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制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种制造装置作为提高通过气相催化法所制造的碳纳米管的生产性的手段，所述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，可调整第一腔室内的成长区域的温度；调压装置，可调整第一腔室内的压力；第一供给装置，可对第一腔室内的成长区域供给碳源；第二调温装置，可调整配置在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，可对制造装置内供给含卤素物质，以使经第二调温装置调整为既定温度的含铁族元素材料可与气相的含卤素物质反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造装置、供给单元及碳纳米管的制造方法
本专利技术涉及一种碳纳米管(Carbonnanotube，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。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”。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”)。
技术介绍
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(ScanningProbeMicroscope，SPM)的探针、场发射显示器(FieldEmissiondisplay，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(LargeScaleIntegration，LSI)的层间布线材料、生物传感器(biosensor)等。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。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。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。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2004-107196号公报专利文献2：日本专利第4803687号公报专利文献3：日本专利特开2009-196873号公报
技术实现思路
[专利技术所要解决的问题]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。本专利技术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。[解决问题的技术手段]为了解决所述课题而提供的本专利技术为如下所述。[1]一种制造装置，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。[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。[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。[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。[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。[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。[7]一种供给单元，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。[8]一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。[9]一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。[10]一种制造方法，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。[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。[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。[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。[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。[15]根据所述[10]至[14]中任一项所述的制造方法，其中所述含铁族本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造装置，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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.28 JP 2013-1772371.一种制造装置，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。2.根据权利要求1所述的制造装置，其中在所述成长区域中配置有基板，可在所述基板的基面上以阵列状形成碳纳米管。3.根据权利要求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。4.根据权利要求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对所述第二腔室内供给所述含卤素物质。5.根据权利要求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。6.根据权利要求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。7.一种供给单元，其为气相催化剂的供给单元，且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，...

【专利技术属性】
技术研发人员：井上翼，中野贵之，中西太宇人，
申请(专利权)人：国立大学法人静冈大学，捷恩智株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP