[發明專利]取向碳納米管集合體生產用基材以及取向碳納米管集合體的制造方法

在審

• 申請號: 201510399252.0
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號: CN105002475A
• 公開（公告）日: 2015-10-28
• 發明（設計）人: 高井廣和;畠賢治;湯村守雄
• 申請（專利權）人: 日本瑞翁株式會社;獨立行政法人產業技術總合研究所
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C01B31/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京市嘉元知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11484
• 代理人: 張永新

本申請是基于申請日為2010年02月08日，優先權日為2009年02月10日，申請號為201080007140.1(國際申請號PCT/JP2010/000742)，發明名稱為：“取向碳納米管集合體生產用基材以及取向碳納米管集合體的制造方法”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種取向碳納米管集合體生產用基材以及取向碳納米管集合體的制造方法，特別涉及一種通過防滲碳可以至少降低基材的反翹以及變形之中一方的，在基材的重復利用方面對提高取向碳納米管集合體的生產率有益的取向碳納米管集合體生產用基材等。

背景技術

碳納米管以下也稱為CNT，是碳原子在平面上呈六角形配置所構成的碳片，具有圓筒狀封閉結構的碳結構體。此CNT中，有多壁的或者單壁結構的，但無論哪種，其力學強度、光學特性、電氣特性、熱特性、分子吸附功能等方面，都被期待作為電子設備材料、光學元件材料、導電性材料等功能性材料得以推廣。CNT中的單壁CNT，不但在其極高的電流密度等電氣特性、與鉆石相媲美的導熱度等熱特性、在光通訊帶頻帶中可發光等光學特性、氫氣存儲能，以及金屬催化劑載體能力等各種特性方面表現優異，而且由于具備半導體和金屬的雙重特性，作為納米電子設備、納米光學元件，以及能量存儲體等材料受到矚目。

有效地將CNT用于這些用途時，構成多根CNT在有規律的方向取向集中的形成束狀、膜狀或者塊狀的集合體，該CNT集合體發揮電氣/電子，以及光學等方面的功能為理想。CNT是，具有極大的長寬比的一維結構的材料，其功能也顯示出很強的方向性。為此，構成CNT集合體即結構體的一根一根的CNT如果向有規則的方向取向的話，能夠整合單個CNT的功能的方向性，其結果，可以得到高功能性CNT集合體。

即，各CNT向有規則的方向取向的取向CNT集合體，與一根一根的方向不規則的CNT、即無取向的CNT集合體相比較，在取向方向方面的傳導特性上顯示出高指向性。根據此高指向性，CNT集合體顯示出如更高的導電性等更加良好的電氣特性、如更高的強度等更加良好的機械特性、如更高的導熱性等更加良好的熱特性。進一步，這種CNT集合體的取向方向與除此之外的方向之間的不同特性、即各向異性是，例如，當希望向所期望的方向選擇性地散熱或排放熱量等情況時有效的，適用于導熱材等用途。而且，CNT集合體，其高度、長度等尺寸以更大為理想。此種取向CNT集合體如果被創制出來的話，預計CNT的應用領域會得到飛躍性的發展。

一方面，CNT制造方法之一，有已知的化學氣相沉積法，以下也稱之為CVD法，參照日本專利特開2003－171108號公報等。此方法的特征是，將大約500℃～1000℃高溫環境下的碳化合物，與金屬微粒子催化劑相接觸，能夠在使催化劑的種類以及配置，或者碳化合物的種類以及反應條件等狀態發生各種變化的情況下制造出CNT，作為一種適合大量生產CNT的方法而受到矚目。而且此CVD法具備了以下優點：不但均可制造單壁碳納米管SWCNT和多壁碳納米管MWCNT，而且通過使用負載了催化劑的基板，能夠制造出垂直于基板面取向的多個CNT。

例如，專利文獻1里公開了，在碳納米管的工業性生產中，為了提高該純度、增大比表面積、提高取向性，在有氧化劑的環境下通過化學氣相沉積法，在硅基板上生成碳納米管的方法。此外，例如非專利文獻1中公開了，使用比硅基板還廉價的金屬基板即Ni基金屬薄膜基板，在同樣有氧化劑的環境下通過化學氣相沉積法生成碳納米管的方法。

通過使用廉價的金屬基板生成碳納米管，可以達到降低生產成本的目的，對提供更高品質且便宜的碳納米管做出貢獻。

先行技術文獻

專利文獻

專利文獻1國際公開第2006/011655號手冊(2006年2月2日公開)

非專利文獻

非專利文獻1[表面科學]第28卷第2號、2007年、P.104－110

發明內容

發明要解決的課題

以往的化學氣相沉積法，在CNT的合成過程中所產生的碳類雜質會覆蓋催化劑微粒子，使催化劑容易失去活性，無法高效地生成CNT。催化劑的活性通常為百分之幾左右，壽命是1分鐘左右。為此，以往的單壁CNT生長工序，一般在低碳濃度氛圍中進行合成。在此，低碳濃度氛圍是指，相對所有流量的原料氣體的比率為0.1～1％左右的生長氛圍。用以往的合成法，若提高碳濃度的話，催化劑會進一步容易失去活性，CNT的生長效率會進一步降低。