(57)【要約】【課題】  平面上に成長させたカーボンナノチューブに微粒子を担持する。【解決手段】  微粒子発生部２で発生させた微粒子を微粒子サイズ選別部３でそのサイズを選別した後、ノズル７からキャリアガスと共に微粒子担持チャンバ６内のカーボンナノチューブ付き基板５に吹き付ける。吹き付けの際は、担持する微粒子に応じてストークス数を制御する。これにより、基板５ｂ上に垂直配向成長されたカーボンナノチューブ５ａに所望の分散状態で微粒子を担持することができる。【選択図】  図１
2006104022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子が担持されたカーボンナノチューブであって、
平面上に成長され、表面に前記微粒子が担持されていることを特徴とするカーボンナノチューブ。
【請求項２】
前記微粒子は、前記表面に直接付着していることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブ。
【請求項３】
前記微粒子は、カーボンナノチューブ成長用触媒であることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブ。
【請求項４】
担持されている前記微粒子を起点に別のカーボンナノチューブが成長されていることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノチューブ。
【請求項５】
微粒子が担持されたカーボンナノチューブの製造方法であって、
前記微粒子を平面上に成長されたカーボンナノチューブに吹き付けて担持することを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項６】
前記微粒子は、ガスと共に前記カーボンナノチューブに吹き付けられることを特徴とする請求項５記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項７】
前記カーボンナノチューブに吹き付ける前に、前記微粒子のサイズを選別することを特徴とする請求項５記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項８】
前記微粒子を前記カーボンナノチューブに吹き付ける際には、前記微粒子のストークス数を制御することを特徴とする請求項５記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項９】
担持した前記微粒子を起点に別のカーボンナノチューブを成長させることを特徴とする請求項５記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項１０】
前記別のカーボンナノチューブの数および太さを、前記微粒子の数および大きさで制御することを特徴とする請求項９記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【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およびその製造方法に関し、特に微粒子が担持されたカーボンナノチューブおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、そのユニークな機械的、電気的、熱的性質から、現在各方面でその応用研究が行われている。また、カーボンナノチューブを様々な形で修飾し、これに新たな機能を付加する試みもなされており、そのひとつに微粒子をカーボンナノチューブに担持する試みがある。
【０００３】
例えば、これまでに、カーボンナノチューブに窒素をドーピングし、更に液中での化学修飾を利用して金微粒子を担持した例が報告されている（非特許文献１参照。）。また、カップスタック型カーボンナノチューブを白金塩溶液に含浸し、更に高温水素雰囲気で還元して白金微粒子をカーボンナノチューブに担持した例も報告されている（非特許文献２参照。）。特にこの報告の中では、白金担持カーボンナノチューブが燃料電池の電極の触媒に用い得る点についても言及されている。
【０００４】
このようにカーボンナノチューブに微粒子を担持することにより、カーボンナノチューブの特性を活かし、さらにカーボンナノチューブに新たな機能を付加して、燃料電池分野をはじめとする様々な分野でこれを利用することが期待されている。
【０００５】
また、近年では、複数のカーボンナノチューブを結合した材料、いわゆるカーボンナノチューブネットワークやカーボンナノチューブジャンクションと呼ばれるような枝分かれしたカーボンナノチューブも形成されるようになってきている。このような枝分かれカーボンナノチューブは、これまで一次元的に扱われてきたカーボンナノチューブを三次元的に利用するものとして、今後更にカーボンナノチューブの利用分野を広げていくものとして期待されている（特許文献１、非特許文献３，４参照。）。
【０００６】
また、このほか、例えば、炭化水素ガス中での収束イオンビームスキャンにより、一部に鉄等の触媒金属が堆積されたアモルファスカーボンの三次元構造を形成し、これに７００℃〜９００℃程度の熱処理を行うことによって得られる、枝分かれカーボンナノチューブのような構造を持ったグラファイト構造体も提案されている（特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１８３２８号公報
【特許文献２】特開２００３−２３８１２３号公報
【非特許文献１】「ナノ・レターズ（Nano Letters）」，２００３年，ｖｏｌ．３，ｐ．２７５
【非特許文献２】「ナノ・レターズ（Nano Letters）」，２００３年，ｖｏｌ．３，ｐ．７２３
【非特許文献３】「アプライド・フィジクス・レターズ（Applied Physics Letters）」，２００１年，ｖｏｌ．７９，ｐ．１８７９
【非特許文献４】「ネイチャー（Nature）」，１９９９年，ｖｏｌ．４０２，ｐ．２５３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のカーボンナノチューブの形成技術については、次に示すようないくつかの問題点もある。
まず、カーボンナノチューブへの微粒子担持について、例えば、上記したカーボンナノチューブへの窒素ドーピング後に液中で金微粒子を担持する方法の場合、窒素ドーピングによってカーボンナノチューブ自体の組成が変化してしまう。このように組成の変化したカーボンナノチューブは、ある特定の用途にしか用いることができない。また、この方法では、担持することのできる微粒子の種類に限りがあるものと考えられ、汎用性という面でも問題が残る。
【０００８】
上記したカップスタック型カーボンナノチューブを白金塩溶液に含浸し還元して白金微粒子をカーボンナノチューブに担持する方法の場合には、カーボンナノチューブがカップスタック型に限定されてしまっている。また、この方法では、微粒子として析出させたい物質以外の物質もカーボンナノチューブ上に残存してしまう可能性がある。
【０００９】
さらに、これら２つの方法は、いずれも液中での反応等を利用しているため、カーボンナノチューブ同士が凝集し、結果として出来上がったカーボンナノチューブが束状になってしまう。このように束状になったカーボンナノチューブを独立したカーボンナノチューブに分離することは難しく、前述のカーボンナノチューブの組成変化や不純物付着等の問題と相俟って、そのままではその利用分野が非常に限定されてきてしまう。
【００１０】
一方、基板等の平面上の特定領域に垂直配向成長されたような起立した状態のカーボンナノチューブに微粒子が担持されていれば、その応用範囲は広く、様々な分野での利用が可能であると考えられている。しかし、これまでは、そのように平面上に成長させたカーボンナノチューブに微粒子を担持する適当な方法がなかった。
【００１１】
また、枝分かれカーボンナノチューブを形成するための従来の方法にもいくつか問題点がある。例えば、従来、アルミナの微細な穴をテンプレートに使用してＹジャンクションカーボンナノチューブを形成する方法が提案されているが、この方法では、アルミナのテンプレートによってカーボンナノチューブのＹジャンクションの構造が決まるようになっている。しかし、アルミナのテンプレートの制御性は必ずしも良いとは言えない。
【００１２】
酸化マグネシウムにコバルトを担持し、そこからＹジャンクションカーボンナノチューブを成長させる方法も提案されている。しかし、この方法では、カーボンナノチューブの枝の数や太さ等が制御しにくい。
【００１３】
また、触媒金属が堆積されたアモルファスカーボンを熱処理してグラファイト構造体を形成する方法では、ただひとつそのような構造を形成するのであれば有用と考えられるが、例えばこれを基板表面の全体に渡って多数形成したいような場合には、その形成に膨大な時間を要することになる。
【００１４】
このように、枝分かれカーボンナノチューブの形成に関しても、これまで、制御性良く効率的に形成することのできる適当な方法がなかった。また、同じように、平面上に起立した状態の枝分かれカーボンナノチューブや、そこに微粒子が担持されたものについても、これまで、それらを制御性良く効率的に形成することができるような適当な方法がなかった。
【００１５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、平面上に起立した状態で微粒子が担持されているカーボンナノチューブおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明では上記課題を解決するために、微粒子が担持されたカーボンナノチューブであって、平面上に成長され、表面に前記微粒子が担持されていることを特徴とするカーボンナノチューブが提供される。
【００１７】
このようなカーボンナノチューブは、基板等の平面上に成長され、その表面に微粒子が担持されているので、束状でない微粒子担持カーボンナノチューブが実現されるようになる。
【００１８】
また、本発明では、微粒子が担持されたカーボンナノチューブの製造方法であって、前記微粒子を平面上に成長されたカーボンナノチューブに吹き付けて担持することを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法が提供される。
【００１９】
このようなカーボンナノチューブの製造方法によれば、平面上に成長されたカーボンナノチューブに微粒子を吹き付けて担持するので、束状でない微粒子担持カーボンナノチューブが実現され、また、カーボンナノチューブの組成変化や微粒子以外の不純物付着を回避することが可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、平面上に成長させたカーボンナノチューブの表面に微粒子を担持する。これにより、束状でない微粒子担持カーボンナノチューブが高品質で安定して実現でき、電気配線、センサー、燃料電池をはじめ、様々な分野にこれを利用していくことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
まず、基板等の平面上に成長されたカーボンナノチューブに微粒子を担持する方法について説明する。なお、平面上へのカーボンナノチューブの成長は、公知の方法、例えば平面上にコバルト等の触媒金属を堆積しそこを起点に化学気相堆積（Chemical Vapor Deposition，ＣＶＤ）法でカーボンを垂直配向成長させるといった方法を用いて行うことが可能であるため、ここではその説明の詳細は省略する。
【００２２】
図１は微粒子担持装置の概略模式図である。
この図１に示す微粒子担持装置１は、微粒子発生部２、微粒子サイズ選別部３、および微粒子担持部４を有している。
【００２３】
微粒子発生部２は、例えばターゲットを用いたレーザーアブレーションによって、微粒子を発生させる。この微粒子発生部２で発生した微粒子は、不活性なキャリアガスによって微粒子サイズ選別部３へと送られる。
【００２４】
微粒子サイズ選別部３は、微粒子発生部２で発生した微粒子のサイズを揃える目的で設けられる。微粒子サイズ選別部３には、例えば、微粒子の電気移動度によって選別を行う微分型静電分級器（Differential Mobility Analyzer，ＤＭＡ）や、微粒子の慣性を利用したインパクター等を用いることができる。
【００２５】
微粒子担持部４は、基板５ｂ表面に複数のカーボンナノチューブ５ａを垂直配向成長させたカーボンナノチューブ付き基板５を収容する微粒子担持チャンバ６、およびカーボンナノチューブ付き基板５に対向して配置されるノズル７を有している。微粒子サイズ選別部３で選別された微粒子は、このノズル７を経由してキャリアガスと共にカーボンナノチューブ付き基板５に向かって吹き付けられるようになっている。
【００２６】
微粒子担持チャンバ６には排気系が接続されており、その内圧を制御することができるようになっている。カーボンナノチューブ５ａへの微粒子の担持処理中、微粒子担持チャンバ６内は、例えば１０Ｔｏｒｒ以下の低圧に制御する。なお、微粒子発生部２や微粒子サイズ選別部３等は、低圧でも常圧でも構わない。
【００２７】
なお、この微粒子担持装置１のうち、微粒子サイズ選別部３は、必ずしも必要ではない。しかし、微粒子担持装置１では、ノズル７から吹き出た微粒子が、後述するようにその慣性に応じたメカニズムでカーボンナノチューブ５ａに分散されるため、その分散状態を良好に制御するためには、微粒子サイズ選別部３は設けておくことが好ましい。
【００２８】
上記構成を有する微粒子担持装置１を用いて微粒子の担持を行う場合、カーボンナノチューブ付き基板５上での微粒子の分散状態は、ある種のパラメータによって制御される。
図２および図３は微粒子の分散メカニズムの説明図であって、図２は微粒子の慣性が小さい場合のカーボンナノチューブ近傍におけるガスの流れと微粒子の移動軌跡を模式的に示す図、図３は微粒子の慣性が大きい場合のカーボンナノチューブ近傍におけるガスの流れと微粒子の移動軌跡を模式的に示す図である。
【００２９】
図２および図３に示す点線は、吹き出し口であるノズル７からカーボンナノチューブ付き基板５に吹き付けられたときの典型的なガスの流れを表している。このように、ガスは通常、複数のカーボンナノチューブ５ａの上端にほぼ沿った状態で流れていく。また、図２および図３に示した実線は、ノズル７から吹き出されたガス中に含まれる微粒子８がガスの流れから逸れた際の移動軌跡を表している。
【００３０】
ここで、図２に示したように、微粒子８の慣性が小さい場合には、微粒子８は、ガスの流れがカーブするとき、ほぼその流れに乗って移動する。したがって、このような微粒子８の場合、カーボンナノチューブ５ａに担持されるのは、ブラウン運動によってガスの流れから僅かに逸れたもののみである。そのため、このような微粒子８は、カーボンナノチューブ５ａの先端部分に選択的に担持されるようになる。
【００３１】
一方、図３に示したように、微粒子８の慣性が大きい場合には、微粒子８は、ガスの流れがカーブするとき、そのカーブする部分の流れから逸れる。このようにガスの流れから逸れた微粒子８は、カーボンナノチューブ５ａの隙間の浅い所から深い所まで広い領域に渡って入り込んでいき、露出するカーボンナノチューブ５ａ表面に全体的に担持されるようになる。
【００３２】
微粒子の慣性の大きさを表すパラメータとしては、次の式（１）で表されるストークス数Ｓｔｋがある（参考文献：Hinds, W.C., Aerosol Technology, John Wiley & Sons, New York, (1982)）。
【００３３】
Ｓｔｋ＝τＵ／（Ｄn／２）  ……（１）
ここで、τは微粒子の緩和時間、Ｕは吹き出し口でのガス速度、Ｄnは吹き出し口の内径である。なお、緩和時間τは、次の式（２）で表される。
【００３４】
τ＝ρPｄP2ＣC／１８μ  ……（２）
ここで、ρPは微粒子の密度、ｄPは微粒子の直径（平均粒径）、ＣCはカニングハムの補正係数、μはガスの粘性率である。
【００３５】
一般に、ストークス数Ｓｔｋが１程度以上であれば、その系における微粒子の慣性は十分大きく、慣性による効果が無視できなくなってくるといわれているが、具体的な値は系によって異なる。例えば、慣性を利用して微粒子を基板上に捕集するインパクターでは、０．２程度のストークス数Ｓｔｋが微粒子の捕集の閾値である、という結果も報告されている（上記参考文献参照。）。
【００３６】
上記微粒子担持装置１においてもこのストークス数Ｓｔｋが重要なパラメータになる。鋭意検討の結果、ストークス数Ｓｔｋが０．１以下であれば、カーボンナノチューブ５ａ先端部分への担持が主に起こり、１以上であれば、より深いところまで侵入させた高分散担持を実現できることがわかってきた。さらに、吹き出し口のノズル７先端から基板５ｂまでの距離Ｄも重要なパラメータになるが、この距離Ｄはノズル７の内径の１０倍程度以内であることが望ましい。ただし、ストークス数Ｓｔｋが非常に大きい場合、例えば１０以上になるような場合にはこの限りでない。
【００３７】
また、微粒子担持装置１では、高真空環境下で微粒子の担持を行うことも可能であるが、例えば、担持を１０Ｔｏｒｒ程度の低圧環境下で行う場合と、１０-6Ｔｏｒｒ程度の高真空環境下で行う場合とでは、パラメータも変わってくる。そのような高真空環境下では、もはやストークス数Ｓｔｋという考え方自体が成り立たなくなり、代わって微粒子の運動エネルギーが重要なパラメータになってくる。
【００３８】
なお、微粒子担持装置１は、微粒子担持チャンバ６からの排気速度やガス流量を調整することができるようになっており、ノズル７の内径に合わせて微粒子のストークス数Ｓｔｋの制御が可能になっている。
【００３９】
図４は微粒子担持カーボンナノチューブの電子顕微鏡写真の一例である。
ここに示す微粒子担持カーボンナノチューブの詳細な形成条件については後述するが、上記微粒子担持装置１を用いて微粒子の担持を行うと、この図４に示すように、カーボンナノチューブの表面に微粒子を高分散担持することが可能になる。
【００４０】
このように、上記の微粒子担持法では、基板上に成長させたカーボンナノチューブに微粒子を含んだガスを吹き付ける。そのため、微粒子の種類、サイズ、吹き出し口の形状、ガスの吹き付け条件等を適当に設定することにより、平面上に起立した状態のカーボンナノチューブに微粒子を所望の分散状態で容易に担持することが可能になる。
【００４１】
さらに、上記の微粒子担持法では、微粒子を不活性ガスで運びカーボンナノチューブに直接付着させるため、カーボンナノチューブのドーピングによる組成変化や液相担持で起こり易い不純物付着等の問題を回避することが可能になり、全体的な組成が安定した良好な微粒子担持カーボンナノチューブを形成することができる。
【００４２】
この微粒子担持装置１では、様々な種類やサイズの微粒子担持に適応できることから、微粒子担持カーボンナノチューブの様々な分野への応用が考えられる。そのような応用例として、例えば、半導体微粒子を利用したセンサーがある。
【００４３】
図５は半導体微粒子担持カーボンナノチューブを利用したガスセンサーの概略模式図である。
この図５に示すような半導体微粒子担持カーボンナノチューブ１１を利用してガスセンサー１０を形成する場合には、まず、２つの電極１２ａ，１２ｂ間にカーボンナノチューブ１１ａを架橋成長させ、このカーボンナノチューブ１１ａに上記微粒子担持装置１を用いて半導体微粒子１１ｂを担持する。
【００４４】
このような構成を有するガスセンサー１０では、ガス分子、例えば酸素分子１３が半導体微粒子１１ｂに吸着すると、半導体微粒子１１ｂから電子が酸素分子１３側に移動し、半導体微粒子担持カーボンナノチューブ１１のコンダクタンスが変化する。したがって、電極１２ａ，１２ｂ間でコンダクタンスを測定することのできる回路を設けておけば、酸素分子１３の量を測定することが可能になる。
【００４５】
また、微粒子担持カーボンナノチューブの別の応用例としては、例えば、燃料電池の電極用触媒がある。現在、燃料電池の電極に一般に使用されている触媒は、カーボンブラックに分散された白金微粒子であるが、触媒形成時や電池稼動時等に白金微粒子が凝集してしまうことがあり、その機能を十分に発揮しない場合がある、という問題点があった。このような問題に対し、担体をカーボンブラックからカーボンナノチューブに代え、これに上記微粒子担持装置１を用いて白金微粒子を、例えば上記図４に示したような形になるよう高分散担持すれば、高性能な燃料電池電極用触媒を実現することができる。
【００４６】
また、上記微粒子担持装置１を用いて形成される微粒子担持カーボンナノチューブでは、その担持されている微粒子を触媒として、そこから別のカーボンナノチューブを成長させ、枝分かれカーボンナノチューブを形成することも可能になる。
【００４７】
図６は担持した微粒子を触媒にして形成した枝分かれカーボンナノチューブの電子顕微鏡写真の一例である。
ここに示す枝分かれカーボンナノチューブの詳細な形成条件については後述するが、この図６に示すカーボンナノチューブは、平面上に成長されたカーボンナノチューブに微粒子担持装置１を用いて鉄微粒子を担持した後、その鉄微粒子を起点にＣＶＤ法を用いてカーボンナノチューブの枝を成長させたものである。その際、カーボンナノチューブの枝の場所、数、太さは、担持した鉄微粒子の場所、数、大きさによって制御することができる。また、その成長時間によってカーボンナノチューブの枝の長さが制御できる。したがって、この方法では、従来の方法に比べ枝分かれカーボンナノチューブを形成する上での制御性が格段に向上されていると言うことができる。
【００４８】
このような枝分かれカーボンナノチューブは、電気配線やセンサー等、様々な応用が考えられる。特に、枝分かれカーボンナノチューブに更に微粒子を担持してセンサーを構成すれば、センシング部の表面積が増えるため、より検出感度を向上させることが可能になる。
【００４９】
以下に、微粒子担持カーボンナノチューブの形成方法を具体例を挙げて説明する。
図７は微粒子担持装置の構成例である。
この図７に示す微粒子担持装置２０は、ターゲット２１が収容される微粒子発生チャンバ２２、そのターゲット２１にレーザーを照射するレーザー照射装置２３を備えている。微粒子発生チャンバ２２には、これに所定流量のヘリウムガス（Ｈｅ）を導入する機構が設けられているとともに、導入されたヘリウムガスを内部で発生した微粒子と共にＤＭＡ２４へ送る供給管２５が接続されている。供給管２５の外周には電気炉２６が設けられており、微粒子発生チャンバ２２からＤＭＡ２４まで送られる微粒子の供給管２５内での凝集が抑えられるようになっている。
【００５０】
ＤＭＡ２４は、供給管２５で送られてくる微粒子を含んだガスをその内部へと導き、微粒子のサイズを選別し、選別後の微粒子を含んだガスを微粒子担持チャンバ２７側へと送り出す。
【００５１】
ここで、図８はＤＭＡの断面概略図である。
ＤＭＡ２４は、図８に示すように、外筒２４ａと内筒２４ｂの二重円筒構造を有しており、外筒２４ａ内部にはシースガスＱｓが層流状態で流され、外周部からは供給管２５を通って微粒子を含んだガスＱｐが導入されるようになっている。そして、外筒２４ａと内筒２４ｂの間に直流電圧が印加されると、ガスＱｐ中の微粒子２４ｃはクーロン力により内筒２４ｂに引き寄せられながらシースガスＱｓの流れに乗って流下する。この際、微粒子２４ｃがシースガスＱｓの流れを横切る速度は、微粒子２４ｃがシースガスＱｓから受ける抵抗力とクーロン力とのつり合いによって決定され、大きな微粒子２４ｃはゆっくりと、小さな微粒子２４ｃは速く流れを横切る。このように微粒子２４ｃが内筒２４ｂに到達する位置が微粒子２４ｃのサイズによって異なってくるため、内筒２４ｂにスリット２４ｄを設け、そこに到達した微粒子２４ｃのみを取り出すことにより、特定サイズの微粒子２４ｃを選別することができるようになっている。
【００５２】
図７に戻り、ＤＭＡ２４を通過した選別後の微粒子を含んだガスは、ノズル２８を通って微粒子担持チャンバ２７内に導入される。微粒子担持チャンバ２７内には、ステージ２９上にカーボンナノチューブ付き基板３０がノズル２８に対向して配置されており、選別後の微粒子を含んだガスがノズル２８からカーボンナノチューブ付き基板３０に向かって吹き付けられるようになっている。また、微粒子担持チャンバ２７には、ポンプ３１が接続されており、その内圧を制御できるようになっている。
【００５３】
このような構成を有する微粒子担持装置２０を用い、まず、微粒子発生チャンバ２２にターゲット２１としてコバルト基板を配置して内圧を約１０Ｔｏｒｒに制御した後、コバルト基板にレーザー照射装置２３からパルスレーザー、ここでは繰り返し周波数２０ＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザーの２倍波を照射した。コバルト基板は、このレーザー照射によって加熱され、蒸気を発生した。この蒸気を、微粒子発生チャンバ２２内に約１スタンダードリッター毎分（ｓｌｍ）の流量で導入するヘリウムガスによって冷却し、その際の核凝縮によってコバルトの微粒子を発生させた。
【００５４】
このようにして発生させた微粒子を、ヘリウムガスと共に供給管２５を通じてＤＭＡ２４に送り、平均粒径が約４ｎｍの微粒子に選別した。そして、サイズ選別後の微粒子を含んだガスを内径２ｍｍのノズル２８へ導き、そこから微粒子担持チャンバ２７に導入した。微粒子担持チャンバ２７は、この微粒子を含んだガスの導入前に、カーボンナノチューブ３０ａをノズル２８の軸方向と略垂直に基板３０ｂ上に配向成長させたカーボンナノチューブ付き基板３０を、ノズル２８の先端から基板３０ｂまでの距離が約４ｍｍとなるように配置し、内圧を約１０Ｔｏｒｒに制御しておいた。
【００５５】
この条件で、ノズル２８から吹き出される微粒子のストークス数Ｓｔｋは約１．９であった。微粒子担持チャンバ２７に導入された微粒子は、ほぼ１００％カーボンナノチューブ３０ａに担持された。ヘリウムガスは、ポンプ３１によって微粒子担持チャンバ２７外へ排気した。
【００５６】
このとき形成された微粒子担持カーボンナノチューブが上記の図４であり、この微粒子担持法により、独立したカーボンナノチューブ３０ａの表面に微粒子を高分散担持することができた。
【００５７】
続いて、枝分かれカーボンナノチューブの形成方法について具体例を挙げて説明する。
まず、上記の例と同じ要領で、平均粒径約４ｎｍの鉄微粒子を生成し、それを基板上に略垂直に配向成長させたカーボンナノチューブの表面に高分散担持した。
【００５８】
次いで、この微粒子を担持したカーボンナノチューブ付き基板をＣＶＤチャンバへ搬送し、担持した微粒子を起点にカーボンをＣＶＤ成長させた。ここでは、ホットフィラメントＣＶＤ法を用い、流量約１０スタンダード立法センチメーター毎分（ｓｃｃｍ）のアセチレン・アルゴン混合ガス（１：９）を原料とし、基板温度６７０℃、圧力１００Ｐａ、成長時間１０分で成長を行った。
【００５９】
このとき形成された枝分かれカーボンナノチューブが上記の図６であり、この担持方法により、触媒としてはたらく鉄微粒子を起点にカーボンナノチューブの枝を成長させることができた。なお、このようにして形成したカーボンナノチューブに引き続き鉄微粒子を担持し、そこを起点に更にカーボンナノチューブの枝を成長させることも可能である。
【００６０】
このような枝分かれカーボンナノチューブの形成方法は、微粒子を起点にしてカーボンナノチューブの枝を成長させることができる点、短時間で大量に枝分かれカーボンナノチューブを形成することができる点、繰り返し形成しても質のばらつきを抑えることができる点等で、これまでの枝分かれカーボンナノチューブの形成方法に比べ大きな優位性を有していると言える。
【００６１】
なお、以上の説明では、カーボンナノチューブに担持する微粒子を１種類のみとしたが、２種類以上の微粒子を用いても構わない。また、以上の説明では、カーボンナノチューブに微粒子を吹き付ける際の吹き出し口としてノズルを用いたが、そのほか、チューブやオリフィス等を用いることも可能である。
【００６２】
（付記１）  微粒子が担持されたカーボンナノチューブであって、
平面上に成長され、表面に前記微粒子が担持されていることを特徴とするカーボンナノチューブ。
【００６３】
（付記２）  前記微粒子は、前記表面に直接付着していることを特徴とする付記１記載のカーボンナノチューブ。
（付記３）  担持されている前記微粒子が２種類以上であることを特徴とする付記１記載のカーボンナノチューブ。
【００６４】
（付記４）  前記微粒子は、カーボンナノチューブ成長用触媒であることを特徴とする付記１記載のカーボンナノチューブ。
（付記５）  前記微粒子は、燃料電池電極用触媒であることを特徴とする付記１記載のカーボンナノチューブ。
【００６５】
（付記６）  担持されている前記微粒子を起点に別のカーボンナノチューブが成長されていることを特徴とする付記１記載のカーボンナノチューブ。
（付記７）  微粒子が担持されたカーボンナノチューブの製造方法であって、
前記微粒子を平面上に成長されたカーボンナノチューブに吹き付けて担持することを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。
【００６６】
（付記８）  前記微粒子は、ガスと共に前記カーボンナノチューブに吹き付けられることを特徴とする付記７記載のカーボンナノチューブの製造方法。
（付記９）  前記カーボンナノチューブに吹き付ける前に、前記微粒子のサイズを選別することを特徴とする付記７記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【００６７】
（付記１０）  前記微粒子を前記カーボンナノチューブに吹き付けるための吹き出し口から前記平面までの距離が、前記吹き出し口の内径の１０倍以内であることを特徴とする付記７記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【００６８】
（付記１１）  前記微粒子を前記カーボンナノチューブに吹き付ける際には、前記微粒子のストークス数を制御することを特徴とする付記７記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【００６９】
（付記１２）  前記微粒子を前記カーボンナノチューブの先端部分に選択的に担持させる場合には、前記ストークス数を０．１以下とすることを特徴とする付記１１記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【００７０】
（付記１３）  前記微粒子を前記カーボンナノチューブの表面に全体的に担持させる場合には、前記ストークス数を１以上とすることを特徴とする付記１１記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【００７１】
（付記１４）  担持した前記微粒子を起点に別のカーボンナノチューブを成長させることを特徴とする付記７記載のカーボンナノチューブの製造方法。
（付記１５）  前記別のカーボンナノチューブの数および太さを、前記微粒子の数および大きさで制御することを特徴とする付記１４記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【００７２】
（付記１６）  前記別のカーボンナノチューブを成長させた後に、新たな微粒子を吹き付けて担持することを特徴とする付記１４記載のカーボンナノチューブの製造方法。
（付記１７）  担持した前記微粒子を起点に新たなカーボンナノチューブを成長させることを特徴とする付記１６記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】微粒子担持装置の概略模式図である。
【図２】微粒子の慣性が小さい場合のカーボンナノチューブ近傍におけるガスの流れと微粒子の移動軌跡を模式的に示す図である。
【図３】微粒子の慣性が大きい場合のカーボンナノチューブ近傍におけるガスの流れと微粒子の移動軌跡を模式的に示す図である。
【図４】微粒子担持カーボンナノチューブの電子顕微鏡写真の一例である。
【図５】半導体微粒子担持カーボンナノチューブを利用したガスセンサーの概略模式図である。
【図６】担持した微粒子を触媒にして形成した枝分かれカーボンナノチューブの電子顕微鏡写真の一例である。
【図７】微粒子担持装置の構成例である。
【図８】ＤＭＡの断面概略図である。
【符号の説明】
【００７４】
１，２０  微粒子担持装置
２  微粒子発生部
３  微粒子サイズ選別部
４  微粒子担持部
５，３０  カーボンナノチューブ付き基板
５ａ，１１ａ，３０ａ  カーボンナノチューブ
５ｂ，３０ｂ  基板
６，２７  微粒子担持チャンバ
７，２８  ノズル
８，２４ｃ  微粒子
１０  ガスセンサー
１１  半導体微粒子担持カーボンナノチューブ
１１ｂ  半導体微粒子
１２ａ，１２ｂ  電極
１３  酸素分子
２１  ターゲット
２２  微粒子発生チャンバ
２３  レーザー照射装置
２４  ＤＭＡ
２４ａ  外筒
２４ｂ  内筒
２４ｄ  スリット
２５  供給管
２６  電気炉
２９  ステージ
３１  ポンプ
Ｑｓ  シースガス
Ｑｐ  ガス
【図１】
2006104022.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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