碳纳米管的制造装置及成为该制造装置的一部分的供给单元以及碳纳米管的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种碳纳米管(Carbon nano tube，CNT)的制造装置及成为该制造装置 的一部分的供给单元以及碳纳米管的制造方法。
[0002] 本说明书中，所谓碳纳米管阵列(本说明书中也称为"CNT阵列"），为多条碳纳米管 (本说明书中也称为"CNT"）的合成结构（以下，将形成该合成结构的CNT各自的形状称为"一 次结构"，将所述合成结构也称为"二次结构"）的一种，且是指多条CNT以长轴方向的至少一 部分朝一定方向（具体的一例可举出与基板所具备的面的一条法线大致平行的方向）取向 的方式成长而成的CNT的集合体。此外，将自基板成长的CNT阵列的附着在基板上的状态下 与基板的法线平行的方向的长度(高度)称为"成长高度"。
[0003] 另外，本说明书中，将通过以下方式所形成的具有多条CNT彼此交缠的结构的结构 体称为"CNT交缠体"：捏住CNT阵列的一部分CNT，将该CNT以远离CNT阵列的方式拉伸，由此 从CNT阵列中连续地抽出多条CNT (本说明书中，仿效现有技术中由纤维来制造丝的操作而 将该操作也称为"纺织"）。
【背景技术】
[0004] CNT具有如下特异性结构，即，具有包含石墨烯(graphene)的外侧面，因此期待将 其作为功能材料也作为结构材料而应用于各种领域中。具体来说，CNT具有如下优异特性： 机械强度高，重量轻，导电特性良好，耐热性、导热性等热特性良好，化学耐腐蚀性高，且场 致电子发射特性良好。因此，关于CNT的用途，可想到轻量高强度线(wire)、扫描探针显微镜 (Scanning Probe Microscope，SPM)的探针、场发射显不器（Field Emission display， FED)的冷阴极、导电性树脂、高强度树脂、耐腐蚀性树脂、耐磨损性树脂、高度润滑性树脂、 二次电池或燃料电池的电极、大规模集成电路(Large Scale Integration，LSI)的层间布 线材料、生物传感器(biosensor)等。
[0005] 作为CNT的制造方法之一，专利文献1中公开了以下方法:蒸镀金属系材料的薄膜 等，预先在基板的表面上利用溅镀等方法形成固相的金属催化剂层，将具备该固相的金属 催化剂层的基板配置在反应炉中，由该金属催化剂层在基板上形成成为成长核的催化剂粒 子，对反应炉供给烃气体而在基板上形成CNT阵列。以下，将像所述那样在基板上形成作为 成长核的固相的催化剂粒子，并对设有具备该固相的催化剂粒子的基板的反应炉中供给烃 系的材料而制造 CNT阵列的方法称为固相催化法。
[0006] 作为通过固相催化法以高效率制造 CNT阵列的方法，专利文献2中公开了以下方 法:一面满足既定条件一面供给含有碳且不含氧的原料气体、含有氧的催化剂活化物质、环 境气体并使其与固相的催化剂层接触。
[0007] 也公开了利用与所述方法不同的方法来制造 CNT阵列的方法。即，专利文献3中公 开了以下方法:使氯化铁升华，将其作为前驱物而在基板上形成成为成长核的催化剂，使用 该催化剂来形成CNT阵列。该方法将含有卤素且处于气相状态的物质作为催化剂前驱物，使 用该物质来形成催化剂，从这方面来看，与专利文献1或专利文献2中公开的技术本质上不 同。本说明书中，将专利文献3中公开的CNT阵列的制造方法也称为气相催化法。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1:日本专利特开2004-107196号公报 [0011] 专利文献2:日本专利第4803687号公报 [0012] 专利文献3:日本专利特开2009-196873号公报
【发明内容】
[0013][发明所要解决的问题]
[0014] 利用该气相催化法的CNT阵列的制造方法中，催化剂的形成工艺与利用所述固相 催化法的CNT阵列的制造方法不同，因此可能催化剂的作用不同。所以，可认为固相催化法 与气相催化法为本质上不同的CNT阵列的制造方法。因此，在通过气相催化法来制造具有各 种一次结构、二次结构的CNT的情况下，由于其制造方法为气相催化法，因此可提供各种提 高生产性的方法。
[0015] 本发明的课题在于提供一种可提高通过所述气相催化法所制造的CNT的制造控制 性的手段。
[0016] [解决问题的技术手段]
[0017] 为了解决所述课题而提供的本发明为如下所述。
[0018] [1]-种制造装置，通过气相催化法来制造碳纳米管，并且所述制造装置的特征在 于具备:第一腔室，具有作为形成碳纳米管的区域的成长区域;第一调温装置，可调整所述 第一腔室内的所述成长区域的温度;调压装置，可调整所述第一腔室内的压力;第一供给装 置，可对所述第一腔室内的所述成长区域供给碳源;第二调温装置，可调整配置在所述制造 装置内的固相的含铁族元素材料的温度；以及第二供给装置，可对所述制造装置内供给含 卤素物质，以使经所述第二调温装置调整为既定温度的所述含铁族元素材料可与气相的所 述含卤素物质反应。
[0019] [2]根据所述[1]所述的制造装置，其中在所述成长区域中配置有基板，可在该基 板的基面上以阵列状形成碳纳米管。
[0020] [3]根据所述[1]所述的制造装置，其中在所述成长区域中，可通过气相流动反应 来形成碳纳米管。
[0021] [4]根据所述[1]至[3]中任一项所述的制造装置，具备可收容所述含铁族元素材 料、且其内部与所述第一腔室的内部连通的第二腔室，且所述第二供给装置可将所述含卤 素物质供给至所述第二腔室内。
[0022] [5]根据所述[1]至[3]中任一项所述的制造装置，具备可收容所述含铁族元素材 料的第二腔室、及可将存在于所述第二腔室内的气相物质供给至所述第一腔室内的第三供 给装置，且所述第二供给装置可将所述含卤素物质供给至所述第二腔室内。
[0023] [6]根据所述[1]至[3]中任一项所述的制造装置，其中将所述含铁族元素材料配 置在所述第一腔室内。
[0024] [7]-种供给单元，其为气相催化剂的供给单元，成为通过气相催化法来制造碳纳 米管的制造装置的一部分，并且所述供给单元的特征在于具备:供给单元用腔室，可收容固 相的含铁族元素材料;供给单元用调温装置，可调整所述供给单元用腔室内的所述含铁族 元素材料的温度;含卤素物质供给装置，可将含卤素物质供给至所述供给单元用腔室内；以 及释出装置，可将存在于所述供给单元用腔室内的所述气相催化剂释出到所述供给单元用 腔室外。
[0025] [8]-种碳纳米管的制造方法，使用根据所述[7]所述的供给单元，在基板的基面 上获得以阵列状形成的碳纳米管。
[0026] [9]-种碳纳米管的制造方法，使用根据所述[7]所述的供给单元，以气相流动反 应的产物的形式获得碳纳米管。
[0027] [10]-种制造方法，其为碳纳米管的制造方法，并且所述制造方法的特征在于具 备:第一工序，将含有使固相的含铁族元素材料与气相的含卤素物质反应所得的物质的气 相催化剂供给至第一腔室内；以及第二工序，使用基于所述第一腔室内存在的气相催化剂 而生成的催化剂，由供给至所述第一腔室内的碳源来形成碳纳米管。
[0028] [11]根据所述[10]所述的制造方法，其中在所述第一工序中，使配置在所述第一 腔室内的基板存在于含有所述气相催化剂的环境内，在所述第二工序中，在所述基板的基 面上以阵列状形成碳纳米管。
[0029] [12]根据所述[11]所述的制造方法，其中在经过所述第一工序而所述气相催化剂 存在于第一腔室内的状态下，将所述碳源供给至所述第一腔室内。
[0030] [13]根据所述[11]或[12]所述的制造方法，其中所述第一工序中的所述基板的温 度低于所述第二工序中的所述基板的温度。
[0031] [14]根据所述[10]所述的制造方法，其中以气相流动反应的产物的形式形成碳纳 米管。
[0032] [15]根据所述[10]至[14]中任一项所述的制造方法，其中所述含铁族元素材料所 含的铁族元素包含铁。
[0033] [16]根据所述[10]至[15]中任一项所述的制造方法，其中在所述第一工序中，在 所述第一腔室外进行获得所述气相催化剂的反应，将所述气相催化剂从所述第一腔室外供 给至所述第一腔室内。
[0034][发明的效果]
[0035] 根据本发明的CNT的制造方法，容易向第一腔室内供给气相催化剂。因此，期待在 通过气相催化法来制造 CNT时，容易控制其产量或其形状(一次结构及二次结构两者）的特 性。
【附图说明】
[0036] 图1为概略性地表示本发明的第一实施形态的CNT阵列的制造装置的构成的图。
[0037] 图2为概略性地表示图1所示的制造装置所具备的气相催化剂供给装置的构成的 图。
[0038] 图3为概略性地表示本发明的第二实施形态的CNT阵列的制造装置的一例的构成 的图。
[0039] 图4为概略性地表示本发明的第二实施形态的CNT阵列的制造装置的另一例的构 成的图。
[0040]图5为表示构成CNT阵列的CNT的图像。
[0041 ]图6为表不构成CNT阵列的CNT的外径分布的图表。
[0042]图7为表示将CNT阵列纺织而制造 CNT交缠体的状态的图像。
[0043] 图8为将由CNT阵列所得的CNT交缠体的一部分放大的图像。
[0044] 图9为通过实施例1的制造方法所制造的CNT网的观察图像。
[0045] 图10为通过实施例2的制造方法所制造的CNT网的观察图像。
[0046] 图11为使通过实施例3的制造方法所制造的CNT阵列以包含与其成长方向平行的 方向的面断裂而观察的图像。
[0047] 图12为使通过实施例4的制造方法所制造的CNT阵列以包含与其成长方向平行的 方向的面断裂而观察的图像。
[0048] 图13为使通过实施例5的制造方法所制造的CNT阵列以包含与其成长方向平行的 方向的面断裂而观察的图像。
[0049]图14为通过实施例6的制造方法所制造的CNT网的观察图像。
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