(57)【要約】【課題】プロセス容器等を必ずしも必要とせず、溶接用アークトーチ若しくは類似した構造を持つ装置を用いたアーク放電によって、炭素を主成分とした被アーク材を蒸発させてすすを発生させ、そのすすを回収するための方法を提供し、その製造装置を提供するものである。【解決手段】第１電極であるアークトーチ１のトーチ電極１０と、第２電極である黒鉛板を用いた被アーク材２を対面配置する。トーチ電極１０と被アーク材２端部との間に電位を印加してアーク放電を発生させ、アーク放電にさらされた被アーク材２端部の黒鉛を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させ、すすの放出方向を制御しながら回収する。【選択図】図１
2006273713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と炭素材料を主成分とする第２電極を対向配置する工程と、
大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させる工程と、
前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程と、
前記ナノカーボンを含むすすを回収する工程を備え、
前記すすの放出方向を制御する制御手段を備えていることを特徴とするナノカーボンの製造方法。
【請求項２】
第１電極と炭素材料を主成分とする第２電極を対向配置する工程と、
大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させる工程と、
前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程と、
前記ナノカーボンを含むすすを回収する工程を備え、
前記アーク放電の発生領域に特定ガス又は空気を供給することにより前記すすの放出方向を制御することを特徴とするナノカーボンの製造方法。
【請求項３】
第１電極と炭素材料を主成分とする第２電極を対向配置する工程と、
大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させる工程と、
前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程と、
前記ナノカーボンを含むすすを回収する工程を備え、
前記第１電極と前記第２電極のなす角度を４５度乃至１３５度の範囲で調整することにより前記すすの放出方向を制御することを特徴とするナノカーボンの製造方法。
【請求項４】
前記第２電極の炭素材料は、添加物を含有又は内蔵している炭素材料、若しくは添加物が表面の一部分或いは全部に散布，塗布，メッキ若しくはコートされている炭素材料を用いることを特徴とする請求項３記載のナノカーボンの製造方法。
【請求項５】
前記アーク放電の発生領域に特定ガス又は空気を供給しながら前記アーク放電を行うことを特徴とする請求項３記載のナノカーボンの製造方法。
【請求項６】
前記第１電極側から前記アーク放電の発生領域に前記特定ガス又は前記空気を供給しながら前記アーク放電を行うことを特徴とする請求項２又は５記載のナノカーボンの製造方法。
【請求項７】
前記第１電極がアークトーチに設けられたトーチ電極であり、該トーチ電極と前記第２電極を相対移動させながら、前記アークトーチに特定ガス又は空気を供給して前記アーク放電の発生領域に前記特定ガス又は前記空気を供給しながら前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程を備えたことを特徴とする請求項２又は５記載のナノカーボンの製造方法。
【請求項８】
第１電極と炭素材料又は添加物を含有している炭素材料又は添加物が表面に形成されている炭素材料を主成分とする第２電極を所定間隔に保持してなる電極と、
大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて、該アーク放電により前記炭素材料を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させるための電源からなるアーク発生手段と、
前記すすを回収する回収部材と、
前記すすの放出方向を制御する制御手段を備えていることを特徴とするナノカーボンの製造装置。
【請求項９】
第１電極と炭素材料又は添加物を含有している炭素材料又は添加物が表面に形成されている炭素材料を主成分とする第２電極を所定間隔に保持してなる電極と、
大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて、該アーク放電により前記炭素材料を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させるための電源からなるアーク発生手段と、
前記すすを回収する回収部材と、
前記すすの放出方向を制御するため前記アーク放電の発生領域に特定ガスを供給する特定ガス供給手段を備えたことを特徴とするナノカーボンの製造装置。
【請求項１０】
第１電極と炭素材料又は添加物を含有している炭素材料又は添加物が表面に形成されている炭素材料を主成分とする第２電極を所定間隔に保持してなる電極と、
大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて、該アーク放電により前記炭素材料を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させるための電源からなるアーク発生手段と、
前記すすを回収する回収部材と、
前記第１電極と前記第２電極のなす角度を４５度乃至１３５度の範囲で調整する手段を備えたことを特徴とするナノカーボンの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノカーボンの製造方法及びナノカーボンの製造装置に関する。
特に、炭素を主成分としたナノスケール（１０−６〜１０−９ｍ）サイズの粒子の製造方法等に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、電子放出源を例として説明を行うことにする。
電界電子放出源は、加熱を必要とした熱電子放出源と比べて、省エネルギーで長寿命である。現在、電界電子放出源の材料には、Ｓｉ（シリコン）等の半導体，Ｍｏ（モリブデン），Ｗ（タングステン）のような金属の他、ナノチューブに代表されるナノスケールサイズの炭素材料等（以後、炭素系ナノ材料）がある。中でも、炭素系ナノ材料は、それ自体が電界を集中させるのに十分なサイズとシャープさを持ち、比較的化学的に安定で、機械的強度も優れているという特徴を呈するため、電界電子放出源として有望である。
【０００３】
従来の炭素系ナノ材料の代表であるナノチューブの製造方法には、レーザアブレーション法，不活性ガス中の黒鉛電極間のアーク放電法，炭化水素ガスを用いたＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などがある。中でも、アーク放電法で製造したナノチューブは、原子配列の欠陥が少なく、電界電子放出源には好適である。
【０００４】
従来のアーク放電法のプロセスは、以下のとおりである（特許文献１参照）。
二つの黒鉛電極を容器内に対向して配置した後、容器を一旦排気し、その後不活性ガスを導入し、アークを発生させる。アークの陽極は激しく蒸発し、すすを発生させ、また陰極表面に堆積する。数分以上アーク放電を持続させ、その後装置を大気開放して、陰極堆積物を取り出す。陰極堆積物は、ナノチューブを含むソフトコアとナノチューブを含まないハードシェルとで構成されている。なお、陽極に触媒金属を含有した黒鉛を用いた場合、すす中にナノチューブが存在する。ソフトコア若しくはすすからナノチューブを取り出し、そのナノチューブを基板に坦持して電子放出源とする。
【特許文献１】特開２０００−９５５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のアーク放電法におけるナノチューブ等の炭素系ナノ材料及び該炭素系ナノ材料からなる電子放出源製造の課題点は、以下のとおりである。
【０００６】
ナノ材料生成時に、真空容器、真空排気装置、不活性ガス導入装置が必要であり、装置コストが比較的高い。また、排気，大気解放を繰り返さなければならず、工程が長い。それから、プロセス終了後、陰極堆積物の回収若しくはすすの回収、更には装置の清掃を毎回行わなければならないため、連続大量生産には不向きである。更にまた、この方法で生成した炭素系ナノ材料を用いて電子放出素子を作成するためには、ソフトコアとハードシェルとの分離、すすからの単離、精製、基板への坦持など更に多くの工程が必要である。
【０００７】
本発明は、プロセス容器等を必ずしも必要とせず、溶接用アークトーチ若しくは類似した構造を持つ装置を用いたアーク放電によって、炭素を主成分とした被アーク材を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させ、そのすすを回収するための方法を提供し、その製造装置を提供するものである。
【０００８】
また、その製造回収を容易にするために、放電周囲領域またはすす飛散部周囲に基材が存在し、その基材に被着したすすを基材を介して回収する方法を提供し、その製造装置を提供するものである。同様に、放電周囲領域またはすす飛散部周囲に流体（液体）が存在し、その流体に分散・溶解したすすを流体を介して回収する方法を提供し、その製造装置を提供するものである。同様に、放電周囲領域またはすす飛散部周囲に粒状体が存在し、その粒状体に被着又は分散したすすを流体を介して回収する方法を提供し、その製造装置を提供するものである。
更に、回収したナノカーボン又はナノカーボンと金属微粒子との複合すす（複合材料）は、水素吸蔵材としても利用できる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載されたナノカーボンの製造方法は、
第１電極と炭素材料を主成分とする第２電極を対向配置する工程と、大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させる工程と、前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程と、前記ナノカーボンを含むすすを回収する工程を備え、前記すすの放出方向を制御する制御手段を備えていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載されたナノカーボンの製造方法は、
第１電極と炭素材料を主成分とする第２電極を対向配置する工程と、大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させる工程と、前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程と、前記ナノカーボンを含むすすを回収する工程を備え、前記アーク放電の発生領域に特定ガス又は空気を供給することにより前記すすの放出方向を制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載されたナノカーボンの製造方法は、
第１電極と炭素材料を主成分とする第２電極を対向配置する工程と、大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させる工程と、前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程と、前記ナノカーボンを含むすすを回収する工程を備え、前記第１電極と前記第２電極のなす角度を４５度乃至１３５度の範囲で調整することにより前記すすの放出方向を制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載されたナノカーボンの製造方法は、請求項３記載のナノカーボンの製造方法において、
前記第２電極の炭素材料は、添加物を含有又は内蔵している炭素材料、若しくは添加物が表面の一部分或いは全部に散布，塗布，メッキ若しくはコートされている炭素材料を用いることを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載されたナノカーボンの製造方法は、請求項３記載のナノカーボンの製造方法において、
前記アーク放電の発生領域に特定ガス又は空気を供給しながら前記アーク放電を行うことを特徴としている。
【００１４】
請求項６に記載されたナノカーボンの製造方法は、請求項２又は５記載のナノカーボンの製造方法において、
前記第１電極側から前記アーク放電の発生領域に前記特定ガス又は前記空気を供給しながら前記アーク放電を行うことを特徴としている。
【００１５】
請求項７に記載されたナノカーボンの製造方法は、請求項２又は５記載のナノカーボンの製造方法において、
前記第１電極がアークトーチに設けられたトーチ電極であり、該トーチ電極と前記第２電極を相対移動させながら、前記アークトーチに特定ガス又は空気を供給して前記アーク放電の発生領域に前記特定ガス又は前記空気を供給しながら前記第２電極の前記炭素材料を前記アーク放電により蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる工程を備えたことを特徴としている。
【００１６】
請求項８に記載されたナノカーボンの製造装置は、
第１電極と炭素材料又は添加物を含有している炭素材料又は添加物が表面に形成されている炭素材料を主成分とする第２電極を所定間隔に保持してなる電極と、大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて、該アーク放電により前記炭素材料を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させるための電源からなるアーク発生手段と、前記すすを回収する回収部材と、前記すすの放出方向を制御する制御手段を備えていることを特徴としている。
【００１７】
請求項９に記載されたナノカーボンの製造装置は、
第１電極と炭素材料又は添加物を含有している炭素材料又は添加物が表面に形成されている炭素材料を主成分とする第２電極を所定間隔に保持してなる電極と、大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて、該アーク放電により前記炭素材料を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させるための電源からなるアーク発生手段と、前記すすを回収する回収部材と、前記すすの放出方向を制御するため前記アーク放電の発生領域に特定ガスを供給する特定ガス供給手段を備えたことを特徴としている。
【００１８】
請求項１０に記載されたナノカーボンの製造装置は、
第１電極と炭素材料又は添加物を含有している炭素材料又は添加物が表面に形成されている炭素材料を主成分とする第２電極を所定間隔に保持してなる電極と、大気中又は空気中又はガス雰囲気中において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて、該アーク放電により前記炭素材料を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させるための電源からなるアーク発生手段と、前記すすを回収する回収部材と、前記第１電極と前記第２電極のなす角度を４５度乃至１３５度の範囲で調整する手段を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ナノカーボンの極めて容易な製造方法及び製造装置を提供することができる。
また、製造が容易で、かつ、連続大量生産が可能な炭素系ナノ材料の製造方法及び製造装置を提供することができる。
さらに、ナノカーボン（すす）の放出方向を制御可能な炭素系ナノ材料の製造方法及び製造装置を提供することができる。
さらにまた、陰極堆積物が堆積することを防止可能な炭素系ナノ材料の製造方法及び製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は図示の構成に限定されるわけではなく、様々な設計変更が可能であることは勿論である。
【００２１】
本発明では、カーボンナノチューブ，カーボンナノファイバ，カーボンナノ粒子（ナノホーンを含む），ＣＮナノチューブ，ＣＮ（ナノ）ファイバ，ＣＮナノ粒子，ＢＣＮナノチューブ，ＢＣＮ（ナノ）ファイバ，ＢＣＮナノ粒子，フラーレン、若しくはこれらの混合物などをまとめて、ナノカーボン材料と呼ぶことにする。
また、本発明のナノカーボン材料を含むすすは、カーボンのみ若しくはカーボン以外にも少なくとも金属微粒子を含むものである。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態であるナノカーボンの製造方法、ナノカーボンのパターン化方法、ナノカーボン及びナノカーボンと金属微粒子の複合材料（複合すす），ナノカーボン基材及び電子放出源の製造方法に使用する製造装置（パターン化装置を含む）である。
【００２３】
本実施形態は、大気中（又は大気圧中）又は空気中又は所定ガス雰囲気中において、汎用のＴＩＧ等の溶接用アークトーチ（不活性ガスアーク溶接）及び電源（溶接電源）を用い、被アーク材の端部等に対し、アーク放電を例えば短時間発生させ、被アーク材を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させ、そのすすを回収部材（補集部材）の一例である基材上に堆積等させるものである。
ここで、空気とは、大まかには窒素：酸素＝４：１のガス組成のものを含む。また、空気中とは、例えば、０．５〜１．５気圧（５０ｋＰａ〜１５０ｋＰａ）程度を含むものである。
【００２４】
ＴＩＧ溶接は、通常不活性ガス被包中で非消耗のＷ（タングステン）電極と母材との間にアーク放電を発生させ、必要な場合には別に充填金属を加えて行う溶接法である。
【００２５】
図１に示すように、本発明の製造装置は、第１電極とするトーチ電極１０を有する溶接用のアークトーチ１と、前記アークトーチ１に対向して配置された第２電極とする被アーク材２と、前記アークトーチ１と前記被アーク材２との間に電圧を印加（例えば、接触点弧，高電圧印加，高周波印加等があげられる）してアーク４を発生させ被アーク材２を蒸発させてナノカーボンを含むすすを発生させる溶接用の電源５と、前記アーク４に対向して配置すると共に、前記すすを堆積させる回収部材とするガラス等の基板（基材）３と、前記アークトーチ１に特定ガスを供給するガス供給源であるガスボンベ６と、前記ガスボンベ６からの特定ガスの流量を調整するガス調整器及び流量計７から構成される。トーチ電極１０と、炭素材料を主成分とする被アーク材２は、大気中又は空気中で対向配置されている。また、８はアークトーチ１の先端部を示す。１４は、基板３に堆積したすすを示す。
【００２６】
図２は、図１に示したナノカーボンの製造装置におけるアークトーチ１の先端部８の拡大断面図である。図２に示すように、アークトーチ１の先端部８は、アークトーチ１のノズル９と、第１電極とするタングステン等からなるトーチ電極１０と、前記トーチ電極１０を保持する電極ホルダ１１と、前記ノズル９と前記電極ホルダ１１の間の空間であって、前記アークトーチ１と前記被アーク材２との間で発生したアーク４（アーク放電の発生領域）に供給される被包ガス１２の流路から構成される。
【００２７】
汎用のＴＩＧ溶接用電源５は、アークトーチ１に特定ガス１２を流す仕組みになっており、通常Ａｒ（アルゴン）ガスを供給する。ナノカーボンの製造において、使用するガスの種類は特に限定されず、Ａｒ，Ｈｅ（ヘリウム）などの希ガス，空気，Ｎ２（窒素）ガス，ＣＯ２（二酸化炭素）等の炭酸ガス，Ｏ２（酸素）ガス，Ｈ２（水素）ガス，若しくはこれらの混合ガスなどを流して差し支えない。また、何も流さなくても良い。但し、アークトーチ１にはガス１２を流した方がより好ましい。
【００２８】
特に、希ガスを使用した場合には、ナノカーボンと希ガスとが化学反応を生じないことから、生成されたナノカーボンが破壊される可能性が少ないため、希ガスを使用するのが最も好ましい。即ち、大気中では、ナノカーボンと大気中の酸素などが化学反応（燃焼する）を生じる可能性、即ち、生成されたナノカーボンがガス化又は変質する可能性が高いことから、希ガスを使用して、この反応を防ぐことは非常に効果的である。
また、十分なシールドガス１２を流せば、陰極堆積物が第１電極（陰極）に堆積することを防止できる。仮に、このシールドガス１２が少ないと堆積が発生して、第１電極の形状を変形させてしまう場合がある。この場合、アーク放電を不安定にしてしまうことになる。
【００２９】
従って、基本的に容器は必要ないが、作業場所の清浄を保つため、不活性ガス中で行いたい場合、あるいは風などに起因される対流の影響を防ぎたい場合などには、被包手段である簡単な容器内（真空容器や加圧容器でも良い。また、密閉型の容器でも開放型の容器でも良い）に作業部を含む装置全体を入れても良い。容器（外囲器）内の圧力は特に限定されないが、操作性の面からは大気圧前後が良い。ここで、大気圧前後とは、例えば、０．９〜１．１気圧（９０ｋＰａ〜１１０ｋＰａ）程度を含む。同様に、大気とは、一般に、主天体を取り巻く気体のガスであり、主に地球のものを言う。地球では、窒素と酸素を主成分とし、他に二酸化炭素，ネオン，ヘリウム，メタン，水素などを少量含む混合物である。また、水蒸気も含んでいる。
【００３０】
通常のＴＩＧ溶接では、トーチ電極１０にトリウム入りＷ電極あるいはセリウム入りＷ電極が利用される。ナノカーボンの製造においては、それらの電極を利用しても良いが、Ｗの溶融微粒子が電子放出源に付着するのを避けるため、純黒鉛をトーチ電極１０に用いた方がよい。また、トーチ電極に、Ｍｏ若しくはＮｉなどの高融点金属を主成分とする材料を使用してもよい。トーチ電極１０の直径は特に限定されないが、汎用のトーチを利用するには、１〜７ｍｍ程度が良い。
【００３１】
更に、汎用のＴＩＧ溶接トーチのように、金属製電極ホルダ１１は水冷されることが望ましい。大面積ナノカーボン基材の製造、或いはナノカーボン若しくはナノカーボン基材の連続的大量生産のため、アーク４を連続的に（或いは間欠的に）長時間発生させた場合、第１電極であるトーチ電極１０および電極ホルダ１１が加熱され過ぎてしまう。その結果、トーチ電極１０の消耗が激しくなり、また、電極ホルダ１１自体が破損する可能性が生じる。アークトーチ１にガス１２（特定ガス）を流す等により電極ホルダ１１が冷却されれば、電極ホルダ１１自体が加熱によって破損することは無くなり、更に、トーチ電極１０も電極ホルダ１１で冷却されるため、電極の消耗が抑制される。
【００３２】
アーク電流は、直流，直流パルス，交流及び交流パルスが利用できるが、すす１４をより多く発生させるためには、直流又は直流パルスが良い。
直流若しくは直流パルスを使用した場合、交流及び交流パルスを使用した場合（被アーク材２に陰極点が交番的に形成される）に比べて、蒸発箇所の温度が高く、且つ加熱領域が広いため、蒸発が盛んになる。よって、アーク電流に直流若しくは直流パルスを使用した方がより好ましい。
アーク電流の値は５Ａ〜５００Ａの広い範囲で利用できる。被アーク材を破壊しないためには、３０Ａ〜３００Ａが適当である。被アーク材の蒸発を高速にかつ十分に発生させるには、１００〜３００Ａがより好ましい。
アークをパルス電流で運転する場合、その周波数は限定されないが、汎用電源の実情から見て、１Ｈｚ〜５００Ｈｚが適当である。
【００３３】
尚、すすを回収する場合には、例えば、基材となる回収板を回転させて、回転先の一箇所又は複数箇所に配置したスクレーパーで剥ぎ取る、という方法が使用できる。ここで、回収板は回転させなくても、前後進運動でも同様である。
更に、すすは、回収板に付着するだけでなく、大気中（気密容器中）にも浮遊する。従って、大気中に浮遊するすすを、吸引装置およびフィルタを用いて回収すれば、より回収率を上げることができる。
【００３４】
ＴＩＧアークトーチの代わりに、ＭＩＧ（ｍｅｔａｌ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−ｉｎｅｒｔ−ｇａｓ）トーチ等を利用しても良い。また、ＴＩＧアークトーチに類似した構造を持つ装置（溶接用トーチ）、例えば、ＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ−ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ−Ａｃｔｉｖｅ−Ｇａｓ），プラズマガウジング（プラズマ切断）用が利用できる。また、溶射用トーチ（プラズマスプレイ用トーチ）や、溶鉱炉用移行型アークトーチを利用してもよい。
【００３５】
被アーク材２は黒鉛を主成分とし、その形状及びサイズは特に限定されないが、被アーク材２の蒸発を容易にするため及び操作性の面からは、細い板状若しくは細い棒状のものが良い。例えば、アーク電流が３０〜３００Ａ程度の場合には、被アーク材２は、厚さ１〜３ｍｍ、幅１０ｍｍ程度の細い板状若しくは細い棒状のものが好ましい。更に、厚さ及び幅がある被アーク材２を使用する場合には、アーク電流を大きくする必要がある。
【００３６】
炭素材料を主成分とする（即ち、炭素材料を大量に含んだ）被アーク材２は、トーチ電極１０の対向電極である。この炭素材料としては、黒鉛，活性炭，アモルファスカーボンなどが使用可能である。
また、アーク４の熱から被アーク材２を保護する（即ち、アーク４の熱による被アーク材２の破壊される可能性を低減する）ためには、被アーク材２を冷却するため、水冷された電極台である水冷ベンチ３の上で加工すると良い。
【００３７】
被アーク材２はよく乾燥していても良いが、水分を含んでいても良い。
但し、被アーク材２が水分を含んでいると、アーク４のエネルギーが水分の蒸発に吸収されてしまい、蒸発箇所の温度を上げ難くなるためには、乾燥している方がより好ましい。逆に、被アーク材２が濡れていたり、湿っていたり、水分を含んでいたり、水中にあったりする場合、アーク４による被アーク材２の加熱を防ぐことができる。同様に被アーク材２の加熱を防ぐためには、被アーク材２を直接水冷したり、油冷したりすることができる。また、水や炭酸ガスなどの冷却媒体を、被アーク材２に吹き付けたり、スプレイしたりすることができる。
【００３８】
被アーク材２は、純黒鉛でも良いが、蒸発を促進する添加物やすすのナノサイズ化の触媒となるような添加物と黒鉛とが同時に蒸発するようなものが良い。
その添加物には、Ｌｉ（リチウム），Ｂ（ホウ素），Ｍｇ（マグネシウム），Ａｌ（アルミニウム），Ｓｉ（ケイ素），Ｐ（リン），Ｓ（硫黄），Ｋ（カリウム），Ｃａ（カルシウム），Ｔｉ（チタン），Ｖ（バナジウム），Ｃｒ（クロム），Ｍｎ（マンガン），Ｆｅ（鉄），Ｃｏ（コバルト），Ｎｉ（ニッケル），Ｃｕ（銅），Ｚｎ（亜鉛），Ｇａ（ガリウム），Ｇｅ（ゲルマニウム），Ａｓ（ヒ素），Ｙ（イットリウム），Ｚｒ（ジルコニウム），Ｎｂ（ニオブ），Ｍｏ（モリブデン），Ｒｈ（ロジウム），Ｐｄ（パラジウム），Ｉｎ（インジウム），Ｓｎ（スズ），Ｓｂ（アンチモン），Ｌａ（ランタン），Ｈｆ（ハフニウム），Ｔａ（タンタル），Ｗ（タングステン），Ｏｓ（オスシウム），Ｐｔ（白金），若しくはこれらの酸化物又は窒化物又は炭化物又は硫化物又は塩化物又は硫酸化合物又は硝酸化合物、若しくはそれらの混合物が利用できる。
【００３９】
添加物は、黒鉛に含有させたり、内蔵させたりできる。また、添加物を黒鉛の表面に散布，塗布，メッキ若しくはコートしても良い。更にまた、添加物を黒鉛上に載せたり、黒鉛の間に挟んでも良い。つまり、被アーク材２は、黒鉛と添加物とが同時にアーク４によって加熱されるような構造をしていれば良い。
【００４０】
被アーク材２を効率良く蒸発させるには、丸棒、角棒、板などの端（材料の端部または端面）若しくは穴部（貫通穴）に対してアーク放電を発生させることが好ましい。また、被アーク材２の端等以外、例えば板などの水平面（即ち、板などの中央部等）に向かってアーク４を照射する場合にも、すす１４は発生する。しかし、より多量に発生させるためには、被アーク材２の端等に照射したほうがより好ましい。逆に、被アーク材２の端等以外に向かってアーク４を照射する場合には、被アーク材２に凸部や凹部などを形成して、該凸部（凹部を形成したことによる凸部を含む）等に向かってアーク４を照射したほうが好ましい。
【００４１】
図３（ａ）は、添加物２２を黒鉛２１の表面に散布，塗布，メッキ若しくはコートした状態，若しくは，黒鉛２１からなる黒鉛板上に添加物２２からなる添加物板材を載せた構造を示している。同様に、図３（ｂ）は、添加物２２の線材を黒鉛２１からなる黒鉛板間に挟んだ構造を示している。
【００４２】
黒鉛２１と添加物２２が同時に加熱されると、蒸発温度の違いにより被アーク材２の蒸発が促進される。より詳細に述べると、黒鉛２１の昇華温度よりも、添加物２２、例えばＮｉやＹの蒸発温度の方が低いので、ＮｉやＹの微粒子が黒鉛に混ざっていると、それらが黒鉛２１内部で爆発的に蒸発するため、周囲の黒鉛も粉砕される。このため、被アーク材２の微粒子化（被アーク材２の蒸発）がより促進される。尚、ＮｉやＹについては、冷却過程で凝集して微粒子を形成し、その微粒子は単層カーボンナノチューブを成長させるための触媒として働くことになる。
【００４３】
被アーク材２端部から大量のすす１４を発生させ、そのすす１４を基板に堆積させるためには、アークトーチ１と被アーク材２のなす角度を４５度〜１３５度の範囲としたほうが良い。
【００４４】
ここで、アークトーチ１と被アーク材２のなす角度について説明する。
図４は、アークトーチ１と被アーク材２のなす角度を示す図である。
図４に示すように、まず、アークトーチ１のトーチ電極１０の略中心軸を直線Ａとする。次に、被アーク材２が線状部材、例えば断面形状が円柱や角柱などから構成される線材である場合には、線状部材の略中心軸を直線Ｂとする。この場合には、直線Ａと直線Ｂのなす角度（図４では９０度）を意味している。
同様にして、被アーク材２が板状部材、例えば直方体からなる場合には、直方体のＸ軸又はＹ軸又はＺ軸の何れかが、前記の直線Ｂに相当する。
【００４５】
図５に示すように、アークトーチ１と被アーク材２とが直線状（１８０度）に配置されていると、すす１４の放出方向が広範囲に及ぶことになる。
これは、アークスポット（被アーク材２におけるアーク放電箇所）が安定せず、すす１４が前後左右いろいろな方向に放出されるためである。この場合には、基板を、アーク放電領域に対向させて、予想されるすす１４の放出方向を取り巻くように複数（円筒状の基板であれば１つ）配置すれば良い。
【００４６】
図５に示す装置は、図１に示す装置の基材に代えて、基材の機能を兼用した被覆部材１５を配設している。この被覆部材１５は、ガラス，セラミックス、金属などからなる開放容器である。被覆部材１５は、アークトーチ１のトーチ電極１０と被アーク材２とアーク４を囲むように、上下の面を開放した円筒状又は角柱状の形状を有している。これにより、作業場所の清浄を保ったり、あるいは風などに起因される対流の影響を防ぐことができる。また、この被覆部材１５を気密容器として、アークトーチ１と被アーク材２とアーク４を内包するようにすれば、アーク放電を不活性ガス中で行うことができる。更に、この気密容器内に装置全体を入れることも可能である。
【００４７】
ここで、図５に示す被覆部材１５は、すす１４を被着させる基材（回収部材）である基板としての機能を兼用している。すなわち、すす１４が飛散する領域を囲むように配置されるとともに、すす１４が被着するに足る大きさを有している。このような構成にすれば、装置の構成要素を減らすことができる。勿論、基材と被覆部材を別々に設けることが可能である。尚、この被覆部材１５については、図１や図６など他の実施例についても適用可能であることは言うまでもない。
【００４８】
アークトーチ１と被アーク材２との距離は０．１〜１０ｍｍが適当である。
また、被アーク材２と基板３との距離は１〜５０ｍｍが適当である。
図１では、被アーク材２と基板３とがほぼ平行に配置されているが、これらがなす角度は限定されず、例えば、垂直でも良い。
【００４９】
尚、被アーク材２の黒鉛が蒸発しても、被アーク材２を所定方向に移動可能に保持する手段を設けておけば、黒鉛の蒸発の度合いに応じて、被アーク材２とアークトーチ１のトーチ電極１０との間隔を調整することが可能となる。勿論、トーチ電極１０を所定方向に移動可能又はトーチ電極１０と被アーク材２の両方を移動可能に保持する手段を設けておいても良い。これにより、最適な製造条件を維持すること等が可能となる。
【００５０】
また、被アーク材２の黒鉛が蒸発して、被アーク材２の端又は被アーク材２の突状部の形状が変形してきたら、他の端部等に移動させたり、端部が線状又は面状の場合には、それらに沿って、トーチ電極１０と被アーク材２の片方又は両方を、所定方向に移動可能に保持する手段を設けておけば、同様に最適な製造条件を維持すること等が可能となる。
更にまた、上記の移動方法２つを組み合わせると更に良い。
【００５１】
それから、アークトーチ１と被アーク材２との相対移動については、手動（人間の手）で行ってもよいし、アークトーチ１を３方向（即ち、被アーク材２に平行な面（Ｘ方向及びＹ方向）及びその面に垂直な方向（Ｚ方向））に移動させる移動手段を有する装置を使用して自動で行っても良い。
特に、例えばＮＣ装置（数値制御装置）等を使用すれば、被アーク材２の端（材料の端部または端面）又は凹部や穴部（貫通穴）又は凸部など、被アーク材２の所望部分にアーク４を照射することが可能となる。
【００５２】
本発明による製造方法によれば、トーチ電極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整しながら、基板３を順次取り替えることにより、ナノカーボン又はナノカーボンを含むすす（ナノカーボンを含む複合材料）の連続生産が可能である。また、基板３を連続的に配置しておき、トーチ電極１０と被アーク材２の間隔を調整しながら、基板３群に沿って相対移動させることにより、ナノカーボン又はナノカーボンを含むすすの連続生産が可能となる。更に、基板３が大面積の場合、トーチ電極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整するか、若しくは基板３自体を移動させることにより、大面積ナノチューブ基材を製造することができる。
【００５３】
以上の製造方法において、アークトーチ１に流す気体として空気や窒素を利用すると、Ｎを含んだナノカーボン、いわゆるＣＮナノチューブが形成できる。また、被アーク電極として、Ｂを含む材料を含有した黒鉛若しくは金属触媒（添加物）等入り黒鉛，若しくはＢを含む材料を散布，塗布，メッキ又はコートした黒鉛，若しくはＢを含む材料及び添加物を含む材料を散布，塗布，メッキ又はコートした黒鉛を用いると、ＢＣＮのネットワークを含んだナノカーボン、いわゆるＢＣＮナノチューブが形成できる。同様にして、雰囲気ガスや添加物を変えることにより、種々のナノカーボンが形成できる。ここで、Ｂはホウ素、Ｃは炭素、Ｎは窒素をそれぞれ示す。
また、以上の方法によって製造したナノカーボンを含む電子放出源において、電子放出を阻害するナノ粒子を、酸化除去すると電子放出源の性能が向上する。
【００５４】
図６に示すように、すす１４の放出方向は、前記した、アークトーチ１と被アーク材２との角度を調整することにより、制御することができる。
即ち、図中の点線矢印で示す方向にアークトーチ１を傾けると、その傾きの大きさに応じて、基板３上に堆積するすす１４の堆積位置を変えることが可能となる。ここで、すす１４の放出方向とは、すす１４が基板３上に堆積する確立が最も高い（すす１４が最も厚く堆積する）領域を指し示す。
また、アーク４と基板３との成す角度を調整することより、同様な制御が可能である。
【００５５】
図６に示す装置は、図１に示す基材に加えて、自然水やシリコーンオイルや油（アーク放電発生温度以下で流動性のある油）などからなる流体（液体）１６と該流体１６を収納し、ガラス，セラミックス、金属などからなる開放容器である流体の容器１７を、すす１４が飛散する領域に配設している。そして、流体の容器１７は、内部に収納した流体１６中に、更に基板３を収容している。
尚、流体としては、上記以外にも、水溶液・ドライアイス・液体窒素・液体ヘリウム等の低温冷媒が使用できる。
【００５６】
更に、この流体容器１７は、アーク４を囲むように、上面を開放した円筒状又は角柱状の容器である。これにより、作業場所の清浄を保ったり、あるいは風などに起因される対流の影響を防ぐ被覆部材としての機能を兼用している。すなわち、すす１４が飛散する領域をカバーするように配置されるとともに、すす１４が被着するに足る大きさを有している。このような構成にすれば、装置の構成要素を減らすことができる。勿論、この基材については、ナノカーボンのパターン化を行わず、ナノカーボンを製造する場合には、必ずしも必要ではない。
【００５７】
また、この場合流体でなくても、砂・ガラス・セラミック・金属等の耐熱性微粒子（これらをまとめて粒状体と呼ぶ）でも可能である。更には、前記流体（液体）と前記耐熱性微粒子の混合物でもかまわない。この場合、容器１７は、粒状体の容器又は流体及び粒状体の容器とする。
この流体容器１７等については、図１や図６など他の実施例についても適用可能であることは言うまでもない。
【００５８】
ここで、この流体容器から基板３を取り除き、この流体容器１７を流体１６が循環するような閉じた系の流路を有する容器とする。そして、その流路の途中に、ナノカーボンを含むすす１４を回収する機能を有するろ過部材等を設ける。このような構成にすれば、すす１４を連続的に回収することが可能となり、より簡単な製造方法及びそれに使用する装置を提供することができる。
また、もちろん基板３を設置せず、流体表面にすすを付着または流体中に沈着させた後、流体を精選、ろ過して所定ナノカーボン材料を抽出、精選させてもよい。
【００５９】
本発明による製造方法によれば、トーチ電極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整しながら、基板３を順次取り替えることにより、ナノカーボン又はナノカーボンを含むすす（ナノカーボンを含む複合材料）の連続生産が可能である。また、基板３を連続的に配置しておき、トーチ電極１０と被アーク材２の間隔を調整しながら、基板３群に沿って相対移動させることにより、ナノカーボン又はナノカーボンを含むすすの連続生産が可能となる。更に、基板３が大面積の場合、トーチ電極１０と被アーク材２の間隔及び位置を調整するか、若しくは基板３自体を移動させることにより、大面積ナノチューブ基材を製造することができる。
【００６０】
図７は、電子放出面を基板３上にパターン状に形成する方法の一例を示している。この場合、マスク１３を基板３上に設置し、その上からすす１４を堆積させており、このマスク１３を取り去れば、マスク１３と同じパターンを呈する電子放出面が得られる。この際、基板上３に、マスクの開口部に対応する電極等を設けておけば、カソード電極等として使用可能である。また、基板３を絶縁物とし、パターンの各島にそれぞれ配線を施せば、それぞれの島から独立して電子放出が可能となる。パネル型ディスプレイを製作する際に有用な製造方法となる。
【００６１】
尚、マスク１３は、基板３の上方（被アーク材２と基板３との間の空間）に設置しても良い。また、マスク１３をアーク４の近傍に配設する場合には、高融点金属，セラミックス，黒鉛などアークの高温および熱衝撃に耐えるものを使用する。
【００６２】
同様にして、使用する基板３に制限はない。基板３とその表面に堆積するすす１４との密着性を向上するため、或いは、基板３とすす１４との電気的特性をより良くする為に、基板３上に接着層２３を設けても良い。また、アーク４の熱から基板３を保護するために、製作時に基板３を冷却しても良い。
基板３を冷却した方が、熱によって基板が破壊される（割れてしまう）可能性を低減させることができるため、製作時に基板３を冷却する手段を付加して、基板３を冷却した方が好ましい。
【００６３】
交流アーク若しくは交流パルスアークの場合、被アーク材２として純黒鉛，添加物等を含む材料を含有させた黒鉛，又は、添加物等を含む材料を散布，塗布，メッキ，コート（蒸着）若しくは注入した黒鉛を用いることができる。
一方、直流アーク若しくは直流パルスアークの場合、純黒鉛は利用できないが、添加物等を含む材料を含有させた黒鉛，又は、添加物等を含む材料を散布，塗布，メッキ，コート（蒸着）若しくは注入した黒鉛を用いることができる。
【００６４】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、基板３とすす（ナノカーボン）１４との密着性が悪い場合等に適用できる方法の一例を示している。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、図７に記載した方法の変形例であり、基板３上に接着層２３が設けられている点のみが異なっている。
【００６５】
この方法では、まず、図８（ａ）に示すように、基板３上にパターニングされた接着層２３を形成する。この接着層２３の形成には、スクリーン印刷法など各種の方法が利用できる。また、接着層２３の材料としては、Ａｌペースト，導電性Ｃペーストなどの導電性ペーストが利用可能である。
次に、図８（ｂ）に示すように、それらの接着層２３が硬化する前に、図７の装置にてすす（ナノカーボン）１４を堆積させる。
【００６６】
その後、接着層２３を硬化させる。接着層２３が硬化する際、接着層２３上に堆積したすす１４は接着層２３と密着する。
最後に、基板３全体を洗浄（例えば水洗い）すれば、基板３上に堆積したすす１４は取り除かれ、図８（ｃ）に示すように、接着層２３上に堆積したすす１４がパターン状に形成される。
尚、接着層２３は、電子放出源として用いる場合には、カソード電極やカソード配線として使用可能である。
【００６７】
本発明の製造方法によって製造したナノカーボンの電子放出源の利用方法としては、従来の二極管方式若しくは三極管方式が利用できる。
特に、表示管，表示パネル，発光素子，発光管，発光パネル等に好適である。
更には、特定の箇所に生成したナノカーボンから電子放出を行うことで、複雑なパターンの表示装置への応用も可能である。
【００６８】
本発明の製造方法によって製造したナノカーボン、又はナノカーボンと金属微粒子との複合すすは、水素吸蔵体として好適に利用できる。
【００６９】
具体的実験結果の一例を以下に示す。
図９は、図１及び図７の装置を用いて、ＴＵＴの文字列状に製造した電子放出源の写真である。
基材となる基板は導電性Ｓｉである。被アーク材にはＮｉ／Ｙを含有した黒鉛板（Ｎｉ及びＹ含有量：４．２及び１．０ｍｏｌ％、板厚：２ｍｍ、幅５ｍｍ）を用い、直流電流１００Ａで開放大気中（大気圧下）において製造したものである。
【００７０】
尚、黒鉛板の代わりに、活性炭又はアモルファスカーボン又は触媒金属を含有した黒鉛などを用いた場合にも、ほぼ同様の結果がでた。また、特定ガス、特に、希ガスを使用した場合には、生成されたナノカーボンの収量が増加した。ここから、希ガスを使用することが、非常に効果的であることを確認した。
【００７１】
同堆積物の走査型電子顕微鏡写真を図１０に示す。ナノサイズの構造物が一面に分散していることが分かる。この堆積物中には、図１１に示すように、単層カーボンナノチューブやナノホーンなどが含まれていた。ここで、ナノホーンとは、グラファイトシートを円錐状に丸めた形状を持ち、先端も円錐状に閉じているカーボンナノ粒子を示す（文献「Pore structure of single-wall carbon nanohorn aggregates／K.Murata, K.Kaneko, F.Kokai, K.Takahashi, M.Yudasaka, S.Iijima／Chem. Phys. Lett., vol. 331, pp.14-20 (2000)」参照）。
【００７２】
同試料を用い二極管構造の蛍光発光管で電子を放出させ、蛍光面に照射したところ、蛍光面が発光することを目視で観測した。ここで、黒鉛板の代わりに、活性炭又はアモルファスカーボン又は添加物を含有した黒鉛などを用いた場合の結果や、特定ガスを使用した場合の効果は、図９の場合と同様であった。
【００７３】
上記の各実施例では、基材（基板３）上のナノカーボンをそのまま利用する例を示したが、基材（基板３）から分離・回収して、ナノカーボンと金属微粒子との複合体として利用することも勿論可能である。更に、該すすを精製して、単体のナノチューブ等のナノカーボンとして使用することも勿論可能である。
【００７４】
図１２乃至図１４は、図１に示す装置を用いて製造し、基材（基板３）から回収したすすを透過電子顕微鏡で観察したものである。
図１２は低倍率で撮影したものである。図１２では、色の薄い個所が炭素材料であり、濃い個所が金属微粒子であり、それらが混在して凝縮している。ニードル状の単層ナノチューブの束が、該凝縮物端部から突出しているのがわかる。
【００７５】
図１３は、別の視野を高倍率で観察したものである。図１３は、単層カーボンナノチューブが束状に形成されていることを示す。単層カーボンナノチューブは金属微粒子を触媒として成長している。
図１４は、更に別視野を高倍率で観察したものである。図１４では、カーボンナノホーンが存在していることがわかる。
【００７６】
図１２乃至図１４に示した試料の成分は、凡そ７０〜８０ｍｏｌ％の炭素，２〜１０ｍｏｌ％の酸素，１〜５ｍｏｌ％のイットリウム（Ｙ），および４〜２０ｍｏｌ％のニッケル（Ｎｉ）が含まれる。また、１〜３０ｍｏｌ％が単層ナノチューブであり、０．１〜５ｍｏｌ％がナノホーンである。更にまた、０．１〜５ｍｏｌ％の多層ナノチューブも観察した。残りの炭素成分はカーボンナノ微粒子及びアモルファス状炭素である。
【００７７】
本発明の製造方法によって製造したナノカーボン若しくはナノカーボンと金属微粒子を含む複合すす（複合材料）は、水素等吸蔵体に利用できる。図１２乃至図１４に示したすすの水素吸蔵率を容量法により計測したところ、常温３０気圧で１〜１０ｗｔ％であった。また、常温常圧では、０．１〜１ｗｔ％であった。製造条件を最適化することにより、これ以上の値が見込まれる。このため、本発明の製造方法によって製造したナノカーボンを含むすすは、該すす自体が水素等の吸蔵体に好適である。更に付け加えると、アモルファスカーボン微粒子も水素を吸蔵できる空間を有している。また、ＮｉやＹなどの金属成分も水素吸蔵性であるため、水素等の吸蔵体に好適である。したがって、該すすからナノカーボンをわざわざ分離する作業は必ずしも必要ではない。
【００７８】
本発明の製造方法によって製造したナノカーボンは、すすの中に単層ナノチューブと同時に、多層カーボンナノチューブ，カーボンナノホーン，カーボンナノ微粒子，アモルファス状炭素，フラーレンが含まれているという特徴がある。このため、該すすからナノカーボンを分離する作業を行えば、１種類又は複数種類のものからなるナノカーボンとして利用することが可能である。
ここで、すすからナノカーボンを分離・精製するには、ふるい，遠心分離による巨大粒子の除去，過熱酸化によるアモルファス成分の除去，酸・アルカリ・王水・逆王水による金属成分の除去などの方法が利用できる。
【００７９】
尚、多層カーボンナノチューブについては、トーチ電極に黒鉛を用いた場合に存在する。これは、黒鉛トーチ電極表面で合成された多層カーボンナノチューブが吹き飛ばされ、すす中に混入するからである。ＣＮナノチューブ，ＣＮナノファイバ，ＣＮナノ粒子は、シールドガスに窒素を用いることで製造される。ＢＣＮナノチューブ，ＢＣＮナノファイバ，ＢＣＮナノ粒子についても，炭素電極にＢを入れておき、シールドガスに窒素を用いることで製造される。すすは複数種のナノカーボンの混合物である。
【００８０】
また、ナノカーボンと金属微粒子を含む複合又は混合すす（複合又は混合材料）については、添加物として添加（塗布）しているのが、金属だけではないので、厳密には金属微粒子を含む添加物微粒子となる。
この金属微粒子の大きさは、約１ｎｍ〜典型的には最大１μｍ（元の添加物サイズ最大１０μｍまで）である。材質は、添加物組成物およびその炭化物等となっている。金属微粒子は、アークの高温により溶融・蒸発・微粒子化し、冷却過程で凝集することにより生ずる。金属微粒子は、単一添加物の場合、単体若しくは炭化物の状態で存在する。また、複数添加物の場合、単体および合金およびそれらの炭化物の状態で存在する。
【００８１】
図１５は、電子放出源の電子放出特性を測定するための装置を示す図である。ナノカーボンと金属微粒子を含むすす１４を電子放出材料として使用した電子放出源（電子放出素子）と、単層カーボンナノチューブを電子放出材料として使用した従来の電子放出源の電子放出特性を測定して比較するためのものである。図１５において、真空チャンバ１００中に、基板（カソード基板）３とアノード基板１０３が対向配置されている。基板３の上には、カソード電極１０１とすす１４の層（エミッタ層）が積層形成されている。アノード基板１０３の上には、アノード電極（兼引出し電極）１０２が形成されている。基板３とアノード基板１０３間の距離は、１００μｍに設定されている。また、カソード電極１０１とアノード電極１０２との間には、直流電源１０４及び電流計１０５が直列接続されている。
【００８２】
図１６は、図１５の測定装置を用いて、ナノカーボンと金属微粒子を含むすす１４を電子放出材料として使用した電子放出源の電子放出特性と、すす１４の代わりに単層カーボンナノチューブを電子放出材料として使用した電子放出源の電子放出特性とを比較したデータである。ここで、単層カーボンナノチューブは、従来の真空アーク放電法により製造したものである。図１６に示すように、大気中で製造したすす１４（ナノカーボン）を用いた電子放出源は、従来の真空中で製造した単層カーボンナノチューブを使用した電子放出源と比較して、初期の立ち上がり特性も遜色がなく、ほぼ同等の電子放出特性を示すことがわかる。
【００８３】
本発明の製造方法によって製造したナノカーボンは、二次電池電極への混合物，二次電池電極，燃料電池電極への混合物，二次電池電極に利用できる。
本発明の製造方法によって製造したナノカーボンは、ゴム，プラスチック，樹脂，セラミックス，鉄鋼，コンクリートなどへの混合物として利用できる。該ナノカーボンをこれらの材料に混合することにより、強度，熱伝導性，電気導電性などを改善できる。
【００８４】
また、上記の各実施例では、基材（基板３）の形状として、平板状のものを使用したが、円柱状や角柱状等の柱状のものや球状のものを使用しても良い。
【００８５】
同様に、上記の各実施例では、基材（基板３）の材質として、導電性Ｓｉのもの（導電性基板）を使用したが、ガラスやセラミック等の絶縁性基板，導電性基板表面に絶縁膜を形成した絶縁性基板，金属等の導電性基板，絶縁性基板表面に導電膜を形成した導電性基板などを使用することも可能である。
また、基板以外にも、フィルム等の可撓性部材を使用することも可能である。
更に、アーク放電の発生領域の近傍に配設する場合には、耐熱性を備える基材を使用する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】ナノカーボン（ナノカーボンと金属微粒子との複合すす）の製造装置の概略を示す図である。
【図２】図１のナノカーボンの製造装置の部分拡大断面図である。
【図３】被アーク材（第２電極）に添加物を加えた変形例を示す図である。
【図４】アークトーチ１と被アーク材２のなす角度を示す図である。
【図５】アークトーチ１と被アーク材２とが直線状（１８０°）に配置されている場合を示す図である。
【図６】アークトーチ１と被アーク材２との角度を調整してすす１４の放出方向を制御することを示す図である。
【図７】特定の箇所にナノカーボンを形成（パターン化）する方法の一例を示す図である。
【図８】特定の箇所にナノカーボンを形成（パターン化）する方法の他の例を示す図である。
【図９】図７の方法を使用して作製したパターン状電子放出源（ＴＵＴ文字列）を示す図である。
【図１０】図９で作成したパターン状電子放出源の表面（堆積物の表面）の状態を示す図である。
【図１１】図１０のパターン状電子放出源（堆積物）中に存在する単層カーボンナノチューブを示す図である。
【図１２】図１に示す装置を用いて製造したすすのＴＥＭ写真（低倍率写真）である。
【図１３】図１に示す装置を用いて製造したすす（単層ナノチューブと金属微粒子の複合体）のＴＥＭ写真（高倍率写真）である。
【図１４】図１に示す装置を用いて製造したすす（ナノホーン）のＴＥＭ写真（高倍率写真）である。
【図１５】本発明の実施例に係る電子放出源の電子放出特性を測定する装置の概略図である。
【図１６】本発明の実施例に係る電子放出源の電子放出特性を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１…アークトーチ、
２…被アーク材、
３…基板、
４…アーク、
５…電源、
６…ガスボンベ、
７…ガス調整器及び流量計、
８…アークトーチの先端部、
９…アークトーチのノズル、
１０…トーチ電極、
１１…電極ホルダ、
１２…被包ガス、
１３…マスク、
１４…堆積したすす（ナノカーボン）、
１５…被覆部材、
１６…流体（液体）、
１７…流体／粒状体の容器（流体／粒状体の収納容器）、
２１…黒鉛、
２２…添加物、
２３…接着層、
１００…真空チャンバ、
１０１…カソード電極、
１０２…アノード電極、
１０３…アノード基板、
１０４…直流電源、
１０５…電流計。
【図１】
2006273713.tif 000003
【図２】
2006273713.tif 000004
【図３】
2006273713.tif 000005
【図４】
2006273713.tif 000006
【図５】
2006273713.tif 000007
【図６】
2006273713.tif 000008
【図７】
2006273713.tif 000009
【図８】
2006273713.tif 000010
【図９】
2006273713.tif 000011
【図１０】
2006273713.tif 000012
【図１１】
2006273713.tif 000013
【図１２】
2006273713.tif 000014
【図１３】
2006273713.tif 000015
【図１４】
2006273713.tif 000016
【図１５】
2006273713.tif 000017
【図１６】
2006273713.tif 000018