碳納米管陣列的制造方法、紡織源構件及具備碳納米管的構造體的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種碳納米管陣列的制造方法、利用該制造方法制造的碳納米管陣列 所構成的紡織源構件以及自該紡織源構件紡出而成的具備碳納米管的構造體。
[0002] 在本說明書中，所謂碳納米管陣列（在本說明書中也稱為"CNT陣列"），是指多個 碳納米管（在本說明書中也稱為"CNT"）生長為對于長軸方向的至少一部分取向為一定方 向（作為具體的一例，可列舉與基板具備的1個面的法線大致平行的方向）而成的CNT集 合體。另外，將由基板生長的CNT陣列的、附著于基板的狀態下的與基板的法線相平行的方 向的長度（高度）稱為"生長高度"。
[0003] 另外，在本說明書中，提取CNT陣列的一部分CNT，通過拉拽使該CNT從CNT陣列中 分離，從CNT陣列中連續地取出多個CNT (在本說明書中，將該作業模仿現有技術的由纖維 制造紗線的作業，也稱為"紡織"），由此形成的多個具有CNT相互交絡的結構的構造體，稱 為" CNT交絡體"。
【背景技術】
[0004] CNT具有由石墨烯構成的外側面這樣一種特殊構造，因此，不管作為功能材料還是 構造材料，均期待其在各個領域中的應用。具體地說，CNT具有機械強度高、輕、電傳導特性 以及熱特性良好、耐化學腐蝕性高，且電子場發射（field electron emission)特性好等 優良的特性。因此，作為CNT的用途，考慮輕型高強度金屬線、掃描探針顯微鏡（scanning probe microscopy，SPM)的探針、場發射顯示器（field emission 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、二次電池及燃料 電池的電極、大規模集成電路（Large Scale Integrated Circuit，LSI)的層間配線材料、 生物傳感器等。
[0005] 作為CNT的一制造方法，專利文獻1揭示了一種方法，其通過蒸鍍金屬類材料的薄 膜等而預先在基板表面濺鍍等手段來形成固相金屬催化劑層，將具備該固相金屬催化劑層 的基板設置于反應爐中，向反應爐供給碳化氫（hydrocarbon)氣體，在基板上形成CNT陣 列。以下，將如上般在基板上形成固相催化劑層，向設有具備該固相催化劑層的基板的反應 爐供給碳化氫類材料來制造 CNT陣列的方法稱為固相催化劑法。
[0006] 作為高效率地制造利用固相催化劑法制造的CNT陣列的方法，專利文獻2揭示了 一種方法，其在滿足特定條件的前提下供給含碳且不含氧的原料氣體和含氧的催化劑催化 物質及環境氣體，使之與固相催化劑層接觸。
[0007] 此外，還揭示了利用與上述方法不同的方法制造 CNT陣列的方法。即，專利文獻3 揭示了一種方法，其使氯化鐵升華，且在該氯化鐵以氣相狀態存在的環境下利用熱CVD法 形成CNT陣列。該方法在以下兩點上與專利文獻1和2所揭示的技術有本質上的不同，即 不必在基板表面預先形成固相催化劑層而進行熱CVD，以及使進行熱CVD的環境中存在氯 等鹵類材料。在本說明書中，專利文獻3所揭示的CNT陣列的制造方法也稱為氣相催化劑 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] [發明所欲解決的問題]
[0014] 起因于該利用氣相催化劑法的CNT陣列的制造方法與上述利用固相催化劑法的 CNT陣列的制造方法在催化劑物理狀態上的不同，使CNT陣列生長的基本步驟當然不同。因 此，可以認為兩者是本質上不同的CNT陣列的制造方法。因此，在利用固相催化劑法的CNT 陣列的制造方法中提高生產性的技術方法能否直接應用于利用氣相催化劑法的CNT陣列 的制造方法，尚完全不明，需要適于利用氣相催化劑法的CNT陣列的制造方法的提高生產 性方法。
[0015] 另外，如上所述，由于利用氣相催化劑法的CNT陣列的制造方法與利用固相催化 劑法的CNT陣列的制造方法有本質上的不同，所以利用各個制造方法制造的CNT陣列的特 性也可能互不相同。因此，由CNT陣列形成的CNT交絡體的易形成性（在本說明書中也稱 為"紡織性"）在由各種制造方法制造的CNT陣列中也可能不同。因此，用于制造紡織性出 色的CNT陣列的技術指針，需要就利用固相催化劑法的CNT陣列的制造方法及利用氣相催 化劑法的CNT陣列的制造方法分別獨立考慮。
[0016] 本發明以提供一種提高上述利用氣相催化劑法制造的CNT陣列的生產性的手段 以及提高該CNT陣列的紡織性的手段作為課題。
[0017] [解決問題的技術手段]
[0018] 為解決上述課題而提供的本發明如下。
[0019] (1) 一種碳納米管陣列的制造方法，其特征在于，具備以下步驟：第一步驟，使基 板存在于含有氣相催化劑的氛圍內，上述基板具備由含有硅氧化物的材料構成的面即基面 作為其表面的至少一部分；第二步驟，通過使原料氣體及氣相助催化劑存在于含有上述氣 相催化劑的氛圍中，使多個碳納米管生長在上述基板的基面上，在上述基面上獲得由上述 多個碳納米管構成的碳納米管陣列。
[0020] (2)根據上述（1)所記載的制造方法，其中，上述第二步驟為通過一邊控制上述原 料氣體及上述氣相助催化劑的流量、一邊將上述原料氣體及上述氣相助催化劑供給至含有 上述氣相催化劑的氛圍中來實施，上述原料氣體供給流量（單位 ：SCCm)與上述氣相助催化 劑供給流量（單位：sCCm)的比率（氣相助催化劑/原料氣體）為150%以下。
[0021] (3)根據上述⑵所記載的碳納米管陣列的制造方法，上述比率（氣相助催化劑/ 原料氣體）為5%以上、120%以下。
[0022] (4)根據上述⑴至（3)中任一項所記載的碳納米管陣列的制造方法，上述氣相助 催化劑含有丙酮。
[0023] (5)根據上述⑴至（4)中任一項所記載的制造方法，上述氣相催化劑含有鐵族元 素的鹵化物。
[0024] (6)根據上述（5)所記載的制造方法，上述鐵族元素的鹵化物含有氯化鐵（II)，上 述碳化氫含有乙炔。
[0025] (7)根據上述⑴至（6)中任一項所記載的碳納米管陣列的制造方法，上述氣相助 催化劑具有降低生長上述碳納米管陣列的反應的活化能的功能。
[0026] (8)根據上述（1)至（7)中任一項所記載的制造方法，上述第二步驟中的上述基面 被加熱至8 X IO2K以上。
[0027] (9)根據上述⑴至⑶中任一項所記載的制造方法，上述碳納米管陣列即使在上 述基面的法線方向的生長高度為0. 4mm以上、I. 9mm以下，仍可實施紡織長度超過IOcm的紡 織。
[0028] (10)根據上述⑴至（9)中任一項所記載的制造方法，上述碳納米管陣列即使在 上述基面的法線方向的生長高度為2mm以上，仍可實施紡織長度為Icm以上的紡織。
[0029] (11) -種紡織源構件，其具備利用上述⑴至（10)中任一項所記載的制造方法制 造的碳納米管陣列。
[0030] (12) -種紡織源構件，其是具備碳納米管陣列的紡織源構件，其特征在于，上述碳 納米管陣列的生長高度為0. 4mm以上、I. 3mm以下，可實施長度超過Im的紡織。
[0031] (13) -種紡織源構件，其是具備碳納米管陣列的紡織源構件，其特征在于，上述碳 納米管陣列的生長高度為超過I. 3mm且未滿2. 0mm，可實施長度超過IOcm且Im以下的紡 織。
[0032] (14) -種紡織源構件，其是具備碳納米管陣列的紡織源構件，其特征在于，上述碳 納米管陣列的生長高度為2mm以上，可實施長度Icm以上、IOcm以下的紡織。
[0033] (15) -種構造體，其是由上述（11)所記載的紡織源構件紡出的構造體，其特征在 于，具備相互交絡的多個碳納米管。
[0034] (16)根據上述（15)所記載的構造體，上述構造體的紡織方向長度為2mm以上。
[0035] (17) -種構造體，其是由上述（12)至（14)中任一項所記載的紡織源構件紡出的 構造體，其特征在于，具備相互交絡的多個碳納米管。
[0036] (18)根據上述（15)至（17)中任一項所記載的構造體，上述構造體為線狀。
[0037] (19)根據上述（15)至（17)中任一項所記載的構造體，上述構造體為網狀。
[0038] (20) -種復合構造體，其具備上述（15)至（19)中任一項所記載的構造體作為骨 架結構。
[0039] [發明效果]
[0040] 依據本發明的氣相催化劑法，可使CNT陣列的生長速度高于利用不使用氣相助催 化劑的氣相催化劑法（在本說明書中也稱為"現有氣相催化劑法"）的CNT陣列的生長速 度。因此，通過實施本發明的制造方法，可提高CNT陣列的生產性。
[0041] 并且，利用該制造方法制造的CNT陣列，其具有出色紡織性的形狀條件范圍廣。具 體而言，也可由在利用現有氣相催化劑法制造的CNT陣列難以紡織的生長高度的CNT陣列 獲得CNT交絡體。因此，通過實施本發明的制造方法，可更穩定地制造紡織性出色的CNT陣 列。
【附圖說明】
[0042] 圖1是顯示本發明的一實施方式的CNT陣列的制造方法所使用的制造裝置的構成 的概略圖。
[0043] 圖2是顯示本發明的一實施方式的CNT陣列的制造方法的流程圖。
[0044] 圖3是顯示構成利用本發明的一實施方式的制造方法制造的CNT陣列的CNT的圖 像。
[0045] 圖4是顯示構成利用本發明的一實施方式的制造方法制造的CNT陣列的CNT的外 徑分布的圖表。
[0046] 圖5是顯示對利用本發明