WO2004113225A1 - Nanocarbon-producing device - Google Patents

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Takeshi Azami
Tsutomu Yoshitake
Yoshimi Kubo
Daisuke Kasuya
Sumio Iijima
Masako Yudasaka
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Nec Corporation
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Abstract

In a nanocarbon-producing device (173), a plane mirror (169) and a parabolic mirror (171) are arranged in a production chamber (107). Light, emitted from a laser light source (111), transmitted through a ZnSe window (133) is reflected at the plane mirror (169) and the parabolic mirror (171), collected at the parabolic mirror (171), and then irradiated onto the surface of a graphite rod (101).

Description

明 細 書  Specification
ナノカーボンの製造装置  Nano carbon production equipment
技術分野  Technical field
[0001] 本発明は、ナノカーボンの製造装置に関する。  The present invention relates to an apparatus for producing nanocarbon.
背景技術  Background art
[0002] 近年、ナノカーボンの工学的応用が盛んに検討されている。ナノカーボンとは、力 一ボンナノチューブやカーボンナノホーン等に代表される、ナノスケールの微細構造 を有する炭素物質のことをいう。このうち、カーボンナノホーンは、グラフアイトのシート が円筒状に丸まったカーボンナノチューブの一端が円錐形状となった管状体の構造 を有している。カーボンナノホーンは、通常、各々の円錐部間に働くファンデルヮー ノレスカによって、チューブを中心にし円錐部が角(ホーン)のように表面に突き出る形 態で集合し、カーボンナノホーン集合体を形成する。カーボンナノホーン集合体は、 その特異な性質から、様々な技術分野への応用が期待される。  [0002] In recent years, engineering applications of nanocarbon have been actively studied. Nanocarbon refers to a carbon material having a nanoscale microstructure, such as carbon nanotubes and carbon nanohorns. Among them, the carbon nanohorn has a tubular body structure in which one end of a carbon nanotube in which a graphite sheet is rolled into a cylindrical shape has a conical shape. Normally, the carbon nanohorns are aggregated in a form of cones protruding from the surface like corners (horns) around the tube by van der Phanoresca working between the conical parts, forming a carbon nanohorn aggregate. The carbon nanohorn aggregate is expected to be applied to various technical fields due to its unique properties.
[0003] カーボンナノホーン集合体は、不活性ガス雰囲気中で原料の炭素物質 (以下「ダラ ファイトターゲット」とも呼ぶ。)に対してレーザー光を照射するレーザー蒸発法によつ て製造されることが報告されている(特許文献 1)。特許文献 1には、レーザー光として COガスレーザーが例示されている。  [0003] The carbon nanohorn aggregate may be manufactured by a laser evaporation method in which a carbon material (hereinafter, also referred to as "Daraphyte target") is irradiated with laser light in an inert gas atmosphere. It has been reported (Patent Document 1). Patent Document 1 exemplifies a CO gas laser as a laser beam.
[0004] ところで、 C〇ガスレーザーの波長は 10. 6 μ m程度であり、 COガスレーザーを透 過する材料として ZnSe等が好適に用いられる(特許文献 2)。このため、 COガスレ 一ザ一を用いてカーボンナノホーン集合体を製造する際に、 ZnSeレンズを用いるこ とにより、レーザー光をグラフアイトターゲット表面に集光可能であると考えられる。  By the way, the wavelength of a C〇 gas laser is about 10.6 μm, and ZnSe or the like is suitably used as a material that transmits a CO gas laser (Patent Document 2). Therefore, it is thought that when a carbon nanohorn aggregate is manufactured using a CO gas laser, laser light can be focused on the graphite target surface by using a ZnSe lens.
[0005] 特許文献 1 :特開 2001— 64004号公報  Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-64004
特許文献 2 :特開 2001 - 51191号公報  Patent Document 2: JP 2001-51191 A
[0006] 発明の開示  [0006] Disclosure of the Invention
[0007] そこで、 ZnSe製の窓(以下「レーザー光窓」とも呼ぶ。)を製造用チャンバ一に設け てカーボンナノホーン集合体を製造する方法について本発明が検討した。すると、レ 一ザ一光窓の使用時間が長くなるにつれて、回収されるすす状物質中のカーボンナ ノホーン集合体の重量比(以下「収率」と呼ぶ。)が低下することがわかった。また、レ 一ザ一光窓の寿命が比較的短ぐ場合によっては破損することがあった。その結果、 装置の維持に費用力 Sかかったり、装置自体の寿命が短くなつたりすることがわかった 。また、チャンバ外に設けた ZnSeレンズについても寿命が比較的短かった。 [0007] Therefore, the present invention examined a method of manufacturing a carbon nanohorn aggregate by providing a window made of ZnSe (hereinafter also referred to as a "laser light window") in a manufacturing chamber. Then, as the operating time of the laser-light window becomes longer, the carbon nanotubes in the soot-like material collected It was found that the weight ratio (hereinafter, referred to as “yield”) of the Nohorn assembly was reduced. In addition, the lifetime of the laser-light window may be relatively short, and the window may be damaged. As a result, it was found that the maintenance of the equipment was costly and the life of the equipment itself was shortened. The life of the ZnSe lens provided outside the chamber was also relatively short.
[0008] そこで、カーボンナノホーン集合体の収率が低下する原因やレーザー光窓または レンズの寿命が短い原因について検討を行った。その結果、グラフアイトターゲットに レーザー光を照射すると、グラフアイトターゲットから発生した炭素蒸気から生じるす す状物質が、レーザー光窓の表面に付着することがこれらの要因である可能性があ ることが見出された。また、レーザー光窓またはレンズの表面にすす状物質が付着す ると、付着した部分で光の吸収が生じることにより、レーザー光窓やレンズが加熱され ることも明らかになった。 [0008] Therefore, the cause of the decrease in the yield of the carbon nanohorn aggregate and the cause of the short life of the laser window or lens were examined. As a result, when the graphite target is irradiated with laser light, these factors may be that soot-like substances generated from carbon vapor generated from the graphite target adhere to the surface of the laser light window. Was found. It has also been found that when soot-like substances adhere to the surface of the laser window or lens, light is absorbed in the attached area and the laser window or lens is heated.
[0009] このような場合、熱レンズ効果により光路がずれる可能性がある。光路のずれは、 C oガスレーザーがグラフアイトターゲットの表面に照射される位置がずれたり、表面にIn such a case, the optical path may be shifted due to the thermal lens effect. The deviation of the optical path may be caused by the displacement of the position where the Co gas laser is
2 Two
照射される光のパワー密度が変化の要因となりうる。このことが、装置の使用時間の 増加に伴う収率低下の原因であると推察された。また、レーザー光窓やレンズの加熱 は、破損等の要因になると推察された。このため、カーボンナノホーン集合体の収率 を低下させずに製造する技術が必要とされていた。また、装置寿命を長期化するた めには、従来とは異なる技術が必要とされる。  The power density of the irradiated light can be a factor of the change. This was presumed to be the cause of the decrease in the yield due to the increase in the operation time of the equipment. In addition, it was speculated that heating of the laser light window and the lens could cause damage. For this reason, there has been a need for a technique for producing a carbon nanohorn aggregate without reducing the yield. Also, in order to prolong the life of the device, a different technology is required.
[0010] 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ナノカーボンを高い 効率で安定的に得る技術を提供することにある。また、本発明の別の目的は、ナノ力 一ボンの製造装置の寿命を長期化する技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for obtaining nanocarbon with high efficiency and stability. Another object of the present invention is to provide a technique for extending the life of a nano-carbon manufacturing apparatus.
[0011] 本発明者は、ナノカーボンを高い効率で得るための手法について鋭意検討した。  [0011] The present inventors diligently studied a technique for obtaining nanocarbon with high efficiency.
その結果、光源からの出射光を光学部材を用いてグラフアイトターゲット表面に照射 する際に、光学部材をすす状物質の付着から遮蔽することが重要であることを見出し 、本発明に到達した。また、光源からの出射光を直接グラフアイトターゲット表面に照 射せず、反射させて光路を変更した後グラフアイトターゲットに照射することにより、光 学部材がすす状物質の付着から保護されることを見出し、本発明に到達した。  As a result, they found that it is important to shield the optical member from the adhesion of soot-like substances when irradiating the light emitted from the light source to the surface of the graphite target using the optical member, and reached the present invention. In addition, the optical member is protected from soot-like substances by irradiating the graphite target after changing the optical path by reflecting the light emitted from the light source without directly irradiating the surface of the graphite target. And arrived at the present invention.
[0012] 本発明によれば、グラフアイトターゲットと、前記グラフアイトターゲットを収容する室 と、前記室の一部に設けられた窓部と、前記窓部を介して前記グラフアイトターゲット の表面に光を照射する光源と、前記光の照射により前記グラフアイトターゲットから蒸 発した炭素蒸気より発生するナノカーボンを回収する回収部と、前記窓部と前記ダラ ファイトターゲットとの間に介在する遮蔽部材と、を備えることを特徴とするナノカーボ ンの製造装置が提供される。 According to the present invention, a graphite target and a chamber for accommodating the graphite target A window provided in a part of the chamber; a light source for irradiating light to the surface of the graphite target through the window; and a carbon vapor evaporated from the graphite target by the irradiation of the light. An apparatus for producing a nanocarbon, comprising: a recovery unit for recovering nanocarbon generated by the method; and a shielding member interposed between the window and the Dalaphite target.
[0013] 本発明においては、窓部とグラフアイトターゲットとの間に遮蔽部材が設けられてい る。前述のように、光源から出射した光が、窓部を透過後、直接グラフアイトターゲット の表面に照射される構成とした場合、グラフアイトターゲット表面より発生した炭素蒸 気から得られるすす状物質が、窓部側に戻る方向にも飛散するため、窓部の表面に すす状物質が付着しやすかつた。このため、 ZnSe製の光学部材を用いた場合、光 学部材が加熱されやすかつた。  In the present invention, a shielding member is provided between the window and the graphite target. As described above, if the light emitted from the light source passes through the window and is directly irradiated on the surface of the graphite target, the soot-like substance obtained from the carbon vapor generated from the surface of the graphite target becomes However, since it also scatters in the direction returning to the window, the soot-like substance easily adheres to the surface of the window. Therefore, when the optical member made of ZnSe was used, the optical member was easily heated.
[0014] これに対し、本発明の構成においては、窓部がグラフアイトターゲットの表面から遮 蔽された構成となっている。このような構成とすれば、グラフアイトターゲット表面から 発生したすす状物質が窓部側に飛散した場合にも、遮蔽部材によって遮蔽されるた め、すす状物質が窓部に向かって移動し、その表面に付着することが抑制される。こ のため、グラフアイトターゲットに照射される光のパワー密度を安定化し、所望の性状 のナノカーボンを高い収率で安定的に製造することができる。  [0014] On the other hand, the configuration of the present invention has a configuration in which the window is shielded from the surface of the graphite target. With this configuration, even when the soot-like substance generated from the graphite target surface scatters toward the window, the soot-like substance moves toward the window because the shielding member shields the soot-like substance. Adhesion to the surface is suppressed. For this reason, the power density of the light irradiated to the graphite target can be stabilized, and nanocarbons having desired properties can be stably produced with a high yield.
[0015] なお、本発明において、遮蔽部材は、グラフアイトターゲットから蒸発した炭素蒸気 力 窓部を覆うように配置されている。遮蔽部材は、光源からの出射光がグラフアイト ターゲット表面に到達するようにしつつ、グラフアイトターゲットの表面より発生した炭 素蒸気から得られるすす状物質の付着を妨げるように窓部を覆う構成とすることがで きる。  [0015] In the present invention, the shielding member is disposed so as to cover the carbon vapor power window evaporated from the graphite target. The shielding member covers the window so as to prevent the light emitted from the light source from reaching the surface of the graphite target and to prevent soot-like substances obtained from carbon vapor generated from the surface of the graphite target from attaching thereto. can do.
[0016] また、本発明において、室は、グラフアイトターゲットを収容する。ただし、グラフアイ トターゲットの全体を収容しなくてもよレ、。グラフアイトターゲットの一部を収容していて あよい。  [0016] In the present invention, the chamber houses a graphite target. However, it is not necessary to accommodate the entire graph item target. It may contain part of a graphite target.
[0017] また、本発明において、窓部は、光源からの出射光を透過させる光学部材であり、 たとえばレーザー光窓またはレンズ等とすることができる。また、窓部は、その一部を 室内に露出して配置されている。窓部は、光源の一部としてその出射端面等に配置 されていてもよいし、光源とは独立した部材としてグラフアイトターゲットが収容される 室の壁面等に配置されてレ、てもよレ、。 In the present invention, the window is an optical member that transmits light emitted from a light source, and may be, for example, a laser light window or a lens. In addition, the window is arranged such that a part thereof is exposed to the room. The window is located on the emission end face etc. as part of the light source It may be placed on a wall or the like of a room in which the graphite target is housed as a member independent of the light source.
[0018] また、本明細書において、「パワー密度」とは、グラフアイトターゲット表面に実際に 照射される光のパワー密度、すなわちグラフアイトターゲット表面の光照射部位にお けるパワー密度を指すものとする。  [0018] In this specification, the "power density" refers to the power density of light actually applied to the surface of the graphite target, that is, the power density at the light irradiation site on the surface of the graphite target. I do.
[0019] 本発明の製造装置において、前記窓部と前記遮蔽部材との間に、前記光を前記グ ラフアイトターゲットの前記表面に導くための光学部材を備えてもよい。こうすることに より、光をグラフアイトターゲットの表面に確実に照射することができる。よって、ナノ力 一ボンを安定的に製造することができる。また、本発明においては、光学部材とダラ ファイトターゲットの間に遮蔽部材が設けられているため、すす状物質が、回収部に 回収されずに窓部方向に飛散し、光学部材の表面に付着するのを抑制することがで きる。このため、熱レンズ効果によるグラフアイトターゲット表面におけるレーザー照射 位置のずれや、表面における光のパワー密度のぶれを抑制することができる。よって In the manufacturing apparatus of the present invention, an optical member for guiding the light to the surface of the graphite target may be provided between the window and the shielding member. By doing so, it is possible to reliably irradiate the surface of the graphite target with light. Therefore, nano force can be stably manufactured. Further, in the present invention, since the shielding member is provided between the optical member and the Dalaphite target, the soot-like substance is scattered toward the window portion without being collected by the collection part, and adheres to the surface of the optical member. Can be suppressed. For this reason, the displacement of the laser irradiation position on the surface of the graphite target due to the thermal lens effect and the fluctuation of the power density of light on the surface can be suppressed. Therefore
、所望の性状のナノカーボンを安定的に製造し続けることができる。従って、ナノカー ボンの収率を向上することができる。また、光学部材の加熱が抑制されるため、光学 部材の破損を抑制し、光学部材を長寿命化することができる。また、光学部材の交換 による装置の維持費の増加を抑制することができる。よって、耐久性および生産性に すぐれた装置構成を容易に実現することができる。 Therefore, it is possible to stably produce nanocarbon having desired properties. Therefore, the yield of nanocarbon can be improved. Further, since heating of the optical member is suppressed, breakage of the optical member can be suppressed, and the life of the optical member can be extended. Further, it is possible to suppress an increase in maintenance cost of the apparatus due to replacement of the optical member. Therefore, an apparatus configuration excellent in durability and productivity can be easily realized.
[0020] 本発明によれば、グラフアイトターゲットと、前記グラフアイトターゲットを収容する室 と、前記室の一部に設けられた窓部と、前記窓部を介して前記グラフアイトターゲット の表面に光を照射する光源と、前記光の照射により前記グラフアイトターゲットから蒸 発した炭素蒸気より発生するナノカーボンを回収する回収部と、前記窓を透過した透 過光を反射させ、前記グラフアイトターゲットの表面に導くための反射部材と、を備え ることを特徴とするナノカーボンの製造装置が提供される。  According to the present invention, a graphite target, a chamber for accommodating the graphite target, a window provided in a part of the chamber, and a surface of the graphite target via the window are provided. A light source for irradiating light, a recovery unit for recovering nanocarbon generated from carbon vapor evaporated from the graphite target by the irradiation of the light, and a reflecting unit for reflecting the transmitted light transmitted through the window, And a reflecting member for guiding to the surface of the nanocarbon.
[0021] また、本発明のナノカーボンの製造装置において、前記光学部材が反射部材を含 んでもよい。  Further, in the nanocarbon manufacturing apparatus of the present invention, the optical member may include a reflecting member.
[0022] こうすることにより、窓部を透過した光の光路を変えた後、グラフアイトターゲットの表 面に照射することができる。よって、窓部へのすす状物質の付着を確実に抑制するこ とができる。 [0022] By doing so, it is possible to irradiate the surface of the graphite target after changing the optical path of the light transmitted through the window. Therefore, adhesion of soot-like substances to the window can be reliably suppressed. Can be.
[0023] 本発明において、反射部材は、たとえばその表面を金属とすることができる。こうす ることにより、表面の放熱性が好適に確保される。よって、表面にすす状物質等が付 着しても過度の温度上昇を抑制することができる。本発明において、反射部材を冷却 するための冷却機構をさらに備えてもよい。こうすれば、より一層確実に反射部材を 冷却すること力 Sできる。このため、反射部材の過加熱を抑制し、その寿命を向上させ ること力 Sできる。また、ナノカーボンを安定的に製造することができる。また、本発明に おいて、反射部材に付着したすす状物質を除去するための掃塵機構をさらに設けて もよレ、。こうすれば、所定のタイミングですす状物質を除去しながらナノカーボンを製 造すること力 Sできる。このため、ナノカーボンの収率をさらに向上させることができる。  In the present invention, for example, the surface of the reflection member can be made of metal. By doing so, the heat radiation of the surface is suitably secured. Therefore, even if soot-like substances adhere to the surface, an excessive rise in temperature can be suppressed. In the present invention, a cooling mechanism for cooling the reflection member may be further provided. This makes it possible to more reliably cool the reflecting member. For this reason, it is possible to suppress overheating of the reflection member and improve the life thereof. Further, nanocarbon can be stably produced. Further, in the present invention, a dust cleaning mechanism for removing soot-like substances attached to the reflection member may be further provided. In this way, it is possible to produce nanocarbon while removing soot-like substances at a predetermined timing. For this reason, the yield of nanocarbon can be further improved.
[0024] 本発明のナノカーボンの製造装置において、前記反射部材と前記グラフアイトター ゲットとの間に介在する遮蔽部材をさらに備えてもよい。  [0024] The apparatus for producing nanocarbon of the present invention may further include a shielding member interposed between the reflection member and the graphite target.
[0025] こうすることにより、窓部または光学部材をすす状物質の付着からより一層確実に保 護すること力できる。このため、ナノカーボンの収率の低下を抑制することができる。ま た、光学部材の寿命を長期化することができる。  By doing so, it is possible to more reliably protect the window or the optical member from the adhesion of soot-like substances. For this reason, a decrease in the yield of nanocarbon can be suppressed. Further, the life of the optical member can be extended.
[0026] 本発明のナノカーボンの製造装置において、前記反射部材が集光作用を有しても よい。こうすることにより、グラフアイトターゲットの所定の位置に、光を確実に集光する こと力 Sできる。このため、ナノカーボンを安定的に製造することができる。また、集光す るための光学部材を設けることなくグラフアイトターゲットの表面に光を集光することが できるため、簡易な構成で効率よくナノカーボンを製造することができる。なお、集光 作用を有する反射部材は、単一の部材力 構成されていてもよいし、複数の部材の 組み合わせにより構成されてレ、てもよレ、。  [0026] In the nanocarbon manufacturing apparatus of the present invention, the reflection member may have a light-collecting action. By doing so, it is possible to reliably condense light at a predetermined position on the graphite target. For this reason, nanocarbon can be manufactured stably. Further, since light can be focused on the surface of the graphite target without providing an optical member for focusing, nanocarbon can be efficiently produced with a simple configuration. The reflecting member having the light-condensing action may be constituted by a single member, or may be constituted by a combination of a plurality of members.
[0027] たとえば、反射部材は凹面鏡とすることができる。また、本発明のナノカーボンの製 造装置において、前記反射部材が放物面鏡であってもよい。こうすれば、凹面鏡に 光を反射させた反射光をその焦点に確実に集光することができる。よって、グラフアイ トターゲットの表面にさらに確実に反射光を集光させることができる。したがって、さら に安定にナノカーボンを製造することができる。  For example, the reflecting member can be a concave mirror. Further, in the nanocarbon manufacturing apparatus of the present invention, the reflecting member may be a parabolic mirror. In this way, the reflected light reflected by the concave mirror can be surely focused at the focal point. Therefore, the reflected light can be more reliably focused on the surface of the graphite target. Therefore, nanocarbon can be produced more stably.
[0028] 本発明のナノカーボンの製造装置において、円筒状の前記グラフアイトターゲットを 保持するとともに該グラフアイトターゲットを中心軸周りに回転させるターゲット保持手 段を備えること力 Sできる。こうすることにより、ナノカーボンを連続的に製造することが できる。よって、ナノカーボンの収率を向上させることができる。 [0028] In the nanocarbon production apparatus of the present invention, the cylindrical graphite target is It is possible to provide a target holding means for holding and rotating the graphite target about a central axis. By doing so, nanocarbon can be produced continuously. Therefore, the yield of nanocarbon can be improved.
[0029] 本発明のナノカーボンの製造装置において、前記ナノカーボンがカーボンナノホー ン集合体であってもよい。  [0029] In the nanocarbon production apparatus of the present invention, the nanocarbon may be a carbon nanohorn aggregate.
[0030] こうすることにより、カーボンナノホーン集合体を高い収率で安定的に製造すること ができる。  [0030] By doing so, a carbon nanohorn aggregate can be stably produced with a high yield.
[0031] 本発明のナノカーボンの製造装置において、前記光の進行方向に沿った気流を前 記光源側から前記グラフアイトターゲット側に向かって生じさせる吸気部をさらに有し ていてもよい。こうすることにより、すす状物質がグラフアイトターゲット側から光源側に 向かって移動し、窓部または光学部材に付着してしまうのをより一層確実に抑制する こと力 Sできる。このため、装置の寿命をより一層確実に長期化することができる。また、 ナノカーボンをより一層安定的に生産することができる。  [0031] The apparatus for producing nanocarbon of the present invention may further include an air suction unit that generates an airflow along the traveling direction of the light from the light source side toward the graphite target side. By doing so, it is possible to more reliably suppress the soot-like substance from moving from the graphite target side to the light source side and adhering to the window or the optical member. For this reason, the life of the device can be more reliably prolonged. In addition, nanocarbon can be produced more stably.
[0032] 以上、本発明の構成について説明した力 これらの構成を任意に組み合わせたも のも本発明の態様として有効である。また、本発明の表現を他のカテゴリーに変換し たものもまた本発明の態様として有効である。  [0032] The forces described above for the configurations of the present invention are also effective as embodiments of the present invention. Further, the expression of the present invention converted into another category is also effective as an embodiment of the present invention.
以上説明したように本発明によれば、窓部とグラフアイトターゲットとの間に遮蔽部 材を設けることにより、ナノカーボンを高収率で製造することができる。また、本発明に よれば、ナノカーボンの製造装置の寿命を長期化することができる。  As described above, according to the present invention, by providing a shielding member between a window and a graphite target, nanocarbon can be produced in high yield. Further, according to the present invention, the life of the nanocarbon production apparatus can be extended.
図面の簡単な説明  BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[0033] 上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実 施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。  [0033] The above objects and other objects, features, and advantages will become more apparent from the preferred embodiments described below and the accompanying drawings described below.
[0034] [図 1]実施の形態に係るナノカーボン製造装置の構成を示す図である。  FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a nanocarbon producing apparatus according to an embodiment.
[図 2]実施の形態に係るナノカーボン製造装置の構成を示す図である。  FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a nanocarbon production apparatus according to an embodiment.
[図 3]実施の形態に係るナノカーボン製造装置の構成を示す図である。  FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a nanocarbon producing apparatus according to an embodiment.
[図 4]実施の形態に係るナノカーボン製造装置の構成を示す図である。  FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a nanocarbon producing apparatus according to an embodiment.
[図 5]実施の形態に係るナノカーボン製造装置の構成を示す図である。  FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a nanocarbon production apparatus according to an embodiment.
[図 6]実施の形態に係るナノカーボン製造装置の構成を示す図である。 [図 7]実施の形態に係るナノカーボン製造装置の構成を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a nanocarbon producing apparatus according to an embodiment. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a nanocarbon producing apparatus according to an embodiment.
[図 8]実施例に係るナノカーボン製造装置の構成を示す図である。  FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a nanocarbon production apparatus according to an example.
[図 9]実施例に係るナノカーボン製造装置の構成を示す図である。  FIG. 9 is a view showing a configuration of a nanocarbon producing apparatus according to an example.
[図 10]実施例に係るナノカーボン製造装置の構成を示す図である。  FIG. 10 is a view showing a configuration of a nanocarbon production apparatus according to an example.
[図 11]実施例の各装置における ZnSeウィンドウの破損時間を示す図である。  FIG. 11 is a diagram showing the time of breakage of a ZnSe window in each device of the example.
[図 12]実施例における製造時間とカーボンナノホーン集合体の収率との関係を示す 図である。  FIG. 12 is a view showing the relationship between the production time and the yield of carbon nanohorn aggregates in Examples.
発明を実施するための最良の形態  BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0035] 以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。  Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0036] (第一の実施形態)  (First Embodiment)
本実施形態は、グラフアイトターゲットの表面に照射する光の光路周辺をカバーで 覆ったナノカーボン製造装置に関する。図 1は、本実施形態に係るナノカーボンの製 造装置の構成の一例を示す断面図である。なお、本明細書において、図 1および他 の製造装置の説明に用いる図は概略図であり、各構成部材の大きさは実際の寸法 比に必ずしも対応していない。  The present embodiment relates to a nanocarbon manufacturing apparatus in which the periphery of the optical path of light irradiated on the surface of a graphite target is covered with a cover. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a nanocarbon manufacturing apparatus according to the present embodiment. In this specification, FIG. 1 and the drawings used for describing other manufacturing apparatuses are schematic views, and the sizes of the respective components do not always correspond to actual dimensional ratios.
[0037] 図 1のナノカーボン製造装置 125は、製造チャンバ一 107、ナノカーボン回収チヤ ンバー 119、およびこれらを接続する搬送管 141を備える。また、図 1の製造装置は 、レーザー光 103を出射するレーザー光源 111、 ZnSe平凸レンズ 131、 ZnSeウィン ドウ 133、カバー 167、およびグラフアイトロッド 101を保持し、その中心軸周りに回転 させる回転装置 115を備える。さらに、ナノカーボン製造装置 125は、不活性ガス供 給部 127、流量計 129、真空ポンプ 143、および圧力計 145を備える。  [0037] The nanocarbon production apparatus 125 of Fig. 1 includes a production chamber 107, a nanocarbon recovery chamber 119, and a transfer pipe 141 connecting these. In addition, the manufacturing apparatus shown in FIG. 1 is a rotating device that holds a laser light source 111 that emits a laser beam 103, a ZnSe plano-convex lens 131, a ZnSe window 133, a cover 167, and a graphite rod 101, and rotates around its central axis. 115 is provided. Further, the nanocarbon production apparatus 125 includes an inert gas supply section 127, a flow meter 129, a vacuum pump 143, and a pressure gauge 145.
[0038] ナノカーボン製造装置 125において、レーザー光源 111からの出射光は、 ZnSe平 凸レンズ 131にて集光され、製造チャンバ一 107の壁面に設けられた ZnSeウィンド ゥ 133を通じて製造チャンバ一 107内のグラフアイトロッド 101に照射される。このとき 、レーザー光 103は、その光路に沿って設けられたカバー 167内を通過する。 In the nanocarbon production apparatus 125, the light emitted from the laser light source 111 is condensed by a ZnSe plano-convex lens 131, and passes through a ZnSe window 133 provided on the wall surface of the production chamber 107 so that the light in the production chamber Irradiated on graphite rod 101. At this time, the laser beam 103 passes through a cover 167 provided along the optical path.
[0039] グラフアイトロッド 101は、レーザー光 103照射のターゲットとなる固体炭素単体物 質として用いられる。グラフアイトロッド 101は回転装置 115に固定されており、中心軸 周りに回転可能である。たとえば、グラフアイトロッド 101の表面においてレーザー光 1 03が照射された箇所力 レーザー光 103の照射方向から遠ざかるようにグラフアイト ロッド 101を回転させることができる。具体的には、図 1において、グラフアイトロッド 10 1を中心軸に対して右回りに回転させることができる。こうすれば、戻り光の発生をより 一層確実に抑制することができる。 The graphite rod 101 is used as a solid carbon substance as a target for irradiation with the laser beam 103. The graphite rod 101 is fixed to a rotating device 115, and is rotatable around a central axis. For example, a laser beam 1 The position of the part irradiated with 03 can rotate the graphite rod 101 so as to move away from the irradiation direction of the laser beam 103. Specifically, in FIG. 1, the graphite rod 101 can be rotated clockwise with respect to the central axis. This makes it possible to more reliably suppress the generation of return light.
[0040] そして、レーザー光 103の照射に供する新たな照射面を安定的に提供しつつ、力 一ボンナノホーン集合体 117を確実に回収することができる。グラフアイトロッド 101を 回転装置 115に固定することにより、中心軸周りに回転させることが可能である。また グラフアイトロッド 101はたとえば中心軸に沿った方向に位置移動可能な構成とする こと力 Sできる。 [0040] Then, the carbon nanohorn aggregate 117 can be reliably recovered while stably providing a new irradiation surface to be irradiated with the laser beam 103. By fixing the graphite rod 101 to the rotating device 115, it is possible to rotate the rod around the central axis. Further, the graphite rod 101 can be configured to be movable in a direction along the central axis, for example.
[0041] 搬送管 141は、製造チャンバ一 107およびナノカーボン回収チャンバ一 119に連 通し、これらを接続する。グラフアイトロッド 101の側面にレーザー光源 111からレー ザ一光 103が照射され、その際のプルーム 109の発生方向に搬送管 141を介してナ ノカーボン回収チャンバ一 119が設けられており、生成したカーボンナノホーン集合 体 117はナノカーボン回収チャンバ一 119に回収される。  [0041] The transfer pipe 141 communicates with and connects the production chamber 107 and the nanocarbon recovery chamber 119. The side of the graphite rod 101 is irradiated with laser light 103 from a laser light source 111, and a nanocarbon recovery chamber 119 is provided via a transfer pipe 141 in the direction in which the plume 109 is generated. The carbon nanohorn aggregate 117 is collected in the nanocarbon collection chamber 119.
[0042] プルーム 109は、レーザー光 103の照射位置におけるグラフアイトロッド 101の接線 に垂直な方向、すなわち法線方向に発生するため、この方向に搬送管 141を設けれ ば、効率よく炭素蒸気をナノカーボン回収チャンバ一 119に導き、カーボンナノホー ン集合体 117の粉体を回収することができる。たとえば、照射角が 45° の場合、鉛直 に対して 45° をなす方向に搬送管 141を設けることができる。  [0042] The plume 109 is generated in a direction perpendicular to the tangent line of the graphite rod 101 at the irradiation position of the laser beam 103, that is, in the normal direction. Therefore, if the transport pipe 141 is provided in this direction, the carbon vapor is efficiently generated. The powder is guided to the nanocarbon recovery chamber 119, and the powder of the carbon nanohorn aggregate 117 can be recovered. For example, when the irradiation angle is 45 °, the transfer pipe 141 can be provided in a direction that forms 45 ° with respect to the vertical.
[0043] ナノカーボン製造装置 125では、製造チャンバ一 107内に、 ZnSeウィンドウ 133近 傍からグラフアイトロッド 101の表面近傍までのレーザー光 103の通過経路に沿って 、光路を覆う筒状のカバー 167が設けられている。カバー 167は、グラフアイトロッド 1 01の近傍まで設けられており、その端部が開口しており、レーザー光 103は、この力 バー 167内を通過してグラフアイトロッド 101の表面に照射される。  In the nanocarbon production apparatus 125, a cylindrical cover 167 covering the optical path is provided in the production chamber 107 along the passage of the laser beam 103 from near the ZnSe window 133 to near the surface of the graphite rod 101. Is provided. The cover 167 is provided up to the vicinity of the graphite rod 101, and has an open end. The laser beam 103 passes through the force bar 167 and is irradiated on the surface of the graphite rod 101. .
[0044] カバー 167を設けることにより、グラフアイトロッド 101への光の照射経路を確保しつ つ、グラフアイトロッド 101の表面にレーザー光 103が照射されて生じた炭素蒸気から 得られるすす状物質が付着しないように、 ZnSeウィンドウ 133を遮蔽することができ る。 ZnSeウィンドウ 133表面へのすす状物質の付着が抑制されるため、 ZnSeウィン ドウ 133表面におけるレーザー光 103の吸収が抑制される。よって、グラフアイトロッド 101の表面に照射されるレーザー光 103のパワー密度のぶれを抑制することができ る。また、 ZnSeウィンドウ 133の過度の温度上昇を抑制することができる。よって、グ ラフアイトロッド 101表面へのレーザー光 103の照射位置の熱レンズ効果によるずれ を抑制することができる。また、過加熱による ZnSeウィンドウ 133の劣化や、それに伴 う破損または燃焼を抑制することができる。 By providing the cover 167, a light irradiation path to the graphite rod 101 is secured, and a soot-like substance obtained from carbon vapor generated by irradiating the surface of the graphite rod 101 with the laser beam 103 is provided. The ZnSe window 133 can be shielded so as not to adhere. Since the adhesion of soot-like substances to the surface of the ZnSe window 133 is suppressed, the ZnSe window Absorption of the laser beam 103 on the surface of the dough 133 is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the fluctuation of the power density of the laser beam 103 applied to the surface of the graphite rod 101. Further, an excessive rise in temperature of the ZnSe window 133 can be suppressed. Accordingly, it is possible to suppress the displacement of the irradiation position of the laser beam 103 on the surface of the graphite rod 101 due to the thermal lens effect. Further, it is possible to suppress the deterioration of the ZnSe window 133 due to overheating, and the accompanying damage or combustion.
[0045] したがって、ナノカーボン製造装置 125は、カーボンナノホーン集合体 117を高い 収率で安定的に生産することができる。また、耐久性に優れた装置構成を容易に実 現すること力 Sできる。 [0045] Therefore, the nanocarbon production apparatus 125 can stably produce the carbon nanohorn aggregate 117 in a high yield. Also, it is possible to easily realize a device configuration with excellent durability.
[0046] また、ナノカーボン製造装置 125には、プルーム 109の発生方向に沿ってプルーム 109を覆うように搬送管 141が設けられている。搬送管 141は、製造チャンバ一 107 の側方に備えられたナノカーボン回収チャンバ一 119に連通している。グラフアイト口 ッド 101の表面にレーザー光 103が照射されるとプルーム 109が生じ、プルーム 109 力 放出されて炭素蒸気はすす状物質となる。ナノカーボン製造装置 125では、プ ルーム 109の発生方向に搬送管 141が形成されているため、搬送管 141を通って確 実にナノカーボン回収チャンバ一 119へと導かれる。このため、カーボンナノホーン 集合体 117の回収効率を向上させることができる。なお、プルーム 109は、グラフアイ トロッド 101の表面におけるレーザー光 103の照射位置の接線に対して垂直な方向 に発生する。  The nanocarbon production apparatus 125 is provided with a transfer pipe 141 so as to cover the plume 109 along the direction in which the plume 109 is generated. The transfer pipe 141 communicates with a nanocarbon recovery chamber 119 provided on the side of the production chamber 107. When the laser light 103 is irradiated on the surface of the graphite mouth 101, a plume 109 is generated, and the plume 109 is released, so that the carbon vapor becomes a soot-like substance. In the nanocarbon production apparatus 125, since the transfer pipe 141 is formed in the direction in which the plume 109 is generated, the transfer pipe 141 is reliably guided to the nanocarbon recovery chamber 119 through the transfer pipe 141. For this reason, the collection efficiency of the carbon nanohorn aggregate 117 can be improved. The plume 109 is generated in a direction perpendicular to a tangent to the irradiation position of the laser beam 103 on the surface of the graphite rod 101.
[0047] また、ナノカーボン製造装置 125では、グラフアイトロッド 101を円周方向に回転さ せながらその側面にレーザー光 103を照射する構成となっている。レーザー光 103 の方向とプルーム 109の発生方向が一致していない位置関係にてレーザー光 103 照射がなされる。こうすれば、レーザー光 103の照射経路をさえぎらない位置でカー ボンナノホーン集合体 117を効率よく回収することができる。  [0047] Further, the nanocarbon production apparatus 125 is configured to irradiate the side face thereof with the laser beam 103 while rotating the graphite rod 101 in the circumferential direction. Irradiation of the laser beam 103 is performed in a positional relationship in which the direction of the laser beam 103 does not coincide with the direction in which the plume 109 is generated. In this way, the carbon nanohorn aggregate 117 can be efficiently collected at a position where the irradiation path of the laser beam 103 is not interrupted.
[0048] また、ナノカーボン製造装置 125では、グラフアイトロッド 101の側面にて発生する プノレーム 109の角度を予め予測することができる。このため、搬送管 141の位置や角 度を精密に制御可能である。よって、後述する条件で効率よくカーボンナノホーン集 合体 117を製造し、また、確実に回収することができる。 [0049] 次に、図 1のナノカーボン製造装置 125を用いたカーボンナノホーン集合体 117の 製造方法について具体的に説明する。 [0048] In the nanocarbon production apparatus 125, the angle of the punolem 109 generated on the side surface of the graphite rod 101 can be predicted in advance. Therefore, the position and the angle of the transfer pipe 141 can be precisely controlled. Therefore, the carbon nanohorn assembly 117 can be efficiently produced under the conditions described later, and can be reliably recovered. Next, a method for manufacturing the carbon nanohorn aggregate 117 using the nanocarbon manufacturing apparatus 125 of FIG. 1 will be specifically described.
[0050] ナノカーボン製造装置 125において、グラフアイトロッド 101として、高純度グラファ イト、たとえば丸棒状焼結炭素や圧縮成形炭素等を用いることができる。 [0050] In the nanocarbon production apparatus 125, as the graphite rod 101, high-purity graphite, for example, round rod-shaped sintered carbon, compression molded carbon, or the like can be used.
[0051] また、レーザー光 103として、たとえば、高出力 C〇ガスレーザーを用いることがで きる。レーザー光 103のグラフアイトロッド 101への照射は、 Ar、 He等の希ガスをはじ めとする反応不活性ガス雰囲気、たとえば 103Pa以上 105Pa以下の雰囲気中で行う 。また、製造チャンバ一 107内を予めたとえば 10— 2Pa以下に減圧排気した後、不活 性ガス雰囲気とすることが好ましレヽ。 As the laser beam 103, for example, a high-power C〇 gas laser can be used. Irradiation of the graphite rod 101 of the laser beam 103, Ar, performs a rare gas such as He reaction inert gas atmosphere to This First, for example 10 3 Pa or more 10 5 Pa in the following atmosphere. Further, after the evacuated beforehand example below 10- 2 Pa within the production chamber one 107, Shi preferred that the inert gas atmosphere Rere.
[0052] また、グラフアイトロッド 101の側面におけるレーザー光 103のパワー密度がほぼ一 定、たとえば 5kW/cm2以上 25kW/cm2以下となるようにレーザー光 103の出力、 スポット径、および照射角を調節することが好ましレ、。 The output, spot diameter, and irradiation angle of the laser beam 103 are set so that the power density of the laser beam 103 on the side surface of the graph rod 101 is substantially constant, for example, 5 kW / cm 2 or more and 25 kW / cm 2 or less. It is preferable to adjust the.
[0053] レーザー光 103の出力はたとえば lkW以上 50kW以下とする。また、レーザー光 1 03のパルス幅はたとえば 0· 5秒以上とし、好ましくは 0. 75秒以上とする。こうするこ とにより、グラフアイトロッド 101の表面に照射されるレーザー光 103の累積エネルギ 一を充分確保することができる。このため、カーボンナノホーン集合体 117を効率よく 製造すること力 Sできる。また、レーザー光 103のパルス幅はたとえば 1. 5秒以下とし、 好ましくは 1 · 25秒以下とする。こうすることにより、グラフアイトロッド 101の表面が過 剰に加熱されることにより表面のエネルギー密度が変動し、カーボンナノホーン集合 体の収率が低下するのを抑制することができる。レーザー光 103のパルス幅は、 0· 7 5秒以上 1秒以下とすることがさらに好ましい。こうすれば、カーボンナノホーン集合体 117の生成率および収率をともに向上させることができる。  [0053] The output of the laser beam 103 is, for example, lkW or more and 50kW or less. The pulse width of the laser beam 103 is, for example, 0.5 seconds or more, and preferably 0.75 seconds or more. By doing so, the accumulated energy of the laser beam 103 applied to the surface of the graphite rod 101 can be sufficiently secured. Therefore, it is possible to efficiently manufacture the carbon nanohorn aggregate 117. Further, the pulse width of the laser beam 103 is, for example, 1.5 seconds or less, and preferably 1.25 seconds or less. By doing so, it is possible to prevent the surface of the graphite rod 101 from being excessively heated, thereby fluctuating the energy density of the surface and reducing the yield of the carbon nanohorn aggregate. More preferably, the pulse width of the laser beam 103 is 0.75 seconds or more and 1 second or less. This can improve both the production rate and the yield of the carbon nanohorn aggregate 117.
[0054] また、レーザー光 103照射における休止幅は、たとえば 0. 1秒以上とすることがで き、 0. 25秒以上とすることが好ましい。こうすることにより、グラフアイトロッド 101表面 の過加熱をより一層確実に抑制することができる。  [0054] Further, the rest width in the irradiation of the laser beam 103 can be, for example, 0.1 seconds or more, and preferably 0.25 seconds or more. By doing so, overheating of the surface of the graphite rod 101 can be more reliably suppressed.
[0055] レーザー光 103は、照射角が一定となるように照射される。レーザー光 103の照射 角を一定に保ちながら、グラフアイトロッド 101をその中心軸に対して所定の速度で回 転させることにより、グラフアイトロッド 101の側面の円周方向にレーザー光 103を一 定のパワー密度で連続的に照射することができる。また、グラフアイトロッド 101をその 長さ方向にスライドさせることにより、グラフアイトロッド 101の長さ方向にレーザー光 1 03を一定のパワー密度で連続的に照射することができる。 [0055] The laser beam 103 is applied so that the irradiation angle is constant. By rotating the graphite rod 101 at a predetermined speed with respect to the center axis thereof while keeping the irradiation angle of the laser beam 103 constant, the laser beam 103 is directed in a circumferential direction on the side surface of the graphite rod 101. Irradiation can be performed continuously at a constant power density. Further, by sliding the graphite rod 101 in its length direction, the laser beam 103 can be continuously irradiated at a constant power density in the length direction of the graphite rod 101.
[0056] このときの照射角は 30° 以上 60° 以下とすることが好ましい。照射角とは、レーザ 一光 103の照射位置におけるグラフアイトターゲットの表面に対する垂線とレーザー 光 103とのなす角のことである。円筒形のグラフアイトターゲットであるグラフアイトロッ ド 101を用いる場合、グラフアイトロッド 101の長さ方向に垂直な断面において、照射 位置と円の中心とを結ぶ線分と、水平面とのなす角と定義する。  The irradiation angle at this time is preferably 30 ° or more and 60 ° or less. The irradiation angle is an angle between a perpendicular to the surface of the graphite target at the irradiation position of the laser beam 103 and the laser beam 103. When using the graphite rod 101 which is a cylindrical graphite rod target, in a section perpendicular to the length direction of the graphite rod 101, a line segment connecting the irradiation position and the center of the circle and an angle formed by a horizontal plane Define.
[0057] この照射角を 30° 以上とすることにより、照射するレーザー光 103の反射、すなわ ち戻り光の発生を防止することができる。また、発生するプノレーム 109が ZnSeウィン ドウ 133を通じて ZnSe平凸レンズ 131へ直撃することが防止される。このため、 ZnS e平凸レンズ 131を保護し、またカーボンナノホーン集合体 117の ZnSeウィンドウ 13 3への付着防止に有効である。よって、グラフアイトロッド 101に照射されるレーザー 光 103のパワー密度を安定化し、カーボンナノホーン集合体 117を高い収率で安定 的に製造することができる。  By setting the irradiation angle to 30 ° or more, it is possible to prevent reflection of the irradiation laser beam 103, that is, generation of return light. In addition, the generated phenolic 109 is prevented from directly hitting the ZnSe plano-convex lens 131 through the ZnSe window 133. Therefore, it is effective to protect the ZnSe plano-convex lens 131 and to prevent the carbon nanohorn aggregate 117 from adhering to the ZnSe window 133. Therefore, the power density of the laser beam 103 irradiated on the graphite rod 101 can be stabilized, and the carbon nanohorn aggregate 117 can be stably manufactured with a high yield.
[0058] また、レーザー光 103を 60° 以下で照射することにより、アモルファスカーボンの生 成を抑制し、生成物中のカーボンナノホーン集合体 117の割合、すなわちカーボン ナノホーン集合体 117の収率を向上させることができる。また、照射角は 45° ± 5° とすることが特に好ましい。約 45° で照射することにより、生成物中のカーボンナノホ ーン集合体 117の割合をより一層向上させることができる。  Further, by irradiating the laser beam 103 at a temperature of 60 ° or less, the generation of amorphous carbon is suppressed, and the ratio of the carbon nanohorn aggregates 117 in the product, that is, the yield of the carbon nanohorn aggregates 117 is improved. Can be done. It is particularly preferable that the irradiation angle is 45 ° ± 5 °. By irradiating at about 45 °, the ratio of the carbon nanohorn aggregates 117 in the product can be further improved.
[0059] また、ナノカーボン製造装置 125では、グラフアイトロッド 101の側面にレーザー光 1 03を照射する構成となっている。このため、 ZnSe平凸レンズ 131の位置を固定した 状態で、グラフアイトロッド 101の高さを調節することにより、側面への照射角度を変え ること力 Sできる。レーザー光 103の照射角度を変えることにより、グラフアイトロッド 101 の表面におけるレーザー光 103の照射面積を変え、パワー密度を可変とし、確実に 調節すること力 Sできる。  The nanocarbon production apparatus 125 has a configuration in which the side surface of the graphite rod 101 is irradiated with laser light 103. For this reason, by adjusting the height of the graphite rod 101 with the position of the ZnSe plano-convex lens 131 fixed, it is possible to change the irradiation angle S on the side surface. By changing the irradiation angle of the laser beam 103, the irradiation area of the laser beam 103 on the surface of the graphite rod 101 can be changed, the power density can be made variable, and the power S can be adjusted reliably.
[0060] 具体的には、たとえば、 ZnSe平凸レンズ 131の位置を固定した場合において、照 射角を 30° とすれば、パワー密度を高くすることができる。また、たとえば照射角度を 60° とすることにより、パワー密度を低く制御できる。 More specifically, for example, when the position of the ZnSe plano-convex lens 131 is fixed, the power density can be increased by setting the irradiation angle to 30 °. Also, for example, the irradiation angle By setting the angle to 60 °, the power density can be controlled to be low.
[0061] また、照射時のレーザー光 103のグラフアイトロッド 101側面へのスポット径は、たと えば 0· 5mm以上 5mm以下とすることができる。  [0061] The spot diameter of the laser beam 103 on the side of the graphite rod 101 during irradiation can be, for example, 0.5 mm or more and 5 mm or less.
[0062] また、レーザー光 103のスポットを、たとえば 0. OlmmZsec以上 55mm/sec以 下の線速度(周速度)で移動させることが好ましい。線速度が大きいと、一回のパルス 照射においてグラフアイトロッド 101表面にレーザー光 103が照射される長さが長い 一方、グラフアイトロッド 101の表面から炭素の蒸発が生じるのは、表面からの深度が 小さい領域に限られる。これに対して、線速度が小さいと、一回のパルス照射におい てグラフアイトロッド 101表面にレーザー光 103が照射される長さは短レ、が、グラファ イトロッド 101の表面からの深度が大きい領域まで蒸発が生じる。  Further, it is preferable to move the spot of the laser beam 103 at a linear velocity (peripheral velocity) of, for example, not less than 0.1 OlmmZsec and not more than 55 mm / sec. If the linear velocity is high, the length of irradiation of the laser beam 103 on the surface of the graphite rod 101 in one pulse irradiation is long, whereas the evaporation of carbon from the surface of the graphite rod 101 occurs only at the depth from the surface. Is limited to small areas. On the other hand, if the linear velocity is low, the length of irradiation of the laser beam 103 on the surface of the graphite rod 101 in one pulse irradiation is short, but the region where the depth from the surface of the graphite rod 101 is large is large. Evaporation occurs.
[0063] 単位時間あたりのすす状物質の生成量すなわちすす状物質の生成率および生成 したすす状物質中のカーボンナノホーン集合体 117の収率は、一回のパルス光照射 における照射位置の移動距離および炭素が蒸発する深度に依存するものと推察さ れる。炭素が蒸発する深度が深すぎると、カーボンナノホーン集合体 117以外のもの が生成し、収率が低下する。また、深度が浅すぎると、カーボンナノホーン集合体 1 1 7が充分に生成されてなレ、。線速度を上述の条件とすることにより、カーボンナノホー ン集合体 117を高レヽ収率で効率よく製造することができる。  [0063] The amount of soot-like substance generated per unit time, that is, the rate of soot-like substance generation and the yield of carbon nanohorn aggregates 117 in the generated soot-like substance are determined by the moving distance of the irradiation position in one pulse light irradiation. It is presumed that it depends on the depth of carbon and carbon evaporation. If the depth at which the carbon evaporates is too deep, a substance other than the carbon nanohorn aggregate 117 is generated, and the yield decreases. Also, if the depth is too shallow, the carbon nanohorn aggregates 117 will not be sufficiently generated. By setting the linear velocity under the above conditions, the carbon nanohorn aggregate 117 can be efficiently produced with a high yield.
[0064] たとえば、直径 100mmのグラフアイトターゲットの表面にレーザー光 103を照射す る場合には、回転装置 115によって直径 100mmのグラフアイトロッド 101を円周方向 に一定速度で回転させ、回転数をたとえば 0. Olrpm以上 lOrpm以下とすると、上 述の線速度を実現できる。なお、グラフアイトロッド 101の回転方向に特に制限はない 力 照射位置がレーザー光 103から遠ざ力^)方向、すなわち図 1においては図中に 矢印で示したようにレーザー光 103から搬送管 141に向力 方向、に回転させること が好ましい。こうすることにより、カーボンナノホーン集合体 117をより一層確実に回 収すること力 Sできる。  For example, when irradiating a laser beam 103 onto the surface of a graphite target having a diameter of 100 mm, the rotating rod 115 rotates the graphite rod 101 having a diameter of 100 mm in the circumferential direction at a constant speed, and the number of rotations is reduced. For example, the linear velocity described above can be realized when the rotational speed is set to be equal to or more than 0.1 Olrpm and equal to or less than 10 Orpm. There is no particular limitation on the rotation direction of the graphite rod 101. The force irradiation position is a force away from the laser beam 103), that is, as shown by the arrow in FIG. It is preferable to rotate in the direction of the force. This makes it possible to more reliably recover the carbon nanohorn aggregate 117.
[0065] ナノカーボン回収チャンバ一 119に回収されたすす状物質は、カーボンナノホーン 集合体 117を主として含み、たとえば、カーボンナノホーン集合体 117が 90wt%以 上含まれる物質として回収される。 [0066] ナノカーボン製造装置 125を用いたナノカーボンの製造において、 ZnSeウィンドウ 133からグラフアイトロッド 101表面に至るレーザー光 103の出射方向に沿って、また はグラフアイトロッド 101の表面から搬送管 141を経由してナノカーボン回収チャンバ 一 119に至る方向に沿って気流を形成してもよレ、。たとえば、レーザー光 103の進行 方向に沿った気流をレーザー光源 111の側からグラフアイトロッド 101の側に向かつ て生じさせる吸気部をさらに設けてもよい。このようにすれば、すす状物質がグラファ イトロッド 101の表面から ZnSeウィンドウ 133方向に付着することをさらに確実に抑制 すること力 Sできる。また、生成したカーボンナノホーン集合体 117を搬送管 141からナ ノカーボン回収チャンバ一 119へとより一層確実に導くことができるため、カーボンナ ノホーン集合体 117の回収率を向上させることができる。 The soot-like substance recovered in the nanocarbon recovery chamber 119 mainly includes the carbon nanohorn aggregate 117, and is collected, for example, as a substance containing 90 wt% or more of the carbon nanohorn aggregate 117. In the production of nanocarbon using the nanocarbon production apparatus 125, the transfer pipe 141 extends along the emission direction of the laser beam 103 from the ZnSe window 133 to the surface of the graphite rod 101, or from the surface of the graphite rod 101. Via the nanocarbon recovery chamber, one may form an airflow along the direction to 119. For example, an air intake section may be further provided to generate an airflow along the traveling direction of the laser beam 103 from the side of the laser light source 111 to the side of the graphite rod 101. In this way, the force S can be more reliably suppressed from adhering the soot-like substance from the surface of the graphite rod 101 in the direction of the ZnSe window 133. Further, since the generated carbon nanohorn aggregate 117 can be more reliably guided from the transfer pipe 141 to the nanocarbon recovery chamber 119, the recovery rate of the carbon nanohorn aggregate 117 can be improved.
[0067] また、ナノカーボン製造装置 125においては、 ZnSe平凸レンズ 131および ZnSeゥ インドウ 133を用いた力 ZnSeウィンドウ 133として ZnSe平凸レンズを設けてもよレ、。 すなわち、この場合には製造チャンバ一 107外に ZnSe平凸レンズ 131を設けずに、 製造チャンバ一 107を封止するウィンドウとしてレンズを用いる構成となる。こうするこ とにより、簡便で生産効率にすぐれた装置構成が実現される。  In the nanocarbon manufacturing apparatus 125, a ZnSe plano-convex lens may be provided as a ZnSe plano-convex lens 131 and a ZnSe window 133 using a ZnSe window 133. In other words, in this case, the ZnSe plano-convex lens 131 is not provided outside the manufacturing chamber 107, and a lens is used as a window for sealing the manufacturing chamber 107. In this way, a simple and highly efficient device configuration can be realized.
[0068] なお、図 1の装置および以降の実施形態で説明する装置では、レーザー光源 111 を製造チャンバ一 107の上方に設けている。そして、レーザー光 103照射により生成 したカーボンナノホーン集合体 117を、搬送管 141を経由して製造チャンバ一 107の 側方に設けられたナノカーボン回収チャンバ一 119において回収する構成としてい る。本実施形態および以降の実施形態において、レーザー光源 111の配置は必ず しも製造チャンバ一 107の上方に設ける態様に限定されない。  In the apparatus shown in FIG. 1 and the apparatus described in the following embodiments, the laser light source 111 is provided above the manufacturing chamber 107. Then, the carbon nanohorn aggregate 117 generated by the irradiation of the laser beam 103 is collected in the nanocarbon collection chamber 119 provided on the side of the production chamber 107 via the transfer pipe 141. In this embodiment and the following embodiments, the arrangement of the laser light source 111 is not necessarily limited to a mode in which the laser light source 111 is provided above the manufacturing chamber 107.
[0069] たとえば、図 2は、カバー 167を有するナノカーボン製造装置の別の構成を示す図 である。図 2の装置では、レーザー光源 111が製造チャンバ一 107の側方に設けら れ、製造チャンバ一 107の側面からグラフアイトロッド 101に向かってレーザー光 103 が照射される。また、このとき、プルーム 109はグラフアイトロッド 101の照射位置の接 線に垂直な方向に発生する。図 2の位置関係では、プノレーム 109が製造チャンバ一 107において鉛直上方に対して 45° をなす方向に向かって発生することになる。図 2の装置でも、図 1の装置と同様に、グラフアイトロッド 101の表面近傍からプルームの 発生方向に平行に搬送管 141を設け、プノレーム 109から生成したすす状物質が製 造チャンバ一 107の上部に設けられたナノカーボン回収チャンバ一 119に回収され るような構成となっている。 For example, FIG. 2 is a diagram showing another configuration of the nanocarbon producing apparatus having the cover 167. In the apparatus shown in FIG. 2, a laser light source 111 is provided on a side of the manufacturing chamber 107, and a laser beam 103 is emitted from a side surface of the manufacturing chamber 107 toward the graphite rod 101. At this time, the plume 109 is generated in a direction perpendicular to the tangent to the irradiation position of the graphite rod 101. In the positional relationship shown in FIG. 2, the punolem 109 is generated in the manufacturing chamber 107 in a direction at an angle of 45 ° with respect to the vertical direction. In the apparatus of FIG. 2, as in the apparatus of FIG. A transport pipe 141 is provided in parallel with the generation direction, so that the soot-like substance generated from the punolem 109 is recovered in a nanocarbon recovery chamber 119 provided above the production chamber 107.
[0070] なお、図 2の装置において、回転装置 115は、グラフアイトロッド 101を保持し、その 中心軸に沿って回転させる回転機構を有している。また、図 2の装置の場合も、図 1 の装置と同様、グラフアイトロッド 101はその中心軸方向に移動することもできるように 構成されている。 In the apparatus shown in FIG. 2, the rotating device 115 has a rotating mechanism that holds the graphite rod 101 and rotates it along the central axis thereof. Also, in the case of the apparatus shown in FIG. 2, similarly to the apparatus shown in FIG. 1, the graphite rod 101 is configured to be movable in the direction of the central axis.
[0071] また、図 1の装置においては、 ZnSeウィンドウ 133を保護するための遮蔽部材とし て、レーザー光源 111から出射したレーザー光 103の光路に沿ってその光路を覆う カバー 167を設けたが、遮蔽部材の態様はこれに限定されない。  Further, in the apparatus shown in FIG. 1, a cover 167 is provided as a shielding member for protecting the ZnSe window 133 along the optical path of the laser beam 103 emitted from the laser light source 111 along the optical path. The mode of the shielding member is not limited to this.
[0072] たとえば、図 3は、図 1のナノカーボン製造装置 125のカバー 167にかえて隔壁 17 9を設けた構成の装置である。その他の構成は、ナノカーボン製造装置 125と同様で ある。図 3の装置では、製造チャンバ一 107内に隔壁 179が設けられている。隔壁 17 9は、 ZnSeウィンドウ 133が設けられている室と、グラフアイトロッド 101が設けられて レ、る室の二室に製造チャンバ一 107を区画する。隔壁 179には、レーザー光 103を 通過させてグラフアイトロッド 101に到達させるための孔が設けられている。このため、 グラフアイトロッド 101へのレーザー光照射が可能である。隔壁 179を設けることにより 、グラフアイトロッド 101側から生じたすす状物質が ZnSeウィンドウ 133側に移動する のを遮蔽することができる。このため、すす状物質が ZnSeウィンドウ 133表面に付着 するのを抑制することができる。  For example, FIG. 3 shows an apparatus having a configuration in which a partition 179 is provided instead of the cover 167 of the nanocarbon production apparatus 125 shown in FIG. Other configurations are the same as those of the nanocarbon production apparatus 125. In the apparatus shown in FIG. 3, a partition 179 is provided in the manufacturing chamber 107. The partition wall 179 divides the production chamber 107 into two chambers, a chamber in which the ZnSe window 133 is provided and a chamber in which the graphite rod 101 is provided. The partition wall 179 is provided with a hole for allowing the laser beam 103 to pass therethrough to reach the graphite rod 101. Therefore, it is possible to irradiate the graphite rod 101 with laser light. By providing the partition 179, the soot-like substance generated from the graphite rod 101 side can be blocked from moving to the ZnSe window 133 side. Therefore, the soot-like substance can be suppressed from adhering to the surface of the ZnSe window 133.
[0073] また、図 1一図 3の装置では、窓として、製造チャンバ一 107の壁面に ZnSeウィンド ゥ 133が設けられていた力 窓は製造チャンバ一 107中に一部を露出させた態様で あればこの構成に限定されない。たとえば、出射端面にウィンドウを有するレーザー 光源 111が製造チャンバ一 107中に配置されていてもよレ、。この場合、レーザー光 源 111とグラフアイトロッド 101との間をカバー 167または隔壁 179等の遮蔽部材によ つて遮蔽することにより、レーザー光源 111のウィンドウへのすす状物質の付着が抑 制される。また、 ZnSe平凸レンズ 131が製造チャンバ一 107内に設けられていてもよ レ、。この場合、 ZnSe平凸レンズ 131とグラフアイトロッド 101との間を、たとえばカバー 167または隔壁 179によって遮蔽することにより、 ZnSe平凸レンズ 131の表面への すす状物質の付着を抑制することができる。 Further, in the apparatus shown in FIGS. 1 to 3, the power window in which the ZnSe window 133 was provided on the wall surface of the manufacturing chamber 107 as a window is a mode in which a part of the power window is exposed in the manufacturing chamber 107. If it is, it is not limited to this configuration. For example, a laser light source 111 having a window on the emission end face may be arranged in the manufacturing chamber 107. In this case, the soot-like substance is prevented from adhering to the window of the laser light source 111 by shielding the space between the laser light source 111 and the graphite rod 101 with a shielding member such as the cover 167 or the partition wall 179. . Further, the ZnSe plano-convex lens 131 may be provided in the manufacturing chamber 107. In this case, for example, the cover between the ZnSe plano-convex lens 131 and the graphite rod 101 is By shielding with the 167 or the partition 179, the adhesion of the soot-like substance to the surface of the ZnSe plano-convex lens 131 can be suppressed.
[0074] (第二の実施形態)  (Second Embodiment)
本実施形態は、光源 111からの出射光をグラフアイトロッド 101の表面に直接照射 せずに、反射させて光路を変えた後、グラフアイトロッド 101の表面に照射する構成の ナノカーボン製造装置に関する。  The present embodiment relates to a nanocarbon manufacturing apparatus having a configuration in which light emitted from a light source 111 is not directly applied to the surface of the graphite rod 101, but is reflected and changed the optical path, and then applied to the surface of the graphite rod 101. .
[0075] 図 4は、本実施形態に係るナノカーボン製造装置 173を側方から見た様子を示す 断面図である。本実施形態において、第一の実施形態に記載のナノカーボン製造装 置 125と同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。  FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where the nanocarbon producing apparatus 173 according to the present embodiment is viewed from the side. In the present embodiment, the same components as those of the nanocarbon manufacturing apparatus 125 described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
[0076] ナノカーボン製造装置 125 (図 1)では、レーザー光源 111から出射したレーザー光 103をグラフアイトロッド 101表面におけるスポット径が所定の大きさになるよう ZnSe 平凸レンズ 131で集光した後、 ZnSeウィンドウ 133から製造チャンバ一 107内に照 射される構成であつたのに対し、図 4のナノカーボン製造装置 173では、レーザー光 源 111から出射したレーザー光 103は集光されずに ZnSeウィンドウ 133から製造チ ヤンバー 107内に照射される。ナノカーボン製造装置 173はレーザー光 103の光路 を変えるための平面鏡 169および放物面鏡 171を有しているため、レーザー光 103 は製造チャンバ一 107内において、平面鏡 169で反射され、さらに放物面鏡 171に おいて反射される。放物面鏡 171で反射した光は放物面鏡 171の焦点付近に設置 されたグラフアイトロッド 101の表面に集光される。  In the nanocarbon production apparatus 125 (FIG. 1), the laser beam 103 emitted from the laser light source 111 is condensed by the ZnSe plano-convex lens 131 so that the spot diameter on the surface of the graphite rod 101 becomes a predetermined size. In contrast to the configuration in which the ZnSe window 133 irradiates the inside of the production chamber 107, the nanocarbon production apparatus 173 shown in FIG. From 133, it is irradiated into the production chamber 107. Since the nanocarbon production apparatus 173 has a plane mirror 169 and a parabolic mirror 171 for changing the optical path of the laser beam 103, the laser beam 103 is reflected by the plane mirror 169 in the production chamber 107, and The light is reflected by the plane mirror 171. The light reflected by the parabolic mirror 171 is collected on the surface of the graphite rod 101 installed near the focal point of the parabolic mirror 171.
[0077] このように、ナノカーボン製造装置 173においては、 ZnSeウィンドウ 133を通って製 造チャンバ一 107中に入射したレーザー光 103が、直接グラフアイトロッド 101表面 に照射されるのではなぐ平面鏡 169および放物面鏡 171によって二回反射されて 光路を変えた後、グラフアイトロッド 101の表面に照射される。また、平面鏡 169およ び放物面鏡 171を経由するため、ナノカーボン製造装置 173では、ナノカーボン製 造装置 125に比べ、 ZnSeウィンドウ 133からグラフアイトロッド 101に至る光路の長さ を増加させることができる。  As described above, in the nanocarbon production apparatus 173, the laser beam 103 that has entered the production chamber 107 through the ZnSe window 133 does not directly irradiate the surface of the graphite rod 101. After being reflected twice by the parabolic mirror 171 and changing the optical path, the light is irradiated onto the surface of the graphite rod 101. Further, since the light passes through the plane mirror 169 and the parabolic mirror 171, the optical path length from the ZnSe window 133 to the graphite rod 101 is increased in the nanocarbon manufacturing apparatus 173 as compared with the nanocarbon manufacturing apparatus 125. be able to.
[0078] このため、グラフアイトロッド 101の表面力 発生したプルーム 109およびプルーム 1 09から得られるすす状物質の ZnSeウィンドウ 1 33への付着が抑制される装置構成と なっている。よって、ナノカーボン製造装置 173を長期間使用しても、グラフアイトロッ ド 101の表面に照射されるレーザー光 103のパワー密度の変化を抑制することがで きる。このため、カーボンナノホーン集合体 117の収率の低下を抑制し、カーボンナノ ホーン集合体 117を安定的に連続生産することができる。また、ナノカーボン製造装 置 173の装置寿命を長期化することができる。 [0078] Thus, device configurations and the attachment to the plume 109 and ZnSe window 1 33 of the soot-like material from the plume 1 0 9 surface forces generated in graphite rod 101 is suppressed Has become. Therefore, even if the nanocarbon production apparatus 173 is used for a long time, it is possible to suppress a change in the power density of the laser beam 103 applied to the surface of the graphite rod 101. For this reason, a decrease in the yield of the carbon nanohorn aggregate 117 can be suppressed, and the carbon nanohorn aggregate 117 can be stably continuously produced. Further, the device life of the nanocarbon production device 173 can be extended.
[0079] ナノカーボン製造装置 173において、平面鏡 169または放物面鏡 171の材料とし て、たとえば Cuを用いることができる。 Cuは熱伝導率が高いため、表面にすす状物 質が付着しても効率よく放熱される。また、平面鏡 169および放物面鏡 171は、表面 にたとえば Auまたは Moによるコーティングが施されていてもよレ、。このような材料を 用いることにより、平面鏡 169または放物面鏡 171の破損を抑制することができる。  [0079] In the nanocarbon producing apparatus 173, for example, Cu can be used as the material of the plane mirror 169 or the parabolic mirror 171. Since Cu has a high thermal conductivity, heat is efficiently radiated even if soot-like substances adhere to the surface. The plane mirror 169 and the parabolic mirror 171 may have a surface coated with, for example, Au or Mo. By using such a material, breakage of the plane mirror 169 or the parabolic mirror 171 can be suppressed.
[0080] なお、ナノカーボン製造装置 173では、レーザー光源 111からの出射光が 2回反射 された後、グラフアイトロッド 101の表面に照射される構成とした力 レーザー光源 11 1からの出射光が光路を変えた後グラフアイトロッド 101の表面に到達する構成であ れば反射の回数に特に制限はなぐ 1回反射させる構成とすることもできるし、または 3回以上反射させてグラフアイトロッド 101に照射する構成としてもよい。  In the nanocarbon producing apparatus 173, the light emitted from the laser light source 111 is reflected twice, and then is emitted to the surface of the graphite rod 101. There is no particular limitation on the number of reflections as long as the configuration reaches the surface of the graphite rod 101 after changing the optical path. It can be configured to reflect once, or it can be reflected three or more times to reflect the graphite rod 101. Irradiation may be performed.
[0081] また、ナノカーボン製造装置 173では、レーザー光 103を放物面鏡 171で反射する ことにより、グラフアイトロッド 101の表面に集光する構成としたが、グラフアイトロッド 10 1の表面に集光できる構成であれば、反射鏡の形状は放物面鏡 171には限定されず 、たとえば他の形状の凹面鏡を用いることも可能である。また、複数の反射鏡を組み 合わせてグラフアイトロッド 101の表面に集光してもよい。  Further, in the nanocarbon producing apparatus 173, the laser beam 103 is reflected by the parabolic mirror 171 so as to be condensed on the surface of the graphite rod 101. The shape of the reflecting mirror is not limited to the parabolic mirror 171 as long as it can collect light. For example, a concave mirror having another shape can be used. Further, a plurality of reflecting mirrors may be combined to collect light on the surface of the graphite rod 101.
[0082] (第三の実施形態)  (Third Embodiment)
本実施形態は、ナノカーボン製造装置の別の構成に関する。本実施形態において も、第一または第二の実施形態に記載のナノカーボン製造装置 125 (図 1)またはナ ノカーボン製造装置 173 (図 4)と同様の構成要素には同様の符号を付し、適宜説明 を省略する。  The present embodiment relates to another configuration of the nanocarbon production device. Also in this embodiment, the same components as those of the nanocarbon production apparatus 125 (FIG. 1) or the nanocarbon production apparatus 173 (FIG. 4) described in the first or second embodiment are denoted by the same reference numerals. The description is omitted as appropriate.
[0083] 図 5は、本実施形態に係るナノカーボン製造装置 175を側方から見た様子を示す 断面図である。ナノカーボン製造装置 175の基本的な装置構成はナノカーボン製造 装置 173 (図 4)と同様である力 ナノカーボン製造装置 175では、レーザー光 103の 通過経路を保護するためのカバー 167が設けられている点がナノカーボン製造装置 173と異なる。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state where the nanocarbon producing apparatus 175 according to the present embodiment is viewed from the side. The basic configuration of the nanocarbon production system 175 is the same as that of the nanocarbon production system 173 (Fig. 4). The difference from the nanocarbon production apparatus 173 is that a cover 167 for protecting the passage route is provided.
[0084] カバー 167を設けることにより、第一の実施形態において説明したように、プルーム 109から発生したすす状物質が直接 ZnSeウィンドウ 133に付着するのをさらに確実 に抑制することができる。また、平面鏡 169または放物面鏡 171の表面にすす状物 質が付着することもより一層確実に防止することができる。このため、グラフアイトロッド 101の表面におけるレーザー光 103の照射位置またはパワー密度のぶれを抑制し、 カーボンナノホーン集合体 117の収率の低下が抑制される。また、装置寿命もより一 層長期化することができる。  By providing the cover 167, the soot-like substance generated from the plume 109 can be further reliably prevented from directly adhering to the ZnSe window 133 as described in the first embodiment. Further, soot-like substances can be more reliably prevented from adhering to the surface of the plane mirror 169 or the parabolic mirror 171. For this reason, deviation of the irradiation position or power density of the laser beam 103 on the surface of the graphite rod 101 is suppressed, and a decrease in the yield of the carbon nanohorn aggregate 117 is suppressed. In addition, the life of the device can be further extended.
[0085] なお、図 5のナノカーボン製造装置 175では、製造チャンバ一 107の壁面に接して カバー 167が設けられているため、製造チャンバ一 107の内部に ZnSeウィンドウ 13 3が設けられた構成としたが、不活性ガスを製造チャンバ一 107内に封止できる構成 であれば ZnSeウィンドウ 133の位置は製造チャンバ一 107内部に限定されず、たと えば製造チャンバ一 107の壁面に設けてもよい。たとえば、図 6は、 ZnSeウィンドウ 1 33が製造チャンバ一 107の壁面に設けられているナノカーボン製造装置 176を示す 図である。  [0085] In the nanocarbon production apparatus 175 of Fig. 5, the cover 167 is provided in contact with the wall surface of the production chamber 107, so that the ZnSe window 133 is provided inside the production chamber 107. However, as long as the inert gas can be sealed in the manufacturing chamber 107, the position of the ZnSe window 133 is not limited to the inside of the manufacturing chamber 107. For example, the ZnSe window 133 may be provided on the wall surface of the manufacturing chamber 107. For example, FIG. 6 is a diagram showing a nanocarbon manufacturing apparatus 176 in which a ZnSe window 133 is provided on a wall surface of a manufacturing chamber 107.
[0086] (第四の実施形態)  (Fourth Embodiment)
以上の実施形態においては、グラフアイトロッドを用いた場合を例に説明をしたが、 これらのいずれの実施形態においてもグラフアイトターゲットの形状は円筒形には限 定されず、たとえばシート状、棒状等としてもよい。  In the above embodiments, the case where the graphite rod is used has been described as an example. However, in each of these embodiments, the shape of the graphite target is not limited to a cylindrical shape, and may be, for example, a sheet shape, a rod shape, or the like. And so on.
[0087] たとえば、図 7は、第 3の実施形態に記載のナノカーボン製造装置 175 (図 5)にお いて、シート状のグラフアイトターゲットを用いる場合の装置構成を示す図である。  [0087] For example, FIG. 7 is a diagram showing an apparatus configuration in the case of using a sheet-like graphite target in the nanocarbon production apparatus 175 (FIG. 5) according to the third embodiment.
[0088] 図 7のナノカーボン製造装置 177において、グラフアイトターゲット 139は、レーザー 光 103の照射のターゲットとなる固体炭素単体物質である。グラフアイトターゲット 13 9はターゲット供給プレート 135上のターゲット保持部 153に保持されている。プレー ト保持部 137は、ターゲット供給プレート 135を水平方向に並進移動させる。このため 、ターゲット供給プレート 135が移動すると、その上に設置されたグラフアイトターゲッ ト 139力 S移動し、レーザー光 103の照射位置とグラフアイトターゲット 139の表面との 相対的な位置が移動する構成となっている。 In the nanocarbon production apparatus 177 shown in FIG. 7, the graphite target 139 is a solid carbon simple substance serving as a target for irradiation with the laser beam 103. The graphite target 139 is held by a target holding section 153 on a target supply plate 135. The plate holding unit 137 translates the target supply plate 135 in the horizontal direction. For this reason, when the target supply plate 135 moves, the graphite target 139 installed thereon moves by a force S, and the position between the irradiation position of the laser beam 103 and the surface of the graphite target 139 moves. The relative position moves.
[0089] たとえば、ターゲット供給プレート 135の底面およびプレート保持部 137の表面にネ ジ山(不図示)を形成し、ラックピニオン方式でターゲット供給プレート 135が図 7の左 上から右下に向かって移動できるように構成することができる。また、ターゲット供給 プレート 135の表面に溝部(不図示)等を形成しておき、ターゲット保持部 153の底 部に溝部をスライドできるように凸部(不図示)を形成し、溝部にこの凸部を掛合する ことにより、ターゲット保持部 153およびターゲット保持部 153に保持されたグラフアイ トターゲット 139が図 7の紙面に垂直な方向に移動可能な構成とすることができる。  For example, screw ridges (not shown) are formed on the bottom surface of the target supply plate 135 and the surface of the plate holding portion 137, and the target supply plate 135 is moved from the upper left to the lower right in FIG. It can be configured to be mobile. Also, a groove (not shown) or the like is formed on the surface of the target supply plate 135, and a protrusion (not shown) is formed at the bottom of the target holding portion 153 so that the groove can slide. The target holding unit 153 and the graph object target 139 held by the target holding unit 153 can be configured to be movable in a direction perpendicular to the plane of FIG.
[0090] このような構成とすることにより、グラフアイトターゲット 139をレーザー光源 111から 出射するレーザー光 103の照射位置に供給することができる。  With such a configuration, the graphite target 139 can be supplied to the irradiation position of the laser light 103 emitted from the laser light source 111.
[0091] さらに、グラフアイトターゲットの形状をシート状あるいは棒状とした際に、その厚さを 、レーザー光 103が 1回乃至数回照射されるとすべて蒸発し、使いきる程度の大きさ とすることにより、カーボンナノホーン集合体 117の収率をより一層向上させることが できる。これは、レーザー光 103がー度照射されると、グラフアイトロッド 101の表面が 粗面化するため、再度レーザー光 103が照射された際にパワー密度のぶれが生じる ため、グラフアイトロッド 101の表面へのレーザー光 103の照射回数は少ないほど力 一ボンナノホーン集合体 117を安定的に生産することができるためである。  [0091] Further, when the graphite target is formed in a sheet shape or a rod shape, the thickness is set to a size that can be completely used when the laser beam 103 is irradiated once or several times and all evaporated. Thereby, the yield of the carbon nanohorn aggregate 117 can be further improved. This is because the surface of the graphite rod 101 is roughened when irradiated with the laser beam 103, and the power density is deviated when the laser beam 103 is irradiated again. This is because the smaller the number of times the surface is irradiated with the laser beam 103, the more stable the force-bonded nanohorn assembly 117 can be produced.
[0092] 以上、本発明を実施形態に基づき説明した。これらの実施形態は例示であり様々 な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理 解されるところである。  [0092] The present invention has been described based on the embodiments. It is understood by those skilled in the art that these embodiments are exemplifications and various modifications are possible, and that such modifications are also within the scope of the present invention.
[0093] また、以上の実施形態に係る装置では、レーザー光 103の照射によって得られた すす状物質がナノカーボン回収チャンバ一 119に回収される構成となっている力 適 当な基板上に堆積して回収することや、ダストバッグによる微粒子回収の方法によつ て回収することもできる。また、不活性ガスを反応容器内で流通させて、不活性ガス の流れによりすす状物質を回収することもできる。  [0093] In the apparatus according to the above embodiment, the soot-like substance obtained by the irradiation of the laser beam 103 is deposited on the substrate having an appropriate structure configured to be recovered in the nanocarbon recovery chamber 119. And can be collected by a method of collecting fine particles using a dust bag. In addition, an inert gas can be circulated in the reaction vessel to recover soot-like substances by the flow of the inert gas.
[0094] 以上の実施形態において、カーボンナノホーン集合体 117を製造する際の、グラフ アイトターゲット表面における照射光のパワー密度、パルス幅、休止幅、またはグラフ アイトターゲットの移動速度等の条件は、グラフアイトターゲットの形状や目的とする力 一ボンナノホーン集合体 117の形状に応じて適宜選択することができる。また、カー ボンナノホーン集合体 117を構成するカーボンナノホーンの形状、径の大きさ、長さ 、先端部の形状、炭素分子やカーボンナノホーン間の間隔等は、レーザー光 103の 照射条件などによって様々に制御することが可能である。 In the above embodiment, when manufacturing the carbon nanohorn aggregate 117, conditions such as the power density of irradiation light on the surface of the graphite target, the pulse width, the pause width, or the moving speed of the graphite target are as shown in the graph. Ait target shape and desired force It can be appropriately selected according to the shape of the one-bon nanohorn assembly 117. In addition, the shape, diameter, length, shape of the tip, the spacing between carbon molecules and carbon nanohorns, etc. of the carbon nanohorns constituting the carbon nanohorn assembly 117 vary depending on the irradiation conditions of the laser beam 103 and the like. It is possible to control.
[0095] また、第二一第四の実施形態に示した装置(図 4一図 7)では、窓として、製造チヤ ンバー 107の壁面に ZnSeウィンドウ 133が設けられていた力 窓は製造チャンバ一 107中に一部を露出させた態様であればこの構成に限定されない。たとえば、出射 端面にウィンドウを有するレーザー光源 111が製造チャンバ一 107中に配置されて いてもよい。この場合、レーザー光源 111からの出射光を、たとえば平面鏡 169また は放物面鏡 171等の反射鏡によって反射させた後、グラフアイトロッド 101の表面に 到達させることにより、レーザー光源 111のウィンドウへのすす状物質の付着が抑制 される。また、 ZnSe平凸レンズ 131が製造チャンバ一 107内に設けられていてもよい 。この場合、 ZnSe平凸レンズ 131を透過した光を、たとえば平面鏡 169または放物 面鏡 171等の反射鏡によって反射させた後、グラフアイトロッド 101の表面に到達さ せることにより、 ZnSe平凸レンズ 131の表面へのすす状物質の付着を抑制すること ができる。 In the apparatus shown in the second to fourth embodiments (FIGS. 4 to 7), a force window in which a ZnSe window 133 is provided on the wall surface of the manufacturing chamber 107 is used as a window. The configuration is not limited to this configuration as long as a part is exposed in 107. For example, a laser light source 111 having a window on the emission end face may be arranged in the manufacturing chamber 107. In this case, the light emitted from the laser light source 111 is reflected by a reflecting mirror such as a plane mirror 169 or a parabolic mirror 171 and then reaches the surface of the graphite rod 101, so that the light is emitted to the window of the laser light source 111. Adhesion of soot-like substances is suppressed. Further, a ZnSe plano-convex lens 131 may be provided in the manufacturing chamber 107. In this case, the light transmitted through the ZnSe plano-convex lens 131 is reflected by a reflecting mirror such as a plane mirror 169 or a parabolic mirror 171 and then reaches the surface of the graphite rod 101 so that the ZnSe plano-convex lens 131 Adhesion of soot-like substances to the surface can be suppressed.
[0096] また、第二一第四の実施形態に示した装置(図 4一図 7)において、放物面鏡 171 を冷却するための冷却機構をさらに備えていてもよい。放物面鏡 171を冷却すること により、放物面鏡 171の表面にすす状物質が付着した際にも過度の加熱が抑制され るため、さらに装置の寿命を長期化することができる。また、放物面鏡 171の表面に 付着したすす状物質を除去するための掃塵機構を備えていてもよい。このような構成 とすれば、放物面鏡 171の表面にすす状物質が付着した場合にも、適当なタイミング でこれを除去することができるため、グラフアイトロッド 101表面に照射される光のパヮ 一密度が一定の値となるようにさらに確実に制御することができる。このため、カーボ ンナノホーン集合体の収率をより一層向上させることができる。また、装置の寿命をさ らに長期化することができる。なお、ここでは放物面鏡 171の場合を例に冷却機構お よび掃塵機構について説明をしたが、必要に応じてこれらの機構を平面鏡 169に対 しても設けること力 Sできる。 [0097] 以下、本発明を実施例によりさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるもの ではない。 [0096] Further, in the apparatus shown in the second to fourth embodiments (Figs. 4 to 7), a cooling mechanism for cooling parabolic mirror 171 may be further provided. By cooling the parabolic mirror 171, excessive heating is suppressed even when a soot-like substance adheres to the surface of the parabolic mirror 171, so that the life of the apparatus can be further extended. Further, a dust cleaning mechanism for removing soot-like substances attached to the surface of parabolic mirror 171 may be provided. With such a configuration, even if soot-like substance adheres to the surface of the parabolic mirror 171, it can be removed at an appropriate timing, so that the light irradiated on the surface of the graphite rod 101 can be removed. It is possible to more reliably control the power density so as to be a constant value. For this reason, the yield of carbon nanohorn aggregate can be further improved. In addition, the life of the device can be further extended. Here, the cooling mechanism and the dust cleaning mechanism have been described by taking the case of the parabolic mirror 171 as an example. However, it is possible to provide these mechanisms to the plane mirror 169 as needed. [0097] Hereinafter, the present invention will be further described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
[0098] (実施例) [0098] (Example)
本実施例では、図 2に示したナノカーボン製造装置 126および図 8、図 9、図 10に 示したナノカーボン製造装置を用いてレーザーアブレーシヨン法によるカーボンナノ ホーン集合体 117の製造を行った。ただし、図 8および図 9は、それぞれ図 4のナノ力 一ボン製造装置 173および図 5のナノカーボン製造装置 175において、ナノカーボ ン製造装置 126と同様にレーザー光 103を製造チャンバ一 107の側面から入射する 構成とした装置である。また、図 10の装置は、図 2のナノカーボン製造装置 126と同 様の構成であってカバー 167を有しない点がナノカーボン製造装置 126と異なる構 成のナノカーボン製造装置である。  In this example, the carbon nanohorn aggregate 117 was manufactured by the laser ablation method using the nanocarbon manufacturing apparatus 126 shown in FIG. 2 and the nanocarbon manufacturing apparatus shown in FIGS. 8, 9, and 10. Was. However, FIGS. 8 and 9 show the laser beam 103 from the side of the production chamber 107 in the nano-force production apparatus 173 of FIG. 4 and the nanocarbon production apparatus 175 of FIG. 5, respectively, similarly to the nanocarbon production apparatus 126. This device is configured to be incident. Further, the apparatus of FIG. 10 has the same configuration as the nanocarbon production apparatus 126 of FIG. 2 and is different from the nanocarbon production apparatus 126 in that it does not have the cover 167.
[0099] 固体状炭素物質として直径 100mmの焼結丸棒炭素を真空容器内に設置し、容器 内を 10— 2Paにまで減圧排気した後、 Arガスを 1. 01325 X 105Paの雰囲気圧となる ように導入した。次いで、高出力の COレーザー光を前記固体状炭素物質に室温に て照射した。レーザーの出力を 100Wとし、固体状炭素物質表面におけるパワー密 度を 22kW/cm2とした。パルス幅を lsec、休止幅は 250msecとし、固体状炭素物 質を 6rpmで回転させながら、照射角が 45° となるようレーザー光を照射した。レー ザ一光照射は ZnSeウィンドウが破損するまで行レ、、各装置において ZnSeウィンドウ が破損するまでの時間を測定した。 [0099] The sintered rod carbon 100mm in diameter as the solid carbon material was placed in a vacuum vessel, after evacuating the inside of the container to a 10- 2 Pa, an Ar gas 1. 01325 X 10 5 Pa Atmosphere Pressure. Next, the solid carbon material was irradiated with a high-power CO laser beam at room temperature. The laser output was 100 W and the power density on the surface of the solid carbon material was 22 kW / cm 2 . The pulse width was set to 1 sec, the rest width was set to 250 msec, and the solid carbon material was irradiated with laser light while rotating at 6 rpm so that the irradiation angle was 45 °. Laser single light irradiation was performed until the ZnSe window was broken, and the time until the ZnSe window was broken in each device was measured.
[0100] さらに、図 10の装置および図 8のナノカーボン製造装置 173を用いた場合につい ては、製造時間とカーボンナノホーン集合体 117の収率の関係を調べた。  [0100] Furthermore, in the case of using the apparatus of Fig. 10 and the nanocarbon production apparatus 173 of Fig. 8, the relationship between the production time and the yield of the carbon nanohorn aggregate 117 was examined.
[0101] 図 11は、各装置における ZnSeウィンドウの破損時間を示す図である。図 11におい て、「ZnSe」は、図 10の装置についての実験結果である。また、「ZnSe +ナノカーボ ン付着防止コーン」、「放物面鏡」、および「放物面鏡 +ナノカーボン付着防止コーン 」は、それぞれ、図 2、図 8、および図 9に示したナノカーボン製造装置についての実 験結果である。  FIG. 11 is a diagram showing the damage time of the ZnSe window in each device. In FIG. 11, “ZnSe” is an experimental result for the apparatus of FIG. In addition, “ZnSe + nanocarbon adhesion prevention cone”, “parabolic mirror”, and “parabolic mirror + nanocarbon adhesion prevention cone” are the nanocarbons shown in Figs. 2, 8, and 9, respectively. These are the results of experiments on manufacturing equipment.
[0102] 図 11より、 ZnSe平凸レンズ 131を用いて集光する装置構成において、カバー 167 を設けることにより、 ZnSeウィンドウ 133の耐久時間が増すことが明らかになった。ま た、放物面鏡 171を用いて集光する構成とすることにより、 ZnSeウィンドウ 133の耐 久時間は顕著に増加し、さらにこれにカバー 167を設けることにより増加することが明 らかになつた。 [0102] From FIG. 11, it has been clarified that the durability of the ZnSe window 133 is increased by providing the cover 167 in the device configuration for condensing light using the ZnSe plano-convex lens 131. Ma In addition, it is clear that the converging configuration using the parabolic mirror 171 significantly increases the lifetime of the ZnSe window 133, and further increases by providing the cover 167. Was.
[0103] この結果より、放物面鏡 171を用いてレーザー光 103を反射および集光した後ダラ ファイトロッド 101の表面に照射する構成とすることにより、装置寿命を長期化できるこ とが確かめられた。  [0103] From these results, it was confirmed that the apparatus life can be prolonged by employing a configuration in which the laser beam 103 is reflected and condensed using the parabolic mirror 171 and then irradiated onto the surface of the Daraphyte rod 101. Was done.
[0104] また、図 12は、図 11における「ZnSe」と「放物面鏡」の装置すなわち図 10および図 8の装置について、製造時間とカーボンナノホーン集合体 117の収率との関係を示 す図である。図 12より、図 10の装置では、製造時間の経過に従ってカーボンナノホ ーン集合体 117の収率が低下している。これに対し、図 8のナノカーボン製造装置 1 73を用いた場合、製造時間が長期化しても、カーボンナノホーン集合体 117の収率 は低下せず、ほぼ一定の収率となることがわかる。このため、平面鏡 169および放物 面鏡 171によってレーザー光 103を反射させ、また放物面鏡 171によってグラフアイ トロッド 101の表面にレーザー光 103を集光することにより、カーボンナノホーン集合 体を安定的に高い収率で製造することが可能であることが明らかになった。  FIG. 12 shows the relationship between the production time and the yield of the carbon nanohorn aggregate 117 for the “ZnSe” and “parabolic mirror” devices in FIG. 11, ie, the devices in FIGS. 10 and 8. FIG. 12, the yield of the carbon nanohorn aggregate 117 decreases in the apparatus of FIG. 10 as the production time elapses. On the other hand, when the nanocarbon production apparatus 173 of FIG. 8 is used, even if the production time is prolonged, the yield of the carbon nanohorn aggregate 117 does not decrease, and the yield is almost constant. Therefore, the laser beam 103 is reflected by the plane mirror 169 and the parabolic mirror 171, and the laser beam 103 is condensed on the surface of the graphite rod 101 by the parabolic mirror 171, so that the carbon nanohorn aggregate is stably formed. It was found that the compound can be produced in a high yield.

Claims

請求の範囲 The scope of the claims
[1] グラフアイトターゲットと、  [1] Graphite targets,
前記グラフアイトターゲットを収容する室と、  A chamber containing the graphite target,
前記室の一部に設けられた窓部と、  A window provided in a part of the chamber;
前記窓部を介して前記グラフアイトターゲットの表面に光を照射する光源と、 前記光の照射により前記グラフアイトターゲットから蒸発した炭素蒸気より発生する ナノカーボンを回収する回収部と、  A light source that irradiates light to the surface of the graphite target through the window; and a recovery unit that recovers nanocarbon generated from carbon vapor evaporated from the graphite target by irradiation of the light.
前記窓部と前記グラフアイトターゲットとの間に介在する遮蔽部材と、  A shielding member interposed between the window portion and the graphite target,
を備えることを特徴とするナノカーボンの製造装置。  An apparatus for producing nanocarbon, comprising:
[2] 請求の範囲第 1項に記載のナノカーボンの製造装置において、  [2] The apparatus for producing nanocarbon according to claim 1,
前記窓部と前記遮蔽部材との間に、前記光を前記グラフアイトターゲットの前記表 面に導くための光学部材を備えることを特徴とするナノカーボンの製造装置。  An apparatus for producing nanocarbon, comprising: an optical member for guiding the light to the surface of the graphite target between the window and the shielding member.
[3] 請求の範囲第 1項または第 2項に記載のナノカーボンの製造装置において、前記 光学部材が反射部材を含むことを特徴とするナノカーボンの製造装置。 3. The apparatus for producing nanocarbon according to claim 1, wherein the optical member includes a reflection member.
[4] グラフアイトターゲットと、 [4] Graphite targets,
前記グラフアイトターゲットを収容する室と、  A chamber containing the graphite target,
前記室の一部に設けられた窓部と、  A window provided in a part of the chamber;
前記窓部を介して前記グラフアイトターゲットの表面に光を照射する光源と、 前記光の照射により前記グラフアイトターゲットから蒸発した炭素蒸気より発生する ナノカーボンを回収する回収部と、  A light source that irradiates light to the surface of the graphite target through the window; and a recovery unit that recovers nanocarbon generated from carbon vapor evaporated from the graphite target by irradiation of the light.
前記窓を透過した透過光を反射させ、前記グラフアイトターゲットの表面に導くため の反射部材と、  A reflecting member for reflecting transmitted light transmitted through the window and guiding the light to the surface of the graphite target;
を備えることを特徴とするナノカーボンの製造装置。  An apparatus for producing nanocarbon, comprising:
[5] 請求の範囲第 4項に記載のナノカーボンの製造装置において、前記反射部材と前 記グラフアイトターゲットとの間に介在する遮蔽部材をさらに備えることを特徴とするナ ノカーボンの製造装置。 [5] The apparatus for producing nanocarbon according to claim 4, further comprising a shielding member interposed between the reflection member and the graphite target. .
[6] 請求の範囲第 3項乃至第 5項いずれかに記載のナノカーボンの製造装置において 、前記反射部材が集光作用を有することを特徴とするナノカーボンの製造装置。 [6] The apparatus for producing nanocarbon according to any one of claims 3 to 5, wherein the reflecting member has a light-collecting action.
[7] 請求の範囲第 3項乃至第 6項いずれかに記載のナノカーボンの製造装置において 、前記反射部材が放物面鏡であることを特徴とするナノカーボンの製造装置。 [7] The apparatus for producing nanocarbon according to any one of claims 3 to 6, wherein the reflecting member is a parabolic mirror.
[8] 請求の範囲第 1項乃至第 7項いずれかに記載のナノカーボンの製造装置において 、円筒状の前記グラフアイトターゲットを保持するとともに該グラフアイトターゲットを中 心軸周りに回転させるターゲット保持手段を備えることを特徴とするナノカーボンの製 造装置。  [8] The apparatus for producing nanocarbon according to any one of claims 1 to 7, wherein the target holding the cylindrical graphite target and rotating the graphite target about a central axis. An apparatus for producing nanocarbon, characterized by comprising means.
[9] 請求の範囲第 1項乃至第 8項いずれかに記載のナノカーボンの製造装置において 、前記ナノカーボンがカーボンナノホーン集合体であることを特徴とするナノカーボン の製造装置。  [9] The apparatus for producing nanocarbon according to any one of claims 1 to 8, wherein the nanocarbon is a carbon nanohorn aggregate.
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