专利名称：碳纳米管设备、碳纳米管制造方法及碳纳米管制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及碳纳米管设备、碳纳米管制造方法及碳纳米管制造装置。
背景技术：
在专利文献I中公开了一种电容器，其具有如下构造在基板内相互反向的上表面和下表面分别形成有碳纳米管。根据该电容器，形成在基板上表面的碳纳米管的长度与形成在基板下表面的碳纳米管的长度相同。在专利文献2中公开了一种碳纳米管制造装置，其设有在反应室设定基板的设置部和与设置在设置部的基板在上方隔着间隔相对的管状的I根气体供给管。根据该碳纳米管制造装置，气体供给管弯曲地形成。在气体供给管的周壁上形成有多个吹出口。根据其，在从气体供给管的多个吹出口向基板吹出反应气体时，将从各吹出口到基板的碳纳米管形成面的距离设定为100毫米以下。在专利文献3中公开了一种碳纳米管制造装置，其沿着与设置在反应室的平板状基板的上表面和下表面基本平行的方向供给反应气体，在基板的上表面和下表面形成碳纳米管。
专利文献1:日本特开2007-48907公报专利文献2 :日本特开2008-137831号公报专利文献3 日本特开2004-332093公报
发明内容
根据专利文献1，在基板上第I碳纳米管和第2碳纳米管以相互朝向相反方向反向的方式形成。对于第I碳纳米管和第2碳纳米管，长度等特性基本上是相互相同的。本发明是鉴于上述实际情况进行的，其课题在于提供一种新型碳纳米管设备，其搭载有相互特性不同的第I碳纳米管和第2碳纳米管，对使特性混合化有利。并且，以提供一种新型碳纳米管制造方法和碳纳米管制造装置为课题，其在对象物上的相同的碳纳米管形成面中，能够抑制形成在该相同的碳纳米管形成面的碳纳米管的差异。本发明的形态I所涉及的碳纳米管设备具备碳纳米管元件，所述碳纳米管元件具备具有第I碳纳米管形成面和第2碳纳米管形成面的物体、形成在物体的第I碳纳米管形成面上的第I碳纳米管以及形成在物体的第2碳纳米管形成面上并相对于第I碳纳米管特性不同的第2碳纳米管。在此，所谓特性是指物理方面特性和/或化学方面的特性。可以是碳纳米管(CNT)的长度、直径、根数、层数、结晶性、缺陷量、官能团种类、官能团量、密度、重量、分布等中的至少I个。本发明所涉及的碳纳米管设备可以兼有由第I碳纳米管带来的性能和由第2碳纳米管带来的性能。有利于使设备的特性混合化。本发明所涉及的碳纳米管设备可以应用于电双层电容器、锂离子电容器、燃料电池、锂电池、太阳能电池等能量设备。(2)本发明的形态2所涉及的碳纳米管制造方法是实施(i)准备工序和(ii )碳纳米管形成工序，其中，(i )准备工序(ia)准备具有用于形成碳纳米管的碳纳米管形成面的对象物，并且，准备(ib)具有反应室、气体供给室以及多个吹气口的气体通路形成构件，所述反应室用于容纳对象物，所述气体供给室隔着间隔与容纳于反应室中的对象物的碳纳米管形成面相对峙且沿着延设碳纳米管形成面的面方向延设，所述多个吹气口使气体供给室与反应室连通并且向反应室吹出气体供给室的反应气体，以及，(ic)加热源，其使对象物的碳纳米管形成面、气体通路形成构件、反应气体中的至少一个加热到碳纳米管形成温度；(ii )碳纳米管形成工序通过在使对象物的碳纳米管形成面、气体通路形成构件、反应气体中的至少一个加热到碳纳米管形成温度的状态下，将反应气体供给到气体供给室，沿着与反应室内的延设对象物碳纳米管形成面的面方向相交的方向，从吹出口向对象物的碳纳米管形成面吹出气体供给室的反应气体，在对象物的碳纳米管形成面形成碳纳米管。气体供给室隔着间隔与容纳于反应室的对象物的碳纳米管形成面相对峙且沿着延设碳纳米管形成面的面方向延设。多个吹出口使气体供给室与反应室连通且向反应室内的对象物吹出气体供给室的反应气体。因此，在吹出反应气体时，对于从各吹出口到对象物的碳纳米管形成面的最短距离L，使从各吹出口到对象物的碳纳米管形成面的最短距离L尽可能地均衡化。因此，在对象物上的相同的碳纳米管形成面中，减少在其碳纳米管形成面的各部位形成的碳纳米管的特性差异。(3)本发明的形态3所涉及的碳纳米管制造装置是在具有用于形成碳纳米管的碳纳米管形成面的对象物上制造碳纳米管的碳纳米管制造装置，具备(i)基体，(ii)气体通路形成构件，其设于基体，具有·隔着间隔与对象物的碳纳米管形成面相对峙且沿着延设对象物的碳纳米具有管形成面的面方向延设的对面壁；在对面壁以贯通其的方式形成的多个吹出口 ；以及，利用对面壁沿着延设对象物的碳纳米管形成面的面方向延设且与吹出口连通的气体供给室和与反应室连通的气体排出通路，(iii)加热源，其设于基体，使对象物的碳纳米管形成面、气体通路形成构件、反应气体中的至少一个加热到碳纳米管形成温度。气体供给室隔着间隔与容纳于反应室中的对象物的碳纳米管形成面相对峙且沿着延设碳纳米管形成面的面方向延设。多个吹出口使气体供给室与反应室连通且向反应室内的对象物吹出气体供给室的反应气体。因此，在吹出反应气体时，对于从各吹出口到对象物的碳纳米管形成面的最短距离L，使从各吹出口到对象物的碳纳米管形成面的最短距离L尽可能地均衡化。因此，在相同的碳纳米管形成面中，减少在其相同的碳纳米管形成面上形成的碳纳米管的差异。根据本发明所涉及的碳纳米管设备，搭载相互特性(例如碳纳米管的长度、直径、每单位面积的根数、层数、结晶性、缺陷量、官能团种类、官能团量、密度、重量、分布等中的至少一个)不同的第I碳纳米管和第2碳纳米管，有利于设备的特性混合化。根据本发明所涉及的碳纳米管制造方法和碳纳米管制造装置，气体供给室隔着间隔与容纳在反应室中的对象物的碳纳米管形成面相对峙且沿着延设碳纳米管形成面的面方向延设。多个吹出口使气体供给室与反应室连通且向反应室内的对象物吹出气体供给室的反应气体。因此，在吹出反应气体时，对于从各吹出口到对象物的碳纳米管形成面的最短距离L，使从各吹出口到对象物的碳纳米管形成面的最短距离L尽可能地均衡化。因此，在相同的碳纳米管形成面中，减少在其相同碳纳米管形成面形成的碳纳米管的差异。
图1涉及制造方式1，表示碳纳米管制造装置概念的截面图。图2涉及制造方式I，是碳纳米管制造装置沿不同方向的截面图。图3涉及制造方式1，是碳纳米管制造装置要部的平面图。图4涉及制造方式1，表示第I吹出口和第2吹出口与物体的关系的截面图。图5涉及比较例1，表示形成在物体上的碳纳米管特性的电子显微镜照片图。图6涉及实施例1，是表示形成在物体上的碳纳米管特性的电子显微镜照片图。图7涉及实施例2，是表示形成在物体上的碳纳米管特性的电子显微镜照片图。图8涉及制造方式3，是表示碳纳米管制造装置概念的截面图。图9涉及制造方式4，是表示碳纳米管制造装置概念的截面图。图10涉及制造方式5，是碳纳米管制造装置沿不同方向的截面图。图11涉及制造方式6，是表示碳纳米管制造装置概念的截面图。图12涉及制造方式7 ，是表示碳纳米管制造装置概念的截面图。图13涉及实施方式2，是表示碳纳米管设备概念的截面图。图14涉及实施方式2，是表示碳纳米管设备概念的截面图。图15A涉及实施方式3，是表示碳纳米管设备概念的截面图。图15B涉及实施方式3，是表示碳纳米管设备概念的截面图。图16涉及实施方式4，是表示碳纳米管设备概念的截面图。图17涉及实施方式5，是表示碳纳米管设备概念的截面图。符号说明I表示物体(对象物)，11表示第I碳纳米管形成面，12表示第2碳纳米管形成面，101表示第I碳纳米管，102表示第2碳纳米管，108表示碳纳米管元件，14表示侧端面，15表示侧端面，2表示装置主体(基体)，3表示通路形成构件，30表示反应室，31表示第I对面壁，32表示第2对面壁，33表示第I气体排出通路，34表示第2气体排出通路，38表示第I出口，39表示第2出口，41表示第I吹出口，42表示第2吹出口，51表示第I气体供给室，52表示第2气体供给室，71表示第I加热源，72表示第2加热源，81表示第I供给通路，82表示第2供给通路。
具体实施例方式以下，对本发明的各实施方式进行说明。(实施方式I)概要说明实施方式I所涉及的碳纳米管设备具有碳纳米管元件。碳纳米管元件具备具有相互反向的第I碳纳米管形成面和第2碳纳米管形成面的物体和形成于物体的第I碳纳米管形成面的第I碳纳米管以及形成于物体的第2碳纳米管形成面的第2碳纳米管。第I碳纳米管和第2碳纳米管在物理性质(也包括形状、尺寸)和/或化学性质等方面相互特性不同。在此，特性可以是指碳纳米管的长度、直径(粗细)、每单位面积根数、总根数、碳纳米管的层数(碳纳米管有I层筒结构、2层等的多层筒结构等)、结晶性(G/D比拉曼分光分析的G带与D带之比)、缺陷量、官能团种类、官能团量、密度(碳纳米管群的密度)、重量、它们的分布等中的至少I个。
如果碳纳米管的长度长，则一般来说电极表面积大、担载性好。如果碳纳米管的直径粗，则一般来说担载性好。如果碳纳米管的直径细，则一般来说电解液的浸渗性高，电解液所含有的离子传导性高。如果碳纳米管的根数多，则一般来说电极表面积大，担载性好。如果碳纳米管的根数少，则邻接的碳纳米管间的间隙增大，一般来说，电解液的浸渗性增高，电解液所含有的离子传导性增高。如果碳纳米管的结晶性低，则由于石墨烯片的缺损部而担载性变好。如果碳纳米管的结晶性高，则石墨烯片变良好，导电性增高。如果碳纳米管的密度高，则一般来说电极表面积大，担载性好。如果碳纳米管的密度低，则一般来说电解液的浸渗性增高，电解液所含有的离子传导性增高。如果碳纳米管的重量大，则担载性高。碳纳米管的分布对担载性有影响。在此所谓担载性好是指容易将粒子等功能材料附着于碳纳米管。例如，Li离子电容器时，由于钛酸锂粒子(电位控制粒子)担载性良好而使负极电位降低，使容量性能增加。高分子型燃料电池时，由于钼粒子(催化剂粒子)担载性良好而促进电极中的氧化反应或还原反应，使输出性能增加。这样为了在第I碳纳米管和第2碳纳米管中使特性变更，优选使基板等物体的表面粗糙度、担载于物体的第I碳纳米管形成面和第2碳纳米管形成面的催化剂担载量、催化剂组成、催化剂密度、催化剂的直径、反应气体每单位时间的流量、第I碳纳米管形成面与第2碳纳米管形成面上的反应气体的流量比、流速、反应气体种类、反应气体的温度、反应气体流方向、反应气体导入口的大小、间距、第I碳纳米管形成面与第2碳纳米管形成面的温度、加热源的输出等因素中的至少I个变更。如果使物体的温度和/或反应气体的温度相对地降低，则可以使石墨烯片(多个碳原子结合而形成的网)上的缺损部相对地增加，并使碳纳米管的结晶性相对地降低。如果在制造时调整保持在基板上的催化剂的粒径，则可以调整碳纳米管的直径或调整碳纳米管的层数。碳纳米管的密度易受碳纳米管的层数和/或每单位面积的碳纳米管的根数的影响。如果层数和/或根数增加，则密度增加。碳纳米管的重量易受碳纳米管的密度和/或碳纳米管的长度的影响。如果密度高、长度长，则碳纳米管的重量增加。例如，图13，图14、图16所示，可以以如下方式并列设置多个碳纳米管元件S卩，配置成邻接的二个碳纳米管 元件的第I碳纳米管彼此对峙且邻接的二个碳纳米管元件的第2碳纳米管彼此对峙。另外，如图15、图17所示，可以以如下方式并列设置多个碳纳米管元件S卩，配置成邻接的二个碳纳米管元件的第I碳纳米管和第2碳纳米管彼此对峙。在设备为电部件或电子部件时，物体优选具有导电性，可以例示铜、铜合金、铁、铁合金(也包括不锈钢)、钛、钛合金、铝、铝合金。在设备不是电部件时，也可以不具有导电性。作为该碳纳米管设备，不限于电容器，对于燃料电池、锂电池、太阳能电池、金属-空气电池等设备也可以适用。根据本实施方式，能够提供搭载有相互特性不同的第I碳纳米管和第2碳纳米管，有利于设备的特性混合化的新型碳纳米管设备。(实施方式2)长度不同的CNT的并列连接图13和图14表示实施方式2所涉及的碳纳米管设备。碳纳米管设备构成使电荷进行蓄电的电容器，以使长度不同的CNT并列连接的方式组装多个碳纳米管元件108而构成。如图14所示，单个碳纳米管元件108具备(i)具有相互反向的平坦的第I碳纳米管形成面11和第2碳纳米管形成面12的物体I (对象物)，(ii)以立设于物体I的第I碳纳米管形成面11的方式大致垂直于第I碳纳米管形成面11地延伸的、并行形成的多个第I碳纳米管101，和(iii)以立设于物体I的第2碳纳米管形成面12的方式大致垂直于第2碳纳米管形成面12延伸的、并行形成的多个第2碳纳米管102。这样的碳纳米管元件108与电解液205 —起密闭在箱体200中。作为电解液205，可以采用电容器中使用的公知的电解液。物体I呈板状，由铁、铁合金、铜、铜合金等导电性金属形成，具有导电性。第I碳纳米管101 (CNT)和第2碳纳米管102 (CNT)除去长度以为基本上是相同的特性。其中，第I碳纳米管101的长度比第2碳纳米管102的长度长。长度长的第I碳纳米管101的表面积大，担载物质的担载量也大。长度短的第2碳纳米管102能够实现提高了离子传导率的电极。 如图13所示，碳纳米管元件108沿着箭头EA方向多个并列设置。图13所示的碳纳米管元件108由多个正极用碳纳米管元件108p和多个负极用碳纳米管元件108n构成，所述正极用碳纳米管元件108p以形成在共用物体I上的第I碳纳米管101和第2碳纳米管102为正极侧，所述负极用碳纳米管元件108n以形成在共用物体I上的第I碳纳米管101和第2碳纳米管102为负极侧。如图13所示，多个正极用碳纳米管元件108p的物体I通过第I电导通路If与正极侧(+)电连接。多个负极用碳纳米管元件108n的物体I通过第2电导通路Is与负极侧(_)电连接。根据本实施方式，如图13所示，基于相互邻接的二个碳纳米管元件108，第I碳纳米管101和第2碳纳米管102介由隔尚件300f、300s对称地配置。[!卩，如图13所不,根据相互邻接的二个碳纳米管元件108 (108n，108p)，相互邻接的物体I与相互不同的极电连接。因此，相互邻接的元件108 (108n，108p)分别与不同的极电连接。并且，元件108n的第I碳纳米管101 (负极)与邻接于元件108n的元件108p的第I碳纳米管101 (正极)介由隔离件300f互相对峙。同样地元件108p的第2碳纳米管102 (正极)与邻接于元件108p的元件108n的第2碳纳米管102 (负极)介由隔离件300s互相对峙。因此，如图13所示，在多个元件108并列设置的方向(箭头EA方向)上，依次配置有第I碳纳米管101、第I碳纳米管101、第2碳纳米管102，第2碳纳米管102、第I碳纳米管101、第I碳纳米管101、第2碳纳米管102、第2碳纳米管102……。换言之，如图13、图14所示，相同特性(基本上相同长度)的第I碳纳米管101，101彼此介由隔离件300f作为异极元件彼此对峙。相同特性(基本上相同长度)的第2碳纳米管102、102彼此介由隔离件300s作为异极元件彼此对峙。换言之，在邻接的彼此为异极的元件108n、108p中，相同特性(相同长度)且彼此为异极的第I碳纳米管101、101彼此介由隔离件300f相对峙。在邻接的异极元件108n、108p上，相同特性(相同长度)且彼此为异极的第2碳纳米管102、102彼此介由隔离件300s相对峙。这样形成长度不同的碳纳米管101，102的并列连接。如图13所示，第I碳纳米管101的长度比第2碳纳米管102的长度长。长度长的第I碳纳米管101彼此介由第I隔离件300f互相对峙，且因表面积相对地大，构成高容量单组件。与之相对，长度短的第2碳纳米管102彼此介由第2隔离件300s互相对峙，因电阻低，构成高输出单组件。此外，隔离件300f、300s具有对溶解于电解液的阴离子和阳离子的透过性，并且具有高的电绝缘性。
根据这样的本实施方式，能使利用短碳纳米管(低电阻)的高输出单组件和利用长碳纳米管(高表面积)的高容量单组件并列层叠，因此，能够在组件水平上使输出功能与容量功能双方混合化。即，如图14所示，能够使具有高输出功能的碳纳米管元件108和具有高容量功能的碳纳米管元件108混合化。这样根据本实施方式,能够提供一种新型的碳纳米管设备，其可搭载相互特性不同的第I碳纳米管101和第2碳纳米管102，有利于使设备的特性混合化。优选通常负荷时由高容量电池放电，高负荷时由高输出电池放电。此外，根据本实施方式，可以采用沿着对于物体I的面方向基本垂直方向使反应气体流入的方法来形成第I碳纳米管101和第2碳纳米管102。或者也可以采用沿着物体I的面方向使反应气体流入的方法来形成第I碳纳米管101和第2碳纳米管102。(实施方式3)结晶性不同的CNT的串联连接图15A、图15B表示实施方式3所涉及的碳纳米管设备。碳纳米管设备构成对电荷进行蓄电的电容器，组装多个碳纳米管元件108而构成。如图15A所示，碳纳米管元件108具备(i)具有相互反向的平坦的第I碳纳米管形成面11和第2碳纳米管形成面12的物体1，(ii)以立设于物体I的第I碳纳米管形成面11的方式大致垂直于第I碳纳米管形成面11延伸地形成的第I碳纳米管101，以及(iii)以立设于物体I的第2碳纳米管形成面12的方式大致垂直于第2碳纳米管形成面12延长地形成的第2碳纳米管102。如图15A所示，对于邻接的碳纳米管元件108而言，第I碳纳米管101和第2碳纳米管102介由省略图示的隔离件，作为相互非对称的配置被配置。因此，对于邻接的碳纳米管元件108而言，特性不同且相互为异极的第I碳纳米管101和第2碳纳米管102，介由省略图示的隔离件串联配置。这样形成结晶性不同的碳纳米管的串联连接。所以，如图15A所示，在并列设置有多个元件108的方向(箭头EA方向)上，依次配置有第2碳纳米管102、第I碳纳米管101，第2碳纳米管102、第I碳纳米管101，第2碳纳米管102、第I碳纳米管101。如图15B所示，并列设置有多个碳纳米管元件108。图15B所示的碳纳米管元件108以在共用物体I上形成的第I碳纳米管101为负极，以第2碳纳米管102为正极。通过将多 个碳纳米管元件108在箱体200的内部串联连接，能够获取高的电动势。物体I是形成基板的板状，由铁、铁合金、铜、铜合金、钛、钛合金、铝、铝合金等导电性金属形成，呈导电性。第I碳纳米管101和第2碳纳米管102基本上是相同的特性。其中，第I碳纳米管101的结晶性比第2碳纳米管102的结晶性低。这样第I碳纳米管101具有低结晶性。对于低结晶性的碳纳米管而言，构成碳纳米管的筒形状石墨烯片的缺损部多，由此认为电位控制粒子的担载性高。对于高结晶性的碳纳米管而言，构成碳纳米管的筒形状石墨烯片的缺损部少，可得到高的导电性。这样根据本实施方式，在单面分别形成高结晶性的碳纳米管正极(以导电性为目标)和低结晶性碳纳米管负极，由此能够兼得高输出和高容量化。尤其是在应用于锂离子电容器时，在单面分别形成长的碳纳米管正极(以导电性为目标)和低结晶性碳纳米管负极，能够兼得高输出和高容量化。而且，根据本制造方式，通过使碳纳米管正极和碳纳米管负极同时形成而能够使生产率提高。根据本实施方式，第I碳纳米管101的结晶性比第2碳纳米管102的结晶性低，但相反也可以。在图15A中，省略箱体200、电解液205的图示。(实施方式4)结晶性不同的CNT的并列连接
图16表示实施方式4所涉及的碳纳米管设备。碳纳米管设备构成对电荷进行蓄电的电容器，组装多个碳纳米管元件108而构成。如图16所示，碳纳米管元件108具备(i)具有相互反向的平坦的第I碳纳米管形成面11和第2碳纳米管形成面12的物体1，(ii)以立设于物体I的第I碳纳米管形成面11的方式大致垂直于第I碳纳米管形成面11延伸地形成的第I碳纳米管101，以及(iii)以立设于物体I的第2碳纳米管形成面12的方式大致垂直于第2碳纳米管形成面12延伸地形成的第2碳纳米管102。在本实施方式中，如图16所示，对于邻接的碳纳米管元件108而言，低结晶性的第I碳纳米管101和高结晶性的第2碳纳米管102介由省略图示的隔离件作为相互对称的配置被配置。因此，如图16所示，在元件108的并列设置方向(箭头EA方向)上，依次配置有第2碳纳米管102、第I碳纳米管101、第I碳纳米管101、第2碳纳米管102、第2碳纳米管102……。因此，如图16所示，低结晶性的第I碳纳米管101、101彼此相对，高结晶性的第2碳纳米管102、102彼此相对。低结晶性的第I碳纳米管101 —般表面积大。与此相对，高结晶性的第2碳纳米管102形成良好的筒状石墨烯片，因此相对而言导电性好。因此，如图16所示，以低结晶性的第I碳纳米管101彼此相对，高结晶性的第2碳纳米管102彼此的方式层叠而并列连接，由此能使高输出功能与高容量功能混合化。这样根据本实施方式，能够提供搭载有在结晶性方面相互特性不同的第I碳纳米管101和第2碳纳米管102的，有利于使设备特性混合化的新型碳纳米管设备。根据本实施方式，第I碳纳米管101的结晶性比第2碳纳米管102的结晶性低，但相反也可以。在图16中，省略箱体200、电解液205的图示。(实施方式5)粗细不同的CNT的串联连接 图17表示实施方式5所涉及的碳纳米管设备。直径大的粗第I碳纳米管101 —般来说担载性好，因此易于通过担载钛酸锂粒子等粒子来作为负极发挥功能。与此相对，直径小的细第2碳纳米管102相对而言电解液的浸渗性好，可以用作离子传导优异的正极。如图17所示，通过以粗第I碳纳米管101和细第2碳纳米管102相对的方式进行层叠而串联连接，从而能够以高生产率制造高电动势的电容器。如图17所示，对于邻接的碳纳米管元件108而言，粗第I碳纳米管101和细第2碳纳米管102介由省略图示的隔离件相互作为非对称的配置被配置。因此，如图17所示，在元件108的并列设置方向(箭头EA方向)上，依次配置有细第2碳纳米管102、粗第I碳纳米管101、细第2碳纳米管102、粗第I碳纳米管101、细第2碳纳米管102……。根据本实施方式，第I碳纳米管101的结晶性比第2碳纳米管102的结晶性低，但相反也可以。在图16中，省略箱体200、电解液205的图示。(制造方法的例示)在形成上述具有特性不同的碳纳米管的碳纳米管元件108时，可以例示下面的制
造方法。(i)实施准备工序准备具有用于形成碳纳米管的碳纳米管形成面的物体(对象物)，并且准备气体通路形成构件和加热源，所述气体通路形成构件具有反应室、气体供给室和多个吹出口，所述反应室用于容纳物体，所述气体供给室隔着间隔与容纳于反应室中的物体的碳纳米管形成面相对峙且沿着延设碳纳米管形成面的面方向延设，所述吹出口使气体供给室与反应室连通并且对反应室吹出气体供给室的反应气体，所述加热源将物体的碳纳米管形成面、气体通路形成构件、反应气体中的至少一个加热到碳纳米管形成温度。接着，(ii)实施碳纳米管形成工序在使物体的碳纳米管形成面、气体通路形成构件、反应气体中的至少一个加热到碳纳米管形成温度的状态下，将反应气体供给到气体供给室，从而沿着与反应室内的延设物体的碳纳米管形成面的面方向相交的方向，从吹出口向物体的碳纳米管形成面吹出气体供给室的反应气体，在物体的碳纳米管形成面形成碳纳米管。在该制造方法中，优选的是在吹出反应气体时，将从各吹出口到物体的共同的碳纳米管形成面的最短距离L作为100相对表示时，在各吹出口上设定为75 125的范围内，使从各吹出口到物体的碳纳米管形成面的最短距离L均衡化。这种情况下，减少第I碳纳米管的全体的差异。同样地减少第2碳纳米管的差异。优选的是物体的碳纳米管形成面具有第I碳纳米管形成面和第2碳纳米管形成面，独立地控制在第I碳纳米管形成面上形成碳纳米管的第I操作和在第2碳纳米管形成面上形成碳纳米管的第2操作。这种情况下，如果分别独立地控制第I操作和第2操作，则能够改变在第I碳纳米管形成面上由第I操作形成的碳纳米管的特性和在第2碳纳米管形成面上由第2操作形成的碳纳米管的特性。另外，生产上优选同时实施第I操作和第2操作，但也可以时间上不重叠的方式错开时间地实施。并且，第I操作和第2操作也可以时间上一部分重叠地错开时间实施。优选的是从多个吹·出口的中心线向物体延伸的延长线以如下方式设定对于延设物体的碳纳米管形成面的面方向在规定角度(相当于图4所示的0 1、0 2，0 1、0 2 =7(T110° )以内相交。这种情况下，在第I碳纳米管形成面上减少第I碳纳米管的全体的差异。在第2碳纳米管形成面上减少第2碳纳米管的全体的差异。优选的是(a)物体的碳纳米管形成面具有设在互相不同的位置(例如，物体作为基板时的表面、背面或侧面)的第I碳纳米管形成面和第2碳纳米管形成面，(b)对面壁具有隔着第I间隔与物体的第I碳纳米管形成面相对峙的第I对面壁和隔着第2间隔与物体的第2碳纳米管形成面相对峙的第2对面壁，(c)吹出口具有形成在第I对面壁上的第I吹出口和形成在第2对面壁上的第2吹出口，(d)气体供给室具有与第I气体供给源连接并且与第I吹出口连通的第I气体供给室和与第2气体供给源连接并且与第2吹出口连通的第2气体供给室，Ce)加热源具有第I加热源和第2加热源，所述第I加热源将用于在第I碳纳米管形成面上形成碳纳米管的第I反应气体、物体的第I碳纳米管形成面、第I气体供给室中的至少一个加热到第I碳纳米管形成温度，所述第2加热源将用于在第2碳纳米管形成面上形成碳纳米管的第2反应气体、物体的第2碳纳米管形成面、第2气体供给室中的至少一个加热到第2碳纳米管形成温度。这种情况下，能够独立地控制在第I碳纳米管形成面上形成碳纳米管的第I操作和在第2碳纳米管形成面上形成碳纳米管的第2操作。这种情况下，如果分别独立地控制第I操作和第2操作，则能够容易地改变在第I碳纳米管形成面上由第I操作形成的碳纳米管的特性和在第2碳纳米管形成面上由第2操作形成的碳纳米管的特性。第I操作和第2操作可以如前所述地在时间上同时进行，也可以时间上错开进行。优选的是在形成碳纳米管时，可以用一对第I设置部夹持物体的一端侧，并且用一对第2设置部夹持物体的另一端侧。然后，通过使第I设置部与第2设置部在沿着物体的面方向相对分离的方向位移，对物体的面方向提供张力，抑制物体过度的挠曲变形。这种情况下，对于每单位时间而言，即使从第I吹出口吹出的第I反应气体每单位时间的流量、与从第2吹出口吹出的第2反应气体每单位时间的流量不相等的情况下，也可以抑制物体的碳纳米管形成面向物体的厚度方向位移。也可以如此地对物体的面方向提供张力的同时在物体上形成碳纳米管。优选的是气体通路形成构件的气体排出通路的出口配置在与物体的侧端面相对峙的位置。这种情况下，与物体的碳纳米管形成面接触的反应气体能够在使碳纳米管形成后迅速地从气体排出通路排出。因此，可以抑制形成碳纳米管后的反应完的气体残留于反应室。这种情况下，能够对形成良好的碳纳米管有贡献。在碳纳米管形成反应中，对碳源和工艺条件没有特别限定。作为供给形成碳纳米管的碳的碳源，可以例示烷烃、烯烃、炔烃等脂肪族烃、醇、醚等脂肪族化合物、芳香族烃等芳香族化合物。因此，可以例示作为碳源使用醇系原料气体、烃系原料气体的CVD法(热CVD，等离子体CVD、远程等离子体CVD法等)。作为醇系原料气体，可以例示甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇等的气体。并且，作为烃系原料气体，可以例示甲烷气体、乙烷气体、乙炔气体、丙烷气体等。(制造方式I)图广图4表示制造方式I。用于形成碳纳米管的物体1(对象物)具有互相反向的第I碳纳米管形成面11和第I碳纳米管形成面12。碳纳米管制造装置在第I碳纳米管形成面11上形成第I碳纳米管，在第2碳纳米管形成面12上形成第2碳纳米管。在此，如图r图3所示，物体I呈平坦的基板状，其具有相互反向的、二维方式延设的平坦的第I碳纳米管形成面11和二维方式并列设置的平坦的第2碳纳米管形成面12。对物体I的材质没有特别限定，可以例示硅、金属等。作为金属，可以例示铁、钛、铜、铝、铁合金(包括不锈钢)、钛合金、铜合金、铝合金等。可从图3理解，第I碳纳米管形成面11和第2碳纳米管形成面12形成为在二维方向上延伸的平坦状，在作为一个方向的X方向(长度方向)和作为与其相交(直交)的另一方向的Y方向(宽度`方向)上延伸。在物体I的碳纳米管形成面11、12上优选存在催化剂。作为催化剂，通常使用过渡金属。特别优选V 珊族的金属。根据碳纳米管集合体密度的目标值等，例如可以例示铁、镍、钴、钥、铜、铬、钒、镍钒、钛、钼、钯、铑、钌、银、金以及它们的合金。催化剂优选为A-B系的合金。在此，A优选铁、钴、镍之中的至少I种，B优选钛、钒、锆、铌、铪、钽之中的至少I种。这种情况下，优选含有铁-钛系合金、铁-钒系合金之中的至少I种。并且，可以举出钴_钛系合金、钴-f凡系合金、镍-钛系合金、镍-f凡系合金、铁-错系合金、铁-银系合金。在为铁-钛系合金时，可以例示以质量比计钛为10%以上、30%以上、50%以上、70%以上(其余为铁)、90%以下。在为铁-钒系合金时，可以例示以质量比计钒为10%以上、30%以上、50%以上、70%以上(其余为铁)、90%以下。图1所示的装置主体2 (基体)形成碳纳米管制造装置的基体。供给反应气体的气体通路形成构件3设在装置主体2上。如图1和图2所示，气体通路形成构件3具有具有容纳物体I的容积的反应室30，隔着第I间隔El (最短间隔)与物体I的第I碳纳米管形成面11相对峙的第I对面壁31，以及隔着第2间隔E2与物体I的第2碳纳米管形成面12相对峙的第2对面壁32。可以使El = E2或E1^E2(例如E1/E2 = 0. 85 1. 15)。并且，根据情况，对于第I碳纳米管101和第2碳纳米管102，在使特性(碳纳米管的长度、直径、每单位面积的根数、层数、结晶性、缺陷量、官能团种类、官能团量、密度、重量、分布等中的至少一个)变化时，可以为El < E2，也可以为El > E2。如图1和图2所示，第I对面壁31，与物体I的第I碳纳米管形成面11基本平行，沿着延设物体I的第I碳纳米管形成面11的第I面方向(箭头SI方向)以二维方式延设，在上述X方向和Y方向上延设。这种情况下，有利于抑制形成在物体I的第I碳纳米管形成面11的第I碳纳米管101的全体的差异。第2对面壁32，与物体I的第2碳纳米管形成面12基本平行，沿着延设物体I的第2碳纳米管形成面12的面方向(箭头S2方向)以二维方式延设，在上述X方向和Y方向上延设。这种情况下，有利于减少形成在物体I的第2碳纳米管形成面12的第I碳纳米管101的全体的差异。如图1和图2所示，气体通路形成构件3具有多个第I吹出口 41、多个第2吹出口 42、第I气体供给室51、第2气体供给室52、第I气体排出通路33和第2气体排出通路34，其中，所述第I吹出口 41在第I对面壁31上以在厚度方向贯通其的方式形成，所述第2吹出口 42在第2对面壁32上以在厚度方向贯通其的方式形成，所述第I气体供给室51是利用第I对面壁31沿着延设物体I的第I碳纳米管形成面11的第I面方向(SI方向)延设的，并且与第I吹出口 41连通，所述第2气体供给室52是利用第2对面壁32沿着延设物体I的第2碳纳米管形成面12的第2面方向(S2方向)延设的，并且与第2吹出口 42连通，所述第I气体排出通路33与反应室30介由它的第I出口 38连通(参照图2)，所述第2气体排出通路34与反应室30介由它的第2吹出口 39连通(参照图2)。第I吹出口 41与物体I的第I碳纳米管形成面11相对。第2吹出口 42与物体I的第2碳纳米管形成面12相对。
如图2所示，第I气体供给室51，以相对于物体I的第I碳纳米管形成面11的方式形成，呈箱状通路，具有比物体I的宽度尺寸D2大的宽度尺寸D20。第2气体供给室52，以相对于物体I的第I碳纳米管形成面11的方式形成，呈箱状通路，具有比物体I的宽度尺寸D2大的宽度尺寸D20。如图2所示，箱状通路呈在二维方向(X方向，Y方向)上延设的扁平的箱状通路。这是为了尽可能垂直且均匀地对第I碳纳米管形成面11喷射第I反应气体，从而尽可能均匀地形成第I碳纳米管101。并且，为了尽可能垂直且均匀地对第2碳纳米管形成面12喷射第2反应气体，从而尽可能均匀地形成第2碳纳米管102。此外，将第I气体供给室51的流路横截面积为SAl、第2气体供给室52的流路横截面积为SA2时，可以为SAl = SB2，SA1 4SB权利要求
1.一种碳纳米管设备，具备碳纳米管元件，所述碳纳米管元件具备 具有第I碳纳米管形成面和第2碳纳米管形成面的物体， 形成在所述物体的所述第I碳纳米管形成面的第I碳纳米管，和 形成在所述物体的所述第2碳纳米管形成面且相对于所述第I碳纳米管特性不同的第2碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管设备，其中，所述特性是所述碳纳米管的长度、直径、每单位面积的根数、层数、结晶性、缺陷量、官能团种类、官能团量、密度、重量、分布等中的至少I个。
3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管设备，其中，并列设置有多个所述碳纳米管元件，并以如下方式配置邻接的所述碳纳米管元件的所述第I碳纳米管彼此互相对峙，并且邻接的所述碳纳米管元件的所述第2碳纳米管彼此互相对峙。
4.根据权利要求1或2所述的碳纳米管设备，其中，并列设置有多个所述碳纳米管元件，并以如下方式配置互相邻接的所述碳纳米管元件的所述第I碳纳米管和所述第2碳纳米管相互对峙。
5.一种碳纳米管制造方法，其特征在于，实施如下的(i )准备工序和(ii )碳纳米管形成工序， (i)准备工序准备具有用于形成碳纳米管的碳纳米管形成面的对象物， 并且准备具有反应室、气体供给室和多个吹出口的气体通路形成构件以及加热源，所述反应室用于容纳所述对象物，所述气体供给室隔着间隔与容纳于所述反应室中的所述对象物的所述碳纳米管形成面相对峙且沿着延设所述碳纳米管形成面的面方向延设，所述多个吹出口使所述气体供给室与所述反应室连通并且向所述反应室吹出所述气体供给室的反应气体，所述加热源使所述对象物的所述碳纳米管形成面、所述气体通路形成构件、所述反应气体中的至少一个加热到碳纳米管形成温度， (ii)碳纳米管形成工序在使所述对象物的所述碳纳米管形成面、所述气体通路形成构件、所述反应气体中的至少一个加热到碳纳米管形成温度的状态下，将所述反应气体供给到所述气体供给室，从而沿着与所述反应室内的延设所述对象物的所述碳纳米管形成面的面方向相交的方向，从所述吹出口向所述对象物的所述碳纳米管形成面吹出所述气体供给室的所述反应气体，在所述对象物的所述碳纳米管形成面上形成所述碳纳米管。
6.根据权利要求5所述的碳纳米管制造方法，其中，在吹出所述反应气体时，将从所述吹出口到所述对象物的所述碳纳米管形成面的最短距离L相对表示为100时，对于各所述吹出口而言，最短距离L设定为75 125的范围内，对于各所述吹出口使从各所述吹出口到所述对象物的所述碳纳米管形成面的最短距离L均衡化。
7.根据权利要求5或6所述的碳纳米管制造方法，其中，所述对象物的所述碳纳米管形成面具有第I碳纳米管形成面和第2碳纳米管形成面，并且，独立地控制在所述第I碳纳米管形成面上形成所述碳纳米管的第I操作、和在所述第2碳纳米管形成面上形成所述碳纳米管的第2操作。
8.—种碳纳米管制造装置，是在具有用于形成碳纳米管的碳纳米管形成面的对象物上制造碳纳米管的碳纳米管制造装置，具备 (i)基体，( )气体通路形成构件，其设于所述基体，具有隔着间隔与所述对象物的所述碳纳米管形成面相对峙并且沿着延设所述对象物的所述碳纳米管形成面的面方向延设的对面壁，在所述对面壁以贯通所述对面壁的方式形成的多个吹出口，利用所述对面壁沿着延设所述对象物的所述碳纳米管形成面的面方向延设且与所述吹出口连通的气体供给室，以及与所述反应室连通的气体排出通路， (iii)加热源，其设于所述基体，使所述对象物的所述碳纳米管形成面、所述气体通路形成构件、所述反应气体中的至少一个加热到碳纳米管形成温度。
9.根据权利要求8所述的碳纳米管制造装置，其中，将从各所述吹出口的中心线向所述对象物延伸的延长线以如下方式设定对于延设所述对象物的所述碳纳米管形成面的面方向以规定角度Θ以内进行相交，其中，θ =7(Γ110°。
10.根据权利要求8或9所述的碳纳米管制造装置，其中，所述对象物的所述碳纳米管形成面具有设于相互不同位置的第I碳纳米管形成面和第2碳纳米管形成面， 所述对面壁具有隔着第I间隔与所述对象物的所述第I碳纳米管形成面相对峙的第I对面壁和隔着第2间隔与所述对象物的所述第2碳纳米管形成面相对峙的第2对面壁， 所述吹出口具有形成在所述第I对面壁的第I吹出口和形成在所述第2对面壁的第2吹出口， 所述气体供给室具有与第I气体供给通路连接并且与所述第I吹出口连通的第I气体供给室和与第2气体供给通路连接并且与所述第2吹出口连通的第2气体供给室， 所述加热源具有第I加热源和第2加热源，所述第I加热源使在所述第I碳纳米管形成面上形成所述碳纳米管的第I反应气体、所述对象物的所述第I碳纳米管形成面、所述第I气体供给室中的至少一个加热到第I碳纳米管形成温度，所述第2加热源使在所述第2碳纳米管形成面上形成碳纳米管的第2反应气体、所述对象物的第2碳纳米管形成面、所述第2气体供给室中的至少一个加热到第2碳纳米管形成温度。
11.根据权利要求8 10中任一项所述的碳纳米管制造装置，其中，所述气体通路形成构件的所述反应室的出口配置于与所述对象物的侧端面相对峙的位置。
全文摘要
本发明提供搭载有相互特性不同的第1碳纳米管和第2碳纳米管的新型碳纳米管设备。碳纳米管设备具备具有第1碳纳米管形成面(11)和第2碳纳米管形成面(12)的物体(1)、形成在第1碳纳米管形成面(11)的第1碳纳米管(101)以及形成于第2碳纳米管形成面(12)并相对于第1碳纳米管特性不同的第2碳纳米管(102)。
文档编号C01B31/02GK103052593SQ20118003796
公开日2013年4月17日 申请日期2011年7月28日 优先权日2010年8月4日
发明者古池阳祐 申请人:爱信精机株式会社