[發明專利]雙層碳納米管及定向雙層碳納米管整體結構體及這些的制造方法

有效

• 申請號: 200680043856.0
• 申請日: 2006-11-27
• 公開（公告）號: CN101312907A
• 公開（公告）日: 2008-11-26
• 發明（設計）人: 畠賢治;山田健郎;湯村守雄;飯島澄男
• 申請（專利權）人: 獨立行政法人產業技術綜合研究所
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B01J20/20;B82B3/00;H01G9/058;H01J1/304;H01M4/02;H01M4/58;H01M4/96;H01M10/40;H01M12/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 陳昕

技術領域

本申請的發明涉及雙層碳納米管及定向雙層碳納米管整體結構體 及這些的制造方法，更詳細地說，涉及達到原來沒有的高純度化、大 型化、圖案化的雙層碳納米管及定向雙層碳納米管整體結構體及這些 的制造方法。

背景技術

關于新的電子裝置材料及放電子元件、光學元件材料、導電性材 料、生物體相關材料等功能性材料的發展所期待的碳納米管(CNT)， 對其收率、品質、用途、批量生產效率、制造方法進行了深入探討。

本發明人等在金屬催化劑存在下并且在反應氛圍氣中存在水蒸氣 的狀態下，制造出比表面積、純度高，顯著的大型化的單層碳納米管 及其整體集合體，并進行了報導(Kenji?Hata?et?al，Water-Assisted Highly?Efficient?Synthesis?of?Impurity-Free?Single-Walled Carbon?Nanotubes，SCIENCE，2004.11.19，vol.306，p.1362-1364， WO2006/011655)。另一方面，按照此前的研究開發，可以制造單層碳 納米管(SWCNT)及多層構成的碳納米管(MWCNT)。

但是，對這種碳納米管(CNT)中的多層碳納米管(MWCNT)，其 選擇性的制造方法及其整體結構體的形成及它們的應用技術的開發未 取得明顯進展。其中，作為最低層數的多層碳納米管(MWCNT)的雙層 碳納米管(DWCNT)，耐久性、熱穩定性、放電子特性優良，具有大的 層間距離，作為放電子元件，由于與單層碳納米管同樣的在低電壓下 可以放出電子，并且具有與單層碳納米管相當的壽命等理由而引人注 目，從上述可見，實際的情況是該技術的進展不大。

例如，作為雙層碳納米管(DWCNT)的制造方法，已知有：任何情 況下也都是碳化合物作為碳源，采用金屬催化劑的電孤放電法、旋轉 退火法、采用金屬與MgO作催化劑的CCVD法、采用Al₂O₃等載體與金 屬催化劑的CCVD法，還有，以二茂鐵化合物作催化劑的氣相流動法為 代表的方法。

但是，當采用原來的電孤放電法時，存在的問題是催化劑金屬的 混入、低收率、無定向性，特別是通過催化劑的調整難以精密控制的 根本問題；旋轉退火法中，存在低收率、無定向性，不適于大量生產 的大問題。另外，當采用原來的CCVD法時，收率較高，但存在的問題 是不可避免地混入催化劑，無定向性，催化劑的控制難。

還有，在氣相流動法中，雖然收率較高、定向性控制可能，但無 法避免催化劑的混入，存在控制難的問題。

從上述可見，多層碳納米管(MWCNT)，特別是雙層碳納米管(DWCNT) 制造時，不混入催化劑、高純度，定向或成長控制容易，然而，強烈 要求通過形成整體結構體而成膜進而可形成大型結構體的新方法。

多層碳納米管，特別是雙層碳納米管，由于具有上述優良的電特 性、以及熱特性、放電子特性、金屬催化劑的負載能力等，作為納米 電子裝置或納米增強材料、放電子元件材料而引人注目，當在有效利 用它們時，定向了的雙層碳納米管形成多根匯集的集合體形態的整體 結構體，希望該整體結構體發揮電、電子等的功能性。另外，這些碳 納米管整體結構體，例如，希望如垂直定向地在特定方向上定向，而 長度(高度)希望是大型的。

另外，垂直定向了的多根碳納米管形成整體結構體并圖案化的， 非常適于上述納米電子裝置或放電子元件等的使用。如制造出這種垂 直定向了的雙層碳納米管整體結構體，則可預測在納米電子裝置或放 電子元件等的應用方面會飛速發展。

發明內容

本申請的發明從上述背景出發，提供一種催化劑不混入、高純度， 定向或成長的控制容易，并且通過整體結構體的形成進行成膜，放電 子特性優良的雙層碳納米管(特別是定向了的雙層碳納米管整體結構 體)及其制造技術。

另外，本申請的發明提供：通過簡便的手段，以高的成長速度， 有效地選擇性的實現多層碳納米管，特別是雙層碳納米管的成長，批 量生產效率優良的制造方法。

另外，本申請的發明另一課題是提供：以高純度、且長度或高度 飛速達到大型化的定向多雙碳納米管整體結構體，特別是雙層碳納米 管整體結構體及其制造方法。

另外，本申請的發明的又一課題是提供：實現了圖案化的上述定 向的碳納米管整體結構體及其制造方法。