carbon prepared by such method and composite material or mixed material containing nano-carbon and metal fine particle, apparatus for preparing nano-carbon, method for patterning nano-carbon and nano carbon - Google Patents

Method for preparing nano-carbon and nano-carbon prepared by such method and composite material or mixed material containing nano-carbon and metal fine particle, apparatus for preparing nano-carbon, method for patterning nano-carbon and nano carbon Download PDF

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TW594931B
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TW091104104A
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Hirofumi Takikawa
Yoshihiko Hibi
Shigeo Itoh
Original Assignee
Futaba Denshi Kogyo Kk
Hirofumi Takikawa
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Description

594931 五、發明說明（1) [發明之詳細說明] [發明所屬技術範疇] 本發明係關於一種奈米碳的製造方法以及利用該方法 製造的奈米礙以及包含奈米碳與金屬微粒的複合材料或混 合材料，奈米碳的製造裝置、奈米碳的圖案化方法以及使 用該方法圖案化的奈米碳基材以及使用經圖案化的奈米碳 基材的電子放射源。 本發明特別適用於藉由以碳為主要成分的奈米級範圍 (10_6至10_9m)大小的粒子所構成的電子放射源，或氫氣等 氣體吸貯體的製造方法等。 [習知技術] 以下，以電子放射源為例進行說明。 電場電子放射源，與必須加熱的熱電子放射源相比， 不僅省電且壽命較長。目前，電場電子放射源的材料中， 除了有Si(矽）等半導體、Mo(鉬）、W(鎢）等金屬之外，還 有以奈米管為代表的奈米級範圍大小的碳材等（後文稱之 為碳系奈米材）。其中，碳系奈米材本身具有相當的大小 與尖銳度足以使電場集中，並具備化學性較為穩定，且機 械性強度優良的特徵，因此極適合作為電場電子放射源使 用。 以往作為碳系奈米材料之代表的奈米管的製造方法 中，包含：雷射融蝕法；惰性氣體中的石墨電極間的電弧 放電法；以及使用碳化氫的化學汽相沈積CVD法等。其 中，以電弧放電法製造的奈米管，在原子配列上缺點較
313449.ptd 第6頁 594931 五、發明說明（2) 少，故較適合於電場電子放射源。 以在的電弧放電法的程序如下。 將兩個石墨電極相對配置在容器 體排出後導入惰性氣體，並使之產 ’將谷器内的氣 快速蒸發，產生煙灰並堆積於陰極面弧。電弧之陽極會 的電弧放電，之後將裝置開放於大氣 持續數分鐘以上 物。陰極堆積物係由含有奈米管的軟心鱼f陰極堆積 煙灰中存在有奈米管。從軟心或煙灰中取出太， 該奈米管附載於基板上以作為電子放射源。T S 將 [發明所欲解決之課題] Μ 由以往的電弧放電法中的奈米管等碳系奈米材料以及 該碳系奈米材料所形成的電子放射源的製造課題，詳述如 下。 " 本發明的目的在提供一種不一定需使用製程容器等 可藉由使用溶接用電弧炬（arc torch)或具備類似構造 在產生奈米材時，需要真空容器、真空排氣裝置、惰 性氣體導入裝置’因此其裝置成本較高。此外，因必須反 覆進行排氣與大氣解放，故步驟冗長。又因為在完成各程 序後必須回收陰極堆積物或煙灰，且每次皆須清洗裝置， 因此並不適用於連續性的大量生產。此外，利用該方法所 產生的碳系奈米材料來作成電子放射元件時，必須進行軟 心與硬殼的分離，從煙灰離析、精製以及對基板的附載等 眾多的步驟 即
313449.ptd 第7頁 丄 五、發明說明（3)_____ 的裝置所產生的電弧放 —- 材，以產生含有夺乎;=咕蒸發以碳為主要成分的被電弧 法，以及其製造裝ί 煃 <，並將該煙灰予以回收的方 本發明也同樣地提 成電子放射源（將夺米破、種將該煙灰附載於基板上以形 以及其製造裝置。y、 乍為電子放射源來使用）的方法， 此外’為便於製生 圍$域或煙灰飛散部周在：：：復在玫電周 本發明也提供一方法以及其製造裝置。另外， 有流體（液體），並 兮區域或煙灰飛散部周圍存在 煙灰的方法，以及回收分散/溶解於該流體的 或煙灰飛散部周圍ς =裝置。同樣地，在放電周圍區域 著或分散於該粒&t體，並藉由該粒狀體回收附 此外，回ΐ =煙灰的方法，以及其製造裝置。 煙灰(複合材料）亦；;乍與金屬微粒子之複合 [解決課題的手段] .、、、虱虱吸貯材來使用。 有，請專‘圍第1項的奈米碳的製造方法，係包括 將第1電極、及以妙以上， 向配置在大氣中或空氣'的牛為驟主要成分的第2電極，相對 第2電極之間施加電壓孔以中/^驟；於前述第1電極與前述 電孤放電而蒸發前述第2==電的：驟；藉由前述 米碳的煙灰的步驟· 的刖述妷材料以產生包含奈 " 及回收包含前述奈米碳的煙灰的步
313449.ptd 第8頁 594931 五、發明說明（4) 驟。 申請專利範圍第2項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，前述第1電極係設 置於電弧炬的炬電極，其包括有：一面使該炬電極與前述 第2電極相對移動，一面藉由前述電弧放電使前述第2電極 的前述碳材料蒸發，以產生含有奈米碳的煙灰的步驟。 申請專利範圍第3項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，包括有：將基材 配置在與前述電弧放電的發生區域相對向的位置，並藉由 該基材回收包含前述奈米碳的煙灰的步驟。 申請專利範圍第4項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，其包括有：將流 體或粒狀體配置在與前述電弧放電的發生區域相對向的位 置，並藉由該流體或該粒狀體回收包含前述奈米碳的煙灰 之步驟。 申請專利範圍第5項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，前述第1電極與前 述第2電極所形成之角度為45度乃至135度之間的範圍。 申請專利範圍第6項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，前述煙灰係包含 有單層碳奈米管、碳奈米角、多層碳奈米管、碳奈米纖 維、碳奈米微粒、C N奈米管、C N奈米纖維、C N奈米微粒、 BCN奈米管、BCN奈米纖維、BCN奈米微粒、弗拉勒 (fullerene)、或由該等混合物所形成的奈米碳材料。
313449.ptd 第9頁 594931 五、發明說明（5) 申請專利範圍第7項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，前述煙灰係包含 奈米碳與金屬微粒的複合或混合煙灰（複合體或混合體）。 申請專利範圍第8項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，前述第2電極的碳 材料係使用：石墨或活性碳或非晶質碳，含有或内藏有添 加物的石墨或活性碳或非晶質碳，或是表面的一部份或全 部散佈、塗布、電鍍或敷鍍有添加物的石墨或活性碳或非 晶質碳。 申請專利範圍第9項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第8項的奈米碳的製造方法中，前述添加物為： Li,B,Mg,Al, Si, P, S, K, Ca, Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co, Ni, Cu,Zn,G a,Ge,As,Y,Zr,Nb,Mo,Rh,Pd,In,Sn,Sb,La,Hf,Ta,W,Os,Pt ，或是該等物質的氧化物或氮化物或碳化物或硫化物或氯 化物，或硫酸化合物或硝酸化合物，或是該等物質的混合 物。 申請專利範圍第1 0項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，前述電弧放電係 以直流或直流脈衝來運轉，並以前述第2電極作為電弧放 電的陽極。 申請專利範圍第11項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，前述電弧放電係 以交流或交流脈衝來運轉。 申請專利範圍第1 2項的奈米碳的製造方法，係於申請
313449.ptd 第10頁 594931 五、發明說明（6) 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，藉由前述電弧放 電使前述第2電極的端部或凹部或凸部的前述碳材料蒸發 而產生奈米碳。 申請專利範圍第1 3項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，一面對前述電弧 放電的發生區域供給特定氣體或空氣，一面進行前述電弧 放電。 申請專利範圍第1 4項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1 3項的奈米碳的製造方法中，前述特定氣體 為：Ar，He等稀有氣體、氮氣、二氧化碳、氧氣、氳氣或 該等氣體的混合氣體。 申請專利範圍第1 5項的奈米碳的製造方法，係於申請 專利範圍第1項的奈米碳的製造方法中，前述第1電極係以 石墨、W(鎢）、Mo(鉬）、或Ni (鎳）等高融點金屬為主要成 分。 申請專利範圍第1 6項的奈米碳，係使用申請專利範圍 第1項的方法而製造者。 申請專利範圍第1 7項所記載之包含奈米碳與金屬微粒 的複合或混合材料（複合或混合煙灰），係利用申請專利範 圍第1項的方法而製造者。 申請專利範圍第18項的奈米碳的製造裝置，其特徵為 包含有·將第1電極、及主要成分為礙材料或含有添加物 的碳材料或表面上形成有添加物的碳材料的第2電極，在 大氣中或空氣中以預定間隔予以保持的電極；由電源所形
313449.ptd 第11頁 五'發明說明（7彳__ 成的電弧產生 ^_ 述第2電極之M置，而該電源係用以在5、f楚， 放電使前述碳：广電壓以產生電弧放電並葬!極與前 申灰的回收構件 定氣體供給裝置； 利範圍第1 8 2軏圍第1 9項的奈米碳製造#番. 置在電弧炸項的奈米碳的製造裴置中& ，係於申請專 電極相董十ΐ的炬電·，並*備有使前过、r i電極係設 電極：i動的移動裝f，係可ϊ:電極與前述第2 門17:相對移動，-面在前述：：述炬電極與前述第2 『施加電壓以產生電弧放電，jj:極與前述第2電極之 電極之端部或凹部或凸部的 '該電弧放電使前述第 含奈米碳的煙灰。 灭材料蒸發，以產生包 申請專利範圍第20項的奈半山 利範圍第1 8項的奈米碳的製造^1製造裝置，係於申請專 種基材，具備有：使該基材保持中丄前述回收構件為一 區域相對向的位置的保持裝置，'、與别述電弧放電的發生 述奈米碳的煙灰。 並藉由該基材回收含有前 # 申請專利範圍第21項的奈米後 利範圍第18項的奈米碳的製造裝=裏造^置’係於申請專 體或粒狀體，此外還具備有將讓、、☆中’前述回收構件為流 前述電弧放電的發生區域相對^ $體或該=狀體配置成與 容器，並藉由該流體或該粒狀髁π位置的机體或粒狀體的 灰。 體回收包含前述奈米碳的煙 313449.ptd $ 12頁 594931 五、發明說明（8) 申請專利範圍第2 2項的奈米碳製造裝置，係於申請專 利範圍第2 1項的奈米碳的製造裝置中，前述流體係低於水 或電弧放電發生溫度，且具有流動性的液體或油狀流體。 申請專利範圍第23項的奈米碳製造裝置，係於申請專 利範圍第18項的奈米碳的製造裝置中，具備有用以包覆至 少前述第1電極與前述第2電極的兩電極間所產生的電弧放 電的發生區域的包覆構件。 申請專利範圍第24項的奈米碳的圖案化方法，其特徵 為包含有：將第1電極、及其主成分為碳材料的第2電極， 在大氣中或空氣中予以相對向配置的步驟；於前述第1電 極與前述第2電極之間施加電壓以產生電弧放電的步驟； 藉由前述電弧放電使前述第2電極的前述碳材料蒸發，以 產生含有奈米碳的煙灰的步驟；將具備經圖案化的開口部 的遮罩於表面或上方之基材，配置在與前述電弧放電的發 生區域相對向的位置，使含有前述奈米碳的煙灰覆著在對 應該開口部的該基材表面的步驟。 申請專利範圍第2 5項的奈米碳的圖案化方法，係於申 請專利範圍第24項的奈米碳的圖案化方法中，包括有：使 前述基材與前述電弧放電發生區域相對向並配置在流體 中，再於該流體中，使含有前述奈米碳的煙灰覆著在與前 述開口部相對應的前述基材表面的步驟。 申請專利範圍第2 6項的奈米碳的圖案化方法，其特徵 為包含有：將第1電極、及其主成分為碳材料的第2電極， 在大氣中或空氣中予以相對向配置的步驟；於前述第1電
313449.ptd 第13頁 594931 五、發明說明（9) 極與前述第2電極之間施加電壓以產生電弧放電的步驟； 藉由前述電弧放電使前述第2電極的前述碳材料蒸發，以 產生含有奈米碳的煙灰的步驟；使於表面具備經圖案化的 黏著層的基材與前述電弧放電的發生區域相對向配置，並 使含有前述奈米碳的煙灰至少能夠覆著在該黏著層的步 驟。 申請專利範圍第2 7項的奈米碳的圖案化方法，係於申 請專利範圍第24項或第26項的奈米碳圖案化方法中，前述 第1電極係設置在電弧炬的炬電極，並包括有：使該炬電 極與前述第2電極相對移動的同時，可藉由前述電弧放電 使前述第2電極的端部或是凹部或是凸部的前述碳材料蒸 發，以產生含有奈米碳的煙灰的步驟。 申請專利範圍第2 8項的經圖案化之奈米碳基材，其係 利用申請專利範圍第24項或第26項的方法而製造者。 申請專利範圍第2 9項的電子放射源，其係使用申請專 利範圍第28項的經圖案化的奈米碳基材。 [發明之實施形態] 以下，參照圖面詳細說明本發明的實施形態。此外， 本發明並不限於圖式之構成，當然可進行各種設計上的變 更。 在本發明中，係將碳奈米管、碳奈米纖維、碳奈米微 粒（包含奈米角nano-horn)、CN奈米管、CN(奈米）纖維、 CN奈米微粒、BCN奈米管、BCN(奈米）纖維、BCN奈米微 粒、弗拉勒、或該等物質的混合物等，統稱為奈米碳材。
313449.ptd 第14頁 594931 五、發明說明（ίο) " —-—— 此外，含有本發明的奈米碳材料的煙灰，僅勺人* 除了碳之外至少還包含金屬微粒。 碳或 第1圖係本發明之一實施形態的奈米碳的製造方 =碳的圖案化方法’奈米碳以及奈米碳與金屬^粒的’ 口材料（複合煙灰），及使用在奈米碳基材以及 複 的製造方法的製造裝置（包含圖案化裝置）。 射源 本實施形態係在大氣中（或大氣壓中）或* 5 氣體環境中，使用泛用的TIG等溶接用電弧矩性2 = 5 弧溶接）以及電源（溶接電源）’對於被電弧材的端邱、體電 進行例如短時間的電弧放電’使被電弧材基 σ寻’ 奈米碳的煙灰，並將該煙灰堆積在作為回收 含有 件）之一例的基材上。 牛（補木構 •氧氣=4: 1的組合氣 5氣壓（50kPa至 此處所指之空氣大致包含氮氣 體。此外，空氣中係指例如〇 · 5至1 150kPa)程度的環境。 τ I G溶接係指：在一般惰性氣體的包圍下，於非消 的W(鶴）電極與母材之間產生電弧放電，並於必要時另外 加入填充金屬的溶接法。 如第1圖所示，本發明的製造裝置係由以下所構成： 具有作為第1電極之炬電極1 〇的溶接用電弧炬i ;作為與前 述電弧炬1相對向配置的第2電極的被電弧材2 ;在前述電 弧炬1與前述被電弧材2之間施加電壓（舉例而言，有接觸 點弧 '咼電壓施加、咼頻施加等），以產生電弧4並使被電 弧材2蒸發，而產生含有奈米碳的煙灰的溶接用電源5 ;與
313449.ptd 第15頁 594931 五、發明說明（11) 前述電弧4相對向配置，並且可作為用以堆積前述煙灰的 回收構件的玻璃等基板（基材）3 ;作為用以對前述電弧炬i 供給特定氣體的氣體供給源的氣體鋼瓶6 ;以及用以調整 來自前述氣體鋼瓶6的特定氣體的流量的調整器及流量計 7。炬電極1 0及主成分為碳材料的被電弧材2，係在大氣中 或空氣中相對向配置。8係表示電弧炬1的前端部。丨4係表 示堆積在基板3上的煙灰。 第2圖係第1圖所示奈米碳的製造裝置中的電弧炬工的 前端部8的放大剖視圖。如第2圖所示，電弧炬1的前端部8 係由以下所構成：電弧炬1的喷嘴9 ;作為第1電極的鶴等 所形成的炬電極1 0，用以保持前述炬電極1 〇的電極保持具 11 ;位於前述喷嘴9與前述電極保持具1丨之間的空間，產 生於前述電弧炬1與前述被電弧材2之間的電弧4 (電弧放電 的產生區域）所供給的包覆氣體1 2的流路。 泛用的T I G溶接用電源5 ’係形成在電弧炬1中灌入特 定氣體12的構造，一般係供給Ar(婭）氣體。在奈米碳的製 造上，並未特別限定使用氣體的種類，Ar' He(氦）等稀有 氣體，空氣、I(氮）氣體、CO?(二氧化碳）等碳系氣體， 〇2(氧）氣體、I(氫）氣體，或該等氣體的混合氣體等亦 可。此外，亦可不灌入任何氣體。但以在電弧炬1中灌入 氣體12為宜。 特別是’使用稀有氣體時，因奈米碳與稀有氣體並不 會產生化學反應’而所產生之奈米碳遭到破壞的可能性較 小’因此最好使用稀有氣體。亦即，在大氣中，奈米後^
594931 五'發明說明（12) 大氣中的氧氟等可能會產生化學反應（燃燒），即所產生的 奈米碳發生氣化或變質的可能性極高，因此使用稀有氣 體，在防止該種反應上效果極隹。 此外，方灌入充分的遮蔽氣體12，可防止陰極堆積物 堆積於第1電極（陰極）。若該遮蔽氣體丨2較少時，則容易 發生堆積，而導致第1電極的形狀變形。在該情況下， 使電弧放電變得不穩定。 的-ί此二ί ϋ亡雖無須使用容器，"了保持作業場所 站π淨，在h性軋體中進行作業時，或 致的對流影響，可在作為句霜裝詈#爾：二：止口風等導 空袞士廢六哭介為包覆裝置使用的簡早容器内（真 亦上/ :人可。此外，•閉型容器或開放性容器 妨）放入包3作業部的裝置整體。容器（外圍器）内的 前特定’但從操作性的角度…則以大氣壓 別後為仫。在此所稱之大氣壓前後係指，例如，包含〇 9 m°kpa至ii〇kpa)程度。同樣地，所謂的大氣係 ：天體的氣體，主要係指地球本身。地球是 乳轧為主要成分，另外還含有少量的二氧化碳、 乃、氦、甲烷、氫等混合物。此外也含有水蒸氣。 一般的TIG溶接，係在炬電極1〇中使用含有钍的w電極 :3有鈽的W電極。在製造奈米碳時，雖可使用該等電 =，但為了避免W的溶融微粒子附著在電子放射源上，最 在炬電極1 0中使用石墨。此外，對於炬電極，亦可使 二0或Ni等高融點金屬為主要成分的材料。炬 僅雖無特別限定，但使用泛用型的炬時，以1至^的
594931 t、發明說明（13) 佳。 最好’如泛用的TIG溶接炬般，金屬製電極保持且n 連續大量生產奈米碳或ΐ;二面積米碳基材，或 性地)長時間產生電弧4;未:上地(或間歇 電極保持具"會被過度加熱作2匕極大的 1〇’並可能損壞電極保持具"“果；=== (特定氣體)以冷卻電極保持“，：二中灌 =;η本身因加熱而產生破損，炬電極Η也KG 持具11冷部之故，得以抑制電極的消耗。 ㈣保 衝，用直流、直流脈衝、交流及交流脈 佳。一 *，、，了產生更夕的煙灰14則以使用直流、直流脈衝為 :匕直流或直流脈衝，與利用交流或交流脈衝的情妒 m?點係輪流形成於被電弧材2上），其蒸/ 的^度較馬，且加熱區域較廣，因此蒸發迅速。基於 點，最好在電弧電流中使用直流或是直流脈衝。 址棟ΐί，流的值可利用於以至5〇以的廣泛範圍。為避势 破壞被電弧材，以3〇4至3〇〇Α較為適當。為迅速且充八 之產生被電弧材的蒸發，則以100至300Α最為適當。刀 利用脈衝電流運轉電弧時，雖未限定其頻 泛用電源的實際狀況，係以1Hz至5 00Hz最為適當。又 =^田回收煙灰時，例如可使用旋轉作為&板的回 板，並利用配置在其旋轉方向的一處或複數處的刮刀文 第18頁 313449.ptd 594931 五、發明說明（14) (graver )剝除煙灰的方法。在此，即使不旋轉回收板，亦 可同樣地進行前後移動。 此外，煙灰不但會附著在回收板上，也會浮游在大氣 中（氣密容器中）。因此若能將浮游在大氣中的煙灰，藉由 吸引裝置或過濾器予以回收，即可更加提高回收率。 亦可利用 Μ IG(meta 1-e1ectrode-inert-gas)炬等，以 取代T I G電弧炬。此外，亦可使用例如MAG (Metal-electrode-Active-Gas)，電漿切割（電漿切斷用） 等具備與T I G電弧炬類似構造的裝置（熔接用焊炬）。另 外，亦可使用熔射用焊炬（電漿喷霧用炬）或熔礦爐用移動 型電弧炬。 被電弧材2係以石墨為主要成分，其形狀與大小雖無 特別限制’但是為了使被電弧材2容易蒸發，以及從操作 性方面的考量，以細板狀或細棒狀為佳。例如，電弧電流 在30至300A左右時，被電弧材2係以厚度為1至3111111，寬度L 為10mm左右的細板狀或細棒狀為佳。此外，在使用且厚度 與寬度的被電弧材2時，必須增加電弧電流。 ’、又 f π = 反材&料 > 為主要成分（亦即，含有大量的碳材料）的被 為炬電極1〇的對向電極。在碳材料方面可使 用石墨、活性碳、非晶質碳等。 即，二電if的護弧材2免於遭受㈣“的熱破壞(亦 P降低€弧4的熱導致被電弧材2遭 為冷卻被電弧材2，可在作又破壞的可此眭） 冷台3上進行加工。為水令處理的電極台的水
第19頁 594931 五、發明說明（15) " 被弧材2可以是乾燥的，或是含有水分的。 —但是’當被電弧材2含有水分時，電弧4的能量將被水 分条發所吸收’而不易提高蒸發處的溫度，因此以乾燥為 宜。相反地’當被電弧材2浸濕或受潮，含有水分，或放 置於水中時，可防止電弧4對被電弧材2進行加熱。同樣 地’為了避免被電弧材2的加熱，可直接以水冷方式或油 冷方式將被電弧材2予以冷卻。此外，也可以將水或二氧 化礙等冷卻媒介喷附或喷灑在被電弧材2上。 被電弧材2雖可使用純石墨，但以促進蒸發的添加 物’或可作為煙灰的奈米大小化的觸媒的添加物與石墨可 同時蒸發者為佳。 該添加物，可使用：Li(鋰）、B(硼）、Mg(鎂）、 A1(鋁）、Si(矽）、P(磷）、S(硫磺）、K(鉀）、Ca(鈣）、
Ti(鈦）、V(釩）、Cr(鉻）、Μη(錳）、Fe(鐵）、Co(鈷）、
Ni (鎳）、Cu(鋼）、Zn(亞鉛）、Ga (鎵）、Ge(鍺）、As(砷）、 Y(釔）、Zr(锆）、Nb(鈮）、Mo(鉬）、Rh(铑）、Pd(鈀）、
In(銦）、Sn(錫）、Sb(銻）、La(鑭）、Hf (铪）、Ta(鈕）、 W(鎢）、〇s(鐵）、Pt(白金）、或該等物質的氧化物或氮化 物或碳化物或氣化物或硫酸化合物或琐酸化合物，或其混 合物。 添加物可包含或内藏於石墨中。此外將添加物散布、 塗布、電鍍或敷鍍於石墨表面亦可。此外，亦可將添加物 放置於石墨上或夾置於石墨之間。亦即，被電弧材2的構 造，只要是石墨與添加物能夠同時藉由電弧4加熱即可。
313449.ptd 第20頁 594931
角棒為Ιΐί!弧材2能夠有效蒸發，最好能夠在圓棒、 角私板荨的則端（材料的端部或端面）或是孔邻（I二 ί:電等：r面卜，除τ被電… 即板的中央部位等）照射電弧4時，也會 ΐίϊ 纟是，為了能夠產生更多的煙灰，最好昭射 在被電弧材2的媳卹樂& c ^ ^ ^ 取灯…、射 . ¥ B, ,, ^ 邵專處。反之，朝被電弧材2的端部以外 的置.、、、射電弧4時，最好在被電弧材2上形成凸部或凹 等，並朝該凸部（包含形成凹部時所形成的凸部）照射電弧 A 〇 第3圖（a)係顯示將添加物2 2散布、塗佈、電鍍或 在石墨21的表面的狀態，或在由石墨21所形成的石墨^ 放置由添加物22所形成的添加物板材的構造。同樣地，第 3圖（b)係顯示在由石墨所形成的石墨板間夾置添加 線材的構造。 幻 石墨2 1與添加物22同時加熱時，會因蒸發溫度的不同 而促進被電弧材2的蒸發。詳細而言，由於添加物2 2例如 Ni或Y的蒸發溫度較石墨21的昇華溫度為低，當Ni*Y的微 粒混合在石墨中時，會在石墨2丨的内部產生爆發性的蒸 务，因而導致周圍的石墨粉碎。因此，進一步促進被電弧 材2的微粒化（被電弧材2的蒸發）。此外。關於N丨或γ，會 在冷卻過程中凝聚並形成微粒，而該微粒將作為生長單声 碳奈米管的觸媒而作用。 為了從被電弧材2端部產生大量的煙灰丨4，並將該煙 灰1 4堆積在基板上，最好將電弧炬1與被電弧材2所形成的 594931
五、發明說明（ΙΌ 角度設定在45度至135度之範圍内。 在此，說明電弧炬1與被電弧材2所形成的角度。 第4圖係電弧炬1與被電弧材2所形成的角度的圖。 如第4圖所示，首先，將電弧炬1的炬電極丨〇的大略中 心軸設定為直線A。接著，當被電弧材2係線狀構件例如其 剖面形狀由圓柱或角柱等所構成的線材時，將線狀構件白々 大略中心軸設定為直線B。在該情況下，即表示直線人與直 線B所形成之角度（第4圖中為9 0度）。 ^ 同樣地，當被電弧材2係由板狀構件，例如長方體所 开> 成％ ’該長方體的X軸或γ軸或Ζ軸的任一軸，係相當於 前述的直線Β。 m ; 如第5圖所示，當電弧炬丨與被電弧材2配置為直線狀 (180度）時，煙灰14的放射方向將達更廣之範圍。 此乃由於電弧光點（被電弧材2中的電弧放電位置） 穩定，而導致煙灰14朝前後左右各方向放射之故。此 可使基板與電弧放電區域相對向，並配置複數個（為圓汽 狀的基板時只需一個即可）以圍繞煙灰14可能放射的方 基第5圖所示裝置’係取代第1圖的裝置的基材，而配設 ㊁具能的包覆構件15。該包覆構件15係 屬等所形成的開放型容器。包覆構件15具備有可圍 2電弧炬1的炬電極1〇與被電弧材2及電弧4 放狀的圓筒狀或角柱狀之來壯 旌a ^ 清淨，或防止因風吹而導致㈣=M可保持作#場所的 人叩等致的對流影響。此外，將該包覆
594931 五、發明說明（18) 構件1 5作成氣密容器，以包覆電弧炬1與被電弧材2以及電 弧4的話’即可在惰性氣體中進行電弧放電。此外，亦可 將裝置整體放入該氣密容器内。 在此，第5圖所示之包覆構件1 5，兼具有可用以附著 煙灰1 4的基材（回收構件）的基板功能。換言之，除了配置 成可圍繞煙灰1 4飛散之區域的形態外，並具有足以附著煙 灰1 4的大小。藉由如此構成，可減少裝置的構成要素。當 然亦可为別设置基材與包覆構件。此外，該包覆構件1 5同 樣適用於第1圖或第6圖等其他的實施例。 電弧炬1與被電弧材2之間的距離以〇 · !至丨0mm最為適 當0 此 當。 在 其形成 此 被電弧 配合石 1 0之間 10與被 置。藉 此 或是被 動至其 外 被電弧材2與基板3的距離則以1至5 〇mm最為適 第1圖中，被電弧材2與基板3係大致平行配置，但 之角度並無特別限定，例如亦可為垂直角度。 外，即使被電弧材2的石墨蒸發，只要設置有可將 材2保持在可朝預定方向移動的狀態的裝置，即可 墨的蒸發程度，調整被電弧材2與電弧炬丨的炬 =;:二亦…可將炬電極10或是炬電極 =弧材2兩者保持在可朝預定方向移動的狀態的裝 此’可維持最適當的製造條件。 ^ ^ ^ f電办弧材2的石墨蒸發，且被電弧材2的前端 Μ才2的突狀部的形狀變形時，在 他端部，戋端邱s嬙肋，η I I材2移 及触邛呈線狀或疋面狀之情況下，只要延
313449.ptd 第23頁 594931 五、發明說明（19) ’設置可將炬電極10與被電弧材2之者保 持在可朝預定方向移動的狀態的裝 的製造條件。 衣置，同樣可維持取適田 此外，若能組合上述兩種移動方法則效果更佳。 此外，有關電弧炬1與被電弧材2的相對移動，可利用 的手）進行，或使用具有可使電弧炬1朝3方向（與 材2平行的面（1方向以及Y方向）以及與該面垂直的 方向（Z方向））移動的移動裝置的裝置自動進行。 .、特別疋，使用例如NC裝置（數值控制裝置）等時，可對 ^ =弧材2的前端（材料的端部或端面）或是凹部或孔部（貫 牙孔）或是凸部等被電弧材2的所希望部位照射電弧4。 根據本發明的製造方法，可藉由一面調整炬電極1〇與 弧材2的間隔及位置，一面依序更換基板3，而連續生 ^米碳或含有奈米碳的煙灰（包含奈米碳的複合材料）。 夕，藉_由連續配置基板3，一面調整炬電極1 〇與被電弧 、]隔 面使之沿者基板3群相對移動，可連續生產 二米碳，含有奈米碳的煙灰。此外，當基板3為大面積 :心可糟由調整炬電極1 0與被電弧材2的間隔及位置，或 動基板3本身，以製造大面積的奈米管基材。 取在亡述製造方法中，若利用空氣或氮氣作為灌入於電 1、的氣體，即可形成含N的奈米碳，亦即CN奈米管。此 ^二在被電弧電極方面，若使用含B之材料的石墨或是含 數缺人女d ,物）等的石墨，或使用散布、塗佈、電鍍或 ^ 白、材料的石墨，或散布、塗佈、電鍍或敷鍍含
第24頁 594931 五、發明說明(2〇) ' -------
有β之材料以及含有添加物的材料的石巽，如叮# 士、八 網狀物沾太业山 丨以石墨，即可形成含BCN ^的不水奴，亦即BCN奈米管。同樣地，亦可藉由變 衣兄氣體或添加物以形成各種奈乎 棚，C代表碳，N則代表氮。T'h。在此，B代表 源，i::以=由上述方法製造的奈米碳的電子放射 升電子放射源的性能。 的“粒子，即能夠提 如第6圖所示，煙灰14的射出方向，可 a 的電弧炬1與被電弧材2的角度而加以控制。曰正刖述 =即，使電弧炬丨朝圖中虛線箭頭 斜度大…變堆積在基板3的煙；=的 ”立置。在此’煙灰"的放射方向，係指煙灰“的 基板3上的機率最高（煙灰14堆積最厚的位置）之區域。貝於 此外，亦可藉由調整電弧4與基板3所形成之角度， 行相同之控制。 第6圖所示之裝置，係在第1圖所示之基材之外，將由 自然水或矽油或油（在電弧放電發生溫度以下具有流動性 的油）等所形成的流體（液體）1 6，以及收容該流體16，且 由玻璃、陶瓷、金屬等所形成的開放容器的流體容器丨7， 配置在煙灰1 4飛散的區域中。流體容器丨7係在其内部所收 容的流體1 6中，收容基板3。 此外，該流體除了上述流體外，亦可使用水溶液、乾 冰、液體氮氣、或是液體氦氣等低溫冷媒。 此外’該流體谷器1 7係一種可圍繞電弧4，其上面呈
313449.ptd 第25頁 五、發明說明（21) 開放狀的圓筒狀或角柱狀的容器。該容器兼具保持作業場 所的清淨，或防止因風吹而產生對流影響的包覆構件的功 能。亦即，除了配置成可包覆煙灰14飛散之區域的方式 外，還具有足以附著煙灰1 4的大小。藉由如此構成，可減 少裝置的構成要素。當然，在不進行奈米碳的圖案化的情 形下製造奈米碳時，並不一定需要該基材。 此外，在該情況下，除了流體之外，亦可以是砂、玻 璃、陶瓷、金屬等耐熱性微粒（將此等統稱為粒狀體）。另 外，亦可以是前述流體（液體）與前述耐熱性微粒的混合 物。此時，容器1 7係作為粒狀體的容器或流體以及粒狀體 的容器。 關於該流體容器17等，同樣適用於第1圖與第6圖等其 他實施例。 在此，將基板3從該流體容器中取出，並將該流體容 器1 7作成具有可供流體1 6進行循環的封閉式流路的容器。 在該流路中途，則設置具有可回收含有奈米碳的煙灰 1 4的功能的過濾構件等。藉由該種構成，可連續回收煙灰 14，並可提供一種更簡單的製造方法以及用於該方法的裝 置。 此外，當然亦可不設置基板3，而將煙灰附著於流體 表面或沈入流體中後，經由精選過濾流體，以抽出並精選 預定的奈米碳材料。 根據本發明的製造方法，藉由一面調整炬電極1 0與被 電弧材2的間隔及位置，一面依序交換基板3，可連續生產
313449.ptd 第26頁 594931 五、發明說明（22) 奈米碳或含有奈米碳的煙灰（包含奈米碳的複合材料）。另 外，藉由連續配置基板3，一面調整炬電極丨〇與被電弧材2 的間隔，一面使之沿者基板3群相對移動，可連續生產奈 米碳或含有奈米碳的煙灰。此外，當基板3為大面積時: 藉由調整炬電極1 〇與被電弧材2的間隔及位置，或是移動 基板3本身，町製造大面積的奈米管基材。 第7圖顯示在基板3上將電子放射面形成圖案狀的方法 的一例。此時，係在基板3上設置遮罩丨3，再由其上方堆 積煙灰14，符去除遮罩13後便可獲得與遮罩13相同圖案的 電子放射面。此時，若在基板3上設置對應於遮罩之開口 部的電極等’即可作為陰極電極使用。另外將基板3作為 絕緣體，並在圖案的各島部設置配線，即可由各島部獨立 進行電子放射。其係一種有利於製作面板型顯示器時的製 造方法。 此外，遮罩13亦可設置在基板3的上方（被電弧材2與 基板3之間的空間）。另外，將遮罩1 3配設在電弧4的附近 時，最好使用高融點金屬、陶瓷、石墨等耐於電弧的 以及熱衝擊的材料。 W咖 同樣地，在使用的基板3上並無限制。為了提昇基 與堆積在其表面的煙灰14的密接性，或提高基板3與^太3 1 4的電性特性，亦可在基板3上設置黏著層23。此外為^ 止基板3與電弧4的熱接觸，製作時可冷卻基板3。 將基板3予以冷卻的話，可降低基板受到熱破壞（破 裂）的可能性，因此最好在製作時加裝冷卻基板3之裝置， 594931
五、發明說明（23) 以冷卻基板3。 為交流電弧或是交流脈衝電弧 砘石墨、或含有包含％加物等 破電弧材2可使用 佈、電鍍、敷鍍（蒸錢） 入古勺石墨，或是散布、塗 …面，為直加物等材料的石墨。 使用純石墨，但可使用人:机脈衝電弧時，雖無法 是散布、塗佈、電鍍、 〇 3添加物等材料的石墨，或 料的石墨。 、又（^鍵）或注入含有添加物等材 第8圖（a)至第8圖 碳）1 4密接性不良時的 係第7圖所記載之方法 設置黏著層2 3。 (c)係說明適用於基板3與煙灰（奈米 方法的一例。第8圖（a )至第8圖（c ) 的變形例，其不同處僅在於基板3上 成岡安S方:首先如第8圖（a)所示，係於基板3上形 成圖案化的黏著層 版£二在該黏著層23的形成上，可利用網 =^(Saeen Pfint)法等各種方法。此外，黏著層_ ’ f，可f用1塗漿、導電性C塗漿等導電性塗漿。 於笛妾著如第8圖（b)所示，在該等黏著層23硬化之前， 於弟7圖的裝置上堆積煙灰（奈米礙）14。 *之後使黏著層23硬化。當黏著層23硬化時，堆積在黏 考層上方的煙灰1 4將與黏著層2 3相密接。 — 最後’將基板3整體洗淨（例如利用水洗方式），即可 將堆積在基板3上的煙灰14去除，並如第8圖（c)所示，堆 積於黏著層23上的煙灰14將形成圖案狀。 此外，將黏著層2 3當作電子放射源使用時，亦可將其
594931 五、發明說明（24) 當作陰極電極或陰極配線使用。 藉由本發明的製造方法製造的奈米碳的電子放射源的 利用方法，有習知的二極管方式或是三極管方式。 尤其適用於顯示管、顯示面板、發光元件、發光管、 發光面板等。 除此之外，藉由從特定位置所產生的奈米碳進行電子 放射，亦可應用在複雜圖案的顯示裝置上。 藉由本發明的製造方法所製造而成的奈米碳，或奈米 碳與金屬微粒的複合煙灰，適合作為氫氣吸貯體使用。 具體實驗結果的一例說明如下。 第9圖係使用第1圖及第7圖的裝置，製作成TUT文字列 狀的電子放射源的照片。 作為基材的基板為導電性S i。被電弧材係使用含有 Ni/Y的石墨板（Ni及Y含有量：4· 2及1. Omol%，板厚： 2mm，寬5mm)，並利用直流電流100在開放的大氣中製造而 成。 此外，除了石墨板之外，使用含有活性碳或非晶質碳 或觸媒金屬的石墨等時，亦出現大致相同的結果。此外， 使用特定氣體，特別是使用稀有氣體時，會增加奈米碳的 產生量。由此，可得知使用稀有氣體將獲得顯著效果。 第1 0圖顯示該堆積物的掃瞄型電子顯微鏡照片。由該 係照片可觀察到奈米大小的構造物呈一面分散的情形。該 堆積物中，如第11圖所示包含單層碳奈米管或奈米角等。 在此，奈米角係指將石墨板彎曲成圓錐狀的形狀，其前端
313449.ptd 第29頁 594931 五、發明說明（25) 呈圓錐狀封閉形態的碳奈米粒子（請參照文獻「Pore structure of single-wall carbon nanohorn aggregates/ K.Murata， Kkaneko， F.Kokai， K.Takahashi, M.Yudasaka, S.Iijima/Chem. Phys.
Lett·， vol.331， pp·14-20(200〇)」〇 藉由使用該試料的二極管構造的螢光發光管使電子放 射，於照射到螢光面時，目測螢光面發光的情形。在此， 使用活性碳或非晶質碳或含有添加物的石墨等所得之結 果，或使用特定氣體時所得之效果，與第9圖所示之情形 相同。 / 在上述各實施例中，雖舉 的奈米碳的例子，但當然亦可 收’並作為奈米碳與金屬微粒 該煙灰予以精製，並作為單體 亦可。 出直接利用基材上（基板3) 從基材（基板3)分離、回 的複合體來使用。此外，將 的奈米管等的奈米碳來使用 第1 2圖係以低倍率攝影 為碳素材料，較濃之部位為 體。由該圖得知，針狀的單 端部。 。第1 2圖中，顏色較淺之部位 金屬微粒，兩者混合凝縮為一 層奈米管束係突出於該凝縮物 第12圖乃至第14圖， 到的使用第1圖所示之裝置 的煙灰。 為利用透過電子顯微鏡所觀察 而製造’並從基材（基板3)回收 第1 3圖為利用高倍率 1 3圖顯示單層碳奈米管形 所觀察到的煙灰的其他部位。第 成束狀的情形。單層碳奈米管係
594931 五、發明說明（26) 以金屬微粒作為觸媒而成長。 第1 4圖係以高倍率所觀察到的煙灰的另一部位。由第 1 4圖得知，其中存在有碳奈米角。 第12圖乃至第14圖所示之試料的成分，係包含有7〇至 8 0hio1g/g左右的碳、2至1〇m〇1%的氧、1至5m〇1%的釔（γ)、以 及4至20mol%的鎳（^丨）。此外，1至30mol%為單層奈米管， 0· 1至5m〇U為奈米角。除此之外，亦觀察到〇· i至5瓜〇1%的 多層奈米管。其他的碳成分係碳奈米微粒以及非晶質狀 石炭。 依照本發明的製造方法製造的奈米碳太 與金屬微粒的複和煙灰（複合材料匕3不水石反 藉由容量法計測第1 2圖乃至第1 4圖所—在氮等吸貯體。 時，在常溫30的氣壓下為1至i〇wt%。^之煙灰的氫吸貯率 0· 1至Iwt%。藉由將製造條件予以最適者外在常溫常壓下為 的值。因此，藉由本發明的製造方法化，預期有更高 煙灰，該煙灰本身適合作為氫等之吸貯=的含有奈米碳的 晶質石炭微粒也具有可吸貯氮的空間。另夕~ 示此之外’非 成分亦具有氫吸貯性，因此適合作為畫$ ’ Nl*Y等金屬 此，並不需要專程從該煙灰中分離出吸貯體。因 根據本發明的製造方法所製造出&只^的作業程序。 為：在煙灰中，除了單層奈米管之外，’其特徵 米管、碳奈米角、碳奈米微粒、非晶質狀^含有多層碳奈 此，若進行從該煙灰中分離奈米碳的作業碳、^拉勒。因 其中一種或複數種物質所形成的奈米碳了 ’即可利用為由 313449.pid ^ 31f ' ---- — 594931
在此，欲從煙灰中分離、 篩、離心分離來去除巨大粒子 質成分，並利用酸•驗•王水 法。 精製奈米碳時，可利用過 ’並利用過熱氧化去除非晶 •逆王水去除金屬成分等方 此外 此乃因為 入於煙灰 係藉由在 奈米纖維 在遮蔽氣 混合物。 此外 合或混合 僅有包含 加物粒 該金 加物大小 化物等。 化，並在 時，係以 時，係以 第15 之圖。其 14作為電 一一 · Ί文用yb晏Bf產峰。 噴濃合成=墨炬電極表面的多層碳奈米管時混 ” 士米管、CN奈米纖維、⑶奈米粒子， 遮敝耽體中使用氮氣而製造者。Β(：Ν奈米 、BCN奈米粒子，係在碳電極中加入B後，再^ 體中使用氣氣而製造者。煙灰係複數種奈米：： ，含有奈米碳與金屬微粒的複合或混合煙灰 材料），係作為添加物而添加（塗佈），但因 金屬之故，故嚴袼來說係一種含有金屬微粒的添 Ο 屬微粒 最大可 金屬微 冷卻過 單體或 單體、 圖係用 係用以 子放射 =、，約為lnm至最大為…(原有的添 達10 // m)。其材質為添加物組合物及苴石山 粒係藉由電弧的高溫而溶融·蒸發·微： 程中凝聚而形成。金屬微粒為單一添加物 碳化物的狀態存在。此外，為複數添加物 合金及該等的碳化物的狀態存在。 以測定電子放射源的電子放射特性的裝 測定比較將含有奈米碳與金屬微粒的煙 材料使用的電子放射源（電子放射元件），
313449.ptd 第32頁 594931 五、發明說明（28) 以及將單層碳奈米管作為電子放射材料使用的習知電子放 射源的電子玫射特性。第15圖中’在真空室1 〇 〇中，基板 (陰極基板）3與陽極基板1 0 3係相對向配置。在基板3上， 堆層形成有陰極電極1 〇 1與煙灰14的層（射極層）。在陽極 基板103上，形成有陽極電極（兼作拉出電極）1〇2。基板3 與陽極基板103之間的距離係設定為此外，在， 極電極1 0 1與陽極電極1 〇 2之 與電流計1 0 5。 第1 6圖係比較以下兩種 置，將含有奈米碳與金屬微 使用的電子放射源的電子放 代煙灰1 4以作為電子放射材 射特性。在此，單層碳奈米 法而製造者。如第1 6圖所示 1 4 (奈米碳）的電子放射源， 的單層碳奈米管的電子放射 色，且顯示出幾乎同等的電 根據本發明之製造方法 次電池電極的混合物、二次 合物、及二次電池電極。 根據本發明之製造方法 膠 '塑膠、樹腊、陶莞、鋼 藉由將該奈米後混合於該等 性、電性導電性等。 間，串聯連接有直流電源1 〇 4 數據··使用第1 5圖的測定裝 粒的煙灰1 4作為電子放射材料 射特性；與以單層碳奈米管取 料使用的電子放射源的電子放 官係利用習知的真空電弧放電 ’使用在大氣中製造的煙灰 相較於使用以往在真空中製造 源’其初期的上升特性並不遜 子放射特性。 =造的奈米碳，可利用作為二 電池電極、燃料電池電極的混 製造的奈米碳，同樣可作為橡 鐵、混凝土等的混合物使用。 材料中’可改善強度、熱傳導 五、發明說明（29) 五、發明說明（29) 係使 是球 係使 等絕 板， 導電 雖 者或 具有r [發明 法、I 生產^ 基板) 製造 處將 及圖 此外’在上述久者^ 丄 田巫^ 谷貝施例中，基材（基板3)的形狀， 用千板狀者，作介γ 土 & t。 彳一亦可使用圓柱狀或角柱狀等柱狀 ί=性f· i述各實施例中，基材（基板3)的材質雖 等电f生S i者（！ φ &甘Λ ,,A . V電性基板），但亦可使用玻璃或陶瓷 性基板’於導雷 屬辇邀φ 尾14基板表面形成絕緣膜的絕緣性基 其把榮電性基板，於絕緣性基板表面形成導電臈的 ^ I，’除工基板以外，亦可使用膜片等可撓性構件。 :熱性Γ::電弧放電的發生區域附近時，必須使用 之功效] 7，f發明’可提供一種相當簡易的奈米碳製造方 案方法以及製造裝置（包含圖案化裝置）。 j^尚可提供一種製造容易，且可進行連續性大量 j石反材料與使用碳材料的電子放射源（電子放射源用 、以及氫氣吸貯材等的製造方法、圖案化方法以及 L置。 外，亦可提供一種可以很容易地在任意一處或複數 米碳群圖案化（製造）而形成任意的圖案狀的方法以 化（製造）裝置。
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594931 圖式簡單說明 [圖面之簡單說明] 第1圖為奈米碳（奈米碳與金屬微粒的複合煙灰）的製 造裝置的概略圖。 第2圖為第1圖的奈米碳的製造裝置的部分放大剖視 圖。 第3圖（a)及（b)為在被電弧材（第2電極）中加入添加物 的變形例之圖。 第4圖為電弧炬1與被電弧材2所形成之角度的圖。 第5圖為電弧炬1與被電弧材2配置成直線狀（1 8 0 ° )時 的圖。 第6圖係調整電弧炬1與被電弧材2的角度，以控制煙 灰1 4的放出方向的圖。 第7圖為在特定位置形成（圖案化）奈米碳的方法之一 例的圖。 第8圖（a)至（c)為在特定位置形成（圖案化）奈米碳的 方法之另一例圖。 第9圖係使用第7圖的方法製作而成的圖案狀電子放射 源（TUT文字例）的圖。 第1 0圖係顯示在第9圖中作成的圖案狀電子源放射源 表面（堆積物表面）的狀態的圖。 第11圖為存在於第1 0圖的圖案狀電子源放射源（堆積 物）中的單層碳奈米管的圖。 第12圖為使用第1圖所示之裝置製造而成的煙灰的TEM 照片（低倍率照片）。
313449.ptd 第35頁 594931 圖式簡單說明 第13圖為使用第1圖所示之裝置製造而成的煙灰（單層 碳奈米管與金屬微粒的複合體）的TEM照片（高倍率照片）。 第14圖為使用第1圖所示之裝置製造而成的煙灰（奈米 角）的TEM照片（高倍率照片）。 第1 5圖為用以測定與本發明之實施例的電子放射源的 電子放射特性的裝置的概略圖。 第1 6圖為說明與本發明之實施例的電子放射源的電子 放射特性的圖。 [元件符號說明] 1 電 弧 炬 2 被 電 孤材 3 基 板 4 電 弧 5 電 源 6 氣 體 鋼瓶 7 氣 體 調 整 器 與流 量計 8 電 弧 炬 的 前 端部 9 電 弧 炬的喷嘴 10 炬 電 極 11 電 極 保持具 12 遮 蔽 氣 體 13 遮 罩 14 所 堆 積 的 煙 灰（奈米碳） 15 包 覆 構 件 16 流 體 (液體） 17 流 體 /粒狀體的容器（流體/粒狀體的收納容； 21 石 墨 22 添 加 物 23 黏 著 劑 100 真 空 室 101 陰 極 電 極 102 陽 極 電極 103 陽 極 基 板 104 直 流 電源 105 電 流 計
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Claims (1)

  1. 594931 六、申請專利範圍 1 · 一種奈米碳的製造方法，其特徵為包含有：將第1電 極、及以碳材為主要成分的第2電極，相對配置在大氣 中或空氣中的步驟；於前述第1電極與前述第2電極之 間施加電壓以產生電弧放電的步驟；藉由前述電弧放 電使前述第2電極的前述碳材料蒸發以產生包含奈米碳 的煙灰的步驟；以及回收包含前述奈米碳的煙灰的步 驟。 2. 如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，前 述第1電極係設置於電弧炬的炬電極，並包含有：一面 使該炬電極與前述第2電極相對移動，一面藉由前述電 弧放電使前述第2電極的前述碳材料蒸發以產生包含奈 米碳的煙灰的步驟。 3. 如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，包 含有：將基材配置在與前述電弧放電的發生區域相對 向的位置，再藉由該基材回收包含前述奈米碳的煙灰 的步驟。 4. 如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，包 含有：將流體或粒狀體配置在與前述電弧放電的發生 區域相對向的位置，再藉由該流體或粒狀體回收包含 前述奈米碳的煙灰之步驟。 5. 如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，前 述第1電極與前述第2電極所形成之角度為45度乃至135 度的範圍。 6. 如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，前
    313449.ptd 第37頁 594931 六、申請專利範圍 述煙灰，係包含有單層碳奈米管、碳奈米角、多層破 奈米管、碳奈米纖維、碳奈米微粒、C N奈米管、C N奈 米纖維、CN奈米微粒、BCN奈米管、BCN奈米纖維、BCN 奈米微粒、弗拉勒、或由該等混合物所形成的奈米碳 材料。 7. 如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，前 述煙灰係包含奈米碳與金屬微粒的複合或混合煙灰。 8. 如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，前 述第2電極的碳材料係使用：石墨或活性碳或非晶質 碳，含有或内藏有添加物的石墨或活性碳或非晶質 碳，或是表面的一部份或全部散佈、塗布、電鍍或敷 鍍有添加物的石墨或活性碳或非晶質碳。 9. 如申請專利範圍第8項的奈米碳的製造方法，其中，前 述添加物為：Li，B，Mg，Al，Si，P，S，K，Ca，Ti，V，Cr，Mn， Fe，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，Ge，As，Y，Zr，Nb，Mo，Rh，Pd，In，Sn， Sb，La，Hf，Ta，W，Os，Pt，或是該等物質的氧化物或氮化 物或碳化物或硫化物或氯化物，或硫酸化合物或頌酸 化合物，或是該等物質的混合物。 1 0.如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，前 述電弧放電係以直流或直流脈衝來運轉，並以前述第2 電極作為電弧放電的陽極。 11.如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，前 述電弧放電係以交流或交流脈衝來運轉。 1 2.如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，藉
    313449.ptd 第38頁 594931 六、申請專利範圍 由前述電弧放電使前述第2電極的端部或凹部或凸部的 前述碳材料蒸發，而產生含奈米碳的煙灰。 1 3.如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，一 面對前述電弧放電的發生區域供給特定氣體或空氣， 一面進行前述電孤放電。 1 4.如申請專利範圍第1 2項的奈米碳的製造方法，其中， 前述特定氣體為：Ar，He等稀有氣體、氮氣、二氧化 碳、氧氣、氳氣或該等氣體的混合氣體。 1 5.如申請專利範圍第1項的奈米碳的製造方法，其中，前 述第1電極係以石墨、W (鎢）、Mo (鉬）、或N i (鎳）等高 融點金屬為主要成分。 1 6. —種奈米碳，係使用申請專利範圍第1項的方法而製造 的奈米灰。 1 7. —種包含奈米碳與金屬微粒之複合或混合材料，係使 用申請專利範圍第1項的方法而製造的奈米碳與金屬微 粒的複合或混合材料。 1 8. —種奈米碳的製造裝置，其特徵為包含有：將第1電極 與第2電極在大氣中或空氣中以固定間隔予以保持的電 極、該第2電極之主要成分為碳材料或含有添加物的碳 材料或表面上形成有添加物的碳材料；由電源所形成 的電弧產生裝置，而該電源係用以在前述第1電極與前 述第2電極之間施加電壓以產生電弧放電，並藉由該電 弧放電使前述碳材料蒸發以產生含有奈米碳的煙灰； 對前述電弧放電的發生區域供給特定氣體的特定氣體
    313449.ptd 第39頁 六、申請專利範圍 19. Πί:;以及回收前述煙灰的回收構件。 ;;專利範圍第18項的奈米碳製造裝置 苐1電極係設置在電弧炬的 *目扯、中 炬電極與前述第2電極彳 電極，並具備有使前述 ΐΐ】：極與Γ第2電極-面相對移動，二面在前 電，=極與前it第2電極之間施加„以產生電弧放 由該電弧放電使前述第2電極之端部或凹部或 20·如;ί前述碳材料蒸發，以產生包含奈米碳的煙灰。 明專利範圍第丨8項的奈米碳製造裝置，其中，前 盘=收構件為一種基材，其具備有：使該基材保持在 〃刖述電弧放電的發生區域相對向的位置的保持裝 xsp 21 ’並藉由該基材回收含有前述奈米碳的煙灰。 •如申清專利範圍第18項的奈米碳製造裝置，其中，前 述回收構件為流體或粒狀體，此外還具備有：將該流 體或該粒狀體配置在與前述電弧放電的發生區域相對 向的位置的流體或粒狀體的容器，並藉由該流體或該 粒狀體回收包含前述奈米碳的煙灰。 22.如申请專利範圍第21項的奈米碳製造裝置，其中’則 述流體係低於水或電弧放電的發生溫度，且具有流動 性的液體或油狀流體。 23·如申睛專利範圍第18項的奈米碳製造裝置，其中，具 備有用以包覆至少前述第1電極與前述第2電極的雨電 極間所產生的電弧放電的發生區域的包覆構件。 24· —種奈米碳的圖案化方法，其特徵為包含有··將第玉電
    313449.ptd 第40頁
    594931 六、申請專利範圍 極、及以碳材為主成分的第2電極，在大氣中或空氣中 予以相對向配置的步驟； 於前述第1電極與前述第2電極之間施加電壓以產 生電弧放電的步驟； 藉由前述電弧放電使前述第2電極的前述碳材料蒸 發，以產生含有奈米碳的煙灰的步驟； 將於表面或上方配置有具備經圖案化的開口部的 遮罩之基材，配置在與前述電弧放電的發生區域相對 向的位置，使含有前述奈米碳的煙灰覆著在對應該開 口部的該基材表面的步驟。 2 5.如申請專利範圍第24項的奈米碳圖案化方法，其中， 係包括有：使前述基材與前述電弧放電發生區域相對 向並配置在流體中，再於該流體中，使含有前述奈米 碳的煙灰覆著於與前述開口部對應的前述基材表面的 步驟。 2 6. —種奈米碳的圖案化方法，其特徵為包括有：將第1電 極、及主要成分為碳材料的第2電極，在大氣中或空氣 中予以相對向配置的步驟； 於前述第1電極與前述第2電極之間施加電壓以產 生電弧放電的步驟； 藉由前述電弧放電使前述第2電極的前述礙材料蒸 發，以產生含有奈米碳的煙灰的步驟； 使於表面具備經圖案化的黏著層的基材與前述電 弧放電的發生區域相對向配置，並使含有前述奈米碳
    313449.ptd 第41頁 594931 六、申請專利範圍 的煙灰至少能夠覆著在該黏著層的步驟。 2 7.如申請專利範圍第24項或第26項的奈米碳圖案化方 法，其中，前述第1電極係設置在電弧炬的炬電極，並 包括有：使該炬電極與前述第2電極相對移動的同時， 藉由前述電弧放電可使前述第2電極的端部或是凹部或 是凸部的前述碳材料蒸發以產生含有奈米碳的煙灰的 步驟。 2 8. —種奈米碳基材，係利用申請專利範圍第24項或第26 項的方法而製造並予以圖案化者。 2 9. —種電子放射源，其特徵為：係使用申請專利範圍第 2 8項的經圖案化奈米碳基材者。
    313449.ptd 第42頁
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