(57)【要約】【課題】ナノ構造体の生成方法及び装置を提供する。【解決手段】ナノ構造体の生成方法は、ナノ構造体を生成するためにナノ構造体の成分を含むガスを一つ以上の中空陰極反応装置に通す段階と、ナノ構造体を収集し、次いで副産物を、酸化ガスと一緒に一つ以上の中空陰極反応装置に通して排気ガスから除去する段階と、を含む。【選択図】図１
2009502702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ構造体を生成する方法であって、
ハウジング内にガス流を形成するためにナノ構造体の成分を含むガスをハウジングに運ぶ段階と、
酸素含有ガスをハウジングの中へ運ぶ段階と、
ハウジング内で、
ガス流内に含まれた成分からナノ構造体を生成する段階、
生成されたナノ構造体を後続の収集のためにガス流から分離する段階、
副産物を酸素含有ガスと反応させることによってナノ構造体生成の副産物をガス流から除去する段階、
を行う段階と、
ガス流をハウジングから排気する段階と、
を含む、上記方法。
【請求項２】
ナノ構造体を第１の中空陰極反応装置で生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
副産物を第２の中空陰極反応装置を用いてガス流から除去する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
ナノ構造体を生成する方法であって、
ナノ構造体を生成するためにナノ構造体の成分を含むガスを第１の中空陰極反応装置に通す段階と、
ナノ構造体を収集のために第１の中空陰極反応装置からのガス排気から分離する段階と、
続いて、排気ガスを酸素含有ガスと一緒に第２の中空陰極反応装置に通すことによってナノ構造体生成の副産物を排気ガスから除去する段階と、
を含む、上記方法。
【請求項５】
第１の中空陰極反応装置は、中実導電性本体に設けられた平行配列の穴からなり、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される、請求項２から４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
本体は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、タングステン、グラファイトの一つから形成される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
金属ナノ構造体を生成するために金属含有ガスを第１の中空陰極反応装置に通す、請求項２から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
金属は、Fe、Ni、Mo、Co、Pt、Pdの少なくとも一つからなる、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
金属含有ガスを電子的に励起可能なガスと一緒に第１の中空陰極反応装置に通す、請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
電子的に励起可能なガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素の少なくとも一つからなる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
カーボンナノ構造体を生成するためにカーボン含有ガスを第１の中空陰極反応装置に通す、請求項２から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
カーボン含有ガスは、アセチレン、メタン、エタン、一酸化炭素、二酸化炭素、メタノール、エタノール、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエサンの少なくとも一つからなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
カーボン含有ガスを電子的に励起可能なガスと一緒に第１の中空陰極反応装置に通す、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
電子的に励起可能なガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素の少なくとも一つからなる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ナノ構造体を、複数の第１の中空陰極装置を用いて生成する、請求項２から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
ナノ構造体を、電気集塵装置を用いてガスから分離する、請求項１から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
ナノ構造体を、電気集塵装置の配列を用いてガスから分離する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
電気集塵装置は、同じ電圧である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
電気集塵装置は、異なる電圧である、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
電気集塵装置の配列間の電圧は、配列の中を通るガス流の方向に増す、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
ナノ構造体を、基板上での収集によりガスから分離する、請求項１から２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
基板を室温以下の温度に冷却する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
基板を、液体窒素を用いて冷却する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
基板を室温以上の温度に加熱する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
基板を酸素含有ガスの存在下で加熱する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
基板を、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンの少なくとも一つの存在下で加熱する、請求項２４又は請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
収集されたナノ構造体の除去のために基板をガスから隔離する、請求項２１から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
基板を、負荷ロックを用いて隔離する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
第２の中空陰極反応装置は、中実導電性本体に設けられた平行配列の穴であり、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される、請求項３から２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
中実導電性本体を、アルミニウム、銅、グラファイト、ステンレス鋼、タングステンの一つから形成する、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
酸素含有ガスは、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンの少なくとも一つからなる、請求項１から３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
酸素含有ガスに、電子的に励起可能なガスが供給される、請求項１から３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
電子的に励起可能なガスは、アルゴン、窒素、ヘリウムの一つからなる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
ナノ構造体を製造するための装置であって、
ハウジング内にガス流を形成するためにナノ構造体の成分を含むガスを受けるための手段と、及び酸素含有ガスを受けるための手段とを備えたハウジングを含み、
ハウジングは、ナノ構造体をガス流内に含まれた成分から生成するための手段と、後続の収集のために生成されたナノ構造体をガス流から分離するための手段と、副産物を酸素含有ガスと反応させることによってナノ構造体生成の副産物をガス流から除去するための手段と、を含み、
ハウジングは、ガス流を排気するための手段を更に含む、上記装置。
【請求項３５】
ナノ構造体生成手段は、中空陰極反応装置からなる、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
副産物除去手段は、中空陰極反応装置からなる、請求項３４又は請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
ナノ構造体を製造するための装置であって、
第１の中空陰極反応装置と、
ナノ構造体を生成するためにナノ構造体の成分を含むガスを第１の中空陰極反応装置に供給するための手段と、
ナノ構造体を、収集のために第１の中空陰極反応装置からのガス排気から分離するための手段と、
排気ガスを続いて受けるための第２の中空陰極反応装置と、
排気ガスからのナノ構造体生成の副産物の除去のために酸素含有ガスを第２の中空陰極反応装置に供給する手段と、
を含む、上記装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ構造体の生成に関し、その好ましい実施形態では、連続バッチプロセスでカーボンナノチューブの生成の利用法を見出す。
【背景技術】
【０００２】
一般的には、ナノテクノロジーという用語は、大きさが１．０ないし１００．０ｎｍの物体を示すのに用いられる。ナノテクノロジーの理論が４０年以上前に提案されてから、ナノテクノロジーは、最も展開の早い科学分野の一つになった。
【０００３】
ナノ構造体のバッチ生産は、日用品へのナノ構造体の組込みに不可欠である。最近、多数のナノ構造体のバッチ生産方法及び装置が報告されている。これらの方法のほとんどは、プラズマ或いは非常に熱い加熱炉を用いて原子カーボン蒸気を生成し、次いで原子カーボン蒸気を適当な基板上に凝縮させる。これは、ナノチューブを含む、カーボンナノ構造体の配列を形成する。原子金属が生産の際に供給される場合には、単壁ナノチューブが主に生成され、原子金属が供給されない場合には、多層カーボンナノチューブが通常生成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ナノチューブと一緒にいろいろな大きさの粒子も生成される。これらの粒子のあるものは、常に原子カーボン及びそのクラスター（塊）であり、それら粒子は、環境或いは人間の健康に及ぼすそれらの未知の影響により、論争の焦点になっており、従ってそれら粒子の大気中への放出について感心がある。係る粒子を、皮膚を通して容易に吸収し或いは吸込み、癌を形成し、及び又は心臓や肺のような主要臓器を害することがあると現在信じられている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の形態では、本発明は、ナノ構造体を生成する方法を提供し、該方法は、ナノ構造体の成分を含むガスをハウジングに運んでハウジング内にガス流を形成する段階と；酸素含有ガスをハウジングの中へ運ぶ段階と；ハウジング内で、ガス流内に含まれた成分からナノ構造体を生成する段階、生成されたナノ構造体を後続の収集のためにガス流から分離する段階、ナノ構造体生成の副産物を酸素含有ガスと反応させることによってガス流から副産物を除去する段階、を行う段階と；ガス流をハウジングから排気する段階と、を含む。
【０００６】
かくして、上記方法は、簡単且つ環境的に安全な方法でカーボンナノチューブのようなナノ構造体の大量生産のための新しい実現技術を提供し、低コスト電源及び真空成分を利用することができる。生成工程の面は、単一且つ小型のハウジングの中で行うことができ、それによって潜在的に危険な副産物、例えば、カーボンナノ粒子へのユーザの暴露を制限する。
【０００７】
ナノ構造体は、好ましくは、それぞれの中空陰極反応装置の中で生成され、且つ副産物は、好ましくはそれぞれの中空陰極反応装置の中でガス流から除去される。従って、第２の面では、本発明は、ナノ構造体を生成する方法を提供し、該方法は、ナノ構造体の成分を含むガスを第１の中空陰極反応装置に通してナノ構造体を生成する段階と、ナノ構造体を、収集のために第１の中空陰極反応装置からのガス排気から分離する段階と、続いて、排気ガスを酸素含有ガスと一緒に第２の中空陰極反応装置に通すことによってナノ構造体生成の副産物を排気ガスから除去する段階と、を含む。
【０００８】
中空陰極反応装置は、低コスト電源で賦勢されるのがよい。中空陰極反応装置は、典型的には、サイズが小さく且つ低周波数で安全に動作する。中空陰極反応装置で得られたガス温度は、ナノ構造体の生成の際に発生するガス反応及び排気ガスからのカーボンナノ粒子の除去に適する。
【０００９】
この方法における中空陰極材料とプロセスガスの両方のいろいろな選択は、装置のユーザに異なる種類及び品質のカーボンナノ構造体の配列を生成させる利点を与える。
【００１０】
第１の中空陰極反応装置は、好ましくは、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、タングステン、グラファイトの一つから形成された、中実導電性本体に平行な配列の穴からなるのが好ましく、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される。
【００１１】
金属含有ガスは、金属ナノ構造体を生成するために第１の中空陰極反応装置に通され、ガスに含まれる金属は、有利にはFe、Ni、Mo、Co、Pt、Pdである。金属ナノ構造体は、カーボンナノ構造体が成長することができる表面を提供する。金属含有ガスは、電子的に励起可能なガス、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素と共に第１の中空陰極反応装置に通され、電子的に励起可能なガスは、金属ナノ構造体の生成を開始し且つ高めることができる。
【００１２】
変形例或いは追加例として、例えば、アセチレン、メタン、エタン、一酸化炭素、二酸化炭素、メタノール、エタノール、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエサンの少なくとも一つを含む炭素含有ガスは、カーボンナノ構造体を生成するために第１の中空陰極反応装置を通されるのがよい。炭素含有ガスは、電子的に励起可能なガス、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素の少なくとも一つと一緒に第１の中空陰極反応装置に通されるのが有利である。
【００１３】
ナノ構造体は、好ましくは、複数の第１の中空陰極反応装置を用いて生成される。
【００１４】
ナノ構造体は、同じ電圧か異なる電圧のいずれかで単一の電気集塵装置或いは電気集塵装置の配列を用いてガスから分離されるのがよいし、有利には、全ての或いはいろいろな大きさのナノ構造体の収集を可能にする。好ましくは、電気集塵装置の配列間の電圧は、配列の中を通るガス流の方向に増大する。
【００１５】
また、ナノ構造体は、基板上の収集によってガスから分離されてもよい。基板は、例えば、液体窒素を用いて、室温以下の温度に冷却されてもよし、或いは、例えば、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンの少なくとも一つの酸素含有ガスの存在下で室温以上に加熱されてもよい。これは、有利には、不要な反応副産物を除去し、不要な反応副産物がナノ構造体の生成からのガスからも分離される。
【００１６】
基板の使用は、有利には、それによって収集されたナノ構造体の除去を、例えば、負荷ロックを用いて基板の隔離によって可能にする。
【００１７】
第２の中空陰極反応装置は、第１の中空陰極反応装置と好ましくは同じ材料で形成された、中実導電性本体に設けられた好ましくは平行配列の穴であり、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される。酸素含有ガス、例えば、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンが、好ましくはアルゴン、窒素、ヘリウムの一つのような電子的に励起可能なガスで、好ましくは第２の中空陰極反応装置に供給される。
【００１８】
第３の面では、本発明は、ナノ構造体を生成するための装置を提供し、装置は、ナノ構造体の成分を含むガスを受け取るためのハウジング内にガス流を形成するための手段と、及び酸素含有ガスを受けるための手段とを備えるハウジングを含み、ハウジングは、ナノ構造体をガス流内に含まれた成分から形成するための手段と、形成されたナノ構造体を後続の収集のためにガス流から分離するための手段と、副産物を酸素含有ガスと反応させることによってナノ構造体形成の副産物をガス流から除去するための手段と、を含み、ハウジングは、ガス流を排気するための手段を更に含む。
【００１９】
第４の面では、本発明は、ナノ構造体を生成するための装置を提供し、装置は、第１の中空陰極反応装置と、ナノ構造体を形成するためにナノ構造体の成分を含むガスを第１の中空陰極反応装置に供給するための手段と、収集のためにナノ構造体を第１の中空陰極反応装置からの排気ガスから分離するための手段と、排気ガスを続いて受けるための第２の中空陰極反応装置と、排気ガスからのナノ構造体形成の副産物の除去のために酸素含有ガスを第２の中空陰極反応装置に供給する手段と、を含む。
【００２０】
本発明の方法形態に関して上述した特徴は、装置形態に同様に適用可能であり、その逆もまた同様である。
【００２１】
本発明の好適な特徴を、いま添付図面を参照して一例として記述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１は、ナノ構造体の生成装置を概略的に示す。装置は、ハウジング或いは本体２を含み、本体２には、ナノ構造体の形成のための第１の装置８と、第１の装置８によって形成されたナノ構造体の収集のための第２の装置１０と、ガス流が本体２から排気される前にナノ構造体の生成からの反応副産物の、ガス流からの除去のための第３の装置１２とが配置される。本体２は、ナノ構造体の生成に使用するためのガスを受けるための入口４、１４と、ガス流からの副産物の除去に使用するためのガスを受け取るための入口１６とを含む。また、入口４及び１４は、ガス流からの副産物の除去に使用するためのガスの受け取りに用いられてもよい。また、本体２は、排気ガスを該本体から機械的真空ポンプに向って排気ガスを排気するための排気口６も含む。
【００２３】
ナノ構造体の生成のための第１の装置８ａ、８ｂ、８ｃのいろいろな実施形態が図２、図３、図４にそれぞれ詳細に示される。
【００２４】
図２に示した第１の実施形態では、本体２は、ほぼ円筒形の本体からなり、該本体は、本体２内にガス流を形成するガスを受けるための、本体とほぼ同軸に配置された第１の生成装置ガス入口４を有する。第１の装置８ａは、本体２内に配置された非導電性内殻２０を含む。内殻２０は、ほぼ円筒形の導電性ブロック２２を支持する。ブロック２２には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻２０は、またほぼリング形の陽極２４を支持する。多数の有孔陽極尖端２６が陽極２４からブロック２２のほぼ平坦面の外周方向に延びている。係る陽極尖端２６は、ブロック２２の穴のそれぞれにプラズマ及び中空陰極効果を維持するのを助けることができる。
【００２５】
電源２８が、ブロック２２を陰極（負）電位に帯電させ且つ陽極２４を陽極（正）電位に帯電させるために設けられる。第１の装置８ａからのガス出口は、図２に４０で示され、第１の装置８ａからのガス流排気がガス出口４０から第２の装置１０まで運ばれる。
【００２６】
図２に示す第１の装置８ａの使用中、金属含有化合物の蒸気、例えば、メタロセン、金属スポンジ、有機金属化合物及び金属ハロゲン化物の少なくとも一つの蒸気は、第１の生成装置ガス入口４及び陽極２４を経てブロック２２に連続的に或いは周期的に運ばれ、プロック２２の中で金属含有化合物がプラズマ（電離状態）の中で原子金属に解離される。金属含有蒸気は、電子的に励起可能なガス、例えば、窒素、アルゴン及びヘリウムの少なくと一つと一緒に或いは別に第１の生成装置ガス入口４に運ばれることがある。
【００２７】
金属含有蒸気及び電子的に励起可能なガスと同時に或いは別個に、カーボン含有ガス、例えばアセチレン、メタン、エタン、一酸化カーボン、二酸化カーボン、メタノール、エタノール、テトラフルオロメタン及びヘキサフルオロエタンの少なくとも一つが、第１の生成装置入口４及び陽極２４を経てブロック２２に連続的に或いは周期的に運ばれ、プロック２２の中でガスがプラズマの中で原子カーボン及びそのクラスターに解離される。原子金属及び原子カーボンは、結合してナノ構造体１２の収集のためにブロック２２の穴内と第２の装置１０の表面上で、ブロック２２から下流のガス流の他のカーボンナノ構造体の配列と一緒に単壁ナノチューブの生成を促進する。
【００２８】
酸素含有ガス、例えば、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、水及びオゾンの少なくとも一つを、第１の装置入口４及び陽極２４を経てブロック２２に随意に運んでもよく、ブロック２２の中でガスが酸素ラジカルに解離される。ブロック２２の中で生成された酸素ラジカルは、第１の装置８ａで生成されたカーボンナノ粒子、及び第２の装置１０で生成されたいかなるカーボンナノ粒子と反応して装置２からカーボンナノ粒子を除去することができる。
【００２９】
第２の実施形態の第１の装置８ｂを図３に示す。この第２の実施形態では、本体２は、本体２とほぼ同軸に配置された第１の生成装置ガス入口４と、ガスを本体の中に実質的に半径方向に運ぶための第２の生成装置ガス入口１４とを有するほぼ円筒形の本体からなる。内殻２０は、二つの離間した、ほぼ円筒形の導電性ブロック２２及び３４を支持する。第１の実施形態のブロック２２におけるように、ブロック２２、３４には、軸配向の複数の穴が形成されている。環状絶縁素子３２がブロック２２、３４の間にさらなる絶縁をもたらすためにブロック２２、３４の間に配置される。図３に示すように、ブロック２２、３４は、第２の生成装置ガス入口１４の両側に配置される。
【００３０】
第１の実施形態におけるように、内殻２０は、ほぼリング形の陽極２４を支持する。複数の有孔陽極尖端２６は、陽極２４からブロック２２の略平坦面の外周の方向に延びている。係る陽極尖端２６は、ブロック２２、３４の穴の各々のプラズマ及びホロー陰極効果を維持するのを助けることができる。第１の装置８ｂからのガス出口は、図３に４０で示され、第１の装置８ｂからのガス流排気がガス出口４０から第２の装置１０に運ばれる。
【００３１】
電源２８は、ブロック２２を陰極（負）電位に帯電させ且つ陽極２４を陽極（正）電位に帯電させるために設けられる。同様な電源２９は、ブロック３４を陰極（負）電位に帯電させ且つ陽極２４を陽極（正）電位に帯電させるために設けられる。
【００３２】
図３に示す第１の装置８ｂの使用中、第１の実施形態におけるように金属含有化合物の蒸気は、第１の生成装置ガス入口４及び陽極２４を経てブロック２２及び３４に連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック２２及び３４の中で金属含有化合物がプラズマの中で原子金属に解離される。蒸気は、電子的に励起可能なガスと一緒に或いは別個に第１の生成装置ガス入口４に運ばれることがある。
【００３３】
金属含有蒸気及び電子的に励起可能なガスと同時に或いは別個に、カーボン含有ガスは、第２の生成装置ガス入口１４を経てブロック３４に連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック３４の中で、ガスがプラズマの中で原子カーボン及びそのクラスターに解離される。次いで、原子金属及び原子カーボンは、結合して、金属ブロックから下流の、及びブロック２２、３４の穴内の、ガス流の他のカーボンナノ構造体の配列と一緒に単一壁ナノチューブの生成を促進することができる。
【００３４】
酸素含有ガスを、第１の生成装置入口４及び陽極２４を経てブロック２２、３４に、及び第２の生成装置ガス入口１４を経てブロック３４に随意に運んでもよし、ブロック２２、３４の中でガスが酸素ラジカルに解離される。その中で生成された酸素ラジカルは、装置２からカーボンナノ粒子を除去するために、第１の装置８ｂで生成されたカーボンナノ粒子、及び第２の装置１０で生成されたいかなるカーボンナノ粒子とも反応することができる。
【００３５】
第３の実施形態の第１の装置８ｃを図４に示す。この第３の実施形態では、第１の装置８ｃの本体２は、二つのほぼ直交する、連結された円筒形のアーム３、５を含む。第１の生成装置ガス入口４は、第１のアーム３とほぼ同軸に配置される。第１のアーム３は、非導電性内殻２０を含み、ほぼ円筒形の導電性ブロック２２を支持する。ブロック２２には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻２０は、またほぼリング形の陽極２４を支持する。複数の有孔陽極尖端２６が、陽極２４からブロック２２の略平坦面の外周の方向に延びている。
【００３６】
第２のアーム５は、第２のアーム５とほぼ同軸に配置された第２の生成装置ガス入口１４を含む。また、第２のアーム５は、また非導電性内殻２０の一部を含み、ほぼ円筒形の導電性ブロック３５を支持する。ブロック３５には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻２０は、また第２のアーム５内のほぼリング形の陽極２５を支持する。複数の有孔陽極尖端２７は、陽極２５からブロック３５の略平坦面の外周の方向に延びている。第１の装置８ｃからのガス出口は、図４に４０で示される。
【００３７】
電源２８は、ブロック２２を陰極（負）電位に帯電させ且つ陽極２４を陽極（正）電位に帯電させるために設けられている。同様な電源２９は、ブロック３５を陰極（負）電位に帯電させ且つ陽極２５を陽極（正）電位に帯電させるために設けられている。
【００３８】
使用中、金属含有化合物の蒸気は、ブロック２２に第１の生成装置ガス入口４及び陽極２４を経て連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック２２の中で金属含有化合物がプラズマ中の原子金属に解離される。金属含有蒸気は、電子的に励起可能なガスと一緒に或いは別個に第１の生成装置ガス入口４に運ばれてもよい。金属含有蒸気及び電子的に励起可能なガスと同時、或いは別個に、カーボン含有ガスは、ブロック３５に、第２の生成装置ガス入口１４及び陽極２５を経て連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック３５の中でガスがプラズマ中の電子カーボン及びそのクラスターに解離される。次いで、原子金属及び原子カーボンは、結合して、金属ブロックから下流の、ガス流の中の、他のカーボンナノ構造体の配列と一緒に、単壁ナノチューブが、ブロック２２、３５の穴内に、及びそのように形成されたナノ構造体の収集のために第２の装置１０の表面上にカーボン生成されるのを促進する。
【００３９】
第１の実施形態の第１の装置８ａ及び第２の実施形態の第１の装置８ｂに関して上述したように、酸素含有ガスは、また、第１の生成装置入口４及び陽極２４を経てブロック２２、３４に、及び第２の生成装置ガス入口１４及び陽極２５を経てブロック３５に運ばれてもよいし、ブロック２２、３４、３５の中でガスがカーボンナノ粒子との反応のために酸素ラジカルに解離される。
【００４０】
上述した各々の実施形態では、第１の装置８から出力されたガス流は、その中に含まれるナノ構造体の収集のために本体２内で第２の装置１０に運ばれる。第２の装置１０の二つの実施形態１０ａ、１０ｂを図５及び図６をそれぞれ参照して、さらに詳細にいま説明する。
【００４１】
図５に示す第１の実施形態では、第２の装置１０ａは、ナノ構造体とさらに小さいナノ粒子のようなナノ構造体の生成からの副産物とを含むガス流を第１の装置８から受けるための第１のナノ構造体収集装置ガス入口６０を含む。第２の装置１０ａは、本体２内に配置された非導電性内殻５０を含む。内殻５０は、第１の電気集塵装置５２を支持する。知られているように、電気集塵装置５２は、適当な横支持ロッドで交互の順序に支持された、複数の平行に離間され、高電圧帯電の、ほぼ矩形のコレクタプレート５４及び接地プレート５６と、絶縁体と、スペーサとを含み、順序通りの各プレートが直ぐ隣のプレートと反対の極性を有し、電気集塵装置５２の収集部分を形成する。また、知られているように、イオン化ワイヤ５８及び延びた接地プレート５６ａは、延びた接地プレート５６ａに向って延びるコロナ電流を生じさせるように、第１の収集装置ガス入口６０に近接して配置され、それにより高濃度イオンカーテンのイオン化部分を形成する。内殻５０からのガス出口は、図５に６５で示される。
【００４２】
使用中、ガス流が第１のナノ構造体収集装置ガス入口６０を通って装置１０ａに入ると、その中に取り込まれたナノ構造体は、高濃度イオンカーテンの中へ通るときに帯電され、且つコレクタプレート５４の表面への引力によりガス流から分離され、コレクタプレートは、基板の上に配置されたナノ構造体の収集のために装置２から取り除くことができる基板をなしている。ガス流に含まれたより小さいナノ粒子はコレクタプレート５４の上に収集されず、従って装置１０ａの中を通り抜ける。
【００４３】
図６に示した第２の実施形態では、第２の装置１０ｂは、ナノ構造体及びナノ粒子副産物を含むガス流を第１の装置８から受けるための第１のナノ構造体収集装置ガス入口６０を含む。第１の実施形態におけるように、第２の装置１０ｂは、本体２内に配置された非導電性内殻５０を含む。この第２の実施形態では、内殻５０は、各々が第１の実施形態の電気集塵装置５２に類似する、実質的に等しい電気集塵装置５２’の配列を支持する。第２の実施形態では、電気集塵装置５２’の各々のコレクタプレート５４は、好ましくは、ガス流の方向に、前の電気集塵装置に対して増大した電圧に設定される。第２の装置１０ｂの中を通るガス流の方向に増大する電圧を生成することによって、対応するコレクタプレート５４で異なる大きさのナノ構造体の分離が可能になり、より小さいナノ構造体が下流コレクタプレート５４に引き寄せられる。図示した実施形態では、３つの電気集塵装置５２’が示されているが、３つ以上或いは３つ以下の電気集塵装置を用いることが可能である。内殻５０からのガス出口は、図６に６５で示されている。
【００４４】
第２の装置１０の上記実施形態のいずれにおいても、コレクタプレート５４を、ガス流からのナノ構造体の分離を促進するために、例えば、装置１０の周りに運ばれる液体窒素を用いて冷却するのがよい。ナノ構造体の組成に応じて、変形例として、ガス流からのナノ構造体の分離を、例えば、装置１０の周りに延びるヒータを用いてコレクタプレート５４を加熱することによって促進してもよい。また、負荷ロック装置（図示せず）を、コレクタプレート５４及び該コレクタプレートの上に収集されたナノ構造体をガス流から隔絶するために設けるのがよい。これにより、真空密封を開封する必要なしにユーザは収集されたナノ構造体を除去し且つ潜在的に有害のナノ粒子への暴露の危険性を減ずる。
【００４５】
上述した実施形態の各々では、第２の装置１０から出力されたガス流は、その中に含まれたいかなるナノ粒子副産物をもガス流から除去するために本体内２で第３の装置１２に運ばれる。第３の装置１２の二つの実施形態１２ａ、１２ｂを図７及び図８を参照していま詳細に説明する。
【００４６】
図７に示した第１の実施形態では、第３の装置１２ａは、ガス流を第２の装置１０から受けるための第１の除去装置ガス入口９０と、第２の除去装置ガス入口１６と、を含み、酸素含有ガスはこのガス入口１６から本体２の中へほぼ径方向に入る。適当な酸素含有ガスの例は、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、水及びオゾンの一つ又はそれ以上を含む。
【００４７】
上述した第１の装置８の実施形態と同様に、この実施形態では、第３の装置１２ａは、本体２内に配置された非導電性内殻７０を含む。内殻７０は、ほぼ円筒形の導電性ブロック７６を支持する。ブロック７６には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻７０は、またほぼリング形の陽極８０を支持する。複数の有孔性陽極尖端８２は、陽極８０からブロック７６の略平坦面の外周の方向に延びている。係る陽極尖端８２は、ブロック７６の穴の各々内にプラズマ及び中空陰極効果を維持するのを助することができる。電源７８は、ブロック７６を陰極（負）電位に且つ陽極８０を陽極（正）電位に帯電させるために設けられる。
【００４８】
使用中、副産物を含むガス流は、入口９０を通って第３の装置１２ａの金属ブロック７６に運ばれる。入口１６を通って装置１２ａに入る酸素含有ガスは、ナノ構造体生成からの副産物を含むガス流と混合する。混合されたガス流は、ブロック７６内に形成されたプラズマの中で解離され、それにより副産物は、酸素ラジカルと反応して、炭素の酸化形態の配列、例えば、二酸化炭素及び一酸化炭素を生成し、ガス流と一緒に本体２からガス出口６を経て機械的真空ポンプに排気される。
【００４９】
図８に示す第２の実施形態は、第１の実施形態に類似する。この第２の実施形態では、内殻７０は、二つの、離間された、ほぼ円筒形の導電性ブロック７４及び７６を支持する。第１の実施形態におけるように、金属ブロック７４、７６には、軸配向の複数の穴が形成されている。環状絶縁素子７２が、金属ブロック７４、７６間に更なる絶縁をもたらすために金属ブロック７４、７６の間に配置される。図８に示すように、金属ブロック７４、７６は、第２の除去装置ガス入口１６の両側に配置される。電源７８は、ブロック７４を陰極（負）電位に且つ陽極８０を陽極（正）電位に帯電させるために設けられる。同様な電源７８ａは、ブロック７６を陰極（負）電位に且つ陽極８０を陽極（正）電位に帯電させるために設けられる。
【００５０】
上述した第１の装置８、第２の装置１０及び第３の装置１２の実施形態は、装置２のいかなる組合せで用いてもよい。例えば、装置２の一つの好ましい実施形態では、第１の装置８は、図３に示したようなものであり、第２の装置１０は、図６に示したようなものであり、且つ第３の装置１２は、図８に示したようなものである。
【００５１】
上述した第１の装置８、第２の装置１０及び第３の装置１２のいかなる組合せでも、非導電性内殻２０、５０、７０は、別々の殻か装置２全体にわたって連続の殻かのいずれかでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ナノ構造体の生成装置の一般的な概略を示す図である。
【図２】ナノ構造体を生成するための装置の第１の実施形態を示す図である。
【図３】ナノ構造体を生成するための装置の第２の実施形態を示す図である。
【図４】ナノ構造体を生成するための装置の第３の実施形態を示す図である。
【図５】ナノ構造体を収集するための装置の第１の実施形態を示す図である。
【図６】ナノ構造体を収集するための装置の第２の実施形態を示す図である。
【図７】ナノ構造体生成からの副産物をガスから除去するための装置の第１の実施形態を示す図である。
【図８】ナノ構造体生成からの副産物をガスから除去するための装置の第２の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
２  本体
４、１４、１６  入口
６  排気口
８  第１の装置
１０  第２の装置
１２  第３の装置
【図１】
2009502702.tif 000003
【図２】
2009502702.tif 000004
【図３】
2009502702.tif 000005
【図４】
2009502702.tif 000006
【図５】
2009502702.tif 000007
【図６】
2009502702.tif 000008
【図７】
2009502702.tif 000009
【図８】
2009502702.tif 000010
【国際調査報告】
2009502702.tif 000011
2009502702.tif 000012
2009502702.tif 000013