[发明专利]碳纳米管取向集合体的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管的制造方法。进一步详细而言，本发明涉及一种可以使用化学气相沉积(CVD)法来制造碳纳米管或者碳纳米管取向集合体，而且可批量生产具有长时间稳定的品质的碳纳米管的碳纳米管制造方法。

背景技术

碳纳米管(下面，也称为“CNT”)为碳原子平面六角形状地配置而构成的碳片具有圆筒状地封闭结构的碳结构体。该CNT有多层的CNT及单层的CNT，但从其力学强度、光学特性、电气特性、热特性、分子吸附功能等方面考虑，均可期待作为电子器件材料、光学元件材料、导电性材料等功能性材料逐步发展。CNT中，单层CNT电气特性(极高的电流密度)、热特性(与钻石相媲美的导热度)、光学特性(光通讯带波长区域中的发光)、氢存储能力及金属催化剂载体能力等各种特性优异，在此基础上，具备半导体和金属的双重特性，因此，作为纳米电子器件、纳米光学元件及能量存储体等材料备受瞩目。

在将CNT有效用于这些用途的情况下，多根CNT在有规则的方向上取向而形成集中的束状、膜状或者块状的集合体，其CNT集合体优选发挥电气·电子及光学等功能性。CNT为具有长宽比极高的一维结构，其功能也显示高方向性。因此，构成CNT集合体(结构体)的一根一根的CNT在有规则的方向上取向时，可以使各个CNT的功能的方向性一致，作为结果，可以得到高功能的CNT集合体。

即，各CNT在有规则的方向上取向的CNT取向集合体与一根一根的CNT的方向不规则的简言之无取向的CNT集合体相比，对于取向方向的传导特性显示高指向性。通过该高指向性，CNT集合体显示更良好的电气特性(例如更高的导电性)、更良好的机械特性(例如更高的强度)、更良好的热特性(例如更高的导热性)。进而，在这样的CNT集合体的取向方向和其以外的方向上不同的特性，简言之各向异性例如对于欲在期望的方向上选择性地扩散热、排出的情况等有效，适于导热材等用途。另外，CNT集合体优选其高度、长度等尺寸进一步大。若创造这样的CNT取向集合体，可预测CNT的应用领域飞跃性地扩大。

另一方面，作为CNT的制造方法之一，已知有化学气相沉积法(下面，也称为“CVD法”)(参照专利文献1、2等)。该方法的特征在于，在约500℃~1000℃的高温气氛下使碳化合物与催化剂的金属微粒接触，可以在催化剂的种类及配置或者碳化合物的种类及反应条件这样的不使形态发生各种变化情况下制造CNT，作为适于CNT的大量生产的方法受到瞩目。另外，该CVD法具备以下优点：可以制造单层碳纳米管(SWCNT)和多层碳纳米管(MWCNT)中的任一种，在此基础上，通过使用负载有催化剂的基板，可以制造在基板面垂直取向的多数CNT。

例如，在专利文献2中公开有一种方法，所述方法在CNT的工业性生产中，为了提高其纯度、增大比表面积、提高取向性，在氧化剂的存在环境下通过化学气相沉积法在硅基板上生成CNT。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开专利公报“日本特开2003-171108号公报(2003年6月17日公开)”

专利文献2：国际公开第2006/011655号小册子(2006年2月2日公开)

专利文献3：国际公开第2004/071654号小册子(2004年8月26日)

发明内容

发明要解决的课题

通常CNT的外径及外径分布范围依赖于催化剂微粒的直径及直径分布。催化剂微粒的直径变大时，CNT的外径也变大。此时，变得容易生成多层CNT，CNT的比表面积降低。例如在专利文献2中记载的方法中，为了形成单层CNT取向集合体，以纳米级控制催化剂负载膜及催化剂的膜厚。催化剂负载膜及催化剂的膜厚不均匀时，催化剂微粒的大小容易变得不均匀。其结果，存在生成多层CNT而引起比表面积降低的问题点。

在专利文献3中记载有一种方法，所述方法中，将在溶液中分散或溶解催化剂金属的有机金属盐或无机金属盐而得到的溶液涂布在基板上，然后，进行干燥及烧成，由此在基板上形成催化剂金属的氧化物的微粒。如专利文献3所述，催化剂金属的有机金属盐或无机金属盐在涂布时容易凝聚，成为损伤涂布形成的催化剂的膜厚均匀性的原因。而且，通过专利文献3中记载的方法而制作的溶液无法在溶液中控制催化剂金属的有机金属盐或无机金属盐的凝聚及溶胶化。其结果，在涂布溶液时，存在催化剂的厚度变得不均匀，容易生成多层CNT这样的问题。另外，在长时间使用或保存溶液的情况下，也产生溶液中催化剂金属的有机金属盐或无机金属盐发生凝聚而产生引起涂布不良及沉淀、浓度发生变化的不良情况，无法长时间稳定地得到同品质的CNT。