[发明专利]碳纳米管的制造装置和制造方法

说明书

通过本发明提供的CNT制造装置(1)包括筒体的腔室(10)和设置于排气管(50)的控制阀(60)。腔室(10)包括：设置于该腔室(10)的筒轴方向的一部分范围的反应区(20)；设置于比反应区(20)靠下游的位置的沉积区(22)；检测表示沉积区(22)中的碳纳米管的沉积状态的物性值的沉积状态检测部(40)。CNT制造装置(1)构成为如下：在由沉积状态检测部(40)检测的物性值为规定的阈值以下时，关闭控制阀(60)而使碳纳米管沉积在沉积区(22)；在该物性值超过规定的阈值时，打开控制阀(60)而回收沉积在沉积区(22)的碳纳米管。

技术领域

本发明涉及利用所谓的化学气相沉积法(CVD法)制造碳纳米管的技术。

其中，本国际申请主张基于在2015年10月1日提出的日本专利申请第2015－196221号的优先权，在本说明书中引入了该申请的全部内容作为参照。

背景技术

碳纳米管(以下，有时也标记为“CNT”。)由于具有导电性、热传导性、机械强度等优异的特性，所以是受到多个领域关注的新型材料。一般而言，CNT通过将碳或含碳的原料根据需要在催化剂的存在下放置在高温条件下而合成。作为主要的制造方法，已知有激光蒸发法、电弧放电法和化学气相沉积法。其中，化学气相沉积法(即，CVD法)为将含碳的原料(碳源)热分解而合成CNT的方法。作为有关利用CVD法制造CNT的现有技术文献，可以举出专利文献1。专利文献1涉及在流动的气相中制造CNT的流动气相CVD法的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－35750号公报

发明内容

在此，如果能够提供利用流动气相CVD法以高收率制造更高品质的CNT的技术，则非常有用。本发明的目的在于提供能够解决上述课题的CNT制造装置。本发明的另一目的在于提供能够解决上述课题的CNT制造方法。

通过本发明，提供生成碳纳米管的碳纳米管制造装置。该装置包括：筒体的腔室；从开口于上述腔室的碳源供给口向该腔室供给碳源的碳源供给部；从开口于上述腔室的气体供给口向该腔室供给非氧化性气体的气体供给部；构成为能够从气体排出口排出上述腔室内的气体的排气管；和设置于上述排气管的控制阀。上述腔室具有：设置于该腔室的筒轴方向的一部分范围、加热至生成碳纳米管的温度的反应区；设置于比上述反应区靠下游并且比上述气体排出口靠上游的位置、将上述所生成的碳纳米管冷却并沉积的沉积区；和检测表示上述沉积区中的碳纳米管的沉积状态的物性值的沉积状态检测部。其中，上述装置构成为如下：在由上述沉积状态检测部检测的表示碳纳米管的沉积状态的物性值为规定的阈值以下的情况下，关闭上述控制阀而使碳纳米管沉积在上述沉积区；在该物性值超过规定的阈值的情况下，打开上述控制阀而回收沉积在上述沉积区的碳纳米管。

其中，“碳纳米管(CNT)”是指管状的碳同素异形体(典型地为石墨结构的圆筒型结构物)，不限定于特别的形态(长度、直径)。所谓的单层CNT、多层CNT、或者管前端为角状的碳纳米角是包含于这里所说的CNT的概念的典型例。这里公开的技术特别适合用于单层CNT的制造。另外，在本说明书中，CNT制造装置的“上游”是指从气体供给口至气体排出口的气体流动的上游，“下游”是指从气体供给口至气体排出口的气体流动的下游。

利用这种构成的装置，通过关闭控制阀而使CNT沉积在沉积区(典型地为，附着在腔室的内壁)，能够使碳源更好地停留在比该沉积区靠上游的反应区内(即，抑制向反应区的下游侧的扩散)，能够由该碳源高效(例如以高收率)生成高品质的CNT。另外，在沉积区中CNT的沉积进展一定程度后，打开控制阀而回收沉积在沉积区的CNT，由此能够连续制造CNT。即，上述构成的装置适于CNT的连续生产。