纳米碳材料复合基板及其制造方法技术

本发明专利技术的纳米碳材料复合基板的特征在于，具备：基板、形成在所述基板上的三维结构图案、和形成在所述基板表面的纳米碳材料，所述纳米碳材料至少存在于所述三维结构图案的侧面部。

【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期待应用于强度增强材料、电子发射元件材料、电池的电极材料、 电磁波吸收材料、催化剂材料、光学材料等中的含有纳米碳材料的复合基板及其制造方法。
技术介绍
纳米碳材料由于具有通过碳原子的Sp2杂化轨道构成的纳米(nm)尺寸的微小的结构，因此，具有超过以往的材料的特性或者在以往的材料中没有的特性，期待作为强度增强材料、电子发射元件材料、电池的电极材料、电磁波吸收材料、催化剂材料、光学材料等下一代功能性材料的应用。作为碳纳米管等纳米碳材料的合成方法，已知有电弧放电法、激光消融法、等离子体化学气相生长法、热化学气相生长法等。这些方法中，电弧放电法、激光消融法以及等离子体化学气相生长法为非平衡反应，因此易生成非晶质成分，一般生成的碳纳米管的收率低，并且生成的碳纳米管的粗细度和种类(形态)也不一样。另一方面，在专利文献1和2中公开了一种通过使用催化剂将烃气体热分解以制造碳纳米管的热化学气相生长法。已知热化学气相生长法由于利用化学平衡反应，因此收率比较高，通过该方法，能得到以超微粒的铁或镍等催化剂粒子为核生长而成的碳纤维。得到的碳纤维的碳网层生长为同心状、中空状。但是，在该方法中，对作为催化剂的金属的粒径和化学状态的控制是困难的，不能控制纳米碳材料的形状和粗细度来进行合成，无法制作实用化时要求的所希望的结构的材料，因此，结果无法避免收率降低。另外，在以往的纳米碳材料中，在将合成的纳米碳材料加工成使用形态时，例如， 在加工成电池的电极的形状时，必须对含有石墨粒子或无定形碳等除了纳米碳材料以外的碳杂质的反应产物进行精制，从反应产物中取出纳米碳材料。并且，必须通过将在基板上生长的碳纳米管刮落来收集必要量的碳纳米管。因此，不能以低成本大量地使用具有所希望的结构的纳米碳材料来制造电极等部件。进而，以往的纳米碳材料具有各自具有结晶性的纤维状的形态，但是，例如以克单位的聚集体为无序聚集，且是密度低的粉状或簇状的固体。即使为了将这样的纳米碳材料作为实用的材料进行应用而将其糊化、或者与树脂等其它材料混合，也由于是无序且低密度的聚集体，从而不易混合均勻。另一方面，在专利文献3中公开了一种能够以高收率合成不需要精制的高纯度碳纳米管的合成方法。该方法基于固体基板与有机液体以非常大的温差进行接触后产生的特异性的界面分解反应，被称作有机液体中的固液界面接触分解法。以下对该方法进行简略说明。通过在导电性的硅基板上层叠Fe、Co、Ni等过渡金属薄膜，将该基板暴露在氢等离子体中或者对过渡金属薄膜进行热氧化，从而使高密度分布的催化剂微粒担载在基板上。将该基板浸渍在甲醇等有机液体中，在基板中流过电流，对基板进行加热。由此，基板与有机液体以非常大的温差进行接触后产生特异性的界面分解反应，在催化剂微粒上合成碳纳米管。在该方法中，可以以高密度、高纯度、低成本在基板表面上形成纳米碳材料。根据纳米碳材料的用途，有时优选更高密度地形成纳米碳材料，形成更大的表面积。例如，在电池等电极材料中，纳米碳材料的表面积越大，则蓄电或发电等的效率越高。 另外，在场致发射型电子发射元件中，纳米碳材料或者具有纳米碳材料的基板的长宽比越大，电场集中效率越高，可以在更低电压下进行电子发射。但是，在基板的长宽比大的情况下，原料难以到达基板的里面部位，因此，对于长宽比大的结构体，难以形成均勻的纳米碳材料。由此，未发现适用于这样的用途的、纳米碳材料被更高密度地形成的、能够利用更大的表面积和长宽比的结构体。以下对场致发射型电子发射元件中的问题进行说明。作为电子显示设备，认为在高真空的平板单元(cell)中以阵列状配置微小的电子发射元件、尤其是场致发射型电子发射元件而成的电子显示设备是有希望的。场致发射型电子发射元件利用了以下现象若提高施加在物质上的电场的强度，则根据其强度，物质表面的能量势垒的宽度逐渐变窄；若电场强度达到107V/cm以上，则物质中的电子通过隧道效应能够突破其能量势垒，可从物质发射电子。在该情况下，由于电场伴随泊松方程变化，因此，若在发射电子的部件、即发射体上形成电场集中的部分，则能够以比较低的引出电压使冷电子有效地发射。近年来，作为发射体材料，纳米碳材料受到关注。在纳米碳材料中最具代表性的碳纳米管是将由碳原子规则性地排列而成的石墨烯片(graphenesheet)卷绕而得到的中空圆筒，是外径为纳米级、长度通常为0. 5至几十微米的长宽比非常大的微小的物质。因此， 电场易集中在顶端部位，可期待高的电子发射能力。另外，由于碳纳米管具有化学的、物理的稳定性高的特征，因此，具有工作时难以发生真空中的残留气体的吸附或反应、对于伴随着离子冲击或电子发射的放热难以受到损伤的特性。在将碳纳米管用于发射体的情况下，已知有进行糊化并通过印刷法涂布在基板上而形成发射体的方法。例如，在专利文献4中公开了一种利用丝网印刷形成发射体的方法。 首先，在基板上以规定的间距以条纹状形成阴极电极，通过丝网印刷在阴极电极上以四角形或圆形等形状孤立的形式以与阴极电极相同的间距形成含有碳纳米管的糊。接着，在含有碳纳米管的树脂层之间丝网印刷绝缘层后，在大气氛围中烧成。由此，含有碳纳米管的树脂层的树脂成分分解，碳纳米管露出而形成电子发射部。最后，在绝缘层上形成栅电极，制作发射体。在上述的发射体的制作中使用的糊一般是在碳纳米管粉末中加入溶剂、分散剂、 作为粘接剂的玻璃粉、填料等，并按照使它们的分布状态变得均勻的方式进行混合分散而成的。混合后进行过滤，以在由溶剂和树脂组成的赋形剂中混入碳纳米管的形式进行糊化。 将该糊充分混合而提高分散状态后进行过滤，调制碳纳米管糊。然后，通过将在上述工序中得到的碳纳米管糊印刷到基板上并通过干燥和烧成使赋形剂氧化分解，得到碳纳米管膜。 通过这样的方法，能够在阴极电极上形成碳纳米管膜，但是，难以相对于基板取向。另外，在场致发射型电子发射元件中，优选相对于基板更高取向地形成纳米碳材料，提高纳米碳材料或者具有纳米碳材料的基板的长宽比而使电场集中效率提高，可以在更低的电压下进行电子发射。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开2002-255519号公报专利文献2 日本特开2002-285334号公报专利文献3 日本特开2003-12312号公报专利文献4 日本特开2003-272517号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术的目的在于提供一种纳米碳材料以更高密度地形成的、能够利用更大的表面积和长宽比的纳米碳材料复合基板。本专利技术的另一个目的在于提供一种以高纯度且低成本、容易控制成所希望的结构的纳米碳材料复合基板的制造方法。用于解决问题的手段根据本专利技术的一种方式，提供一种纳米碳材料复合基板，其特征在于，具备基板、 形成在所述基板上的三维结构图案、和形成在所述基板表面的纳米碳材料；所述纳米碳材料至少存在于所述三维结构图案的侧面部。根据本专利技术的另一种方式，提供一种纳米碳材料复合基材的制造方法，其特征在于，具有下述工序在基板上形成三维结构图案的工序；使催化剂担载于所述基板的表面的工序；和将担载了所述催化剂的所述基板浸渍在有机液体中并加热，通过固液界面接触分解法使纳米碳材料在所述突起部或槽部的表面生长的工序。专利技术效果本专利技术的纳米碳材料复合基板由于至少在三维结构图案的侧面部存在纳米碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种纳米碳材料复合基板，其特征在于，具备：基板、形成在所述基板上的三维结构图案、和形成在所述基板表面的纳米碳材料，所述纳米碳材料至少存在于所述三维结构图案的侧面部。

【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：蒲生秀典，
申请(专利权)人：凸版印刷株式会社，
类型：发明
国别省市：JP