碳納米管的制造裝置及成為該制造裝置的一部分的供給單元以及碳納米管的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種碳納米管(Carbon nano tube，CNT)的制造裝置及成為該制造裝置的一部分的供給單元以及碳納米管的制造方法。
[0002]本說明書中，所謂碳納米管陣列(本說明書中也稱為“CNT陣列”)，為多條碳納米管(本說明書中也稱為“CNT”)的合成結構(以下，將形成該合成結構的CNT各自的形狀稱為“一次結構”，將所述合成結構也稱為“二次結構”)的一種，且是指多條CNT以長軸方向的至少一部分朝一定方向(二具體的一例可舉出與基板所具備的面的一條法線大致平行的方向)取向的方式成長而成的CNT的集合體。此外，將自基板所成長的CNT陣列的附著在基板上的狀態下與基板的法線平行的方向的長度(高度)稱為“成長高度”。
[0003]另外，本說明書中，將通過以下方式所形成的具有多條CNT彼此交纏的結構的結構體稱為“CNT交纏體”:捏住CNT陣列的一部分CNT，將該CNT以遠離CNT陣列的方式拉伸，由此從CNT陣列中連續地抽出多條CNT (本說明書中，仿效現有技術中由纖維來制造絲的操作而將該操作也稱為“紡織”)。
【背景技術】
[0004]CNT具有如下特異性結構，S卩，具有包含石墨烯(graphene)的外側面，因此期待將其作為功能材料也作為結構材料而應用于各種領域中。具體來說，CNT具有如下優異特性:機械強度高，重量輕，導電特性良好，耐熱性、導熱性等熱特性良好，化學耐腐蝕性高，且場致電子發射特性良好。因此，關于CNT的用途，可想到輕量高強度線(wire)、掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscope，SPM)的探針、場發射顯不器(Field Emiss1n display,FED)的冷陰極、導電性樹脂、高強度樹脂、耐腐蝕性樹脂、耐磨損性樹脂、高度潤滑性樹脂、二次電池或燃料電池的電極、大規模集成電路(Large Scale Integrat1n，LSI)的層間布線材料、生物傳感器(b1sensor)等。
[0005]作為CNT的制造方法之一，專利文獻1中公開了以下方法:蒸鍍金屬系材料的薄膜等，預先在基板的表面上利用濺鍍等方法形成固相的金屬催化劑層，將該具備固相的金屬催化劑層的基板配置在反應爐中，由該金屬催化劑層在基板上形成成為成長核的催化劑粒子，對反應爐供給烴氣體而在基板上形成CNT陣列。以下，將像所述那樣在基板上形成作為成長核的固相的催化劑粒子，并對設有具備該固相的催化劑粒子的基板的反應爐中供給烴系的材料而制造CNT陣列的方法稱為固相催化法。
[0006]作為通過固相催化法以高效率制造CNT陣列的方法，專利文獻2中公開了以下方法:一面滿足既定條件一面供給含有碳且不含氧的原料氣體、含有氧的催化劑活化物質、環境氣體并使其與固相的催化劑層接觸。
[0007]也公開了利用與所述方法不同的方法來制造CNT陣列的方法。即，專利文獻3中公開了以下方法:使氯化鐵升華，將其作為前驅物而在基板上形成成為成長核的催化劑，使用該催化劑來形成CNT陣列。該方法將含有鹵素且處于氣相狀態的物質作為催化劑前驅物，使用該物質來形成催化劑，從這方面來看，與專利文獻1或專利文獻2中公開的技術本質上不同。本說明書中，將專利文獻3中公開的CNT陣列的制造方法也稱為氣相催化法。
[0008]現有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本專利特開2004-107196號公報[0011 ] 專利文獻2:日本專利第4803687號公報
[0012]專利文獻3:日本專利特開2009-196873號公報
【發明內容】
[0013][發明所要解決的問題]
[0014]利用該氣相催化法的CNT陣列的制造方法中，催化劑的形成工藝與利用所述固相催化法的CNT陣列的制造方法不同，因此可能催化劑的作用不同。所以，可認為固相催化法與氣相催化法為本質上不同的CNT陣列的制造方法。因此，在通過氣相催化法來制造具有各種一次結構、二次結構的CNT的情況下，由于其制造方法為氣相催化法，因此可提供各種提高生產性的方法。
[0015]本發明的課題在于提供一種可提高通過所述氣相催化法所制造的CNT的制造控制性的手段。
[0016][解決問題的技術手段]
[0017]為了解決所述課題而提供的本發明為如下所述。
[0018][1]—種制造裝置，通過氣相催化法來制造碳納米管，并且所述制造裝置的特征在于具備:第一腔室，具有作為形成碳納米管的區域的成長區域;第一調溫裝置，可調整所述第一腔室內的所述成長區域的溫度;調壓裝置，可調整所述第一腔室內的壓力;第一供給裝置，可對所述第一腔室內的所述成長區域供給碳源；以及所述第一氣化裝置，可將配置在所述制造裝置內的液體氣化;且所述第一氣化裝置可將所述液體氣化，以將由所述液體所含有的含鐵族元素物質及含鹵素物質所形成的至少一種氣相催化劑供給至第一腔室內的所述成長區域。
[0019][2]根據所述[1]所述的制造裝置，其中在所述成長區域中配置有基板，可在該基板的基面上以陣列狀形成碳納米管。
[0020][3]根據所述[1]所述的制造裝置，其中在所述成長區域中，可通過氣相流動反應來形成碳納米管。
[0021][4]根據所述[1]至[3]中任一項所述的制造裝置，具備可收容所述液體、且其內部與所述第一腔室的內部連通的第二腔室，且所述第一氣化裝置可將所述第二腔室內的液體氣化。
[0022][5]根據所述[4]所述的制造裝置，其中在所述第一腔室與所述第二腔室之間，具備可調整這些腔室的連通程度的連通調整裝置。
[0023][6]根據所述[1]至[3]中任一項所述的制造裝置，其中所述液體可配置在所述第一腔室內。
[0024][7]—種供給單元，可供給第一液體，且成為通過氣相催化法來制造碳納米管的制造裝置的一部分，其中所述第一液體包含含有所述氣相催化劑的液體及含有所述氣相催化劑的前驅物的液體的至少一種，并且所述供給單元的特征在于具備:供給單元用腔室，可收容所述第一液體;供給單元用氣化裝置，可將所述供給單元用腔室內的所述第一液體氣化而形成第一氣相材料；以及釋出裝置，可將所述所述第一氣相材料釋出到所述供給單元用腔室外。
[0025][8]根據所述[7]所述的供給單元，其中所述供給單元用氣化裝置具備將液體加熱的機構。
[0026][9]—種碳納米管的制造方法，使用根據所述[7]或[8]所述的供給單元，在基板的基面上獲得以陣列狀形成的碳納米管。
[0027][10]—種碳納米管的制造方法，使用根據所述[7]或[8]所述的供給單元，以氣相流動反應的產物的形式獲得碳納米管。
[0028][11] 一種制造方法，制造碳納米管，并且所述制造方法的特征在于具備:第一工序，將由第一液體所含有的含鐵族元素物質及含鹵素物質所形成的至少一種氣相催化劑供給至第一腔室內；以及第二工序，使用基于所述第一腔室內存在的氣相催化劑所生成的催化劑，由供給至所述第一腔室內的碳源來形成碳納米管;并且所述第一工序包括所述第一液體的氣化。
[0029][12]根據所述[11]所述的制造方法，其中在所述第一工序中，使配置在所述第一腔室內的基板存在于含有所述氣相催化劑的環境內，在所述第二工序中，在所述基板的基面上以陣列狀形成碳納米管。
[0030][13]根據所述[12]所述的制造方法，其中在經過所述第一工序而所述氣相催化劑存在于第一腔室內的狀態下，對所述第一腔室內供給所述碳源。
[0031][14]根據所述[11]至[13]中任一項所述的制造方法，其中所述第一工序中的所述基板的溫度低于所述第二工序中的所述基板的溫度。
[0032][15]根據所述[11]所述的制造方法，其中以氣相流動反應的產物的形式形成碳納米管。
[0033][16]根據所述[11]至[15]中任一項所述的制造方法，其中所述含鐵族元素物質所含有的鐵族元素包含鐵。
[0034][17]根據所述[11]至[16]中任一項所述的制造方法，其中在所述第一腔室外進行所述第一液體的氣化，將所述第一液體的氣化物從所述第一腔室外供給至所述第一腔室內。
[0035][18]根據所述[11]至[17]中任一項所述的制造方法，其中所述第一液體所含有的含鐵族元素物質包含鐵-甲醇絡合物。
[0036][發明的效果]
[0037]根據本發明的CNT的制造方法，容易向第一腔室內供給氣相催化劑。因此，期待在通過氣相催化法來制造CNT時，容易控制其產量或其形狀(一次結構及二次結構兩者)的特性。
【附圖說明】
[0038]圖1為概略性地表示本發明的第一實施形態的CNT陣列的制造裝置的構成的圖。
[0039]圖2為概略性地表示圖1所示的制造裝置所具備的氣相催化劑供給裝置的構成的圖。
[0040]圖3為概略性地表示本發明的第二實施形態的CNT陣列的制造裝置的一例的構成的圖。
[0041]圖4為概略性地表示本發明的第二實施形態的CNT陣列的制造裝置的另一例的構成的圖。
[0042]圖5為表示構成CNT陣列的CNT的圖像。
[0043]圖6為表不構成CNT陣列的CNT的外徑分布的圖表。
[0044]圖7為表示將CNT陣列紡織而制造CNT交纏體的狀態的圖像。
[0045]圖8為將由CNT陣列所得的CNT交纏體的一