[發明專利]碳納米管制造方法和碳納米管制造裝置

有效

• 申請號: 201080016176.6
• 申請日: 2010-04-08
• 公開（公告）號: CN102387989A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 今西雅弘;伊藤直樹;村田成亮;永坂圭介;川合博之;中澤哲
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

技術領域

本發明涉及碳納米管的制造技術。

背景技術

日本專利申請公布2003-171108(JP-A-2003-171108)、2006-27947(JP-A-2006-27947)和2003-277031(JP-A-2003-277031)公開了一種化學氣相沉積方法(CVD法)作為碳納米管的制造方法。在所述CVD法中，將具有負載催化金屬如鐵(Fe)的外表面的硅基材放入爐中。在將所述爐加熱至約800℃的高溫之后，向基材供應原料氣體如烴，從而使得產生了源自原料氣體的熱分解的碳原子并以管狀形式進行排列。然后，從其上負載了催化劑的基材表面向上生長多個碳納米管。

通常，能夠通過CVD法在基材上形成的碳納米管的長度存在限制(下文中將長度的這種限制稱作“碳納米管的形成限制長度”)。通過對生長至其形成限制長度的碳納米管進行捻合來制造碳納米管的紡成纖維。然而，得到的碳納米管紡成纖維可能造成對單個碳納米管進行接合的部分的強度下降。因此，迄今為止，仍需要制造具有更大形成限制長度的碳納米管以提高碳納米管的紡成纖維的強度。

發明內容

本發明提供一種能夠在化學氣相沉積法中提高碳納米管的形成限制長度的技術。

本發明的第一方面涉及一種碳納米管的制造方法，其中通過化學氣相沉積法生長碳納米管。所述制造方法包括：提供允許氫透過的基材；在所述基材的第一面上負載催化劑，其中所述催化劑促進碳納米管的形成反應；向所述第一面供應含有碳原子和氫原子的原料氣體以生長所述碳納米管；以及使通過所述碳納米管的形成反應而在所述第一面上產生的氫透過至與所述第一面相反的第二面。根據上述構造，因為將通過化學氣相沉積法而與碳納米管一起產生的氫與原料氣體分離并使其從所述基材的第一面透過至其第二面，所以防止了原料氣體的濃度在碳納米管根部的下降，從而能夠提高碳納米管的形成限制長度。

在根據本方面的制造方法中，所述基材可以由質子傳導性陶瓷制成。根據上述構造，可通過由質子傳導性陶瓷制成的基材將副產物氫與原料氣體分離并將所述氫從反應位置排出。

在根據本方面的制造方法中，所述基材可以由透過氫的多孔陶瓷制成。根據上述構造，可通過由多孔陶瓷制成的基材將副產物氫與原料氣體分離并將所述氫從反應位置排出。

在根據本方面的制造方法中，所述基材可以由氫透過性金屬制成。根據上述制造，可通過由氫透過性金屬制成的基材將副產物氫與原料氣體分離并將所述氫從反應位置排出。

在根據本方面的制造方法中，所述基材可以由在內部傳導質子和電子的質子電子混合導體制成。根據上述構造，可通過由質子電子混合導體制成的基材將副產物氫與原料氣體分離并將所述氫從反應位置排出。

在根據本方面的制造方法中，所述基材可以由金屬-陶瓷混合物制成，所述金屬-陶瓷混合物包含與導電性金屬材料混合的質子傳導性陶瓷。根據上述構造，可通過由金屬-陶瓷混合物制成的基材將副產物氫與原料氣體分離并將所述氫從反應位置排出。

在根據本方面的制造方法中，所述基材可以在所述第一和第二面上各自具有氫透過性電極，且使氫透過可包括在所述電極之間施加電壓以將質子引導至所述第二面。根據上述構造，可根據電極之間的電位差將副產物氫引導至第二面，從而可以將所述氫與原料氣體分離并從反應位置排出。因此，能夠更有效地實現氫的排出。

在根據本方面的制造方法中，所述基材可以在所述第一和第二面上各自具有氫透過性電極，且使氫透過可包括從所述基材的第二面供應氧并從所述基材的第一和第二面收集電流。根據上述構造，所述基材能夠用于充當其中使用副產物氫作為反應氣體來產生電力的聚合物電解質燃料電池。

在根據本方面的制造方法中，使氫透過可包括從所述基材的第二面供應氧并使所述第二面中的氫燃燒。根據上述構造，可將通過已經轉移至第二面的氫的燃燒而產生的熱用于作為吸熱反應的碳納米管形成反應。因此，能夠提高碳納米管形成效率。

在根據本方面的制造方法中，所述基材可包含位于所述第二面上的透氣性多孔載體。根據上述構造，可使得在通過所述多孔載體確保基材強度的同時在基材中形成并選擇性地透過氫的膜的厚度變薄。因此，可提高基材的氫透過效率。

在根據本方面的制造方法中，所述基材可包含位于所述催化劑與所述第一面之間并構造成用于防止所述催化劑擴散入所述基材內部的擴散防止層。根據上述構造，可防止所述催化劑擴散入所述基材的構成成分中、防止所述催化劑與其合金化并防止所述催化劑失活。