(57)【要約】【課題】本発明は、効率が高まり、簡単に制御できるカーボンナノチューブの組み立て方法及びカーボンナノチューブ素子を提供する。【解決手段】本発明に係るカーボンナノチューブの組み立て方法は、二つの導電体の端部を相対させて、カーボンナノチューブを含む溶液に浸入する段階と、前記二つの導電体に交流電圧を加えて、少なくとも一本のカーボンナノチューブを前記二つの導電体の端部に組み立てる段階と、を含む。本発明は、さらにカーボンナノチューブ素子を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの導電体の端部を相対させて、カーボンナノチューブを含む溶液に浸入する段階と、
前記二つの導電体に交流電圧を加えて、少なくとも一本のカーボンナノチューブを前記二つの導電体の端部に組み立てる段階と、
を含むことを特徴とするカーボンナノチューブの組み立て方法。
【請求項２】
前記溶液は、溶剤であるイソプロピルアルコールと、
安定剤であるエチルセルロースと、
を含むことを特徴とする、請求項１に記載のカーボンナノチューブの組み立て方法。
【請求項３】
前記カーボンナノチューブが前記二つの端部に固定されたことを判定するために、前記カーボンナノチューブの組み立て方法は、さらにモニター工程を含むことを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のカーボンナノチューブの組み立て方法。
【請求項４】
前記モニター工程を行うために、前記導電体が設置された回路に電気抵抗を直列に設け、前記電気抵抗の端部にオシログラフを並列に設けることを特徴とする、請求項３に記載のカーボンナノチューブの組み立て方法。
【請求項５】
二つの電極と、前記電極に軸方向で接続されたカーボンナノチューブと、を含み、
前記カーボンナノチューブは前記二つの電極の表面に固定され、その軸方向で一直線であることを特徴とするカーボンナノチューブ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブの組み立て方法及びカーボンナノチューブ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ナノ技術として、例えば、カーボンナノチューブ、シリコンナノワイヤ、酸化亜鉛ナノワイヤなどの一次元のナノ材料の合成方法は知られている。前記一次元のナノ材料が、例えば、電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＦＥＴ）、センサー、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＡＦＭ）の先端などに応用される研究が進んでいる。
【０００３】
従来技術として、原子間力顕微鏡の先端にカーボンナノチューブを組み立てる方法は、例えば、光学顕微鏡で前記先端を利用して一本のカーボンナノチューブを抜く方法と、原子間力顕微鏡で前記先端を利用してカーボンナノチューブを組み立てる方法と、前記先端にカーボンナノチューブを直接成長させる方法と、がある。
【０００４】
特許文献１に、化学気相堆積法（ＣＶＤ）で原子間力顕微鏡の先端にカーボンナノチューブを直接成長させる方法が記載されている。しかし、この方法によれば、前記カーボンナノチューブの成長方向を制御できないので、製造効率が低く、コストが高いという課題がある。
【０００５】
また、特許文献２に、単層カーボンナノチューブの組み立て方法が記載されている。この組み立て方法は、純度が９０％以上の単層カーボンナノチューブを含む溶液を一ヶ月間置いた後、前記カーボンナノチューブが寸法によって分離して原液というものが形成される段階と、脱イオン水を添加して前記原液を稀釈する段階と、金属基材の表面の不純物を除去する段階と、前記カーボンナノチューブを含む溶液を前記金属基材に塗布する段階と、を含む。前記組み立て方法は、工夫をし、効率が低下し、制御しにくいという課題がある。
【特許文献１】米国特許第６，３４６，１８９号明細書
【特許文献２】中国特許第９９１０３１１１．３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、効率が高く、簡単に制御できるカーボンナノチューブの組み立て方法を提供することが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明に係るカーボンナノチューブの組み立て方法は、二つの導電体の端部を相対させて、カーボンナノチューブを含む溶液に浸入する段階と、前記二つの導電体に交流電圧を加えて、少なくとも一本のカーボンナノチューブを前記二つの導電体の端部に組み立てる段階と、を含む。
【０００８】
本発明は、さらにカーボンナノチューブ素子を提供する。前記カーボンナノチューブ素子は、二つの電極と、前記二つの電極に軸方向で接続されたカーボンナノチューブと、を含む。前記カーボンナノチューブは前記電極の表面に固定され、その軸方向で一直線である。
【発明の効果】
【０００９】
従来技術と比べて、本発明に係るカーボンナノチューブの組み立て方法によれば、時間が減少し、効率が高まり、自動的な操作及びモニター作業を実現できる。また、本発明によれば、製造設備が簡単にし、コストが低くなり、大規模の生産が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例について詳しく説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施例に係るカーボンナノチューブの組み立て方法は、次の段階を含む。
【００１２】
第一段階で、端部１０１及び１２１がそれぞれテーパー形状に形成される導電体１０及び１２を準備する。前記端部１０１及び１２１を所定の距離で相対して設置する。カーボンナノチューブを含む溶液１４を利用して、前記端部１０１及び１２１を浸入する。
【００１３】
第二段階で、前記導電体１０及び１２の間に交流電圧１６を加えて、少なくとも一本のカーボンナノチューブを前記端部１０１及び１２１に連接させ、その後、前記交流電圧１６の供給を止める。
【００１４】
本実施例において、前記導電体１０及び１２はフィラメント又はその合金からなる。前記端部１０１及び１２１の直径はそれぞれ１０μｍ〜１０００μｍに設定される。勿論、前記導電体１０及び１２は、例えば、金、モリブデン、白金などからなっても良い。また、前記端部１０１及び１２１の形状は実施の条件により、例えば、台形又は柱状に形成されることもできる。また、前記端部１０１及び１２１の間の距離は、組み立てようとするカーボンナノチューブの長さによって、１００μｍ以下に設定され、１０μｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
本実施例において、前記溶液１４は、溶剤であるイソプロピルアルコール（Ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ，ＩＰＡ）に超音波振動でカーボンナノチューブを平均的に分散させるようにして得られるものである。勿論、前記溶液１４に対しては、例えば、他の溶剤又は安定剤を添加し、分離濾過の処理を行うことにより、均一的に分布された、安定なカーボンナノチューブの溶剤が得られる。
【００１６】
また、前記溶液１４の濃度は、組み立てられるカーボンナノチューブの数量に関係する。一般に、前記溶液１４の濃度は高ければ、組み立てられるカーボンナノチューブの数量が増加できる。従って、実際の条件により前記溶液１４の濃度を調整する。例えば、一本だけのカーボンナノチューブを組み立てる場合、前記溶液１４の濃度を低く設定する。なお、前記溶液１４の濃度を調整することにより、カーボンナノチューブの数量を制御することができる。
【００１７】
例えば、サッカー、注射器などのような装置を利用して、前記の溶剤１４を少し取って、前記の端部１０１及び１２１の間に滴らして、前記の端部１０１及び１２１を完全に浸入させるようにする。その他、前記端部１０１及び１２１を、前記溶液１４が入っている容器（例えば、ビーカー）に直接浸入することもできる。
【００１８】
第二段階で加える交流電圧は最大でも１０Ｖ以下にされ、周波数は１０３〜１０６Ｈｚにされることが好ましい。本実施例において、電気泳動法の原理により、前記溶液１４のカーボンナノチューブは交流電界強度が強い場所へ移動し、最後に交流電界強度が最大になる前記端部１０１及び１２１の間に到達して、前記端部１０１及び１２１に付けられる。これにより、前記カーボンナノチューブは分子間力で前記端部１０１及び１２１の表面に強く固定される。この組み立て方法によれば、数秒乃至数十秒しかかからなく、効率が高まる。
【００１９】
図２に示すように、光学顕微鏡で、前記カーボンナノチューブは前記端部１０１及び１２１の間に固定されて一直線になることが見られる。これは、前記カーボンナノチューブが電界で分極されて双極子モーメント（Ｄｉｐｏｌｅ  Ｍｏｍｅｎｔ）が形成され、前記カーボンナノチューブの両端部に電荷が生じ、電界で軸方向への分力が形成され、前記カーボンナノチューブが一直線になるからである。
【００２０】
前記カーボンナノチューブの組み立て方法によってカーボンナノチューブ素子を提供する。前記カーボンナノチューブ素子は、電極である前記端部１０１及び１２１と、その軸方向で前記端部１０１及び１２１の間に接続されたカーボンナノチューブとを有する。前記カーボンナノチューブの両端部はそれぞれ前記端部１０１及び１２１の表面に固定され、軸方向で一直線になる。本実施例に係るカーボンナノチューブ素子は、例えば、小型センサーのような電気素子として利用される。
【００２１】
製品の品質を高めるために、モニターシステムを利用して、前記カーボンナノチューブの組み立て工程をモニターして、リアルタイムに調整することができる。例えば、前記端部１０１及び１２１に、前記カーボンナノチューブが固定された状態をＯＮとし、カーボンナノチューブが固定されない状態をＯＦＦとする場合、ＯＮ／ＯＦＦの状態によって前記カーボンナノチューブの組み立ての状態を判定する。本実施例において、図１の回路に電気抵抗を設置し、オシログラフで前記電気抵抗の端部に加えた電流の波形変化をモニターする。前記電流の波形変化が生じる場合、前記カーボンナノチューブが前記端部１０１及び１２１の間に固定されたと判定するので、供給の電気を切って前記溶液を取り去る。勿論、本実施例に限らず、他のモニター方法及び装置を利用することができる。
【００２２】
従来技術と比べて、本発明に係るカーボンナノチューブの組み立て方法によれば、時間が減少し、効率が高まり、自動的な操作及びモニター作業が実現できる。また、本発明によれば、製造設備が簡単にし、コストが低くなり、大規模の生産が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例に係るカーボンナノチューブの組み立て方法を利用するデバイスを示す図である。
【図２】本発明の実施例に係る二つの導電体の端部の間に設置されたカーボンナノチューブのＳＥＭ写真である。
【符号の説明】
【００２４】
１０，１２  導電体
１０１，１２１  端部
１４  溶剤
１６  交流電圧
【図１】
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【図２】
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