碳纳米管成膜方法、成膜装置及碳纳米管薄膜制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供一种可在低温下有效、且大量、廉价地制造可用作工业材料的单壁碳纳米管的薄膜的方法及装置，所述方法及装置的特征在于：利用流动气相ＣＶＤ法而将原料源合成为碳纳米管，并在连结于反应管的腔室内，使合成的碳纳米管直接附着于基板上而在基板上成膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包含单壁碳纳米管(single-wall carbon nanotube)的碳纳米管的成膜方法、成膜装置及碳纳米管薄膜，更详细而言，本专利技术涉及一种在200度或200度以下的低温下，利用流动气相化学气相沉积(Chemical V即or D印osition，CVD)法而大量、廉价地制造出由原料源(raw material source)所形成的碳纳米管的方法、成膜装置及薄膜。
技术介绍
纳米管是利用化学键的网状结构(network)而形成的管状分子，而具有代表性的是石墨型碳(gr即hite carbon)形成为管状网状结构的碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)。CNT在1991年首次制作时是具有多壁的多壁碳纳米管(multiwall carbon nanotube,丽CNT)，而在1993年制作出了单壁碳纳米管(single wall carbon nanotube, SWCNT)。在此之后，还报告发现了将部分或全部碳原子取代为硼(B)或氮(N)的BNC纳米管及BN纳米管等。 CNT的特征在于相对于长度为数十nm至数十y m左右，而直径为0. 4nm 5nm(SWCNT)或者2nm 100nm(丽CNT)，具有非常微小且细长的形状。而且，明确的是SWCNT根据其立体结构的差异而成为导体(金属)或半导体中的任一个。特别是半导体结构的碳纳米管中显示出了如下性质其禁带(forbidden band)(能隙(energy band g即))的大小与管(tube)的直径成反比，通过结构控制而可从leV左右开始连续地变化。这是硅等的其他半导体中不具备的特征，隐藏着能赋予各种特性的高自由度的半导体元件的设计可能性。 如果将用来合成CNT的方法大致分类，则已知有如下三种方法电弧放电法(arcdischarge)(参照专利文献1);激光蒸发法(laserev即oration)(参照非专利文献1);以及化学气相沉积法(chemicalv即or d印osition， CVD法)(参照专利文献2)。 所述方法中的CVD法是用来有效进行大量、廉价合成的方法，如果也将CVD法大致分类，则有基板CVD法，使基板或载体(carrier)所承载的催化剂(Catalyst)成长来制造；以及所谓的流动气相CVD法，利用喷雾器(spray)等，将含有催化剂的前驱物(precursor)或者粒径极小的催化剂的含碳原料变成雾状，并导入至高温电炉中，由此合成出碳纳米管(参照专利文献2)。所述方法中，特别是流动气相CVD法，在无需使用基板或载体及容易按比例增加(scale up)等成本方面优点较多，是一种最适合于大量合成的方法。 关于CNT作为纳米科技的主导素材，在广泛领域中应用的可能性正被研究。在用途方面则分为如晶体管(transistor)或显微镜用探针(probe)等使用CNT的单线的方法；以及汇集多个CNT而成批(bulk)使用的方法。 在成批使用的方法中，将CNT形成为薄膜而使用的方法有望作为透明导电性薄膜(非专利文献3)及生物传感器(biosensor)(非专利文献4)而实用化。 关于如上所述将可用作工业材料的CNT薄膜制膜的技术，通过将单壁碳纳米管分散于溶剂等中并涂布分散液而成膜的专利技术已为人所知(专利文献3)。作为使CNT分散的方法，有如下方法将CNT放入至含有十二烷基硫酸钠(Sodium dodecyl sulfate)等的表面活性剂(surface activeagent)的水溶液中(例如参照专利文献4)。 此外，作为将单壁碳纳米管制膜的其他技术，还已知如下方法在具有相对耐热性的基板(硅、石英、蓝宝石等)上配置作为催化剂的金属微粒子，并利用基板CVD法而使单壁碳纳米管在基板上成长，从而形成薄膜(非专利文献5)。 专利文献1 :日本专利特开平7-197325号公报 专利文献2 :日本专利特开2001-80913号公报 专利文献3 :日本专利特开2006-176362号公报 专利文献4 :日本专利特开平6-228824号公报(第5页 6页) 非专利文献1 -"Science"文献，vol. 273， 1996年发行)，p483 非专利文献2 :"Jo證al of Physical Chemistry B"文献，vol. 106， 2002 (2002年2月16日发行)，p2429 非专利文献3 :" Journal of Materials Chemistry"文献，vol. 16， 2006 (2006年6月30日发行)，p3533 非专禾U文献4-"Analytical and Bioanalytical Chemistry"文献，vol. 384，2006 (2005年8月30日发行)，p322 非专利文献5 :"Jo證al of Physical Chemistry B"文献，vol. 109， 2005 (2005年1月22日发行)，p2632 在所述专利文献4中记载的通过将碳纳米管分散于溶剂等中并涂布分散液而成膜的专利技术中，由于分散困难，所以存在难以确立具有再现性的成膜技术的问题。即便使用使CNT均匀分散的专利文献l所记载的方法，也存在因非导电性有机物会附着于CNT表面而破坏导电性的问题。 此夕卜，由于在电子元件用途中大多情况下优选干式法(dry process)，所以期望开发出利用干式法的成膜技术。 另一方面，即便是干式法，在非专利文献5记载的方法中也会存在如下的问题由于单壁碳纳米管的生成反应温度一般大于等于50(TC，所以可使用的基板只能限于耐热性高的基板，而无法应用聚合物材质及不耐热的无机材质的基板。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在低温下有效、且大量、廉价地制造可用作工业材料的单壁碳纳米管的薄膜的方法及装置。 为解决所述课题，本专利技术者等人进行了积极研究，结果获知通过使利用流动气相CVD法而合成的单壁纳米管直接附着于基板上，而可获得单壁纳米管的薄膜，从而完成了本专利技术。S卩、根据本申请案，可提供以下的专利技术。 〈1> 一种碳纳米管成膜方法，其特征在于利用流动气相CVD法而将原料源合成为碳纳米管，并在连结于反应管的腔室(chamber)内，使合成的碳纳米管直接附着于基板上而在基板上成膜。 〈2> —种碳纳米管成膜装置，其特征在于设置着附着机构，所述附着机构连结于利用流动气相CVD法而将原料源合成为碳纳米管的反应管，并使碳纳米管附着于基板上。 〈3> —种碳纳米管薄膜，其特征在于是利用流动气相CVD法而将原料源合成为碳 纳米管，并在连结于反应管的腔室内，使合成的碳纳米管直接附着于基板上而在基板上成 膜而成。 根据本专利技术的碳纳米管成膜方法及装置，可有效、且大量、廉价地制造碳纳米管的薄膜。 而且，根据本专利技术的碳纳米管成膜方法及装置，由于无需分散过程(process)，所 以可获得具有再现性的成膜技术。 另外，由于本专利技术的碳纳米管成膜方法及装置是干式法，所以特别适用于电子元 件等的用途。 此外，由本专利技术的碳纳米管成膜方法及装置而获得的碳纳米管薄膜是堆积均匀的 碳纳米管而获得，所以半导体、力学、光学特性均质，而且在电子领域等中带来了巨大的工 业的贡献。附图说明 图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管成膜方法，其特征在于：利用流动气相化学气相沉积法将原料源合成为碳纳米管，并在连结于反应管的腔室内，使合成的所述碳纳米管直接附着于基板上而在所述基板上成膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：斎藤毅，
申请(专利权)人：独立行政法人产业技术总合研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]