[发明专利]单层碳纳米管、含有该单层碳纳米管的碳纤维集合体及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及单层碳纳米管、含有其的碳纤维集合体以及它们的制造方法，更详细地说，涉及利用流动气相CVD法大量而经济地制造碳纤维集合体的方法。该碳纤维集合体含有由含碳源控制成特定的直径的单层碳纳米管。

背景技术

众所周知，作为用于合成单层碳纳米管的方法大致分为：电弧放电法(参照专利文献1)、激光气相沉积法(参照非专利文献1)、化学气相沉积法(CVD法)(参照专利文献2)这三种方法。

其中，CVD法是用于大量而经济地合成的有效方法，在CVD法中也大致有：使负载于衬底或载体上的催化剂生长来制造的衬底CVD法；通过将含有催化剂的前体或粒径极小的催化剂的含碳原料用喷雾法等制成雾状再导入高温电炉来合成单层碳纳米管的所谓流动气相CVD法(参照专利文献2)。这些方法中，尤其是流动气相CVD法具有不使用衬底及载体且容易放大工艺过程等成本方面的众多优点，是最适合大量合成的方法之一。

根据衬底CVD法，通过控制催化剂金属超微粒子的直径，能够将单层碳纳米管的直径控制为2nm～3nm范围(参照非专利文献2)，但是从制备作为催化剂的金属超微粒子的观点考虑，难以将直径精密地控制在上述以下的直径范围内。

另外，公知的是，直径不足1.0nm的极细单层碳纳米管可以通过在激光气相沉积法中调整催化剂金属或气氛温度而获得(参照专利文献3)。

在单层碳纳米管或含有其的碳纤维集合体中，从力学特性、半导体特性、光学特性等实用性的观点考虑，直径在1～2nm左右范围内且纯度及均匀性优良的单层碳纳米管是有效的，但是，在现有的方法中，无法得到这种具有均匀性和高纯度的直径范围的单层碳纳米管。

这样，作为用于工业材料的高纯度、且具有均匀直径的单层碳纳米管，从其制造面的困难性来说成本高，能应用于作为碳纤维的主要用途之一的高强度碳类线材(carbon wire)等的单层碳纳米管几乎没有，不得已，研究了使用比单层碳纳米管成本低廉的多层碳纳米管的碳类线材(非专利文献3)。

但是，该多层碳纳米管的直径为5nm以上，不仅粗而且直径不均匀，得到的线材的强度只有460MPa左右，不能达到实际应用的要求。

专利文献1：特开平7-197325号公报

专利文献2：特开2001-80913号公报

专利文献3：特开平10-273308号公报

非专利文献1：“Science”杂志，vol.273，1996年发行，p483

非专利文献2：“Journal of Physical Chemistry B”杂志，vol.106，2002(2002年2月16日发行)，p2429

非专利文献3：“2006年美国物理学会3月会议初稿集”杂志，N32.00001(2006年3月13日发行)

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的在于，提供作为以高强度碳类线材等为代表的工业材料有用的、高纯度且控制了直径的单层碳纳米管，尤其是提供直径为1.0～2.0nm范围内的均匀的单层碳纳米管及其高效的且大量、经济地制造的方法。

解决课题的方法

本发明人等为解决上述课题进行了深入的研究，结果发现，利用碳源原料组合了特定的烃的流动气相CVD法后，能够得到高纯度且控制直径的单层碳纳米管，至此完成了本发明。

即，本申请提供以下的发明。

(1)一种单层碳纳米管，其特征在于，直径在1.0～2.0nm范围内，且在拉曼光谱中的G谱带和D谱带的强度比IG/ID为200以上。

(2)一种碳纤维集合体，其特征在于，(1)所述的单层碳纳米管的含量为整体的90at.％以上。

(3)单层碳纳米管或含有其的碳纤维集合体的制造方法，利用流动气相CVD法由碳源制造，其特征在于，第一碳源使用常温下是液体的饱和脂肪烃、第二碳源使用常温下是气体的不饱和脂肪烃。

(4)(3)所述的单层碳纳米管的制造方法，其特征在于，第一碳源是由通式C_nH_2n+2(n＝6～17)表示的非环状饱和脂肪烃或环状饱和脂肪烃。

(5)(4)所述的含有单层碳纳米管的碳纤维集合体的制造方法，其特征在于，环状饱和脂肪烃是萘烷。

(6)(4)所述的含有单层碳纳米管的碳纤维集合体的制造方法，其特征在于，第二碳源是乙烯或乙炔。

(7)一种碳纤维集合体，含有利用(3)～(6)任一项所述的制造方法得到的直径在1.0～2.0nm范围内的单层碳纳米管。