[发明专利]双层碳纳米管及定向双层碳纳米管整体结构体及这些的制造方法

说明书

技术领域

本申请的发明涉及双层碳纳米管及定向双层碳纳米管整体结构体 及这些的制造方法，更详细地说，涉及达到原来没有的高纯度化、大 型化、图案化的双层碳纳米管及定向双层碳纳米管整体结构体及这些 的制造方法。

背景技术

关于新的电子装置材料及放电子元件、光学元件材料、导电性材 料、生物体相关材料等功能性材料的发展所期待的碳纳米管(CNT)， 对其收率、品质、用途、批量生产效率、制造方法进行了深入探讨。

本发明人等在金属催化剂存在下并且在反应氛围气中存在水蒸气 的状态下，制造出比表面积、纯度高，显著的大型化的单层碳纳米管 及其整体集合体，并进行了报导(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，按照此前的研究开发，可以制造单层碳 纳米管(SWCNT)及多层构成的碳纳米管(MWCNT)。

但是，对这种碳纳米管(CNT)中的多层碳纳米管(MWCNT)，其 选择性的制造方法及其整体结构体的形成及它们的应用技术的开发未 取得明显进展。其中，作为最低层数的多层碳纳米管(MWCNT)的双层 碳纳米管(DWCNT)，耐久性、热稳定性、放电子特性优良，具有大的 层间距离，作为放电子元件，由于与单层碳纳米管同样的在低电压下 可以放出电子，并且具有与单层碳纳米管相当的寿命等理由而引人注 目，从上述可见，实际的情况是该技术的进展不大。

例如，作为双层碳纳米管(DWCNT)的制造方法，已知有：任何情 况下也都是碳化合物作为碳源，采用金属催化剂的电孤放电法、旋转 退火法、采用金属与MgO作催化剂的CCVD法、采用Al₂O₃等载体与金 属催化剂的CCVD法，还有，以二茂铁化合物作催化剂的气相流动法为 代表的方法。

但是，当采用原来的电孤放电法时，存在的问题是催化剂金属的 混入、低收率、无定向性，特别是通过催化剂的调整难以精密控制的 根本问题；旋转退火法中，存在低收率、无定向性，不适于大量生产 的大问题。另外，当采用原来的CCVD法时，收率较高，但存在的问题 是不可避免地混入催化剂，无定向性，催化剂的控制难。

还有，在气相流动法中，虽然收率较高、定向性控制可能，但无 法避免催化剂的混入，存在控制难的问题。

从上述可见，多层碳纳米管(MWCNT)，特别是双层碳纳米管(DWCNT) 制造时，不混入催化剂、高纯度，定向或成长控制容易，然而，强烈 要求通过形成整体结构体而成膜进而可形成大型结构体的新方法。

多层碳纳米管，特别是双层碳纳米管，由于具有上述优良的电特 性、以及热特性、放电子特性、金属催化剂的负载能力等，作为纳米 电子装置或纳米增强材料、放电子元件材料而引人注目，当在有效利 用它们时，定向了的双层碳纳米管形成多根汇集的集合体形态的整体 结构体，希望该整体结构体发挥电、电子等的功能性。另外，这些碳 纳米管整体结构体，例如，希望如垂直定向地在特定方向上定向，而 长度(高度)希望是大型的。

另外，垂直定向了的多根碳纳米管形成整体结构体并图案化的， 非常适于上述纳米电子装置或放电子元件等的使用。如制造出这种垂 直定向了的双层碳纳米管整体结构体，则可预测在纳米电子装置或放 电子元件等的应用方面会飞速发展。

发明内容

本申请的发明从上述背景出发，提供一种催化剂不混入、高纯度， 定向或成长的控制容易，并且通过整体结构体的形成进行成膜，放电 子特性优良的双层碳纳米管(特别是定向了的双层碳纳米管整体结构 体)及其制造技术。

另外，本申请的发明提供：通过简便的手段，以高的成长速度， 有效地选择性的实现多层碳纳米管，特别是双层碳纳米管的成长，批 量生产效率优良的制造方法。

另外，本申请的发明另一课题是提供：以高纯度、且长度或高度 飞速达到大型化的定向多双碳纳米管整体结构体，特别是双层碳纳米 管整体结构体及其制造方法。

另外，本申请的发明的又一课题是提供：实现了图案化的上述定 向的碳纳米管整体结构体及其制造方法。