(57)【要約】  本発明は、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法に関する。この方法は、ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を電界を発生させる少なくとも２つの電極の間に画成される空間を通過させるステップと、堆積中堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が電極を架橋することを少なくとも実質的に防止するステップとを含む。本発明は、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置、ならびにナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視する方法および装置、およびナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体にも関する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体であって、前記巨視的集合体が同じ方向に実質的に整列し一緒に結合する複数の微視的集合体を備え、前記微視的集合体の各々が間に複数の空間を画成する複数の構成要素を備え、前記構成要素の各々がナノメートル・フィラメント状構造体またはナノメートル・フィラメント状構造体の束を備え、前記巨視的集合体が約８ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、巨視的集合体。
【請求項２】
ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体であって、前記巨視的集合体が同じ方向に実質的に整列し一緒に結合する複数の微視的集合体を備え、前記微視的集合体の各々が間に複数の空間を画成する複数の構成要素を備え、前記構成要素の各々がナノメートル・フィラメント状構造体または約１００ｎｍ未満の直径を有するナノメートル・フィラメント状構造体の束を備え、前記巨視的集合体が発泡体の形態である、巨視的集合体。
【請求項３】
前記巨視的集合体が約８ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項２に記載の巨視的集合体。
【請求項４】
前記束が約１００ｎｍ未満の、好ましくは約５０ｎｍ未満の直径を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項５】
前記束が約３０ｎｍ未満の直径を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項６】
前記束が約２ｎｍから約２５ｎｍの直径を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項７】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約１０μｍの長さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項８】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約５０μｍの長さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項９】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約１００μｍの長さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項１０】
前記微視的集合体の各々が約１０μｍから約１００μｍの長さを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項１１】
何らかの金属微粒子および／または被覆物質が前記構成要素の間に配設される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項１２】
前記集合体が前記構成要素に対し実質的に垂直に配設される別の構成要素をさらに備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項１３】
前記巨視的集合体がフィラメントの形態である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項１４】
前記巨視的集合体が５ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項１５】
前記巨視的集合体が３ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項１６】
前記巨視的集合体が約０．８ｍｇ／ｃｍ３から約６ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項１７】
前記巨視的集合体が少なくとも１０４のナノメートル・フィラメント状構造体を備える、請求項１から１６のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項１８】
一緒に結合された前記微視的集合体がフラクタル・パターンを実質的に形成する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項１９】
前記微視的集合体が一緒に結合され、長手方向軸に沿って実質的に整列する、請求項１から１７のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項２０】
前記微視的集合体が一緒に結合され、２つの隣接する微視的集合体の構成要素の少なくとも主要な部分が同じ方向に実質的に整列するように、長手方向軸に沿って実質的に整列する、請求項１から１９のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項２１】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体がカーボン・ナノチューブである、請求項１から２０のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項２２】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブである、請求項１から２０のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項２３】
ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を備える発泡体であって、前記巨視的集合体が同じ方向に実質的に整列しかつ一緒に結合される複数の微視的集合体を備え、前記微視的集合体の各々が間に複数の空間を画成する複数の構成要素を備え、前記構成要素の各々が単一のナノメートル・フィラメント状構造体または約１００ｎｍ未満の直径を有するナノメートル・フィラメント状構造体の束を備える、発泡体。
【請求項２４】
前記巨視的集合体が約８ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項２３に記載の発泡体。
【請求項２５】
前記束が約５０ｎｍ未満の直径を有する、請求項２３または２４に記載の発泡体。
【請求項２６】
前記束が約３０ｎｍ未満の直径を有する、請求項２３または２４に記載の発泡体。
【請求項２７】
前記束が約２ｎｍから約２５ｎｍの直径を有する、請求項２３または２４に記載の発泡体。
【請求項２８】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約１０μｍの長さを有する、請求項２３から２７のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項２９】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約５０μｍの長さを有する、請求項２３から２７のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項３０】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約１００μｍの長さを有する、請求項２３から２７のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項３１】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約１０μｍから約１００μｍの長さを有する、請求項２３から２７のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項３２】
何らかの金属微粒子および／または被覆物質が構成要素間に配設される、請求項２３から３１のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項３３】
前記集合体が前記構成要素に対し実質的に垂直に配設される別の構成要素をさらに備える、請求項２３から３１のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項３４】
前記巨視的集合体がフィラメントの形態である、請求項２３から３３のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項３５】
前記巨視的集合体が約５ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項２３から３４のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項３６】
前記巨視的集合体が約３ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項２３から３４のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項３７】
前記巨視的集合体が約０．８ｍｇ／ｃｍ３から約６ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する、請求項２３から３４のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項３８】
前記巨視的集合体が少なくとも約１０４のナノメートル・フィラメント状構造体を備える、請求項２３から３７のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項３９】
一緒に結合された前記微視的集合体がフラクタル・パターンを実質的に形成する、請求項２３から３８のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項４０】
前記微視的集合体が一緒に結合され、長手方向軸に沿って実質的に整列する、請求項２３から３９のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項４１】
前記微視的集合体が一緒に結合され、２つの隣接する微視的集合体の構成要素の少なくとも主要な部分が同じ方向に実質的に整列するように、長手方向軸に沿って実質的に整列する、請求項２３から３９のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項４２】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体がカーボン・ナノチューブである、請求項２３から３９のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項４３】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブである、請求項２３から３９のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項４４】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体がドープされた単層カーボン・ナノチューブである、請求項２３から３９のいずれか一項に記載の発泡体。
【請求項４５】
当該単層カーボン・ナノチューブがＢ、Ｆ、Ｎ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｉおよびそれらの混合物からなる群から選択されるドーピング元素を含み、前記ドーピング元素が任意選択でナノ微粒子の形態である、請求項４４に記載の発泡体。
【請求項４６】
ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を備えるフィラメントであって、前記巨視的集合体が同じ方向に実質的に整列しかつ一緒に結合される複数の微視的集合体を備え、前記微視的集合体の各々が間に複数の空間を画成する複数の構成要素を備え、前記構成要素の各々が単一のナノメートル・フィラメント状構造体または約１００ｎｍ未満の直径を有するナノメートル・フィラメント状構造体の束を備える、フィラメント。
【請求項４７】
前記巨視的集合体が約８ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項４６に記載のフィラメント。
【請求項４８】
前記束が約５０ｎｍ未満の直径を有する、請求項４６または４７に記載のフィラメント。
【請求項４９】
前記束が約３０ｎｍ未満の直径を有する、請求項４６から４８のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項５０】
前記束が約２ｎｍから約２５ｎｍの直径を有する、請求項４６から４８のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項５１】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約１０μｍの長さを有する、請求項４６から５０のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項５２】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約５０μｍの長さを有する、請求項４６から５０のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項５３】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約１００μｍの長さを有する、請求項４６から５０のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項５４】
前記微視的集合体の各々が少なくとも約１０μｍから約１００μｍの長さを有する、請求項４６から５０のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項５５】
何らかの金属微粒子および／または被覆物質が前記構成要素間に配設される、請求項４６から５４のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項５６】
前記集合体が前記構成要素に対し実質的に垂直に配設される別の構成要素をさらに備える、請求項４６から５５のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項５７】
前記巨視的集合体が約５ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項４６から５６のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項５８】
前記巨視的集合体が約３ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項４６から５６のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項５９】
前記巨視的集合体が約０．８ｍｇ／ｃｍ３から約６ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する、請求項４６から５６のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項６０】
前記巨視的集合体が少なくとも１０４のナノメートル・フィラメント状構造体を備える、請求項４６から５９のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項６１】
一緒に結合された前記微視的集合体がフラクタル・パターンを実質的に形成する、請求項４６から６０のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項６２】
前記微視的集合体が一緒に結合され、長手方向軸に沿って実質的に整列する、請求項４６から６０のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項６３】
前記微視的集合体が一緒に結合され、２つの隣接する微視的集合体の構成要素の少なくとも主要な部分が同じ方向に実質的に整列するように、長手方向軸に沿って実質的に整列する、請求項４６から６０のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項６４】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体がカーボン・ナノチューブである、請求項４６から６３のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項６５】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブである、請求項４６から６３のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項６６】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体がドープされた単層カーボン・ナノチューブである、請求項４６から６３のいずれか一項に記載のフィラメント。
【請求項６７】
当該単層カーボン・ナノチューブがＢ、Ｆ、Ｎ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｉおよびそれらの混合物からなる群から選択されるドーピング元素を含み、前記ドーピング元素が任意選択でナノ微粒子の形態である、請求項６６に記載のフィラメント。
【請求項６８】
複数の絡み合ったフィラメントを備える絡み合い体であって、前記フィラメントが請求項４６から６７のいずれか一項に記載したものである、絡み合い体。
【請求項６９】
ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体であって、前記巨視的集合体が、一緒に結合され同じ方向に実質的に整列する複数の絡み合ったナノメートル・フィラメント状構造体、および／またはそれらの束を備え、前記巨視的集合体が約８ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、巨視的集合体。
【請求項７０】
前記束が約１００ｎｍ未満の、好ましくは約５０ｎｍ未満の直径を有する、請求項６９に記載の巨視的集合体。
【請求項７１】
前記束が約３０ｎｍ未満の直径を有する、請求項６９に記載の巨視的集合体。
【請求項７２】
前記束が約２ｎｍから約２５ｎｍの直径を有する、請求項６９に記載の巨視的集合体。
【請求項７３】
何らかの金属微粒子および／または被覆物質が前記ナノメートル・フィラメント状構造体および／またはそれらの束の間に配設される、請求項６９から７２のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項７４】
前記集合体が前記構成要素に対し実質的に垂直に配設される別の構成要素をさらに備える、請求項６９から７３のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項７５】
前記巨視的集合体がフィラメントの形態である、請求項６９から７４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項７６】
前記巨視的集合体が約５ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項６９から７４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項７７】
前記巨視的集合体が約３ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する、請求項６９から７４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項７８】
前記巨視的集合体が約０．８ｍｇ／ｃｍ３から約６ｍｇ／ｃｍ３の密度を有する、請求項６９から７４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項７９】
前記巨視的集合体が少なくとも約１０４のナノメートル・フィラメント状構造体を備える、請求項６９から７４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項８０】
一緒に結合された前記ナノメートル・フィラメント状構造体がフラクタル・パターンを実質的に形成する、請求項６９から７９のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項８１】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が一緒に結合され、長手方向軸に沿って実質的に整列する、請求項６９から８０のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項８２】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体がカーボン・ナノチューブである、請求項６９から８１のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項８３】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブである、請求項６９から８１のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項８４】
ナノメートル・フィラメント状構造体の複数の微視的集合体を備え、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させることによって得られる巨視的集合体であって、前記ナノメートル・フィラメント状構造体の微視的集合体が形成され、電界に従って実質的に整列し、一緒に集合し、前記電極のうちの少なくとも１つに堆積し、それによって巨視的集合体を形成する、巨視的集合体。
【請求項８５】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブであり、かつ前記巨視的集合体が重量で少なくとも約２５％の純度を有する、請求項１から２２および６９から８４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項８６】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブであり、かつ前記巨視的集合体が重量で少なくとも約４０％の純度を有する、請求項１から２２および６９から８４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項８７】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブであり、かつ前記巨視的集合体が重量で少なくとも約５０％の純度を有する、請求項１から２２および６９から８４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項８８】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブであり、かつ前記巨視的集合体が重量で少なくとも約７５％の純度を有する、請求項１から２２および６９から８４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項８９】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブであり、かつ前記巨視的集合体が重量で少なくとも約２５％の単層カーボン・ナノチューブの含有量を有する、請求項１から２２および６９から８４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項９０】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブであり、かつ前記巨視的集合体が重量で少なくとも約４０％の単層カーボン・ナノチューブの含有量を有する、請求項１から２２および６９から８４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項９１】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブであり、かつ前記巨視的集合体が重量で少なくとも約５０％の単層カーボン・ナノチューブの含有量を有する、請求項１から２２および６９から８４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項９２】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブであり、かつ前記巨視的集合体が重量で少なくとも約７５％の単層カーボン・ナノチューブの含有量を有する、請求項１から２２および６９から８４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項９３】
前記巨視的集合体、前記構成要素の少なくとも一部分が実質的に平行かつ間隔のあいた構成要素である、請求項１から２２および６９から９２のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項９４】
前記巨視的集合体および／または前記構成要素が電界に従って整列している、請求項１から２２および６９から９３のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項９５】
前記ガス相に使用される当該ナノメートル・フィラメント状構造体が既に成長したナノメートル・フィラメント状構造体である、請求項１から２２および６９から９４のいずれか一項に記載の巨視的集合体。
【請求項９６】
ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させるステップを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を調製する方法であって、前記ナノメートル・フィラメント状構造体の微視的集合体が形成され、電界に従って実質的に整列し、一緒に集合し、前記電極のうちの少なくとも１つに堆積し、それによって巨視的集合体を形成する、方法。
【請求項９７】
ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させるステップを含み、前記ナノメートル・フィラメント状構造体の微視的集合体が形成され、電界に従って実質的に整列し、一緒に集合し、前記電極のうちの少なくとも１つに堆積し、それによって巨視的集合体を形成する、請求項１から２２および６９から９５のいずれか一項に記載のナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を調製する方法。
【請求項９８】
前記微視的集合体が当該電界の向きの線に沿って実質的に一緒に集合する、請求項９６または９７に記載の方法。
【請求項９９】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブである、請求項９６から９７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１００】
前記堆積中、前記堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が前記電極を架橋することを実質的に防止することによって前記方法が行われる、請求項９６から９９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０１】
請求項１から２２および６９から９５のいずれか一項に記載の巨視的集合体の、触媒担体、電極、スーパーキャパシタ膜、フィルタ材料または複合材料の添加剤としての使用。
【請求項１０２】
請求項１から２２および６９から９５のいずれか一項に記載の巨視的集合体の、触媒担体、電極、スーパーキャパシタ膜、フィルタ材料または複合材料の添加剤の調製での使用。
【請求項１０３】
請求項２３から４５のいずれか一項に記載の発泡体の、触媒担体、電極、スーパーキャパシタ膜、フィルタ材料または複合材料の添加剤としての使用。
【請求項１０４】
請求項２３から４５のいずれか一項に記載の発泡体の、触媒担体、電極、スーパーキャパシタ膜、フィルタ材料または複合材料の添加剤の調製での使用。
【請求項１０５】
ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を電界を発生させる少なくとも２つの前記電極の間に画成される空間を通過させるステップと、
前記堆積中、前記堆積するナノメートル・フィラメント状構造体が前記電極を架橋することを少なくとも実質的に防止するステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法。
【請求項１０６】
ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を電界を発生させる少なくとも２つの前記電極の間に画成される空間を通過させるステップと、
前記ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積中、これらの構造体の少なくとも一部分が前記電極のうちの１つに接触するのを取り除くことによって、前記少なくとも２つの電極を架橋するどのような構造体もそのような位置から少なくとも実質的に取り除くステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法。
【請求項１０７】
ａ）入口と、
入口および少なくとも２つの出口を備えるバルブであって、前記出口がバルブの前記入口と流体流れ連通に選択的に置かれるようになされ、バルブの前記入口が機器の入口と流体流れ連通するバルブと、
各々が少なくとも２つの電極の組を備える少なくとも２つの堆積ユニットであって、第１の電極および第２の電極がその間に空間を画成し、前記空間が前記バルブの出口の１つと流体流れ連通し、かつナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定されるユニットとを備える機器を設けるステップと、
ｂ）前記ガス相を前記機器の前記入口、前記バルブおよび選択された堆積ユニットを通過させるステップと、前記選択された堆積ユニットの前記電極間に電位差を加え、それによって少なくとも１つの電極にナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるステップと、
ｃ）別の堆積ユニットを選択しステップ（ｂ）を繰り返すステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を電極に堆積させる連続方法。
【請求項１０８】
電極間に電流の増加を起こさせるように、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの前記電極の間に画成される空間を通過させるステップと、
所定の時間にわたり前記電流の挙動を分析する、かつ／または前記ナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視する方法。
【請求項１０９】
前記電流挙動の当該分析が、時間の関数として前記電流の微分値を分析することによって行われる、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１０】
前記電流挙動の当該分析が、前記電流の平均強度を時間および電流の標準偏差の関数として分析することによって行われる、請求項１０８または１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記電流挙動の当該分析が、前記電流の抵抗値を時間の関数として分析することによって行われる、請求項１０８または１０９に記載の方法。
【請求項１１２】
ナノメートル・フィラメント状構造体のサイズ、密度または形状（好ましくは密度）の当該分析が、前記ガス相内に存在する前記ナノメートル・フィラメント状構造体の光学的吸収を分析することによって行われる、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１３】
当該ナノメートル・フィラメント状構造体の当該分析が光学的プローブを使用して行われる、請求項１１２に記載の方法。
【請求項１１４】
前記光学的プローブがレーザ・ビーム、赤外線ビーム、可視光線ビームまたは紫外線ビームおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１５】
当該ナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状の当該分析が、カメラによって当該ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積を監視することによって行われる、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１６】
当該分析が、前記電流のまたは抵抗の変化を時間に対して監視することによって、前記ガス相が前記空間を通過する間にリアルタイムで行われる、請求項１０８から１１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１７】
前記分析が約１００秒より少ない時間枠に対してリアルタイムで行われる、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記分析が、前記ナノメートル・フィラメント状構造体の存在または不存在を判定するために、かつ／または前記ナノメートル・フィラメント状構造体の品質を評価するために、標準グラフと比較される、請求項１１６または１１７に記載の方法。
【請求項１１９】
前記電極が、ナノメートル・フィラメント状構造体の前記堆積物が電極間を架橋するのを防止するために、互いに対し回転関係にある、または互いに対し平行移動関係にある、請求項９６から１００および１０５から１１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２０】
第１の電極が第２の電極を受けるように寸法設定される内部穴を画成する細長い部材を備える、請求項９６から１００および１０５から１１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２１】
前記第１および第２の電極が互いに実質的に平行である、請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２２】
前記第２の電極が前記第１の電極と長手方向に配列される、請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２３】
前記第２の電極が前記内部穴内に実質的に同軸な配列で配設される、請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２４】
前記第２の電極が前記内部穴内に前記細長い部材に対して実質的に垂直に配設される、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１２５】
前記電極のうちの１つが回転させられるようになされ、それによってナノメートル・フィラメント状構造体の前記堆積物が少なくとも部分的に前記電極周りに巻き上げられる、請求項９６から１００および１０５から１１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２６】
前記第２の電極が所定の回転数で回転させられ、それによって前記堆積物が前記電極を架橋することを防止する、請求項９６から１００および１１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２７】
前記電極のうちの少なくとも１つが回転するようになされ、それによってナノメートル・フィラメント状構造体の前記堆積物が前記電極周りに少なくとも部分的に巻き上げられる、請求項９６から１００および１０５から１１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２８】
少なくとも１つの前記電極を回転させることによって前記ナノメートル・フィラメント状構造体が前記電極を架橋することが防止され、それによって前記ナノメートル・フィラメント状構造体を前記回転電極の周りに少なくとも部分的に巻き上げる、請求項９６から１００および１０５から１１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２９】
前記電極が約１０−２から約２００ｒｐｍの回転数で回転させられる、請求項１２５から１２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３０】
前記電極が約０．１から約１００ｒｐｍの回転数で回転させられる、請求項１２９に記載の方法。
【請求項１３１】
前記電極が約１から約３０ｒｐｍの回転数で回転させられる、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３２】
前記電極が平電極または直角プリズムの形態の電極である、請求項９６から１００および１０５から１３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３３】
約０．０１から約５００μＡ／ｃｍ２の強度を有する電流密度が前記電極に加えられる、請求項９６から１００および１０５から１３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３４】
前記電流密度が約０．１から約１０μＡ／ｃｍ２の強度を有する、請求項９６から１００および１０５から１３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３５】
前記電界が約１×１０４Ｖ／ｍから約１×１０７Ｖ／ｍの値を有する巨視的電界である、請求項９６から１００および１０５から１３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３６】
前記電界が約１×１０５Ｖ／ｍから約５×１０６Ｖ／ｍの値を有する巨視的電界である、請求項９６から１００および１０５から１３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３７】
前記ガス相が搬送ガスを含む、請求項９６から１００および１０５から１３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３８】
前記搬送ガスがＨｅ、Ａｒ、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、ＣＯ、Ｎ２、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎｅまたはそれらの混合ガスからなる群から選択される、請求項１３７に記載の方法。
【請求項１３９】
前記搬送ガスがＡｒ、Ｈｅまたはそれらの混合ガスである、請求項１３８に記載の方法。
【請求項１４０】
前記ガス相が１ｃｍ３当たり約１×１０６から約１×１０１２のナノメートル・フィラメント状構造体の密度を有する、請求項９６から１００および１０５から１３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４１】
前記ガス相が１ｃｍ３当たり約１×１０７から約１×１０１１のナノメートル・フィラメント状構造体の密度を有する、請求項９６から１００および１０５から１３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４２】
前記ガス相が１ｃｍ３当たり約５×１０８から約５×１０１０のナノメートル・フィラメント状構造体の密度を有する、請求項９６から１００および１０５から１３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４３】
前記空間を通過する前記ナノメートル・フィラメント状構造体の速度を低下させるため、かつ／または浮遊微粒子の局所的濃度を増加させるために、別のガスが前記空間を通して吹き込まれる、請求項１０５から１４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４４】
前記別のガスが向流方式で前記ガス相に吹き込まれる、請求項１４３に記載の方法。
【請求項１４５】
前記別のガスが前記ガス相の密度より低い密度を有する、請求項１４３または１４４に記載の方法。
【請求項１４６】
前記ガスがヘリウムである、請求項１４３から１４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４７】
前記ガスがヘリウムおよびアルゴンを含む、請求項１４３から１４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４８】
前記電極間に加えられる前記電位差が直流電位差である、請求項９６から１００および１０５から１４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４９】
前記電極間に加えられる前記電位差が交流電位差である、請求項９６から１００および１０５から１４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５０】
前記方法が直流および交流電流を同時に使用する、請求項９６から１００および１０５から１４７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５１】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含む前記ガスを前記空間を通過させる前に、前記ガス相中に含有される前記ナノメートル・フィラメント状構造体を、前記ナノメートル・フィラメント構造体が分極される前に、イオン化するように前記ガス相が処理される、請求項９６から１００および１０５から１５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５２】
前記方法中、当該ナノメートル・フィラメント状構造体のイオン化を改変し、抑制しまたは助けるために、追加のガスがさらにガス相に加えられる、請求項９６から１００および１０５から１５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５３】
前記方法中、当該ナノメートル・フィラメント状構造体のイオン化を改変し、抑制しまたは助けるために、前記ナノメートル・フィラメント状構造体がＢ、Ｆ、Ｎ、Ｋまたはそれらの混合物を含む化合物でドープされる、請求項９６から１００および１０５から１５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５４】
前記追加ガスがＮ２、ＳＦ６、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＨＦ、Ｈ２Ｓ、ＣＨ３ＳＨ、ＣＨ３ＣＨ２ＳＨ、ＣＯ２、ＣＯまたはそれらの混合ガスからなる群から選択される、請求項１５２または１５３に記載の方法。
【請求項１５５】
前記追加ガスがＮ２、ＳＦ６、Ｏ２、ＣＯまたはＨ２Ｏである、請求項１５２または１５３に記載の方法。
【請求項１５６】
前記イオン化が光イオン化であり、磁界によって生成される誘導電流によって行われる、または間を電流が流れている１組の電極によって行われる、請求項１５１から１５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５７】
前記イオン化が交流またはパルス電流、直流電流または光子源を使用して行われる、請求項１５１から１５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５８】
前記方法が、前記ガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体の存在を検知または監視するステップをさらに含む、請求項９６から１００および１０５から１０７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５９】
前記検知が前記ガス相を導入する前に行われる、請求項１５８に記載の方法。
【請求項１６０】
前記検知が、所定の時間にわたり前記電流の挙動を分析すること、かつ／または堆積されたナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析することによって行われる、請求項１５８または１５９に記載の方法。
【請求項１６１】
前記検知または監視ステップが、前記空間と隣接し、かつ連通するチャンバ内で行われる、請求項１５８から１６０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６２】
前記監視または検知ステップがリアルタイムで行われる、請求項１５８から１６１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６３】
ナノメートル・フィラメント状構造体の前記堆積物が、微視的な蜘蛛の巣状構造体を一緒に形成する前記ナノメートル・フィラメント状構造体の複数のフィラメントを含む、請求項１０５から１６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６４】
ナノメートル・フィラメント状構造体の前記堆積物が、前記構造体の巨視的集合体を一緒に形成する複数の前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含み、好ましくは前記集合体がフィラメントの絡み合い体を形成する、請求項１０５から１６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６５】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノファイバ、ナノリボン、ナノチューブまたはそれらの束、またはそれらの混合物を含む、請求項１０５から１６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６６】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体がカーボン・ナノメートル・フィラメント状構造体である、請求項１０５から１６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６７】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブ、多層カーボン・ナノチューブ、カーボン・ナノメートル・ファイバおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１０５から１６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６８】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブ、多層カーボン・ナノチューブ、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１０５から１６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６９】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブである、請求項１０５から１６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７０】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が、Ｃ、ＢＮ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｈｇ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｖ２Ｏ３、ＭがＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、ＷまたはＲｅでありＸがＳ、ＳｅまたはＴｅであるＭＸ２、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｎａ２Ｖ３Ｏ７、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２、ＣｕＯ、（ＳＮ）Ｘ、Ｃｕ２Ｓ、ＢｘＣｙＮｚ、ＮｉＣｌ２、ＩｎＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ａｇ２Ｓｅ、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＭがＬｉまたはＮａでありＸがＳｅまたはＴｅであるＭ２ＭｏＸ６、それらの被覆された構造体およびそれらの混合物からなる群から好ましく選択される構成要素の、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノファイバ、ナノリボン、ナノチューブまたはそれらの束などの１次元ナノ構造体である、請求項１０５から１６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７１】
構造体を分極させるためにガス相内に含まれるナノメートル・フィラメント状構造体を少なくとも部分的にイオン化するステップと、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を前記電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、前記ガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの電極の間に画成される空間を通過させるステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法。
【請求項１７２】
内部穴、入口および出口を画成するハウジングであって、前記入口および前記出口が前記穴と流体流れ連通するハウジングと、
前記内部穴内に配設され、間に前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される空間を画成する第１の電極および第２の電極であって、第１の電極が前記ハウジングに接続され第２の電極が前記ハウジングに隣接する支持部材に接続され、電極のうちの少なくとも１つに前記ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために電界を発生させるようになされている電極と、
前記堆積するナノメートル・フィラメント状構造体が前記電極を架橋することを少なくとも実質的に防止する手段とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置。
【請求項１７３】
内部穴、入口および出口を画成するハウジングであって、前記入口および前記出口が前記穴と流体流れ連通するハウジングと、
前記内部穴内に配設され、間に前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される空間を画成する第１の電極および第２の電極であって、第１の電極が前記ハウジングに接続され第２の電極が前記ハウジングに隣接する支持部材に接続され、電極が互いに回転関係にあり、電極のうちの少なくとも１つに前記ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために電界を発生させるようになされている電極とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置。
【請求項１７４】
内部穴、入口および出口を画成するハウジングであって、前記入口および前記出口が前記穴と流体流れ連通するハウジングと、
前記内部穴内に配設され、間に前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される空間を画成する第１の電極および第２の電極であって、第１の電極が前記ハウジングに接続され第２の電極が前記ハウジングに隣接する支持部材に接続され、電極のうちの少なくとも１つに前記ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために電界を発生させるようになされている電極と、
電流、誘導電流または光イオン化を発生させる手段を備えるイオン化ユニットであって、前記穴および前記第１および第２の電極の上流側と流体流れ連通し、前記構造体が前記空間内に受けられ分極される前に前記構造体をイオン化するのに有効であるイオン化ユニットとを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置。
【請求項１７５】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含有するガス相を受けるように寸法設定される少なくとも１つの入口と、
１つの入口と少なくとも２つの出口を備える少なくとも１つの選択機器であって、前記出口が選択機器の前記入口と流体流れ連通に選択的に置かれるようになされており、選択機器の前記入口が前記装置の入口と流体流れ連通している選択機器と、
少なくとも２つの電極の組を各々が備える少なくとも２つの堆積ユニットであって、第１の電極および第２の電極がその間に前記ガス相を受けるように寸法設定される空間を画成し、前記空間が前記選択機器の１つの出口と流体流れ連通しており、前記電極が前記ナノメートル・フィラメント状構造体を前記電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために電界を発生させるようになされているユニットとを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置。
【請求項１７６】
電流、誘導電流または光イオン化を発生させる手段を備え、かつ前記穴および前記第１および第２の電極の上流側と流体流れ連通するイオン化ユニットをさらに備え、前記ユニットが前記構造体が前記空間内に受けられ分極される前に前記構造体をイオン化するのに有効である、請求項１７２、１７３または１７５に記載の装置。
【請求項１７７】
前記電極が、当該構造体が電極を架橋するのを少なくとも実質的に防止するために、互いに対し回転関係にまたは互いに対し平行移動関係にあるようになされている、請求項１７２、１７３または１７５に記載の装置。
【請求項１７８】
前記ハウジングが細長い部材である、請求項１７２から１７７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７９】
前記細長い部材が前記第１の電極である、請求項１７８に記載の装置。
【請求項１８０】
前記第２の電極が前記細長い部材と長手方向に配列される、請求項１７８または１７９に記載の装置。
【請求項１８１】
前記第２の電極が前記第１の電極に対し実質的に平行である、請求項１７８または１７９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８２】
前記第２の電極が前記細長い部材と実質的に同軸の配列で配設される、請求項１８０に記載の装置。
【請求項１８３】
前記第２の電極が前記内部穴内に、前記細長い部材に対して実質的に垂直の配列で配設される、請求項１７８または１７９に記載の装置。
【請求項１８４】
前記第２の電極が前記支持部材上に回転可能に搭載される、請求項１８１に記載の装置。
【請求項１８５】
前記支持部材が前記第２の電極を回転させるためのモータを備える、請求項１８４に記載の装置。
【請求項１８６】
前記堆積するナノメートル・フィラメント状構造体が前記電極を架橋することを少なくとも実質的に防止する前記手段が、前記電極のうちの少なくとも１つを別の電極に対して回転させるモータまたは前記電極を架橋している前記構造体を切断する手段を備える、請求項１７２に記載の装置。
【請求項１８７】
前記第１および第２の電極が平電極または直角プリズムの形態の電極である、請求項１７２から１８６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８８】
前記細長い部材が観察窓をさらに備える、請求項１７２から１８７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８９】
前記出口がフィルタを備える、請求項１７２から１８８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９０】
電流を発生させる前記手段が、当該ガス相内に存在する当該ナノメートル・フィラメント状構造体をイオン化するために、コイルまたは電荷が電極から放出される少なくとも１対の電極を備える、請求項１７６に記載の装置。
【請求項１９１】
当該光イオン化を発生させるための前記手段が光子源を備える、請求項１７４または１７６に記載の装置。
【請求項１９２】
前記光子源がフラッシュランプ、水銀ランプ、または紫外ランプである、請求項１９１に記載の装置。
【請求項１９３】
前記イオン化ユニットが交流またはパルス電流または直流を備える、請求項１９０に記載の装置。
【請求項１９４】
前記装置が、ナノメートル・フィラメント状構造体の存在を検知するために、当該ガス相内の前記ナノメートル・フィラメント状構造体の密度あるいは前記ナノメートル・フィラメント状構造体の入口供給速度を監視するために、所望の場合、前記空間と流体流れ連通するようになされた監視機器をさらに備える、請求項１７２から１９３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９５】
前記装置が前記ガス相内に存在する当該ナノメートル・フィラメント状構造体の光学的吸収を分析するための手段をさらに備える、請求項１７２から１９４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９６】
当該光学的吸収を分析する前記手段が光学プローブを備える、請求項１９５に記載の装置。
【請求項１９７】
前記光学プローブが、レーザ・ビーム、赤外線ビーム、可視光線ビームまたは紫外線ビームおよびそれらの混合ビームからなる群から選択される、請求項１９６に記載の装置。
【請求項１９８】
前記装置が、ナノメートル・フィラメント状構造体の存在を検知するように、当該ガス相内の前記ナノメートル・フィラメント状構造体の密度あるいは前記ナノメートル・フィラメント状構造体の当該入口供給速度を監視するようになされた監視機器をさらに備える、請求項１７２から１９３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９９】
前記電極のうちの少なくとも１つに堆積される前記ナノメートル・フィラメント状構造体を収集するための手段をさらに備える、請求項１７２から１９８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２００】
前記手段が前記電極のうちの少なくとも１つに堆積される前記ナノメートル・フィラメント状構造体を取り除くようになされたスクレーパを備える、請求項１９９に記載の装置。
【請求項２０１】
前記電極のうちの少なくとも１つから取り除かれる前記ナノメートル・フィラメント状構造体を収集するために、任意選択で、所望の場合、前記空間と流体流れ連通する収集チャンバをさらに備える、請求項１９９または２００に記載の装置。
【請求項２０２】
前記収集チャンバが、前記ナノメートル・フィラメント状構造体の酸素または湿分への暴露の可能性を防止するまたは減少させるために不活性雰囲気下に維持される、請求項２０１に記載の装置。
【請求項２０３】
当該電極が、当該堆積する構造体を前記電極のうちの少なくとも１つの周りに少なくとも部分的に巻き上げ、それによって前記堆積するナノメートル・フィラメント状構造体が前記電極を架橋することを少なくとも実質的に防止できるように、互いに対して回転関係になるようになされている、請求項１７２に記載の装置。
【請求項２０４】
当該堆積するナノメートル・フィラメント状構造体が当該電極を架橋することを少なくとも実質的に防止するための前記手段が、前記電極のうちの前記少なくとも１つが、前記ナノメートル・フィラメント状構造体をその周りに少なくとも部分的に巻き上げ、それによって前記堆積するナノメートル・フィラメント状構造体が前記電極を架橋することを少なくとも実質的に防止するように回転するようになされていることを特徴とする、請求項１７２に記載の装置。
【請求項２０５】
前記装置が、ナノメートル・フィラメント状構造体の存在を検知するために、当該ガス相内の前記ナノメートル・フィラメント状構造体の密度あるいは前記ナノメートル・フィラメント状構造体の入口供給速度を監視するために、所望の場合、前記空間と流体流れ連通するようになされた監視機器をさらに備える、請求項１７２に記載の装置。
【請求項２０６】
前記監視機器が、当該ナノメートル・フィラメント状構造体を含む前記ガス相を受けるように寸法設定される空間を間に画成する少なくとも２つの電極であって、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために電界を発生させるようになされている電極と、前記電極間の電流の挙動を所定の時間にわたり分析する、かつ／または堆積したナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するための手段とを備える、請求項２０５に記載の装置。
【請求項２０７】
ナノメートル・フィラメント状構造体の前記堆積が、微視的な蜘蛛の巣状構造体を一緒に形成する前記ナノメートル・フィラメント状構造体の複数のフィラメントを含む、請求項１７２から２０６の一項に記載の装置。
【請求項２０８】
ナノメートル・フィラメント状構造体の前記堆積が、前記構造体の巨視的集合体を一緒に形成する複数の前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含み、好ましくは前記集合体がフィラメントの絡み合い体を形成する、請求項１７２から２０６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０９】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノファイバ、ナノリボン、ナノチューブまたはそれらの束、またはそれらの混合物を含む、請求項１７２から２０６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１０】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体がカーボン・ナノメートル・フィラメント状構造体である、請求項１７２から２０６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１１】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブまたはそれらの束、多層カーボン・ナノチューブ、カーボン・ナノメートル・ファイバおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１７２から２０６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１２】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブまたはそれらの束、多層カーボン・ナノチューブ、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１７２から２０６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１３】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブおよび／またはそれらの束である、請求項１７２から２０６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１４】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体が、Ｃ、ＢＮ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｈｇ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｖ２Ｏ３、ＭがＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、ＷまたはＲｅでありＸがＳ、ＳｅまたはＴｅであるＭＸ２、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｎａ２Ｖ３Ｏ７、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２、ＣｕＯ、（ＳＮ）Ｘ、Ｃｕ２Ｓ、ＢｘＣｙＮｚ、ＮｉＣｌ２、ＩｎＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ａｇ２Ｓｅ、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＭがＬｉまたはＮａでありＸがＳｅまたはＴｅであるＭ２ＭｏＸ６、それらの被覆された構造体およびそれらの混合物からなる群から好ましく選択される構成要素の、ナノワイヤ、ナノロッド、ナノファイバ、ナノリボン、ナノチューブまたはそれらの束などの１次元ナノ構造体である、請求項１７２から２０６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１５】
電流または誘導電流を発生させる前記手段が、１対の電極、コイル、電磁石、ソレノイドまたは移動する永久磁石を備える、請求項１７４または１７６に記載の装置。
【請求項２１６】
前記ガス相内に形成される当該構造体を量的にかつ／または質的に分析するために、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を検知するステップを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視する方法。
【請求項２１７】
前記分析が、ナノメートル・フィラメント状構造体の凝集体のサイズ、密度または形状を分析することによって行われる、請求項２１６に記載の方法。
【請求項２１８】
当該ナノメートル・フィラメント状構造体の当該密度の分析が、前記ガス相内に存在する前記ナノメートル・フィラメント状構造体の光学的吸収を分析することによって行われる、請求項２１６に記載の方法。
【請求項２１９】
前記検知がリアルタイムで行われる、請求項２１６から２１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２０】
前記検知ステップが光学プローブを使用することによって行われる、請求項２１６から２１９に記載の方法。
【請求項２２１】
前記光学プローブが、レーザ・ビーム、赤外線ビーム、可視光線ビームまたは紫外線ビームおよびそれらの混合ビームである、請求項２２０に記載の方法。
【請求項２２２】
ナノメートル・フィラメント状構造体の製造中、前記構造体の形成を監視する方法であって、前記構造体を分析するために光学プローブを使用して、前記製造されたナノメートル・フィラメント状構造体のサンプルを、リアルタイムで、検知するステップを含む方法。
【請求項２２３】
前記分析が、当該ナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状、好ましくは前記密度を分析することによって行われる、請求項２２２に記載の方法。
【請求項２２４】
前記検知ステップが、前記構造体が製造される製造チャンバまたは機器と異なるチャンバである、監視チャンバ内で行われる、請求項２１６から２２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２５】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体を製造するステップ、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させ、次いで前記ナノメートル・フィラメント状構造体を回収するステップを含むナノメートル・フィラメント状構造体を製造する方法における、前記ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積させる前に、それらの分極を助け、それによってそれらの凝集または堆積を容易にするために前記構造体をイオン化する改善された方法。
【請求項２２６】
前記イオン化ステップが前記構造体を少なくとも部分的にイオン化することができる、請求項２２５に記載の方法。
【請求項２２７】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体を製造するステップ、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させ、次いで前記ナノメートル・フィラメント状構造体を回収するステップを含むナノメートル・フィラメント状構造体を製造する方法における、前記ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積させる前に、前記構造体の製造を光学プローブおよび／または当該電流挙動の分析を使用して量的にかつ／または質的に分析するために、前記製造された構造体の一部分を、所望のときおよび選択される時間中に、監視チャンバ内に導入することによって、前記構造体の製造をリアルタイムで監視する改善された方法。
【請求項２２８】
前記分析が、伝達される強度の漸進的変化を時間の関数として検証することによって行われる、請求項２２７に記載の方法。
【請求項２２９】
前記光学プローブが、レーザ・ビーム、赤外線ビーム、可視光線ビームまたは紫外線ビームおよびそれらの混合ビームである、請求項２２７または２２８に記載の方法。
【請求項２３０】
ナノメートル・フィラメント状構造体が形成される反応チャンバを備えるナノメートル・フィラメント状構造体を製造するための機器における、（ｉ）所望のとき、前記構造体の製造をリアルタイムで監視するために監視チャンバ内への前記構造体の通過を可能にするまたは可能にしない手段と、（ｉｉ）所望のとき、前記構造体が前記監視チャンバから出ることを可能にする手段と、（ｉｉｉ）前記構造体を検知するための光学プローブとを備える前記監視チャンバと前記反応チャンバが連結される改善された機器。
【請求項２３１】
ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させるステップと、
不活性雰囲気下で前記堆積されたナノメートル・フィラメント状構造体を前記電極のうちの少なくとも１つから収集するステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を回収する方法。
【請求項２３２】
前記方法が前記ナノメートル・フィラメント状構造体を前記不活性雰囲気下で包装するステップをさらに含む、請求項２３１に記載の方法。
【請求項２３３】
前記収集ステップを行う前に前記電極間の前記電位差を停止させるステップを含む、請求項２３１または２３２に記載の方法。
【請求項２３４】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積中、これらの構造体の少なくとも一部分が前記電極のうちの１つに接触するのを取り除くことによって、前記少なくとも２つの電極を架橋しているどのような構造体もそのような位置から取り除く、請求項２３１から２３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３５】
前記堆積中、前記堆積するナノメートル・フィラメント状構造体が前記電極を架橋することを少なくとも実質的に防止するステップをさらに含む、請求項２３１から２３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３６】
所定の時間にわたり前記電流の挙動を分析する、かつ／または当該ナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するステップをさらに含む、請求項２３３から２３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３７】
ガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体を凝集させるために、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含む前記ガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの前記電極の間に画成される空間を通過させるステップを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体の凝集体を形成する方法。
【請求項２３８】
表面上に当該凝集体を堆積させるステップをさらに含む、請求項２３７に記載の方法。
【請求項２３９】
前記凝集体を濃縮するステップをさらに含む、請求項２３８に記載の方法。
【請求項２４０】
前記ガス相が、当該電極によって発生する前記電界に対して実質的に垂直に前記空間を通過する、請求項９６から１００および１０５から１７１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４１】
ナノメートル・フィラメント状構造体を受けるようになされた内部穴を画成し、前記穴と流体流れ連通する入口および出口を有するハウジングと、
前記穴と流体流れ連通する、所定の時間にわたり前記電流の挙動を分析するための手段とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視するための装置。
【請求項２４２】
前記電流の挙動を分析するための前記手段が、少なくとも２つの電極を備える１組の電極を備える、請求項２４１に記載の装置。
【請求項２４３】
ナノメートル・フィラメント状構造体を受けるようになされた内部チャンバを画成し、かつ前記チャンバと連通する入口および出口を有するハウジングと、
ガス相内の前記ナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状、好ましくは密度を分析するための手段とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視するための装置。
【請求項２４４】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体の密度を分析する前記手段が光学プローブを備える、請求項２４３に記載の装置。
【請求項２４５】
前記光学的プローブがレーザ・ビーム、赤外線ビーム、可視光線ビームまたは紫外線ビームおよびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項２４４に記載の装置。
【請求項２４６】
前記装置が少なくとも２つの電極をさらに備える、請求項２４３から２４５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４７】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析する前記手段が前記チャンバ内に配設される、請求項２４３から２４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４８】
前記ナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析する前記手段が前記入口内に配設される、または前記入口に隣接している、請求項２４３から２４６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４９】
前記入口が、所望のとき、前記ナノメートル・フィラメント状構造体を製造するための装置と流体流れ連通するようになされる、請求項２４１から２４８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５０】
前記入口が、前記内部チャンバとナノメートル・フィラメント状構造体を製造するための装置の間との連通を選択的に可能にする、または可能にしないバルブを備える、請求項２４９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造分野の改良に関する。より詳しくは、本発明は、単層カーボン・ナノチューブまたは多層カーボン・ナノチューブなどのナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための方法および装置に関する。本発明は、ナノメートル・フィラメント状構造体ならびにそのようなナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体の製造にも有用であり得る、様々な他の方法および装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
過去１０年間、いくつかのナノメートル・フィラメント状構造体が合成されてきている。現に、これらの１次元構造体に対する関心はかなり大きくなってきている。いくつかの取り組みおよび進歩が、これらの１次元構造体の合成、特性の特徴付け、集合および応用でなされてきている。これらの最新の開発のうちのいくつかが、（Ｊ．Ｌｉｕ，Ｓ．ＦａｎおよびＨ．Ｄａｉ，Ｊ，ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ．２４（２００４），２４４頁；Ｊ．Ｓｌｏａｎ他，ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ．２４（２００４），２６５頁；Ｗａｌｔ  Ａ．ｄｅ  Ｈｅｅｒ，ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ．２４（２００４），２８１頁；Ｙ．Ｘｉａ他，Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １５（２００３），３５３頁）に報告されてきており、それら全体が参照により本明細書に組み込まれている。しかしながら、この提案される方法には未だ改良の余地がある。これらのナノメートル・フィラメント状構造体の多くは、部分的に揮発性である可能性があるので、それらの少なくとも一部分を失うことなしに堆積させる、または回収することは困難である。現在まで、ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積は、ほとんど熱泳動によって実現されてきている。そのような技術は一般に、生成物質の収集機として働く広い水冷表面を必要とする。そのような技術は大量製造用に最適化されず、しばしば回収するのが比較的困難な粉体または膜の形態を有する堆積物に結果としてなる。したがって、そのような欠点を防止する方法および装置を提供することは望ましいであろう。
【０００３】
これらの１次元ナノメートル・フィラメント状構造体の中で、カーボン・ナノチューブが非常に興味深い特性を示してきている。カーボン・ナノチューブは多層または単層ナノチューブのいずれとしても利用可能である。多層カーボン・ナノチューブは、優れた導電性および熱伝導性などのひときわ優れた特性を有する。それらは水素（Ｃ．Ｌｉｕ，Ｘ．Ｙ．Ｆａｎ，Ｍ．Ｌｉｕ，Ｈ．Ｔ．Ｃｏｎｇ，Ｈ．Ｍ．Ｃｈｅｎｇ，Ｍ．Ｓ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８６（１９９９），１１２７頁；Ｍ．Ｓ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ，Ｋ．Ａ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｐ．Ｃ．Ｅｋｌｕｎｄ，ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ．（１９９９），４５頁）または他のガスの貯蔵、吸収式熱ポンプ、材料強化またはナノエレクトロニクス（Ｍ．Ｍｅｎｏｎ，Ｄ．Ｓｒｉｖａｓｔａｖａ，Ｐｈｙ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．７９（１９９７），４４５３頁）などの多数の分野で用途を有している。他方、単層カーボン・ナノチューブは、多層ナノチューブの特性より相当優れた特性を有する。貯蔵または材料強化などの任意の工業用途に対し、製造される単層カーボン・ナノチューブの量は少なくとも１日数キログラムの筈である。単層カーボン・ナノチューブの合成が遭遇する困難、特にそれらの回収は、それらが極めて揮発性であり合成中に失われる可能性があることである。炭層ナノチューブを製造する知られた方法を使用することによって、粉体または膜形態が得られ、ガス中に搬送されるナノチューブを堆積させるために多量の冷却流体の流れが必要である。
【０００４】
ナノメートル・フィラメント状構造体を製造するために今までに提案されてきた方法および装置では、合成中に製造される構造体の質および量を求めるための効果的な解決策は全く提案されていない。ちなみに、そのような分析は製造が停止したときのみ行われる。したがって、合成工程に何らかの改変を行うことまたは何らかの可変要素を試験することは、そのような改変の結果または影響をナノメートル・フィラメント状構造体が回収されたときのみ確認しまたは知ることができるので、ときには分かり難くなる。すなわち、合成中既に製造された構造体の所与の量が劣等な品質の構造体によって汚染されつつあるかどうか判定する信頼性の高い方法は存在しない。製造の効率（すなわち、製造される構造体の量）が全ての工程中で維持されているか、またはそれがある時間に低下しまたはかなり減少しているかどうか判定する信頼性の高い方法も存在しない。
【０００５】
ナノメートル・フィラメント状構造体の合成に関しては、金属プレートなどの冷却された表面に構造体が堆積する多くの方法が提案されてきている。しかしながら、そのような方法を使用するとき、結果として粉体の形成になりかつ冷却流体の大量の流れが必要になる。実際、ナノメートル・フィラメント状構造体のうちのいくつかの種類は、回収するのに複雑でありかつ空気中に消散する傾向も有する細かな粉体または膜合成物になる傾向を有する。そのような細かな粉体は、人間の健康に有害な有毒製品を示す可能性がある。したがって、そのような欠点に遭遇することなしにナノメートル・フィラメント状構造体を取り戻すまたは回収することが可能な方法を提供することは非常に望ましいであろう。
【０００６】
米国特許第６，８９９，９４５号は、いわゆるバッキーロック(buckyrock)材料と呼ばれる３次元単層カーボン・ナノチューブ固体ブロック材料について述べている。そのような材料は、非常に固く、剛性があり全体的に剛直であり、武器に使用するのに有効であると述べている。この文献は、そのような材料は０．７２０５ｇ／ｃｍ３の密度を有すると述べている。
【０００７】
米国特許第６，９７９，７０９号は、全体的に平行な向きに一緒に束にした少なくとも約１０６の単層カーボン・ナノチューブからなる巨視的なカーボン繊維について述べている。この単層カーボン・ナノチューブは、正三角形格子、すなわち最密構造で配置される。そのような巨視的なカーボン繊維は、半球形フラーレン・キャップ(fullerene cap)がアレー状の筒状カーボン分子の上端部から取り除かれ、アレー状の筒状カーボン分子の上端部が次いで触媒金属と接触する、成長技術によって得られる。カーボンのガス源がこのアレーの端部に供給され、一方局所的なエネルギが、この端部を約５００℃から約１３００℃の範囲内の温度に加熱するためにアレーの端部に加えられる。
【０００８】
カーボン・ナノチューブの合成における別の主要は欠点は、今まで提案されてきた方法が連続式でないことである。ちなみに、カーボン・ナノチューブを製造するための連続方法を得るためには、合成ならびに堆積および／または回収は、連続式に行われなければならない。
【非特許文献１】Ｊ．Ｌｉｕ，Ｓ．Ｆａｎ  ａｎｄ  Ｈ．Ｄａｉ，．Ｊ，ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ．２４（２００４），２４４頁
【非特許文献２】Ｊ．Ｓｌｏａｎ他、ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ．２４（２００４），２６５頁
【非特許文献３】Ｗａｌｔ  Ａ．ｄｅ  Ｈｅｅｒ，ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ．２４（２００４），２８１頁
【非特許文献４】Ｙ．Ｘｉａ他、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  １５（２００３），３５３頁
【非特許文献５】Ｃ．Ｌｉｕ，Ｘ．Ｙ．Ｆａｎ，Ｍ．Ｌｉｕ，Ｈ．Ｔ．Ｃｏｎｇ，Ｈ．Ｍ．Ｃｈｅｎｇ，Ｍ．Ｓ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８６（１９９９），１１２７頁
【非特許文献６】Ｍ．Ｓ．Ｄｒｅｓｓｅｌｈａｕｓ，Ｋ．Ａ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｐ．Ｃ．Ｅｋｌｕｎｄ，ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ．（１９９９），４５頁
【非特許文献７】Ｍ．Ｍｅｎｏｎ，Ｄ．Ｓｒｉｖａｓｔａｖａ，Ｐｈｙ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．７９（１９９７），４４５３頁
【特許文献１】米国特許第６，８９９，９４５号
【特許文献２】米国特許第６，９７９，７０９号
【特許文献３】米国特許仮出願第６０／６６４，９５２号
【特許文献４】２００６年３月２３日出願のＭｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｌａｍｅｎｔａｒｙ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓという名称の国際出願（ＰＣＴ／ＣＡ）
【非特許文献８】Ａｂｒａｈａｍｓｏｎ他、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ  ５５，（２００２），４３−６３頁
【非特許文献９】Ｔａｎｇ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９７，（２００２），２３７−２４０頁
【非特許文献１０】Ｓｃｈｌｅｉｃｈｅｒ他、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １８０，（１９９６），１５−２１頁
【非特許文献１１】Ｉｓｌａｍ他、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，９３，２００４，０３７４０４頁
【非特許文献１２】Ｌｕｓｈｎｉｋｏｖ他、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １７５，（１９９１），１３８−１４２頁
【非特許文献１３】Ｓｃｈｌｅｉｃｈｅｒ他、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １８０，（１９９６），１５−２１頁
【特許文献５】米国特許出願公開第２００３／０２１１０３０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、上記の欠点を克服することが本発明の１つの目的である。
【００１０】
合成中に調製されるこれらの構造体のうちの満足のいく割合を容易に回収することができるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法を提供することが本発明の別の目的である。
【００１１】
合成中に調製されるこれらの構造体のうちの満足のいく割合を容易に回収することができるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置を提供することが本発明の別の目的である。
【００１２】
ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる連続的方法を提供することが本発明の別の目的である。
【００１３】
ナノメートル・フィラメント状構造体の連続的な堆積を可能にする装置を提供することが本発明の別の目的である。
【００１４】
合成中に製造されるナノチューブの品質および／または量を、リアルタイムでより良好に判定できる方法を提供することが本発明の別の目的である。
【００１５】
合成中に製造されるナノチューブの品質および／または量を、リアルタイムでより良好に判定できる装置を提供することが本発明の別の目的である。
【００１６】
作業者がナノメートル・フィラメント状構造体に曝されるリスクを減少させることができる、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法を提供することが本発明の別の目的である。
【００１７】
作業者がナノメートル・フィラメント状構造体に曝されるリスクを減少させることができる、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置を提供することが本発明の別の目的である。
【００１８】
合成中に調製されるこれらの構造体のうちの満足のいく割合を容易に回収することができるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置を提供することが本発明の別の目的である。
【００１９】
揮発性粉体または膜の形態のナノメートル・フィラメント状構造体が遭遇するいくつかの欠点を避けるのを可能にする、ナノメートル・フィラメント状構造体の独自の形態を提供することが本発明の別の目的である。
【００２０】
触媒支持体、リチウム電池電極、燃料電池電極、Ｎｉ／ＭＨ電池電極、スーパーキャパシタ膜、フィルタ材料として、または複合材料を作るために高分子基質などの基質材料内に分散させるために有用であろうナノメートル・フィラメント状構造体の集合体を提供することが本発明の別の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の一態様によれば、
ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相またはガス成分を電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させるステップと、
堆積中に、堆積するナノメートル・フィラメント状構造体が電極を架橋するのを少なくとも実質的に防止するステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法が提供される。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、
ａ）少なくとも２つの電極を備え、第１の電極および第２の電極がその間に空間を画成する１組の電極を設けるステップと、
ｂ）電界を発生させるために電極間に電位差を加えるステップと、
ｃ）ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を空間を通過させるステップと、
ｄ）堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が堆積中に電極を架橋するのを実質的に防止するステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法が提供される。
【００２３】
本発明の別の態様によれば、
ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させるステップと、
ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積中、これらの構造体の少なくとも一部分が電極のうちの１つに接触するのを取り除くことによって、少なくとも２つの電極を架橋しているどのような構造体もそのような位置から少なくとも実質的に取り除くステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法が提供される。
【００２４】
本発明の別の態様によれば、
ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させるステップと、
ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積中、これらの構造体の少なくとも一部分が電極のうちの１つに接触するのを取り除くことによって、少なくとも２つの電極と同時に接触しているどのような構造体もそのような位置から実質的に取り除くステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法が提供される。
【００２５】
本発明の別の態様によれば、
ａ）少なくとも２つの電極を備え、第１の電極および第２の電極がその間に空間を画成する１組の電極を設けるステップと、
ｂ）電界を発生させるために電極間に電位差を加えるステップと、
ｃ）ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を空間を通過させるステップとを含み、
ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積中、これらの構造体の少なくとも一部分が電極のうちの１つに接触するのを取り除くことによって、少なくとも２つの電極を架橋しているどのような構造体もそのような位置から実質的に取り除く、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法が提供される。
【００２６】
本発明のナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる後者の５つの方法を使用することによって、それらの効率的な堆積および簡単な回収を提供することによってそのような構造体の製造を相当に促進することができることが見出された。実際、そのような方法を使用することによって、ナノメートル・フィラメント状構造体を迅速に回収し、かつそのような仕事を低コストで行うことが可能になることによって、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造する方法および装置の生産性を改善することができることが立証された。ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための本発明の方法を使用することによって、従来技術で提案される解決策と比較して長期の時間にわたり構造体の製造が可能になる。特に、電極が構造体によって架橋されることを少なくとも実質的に防止する方法を使用するとき、短絡、閉塞、目詰りなどの多数の事故が回避され、それによって長期の時間にわたりプロセス（ナノメートル・フィラメント状構造体の製造）を実行することが可能になる。ちなみにそのような方法によって、連続方式でのナノメートル・フィラメント状構造体の合成を行うことが可能になる。したがって、これらの構造体を製造するためのプロセスの効率が相当に改善される。さらに、そのような構造体を製造するためのコストもかなり低下する。
【００２７】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる連続的な方法が提供される。この方法は、
ａ）入口と、
入口および少なくとも２つの出口を備えるバルブであって、出口がバルブの入口と流体流れ連通に選択的に置かれるようになされ、バルブの入口が装置の入口と流体流れ連通するバルブと、
少なくとも２つの堆積ユニットであって、ユニットの各々が少なくとも２つの電極の組を備え、第１の電極および第２の電極がその間に空間を画成し、この空間がバルブの出口の１つと流体流れ連通し、かつナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される、ユニットとを備える装置を設けるステップと、
ｂ）ガス相を装置の入口、バルブおよび選択された堆積ユニットを通過させ、かつ選択された堆積ユニットの電極間に電位差を加え、それによって少なくとも１つの電極にナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるステップと、
ｃ）別の堆積ユニットを選択し、ステップ（ｂ）を繰り返すステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を電極に堆積させる連続方法が提供される。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体を電極に堆積させる連続的な方法が提供される。この方法は、ナノメートル・フィラメント状構造体を組の電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、電界を発生させる選択された電極の組（すなわち第１の組）の少なくとも２つの電極の間をナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を通過させるステップと、次いで所望の時間に、少なくとも２つの電極を備える電極の別の組（すなわち第２の組）を選択し、このもう１つの組の電極のうちの少なくとも１つにナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために、ガス相を電極間を通過させるステップとを含む。この方法は、電極のもう１つの組の間に構造体を堆積させている間に電極の組から堆積した構造体を回収するステップを含むのが好ましい。当業者は、少なくとも２つの組の電極が存在する場合、そのような方法を実施できることを理解するであろう。それは、構造体を別の組内に堆積させながら時が来れば電極の組から堆積した材料を回収するために、複数（好ましくは３から１０、より好ましくは４から８）の異なる電極の組を使用することによって、有利に行うことができる。異なる純度レベルを有する可能性のある、堆積構造体の異なるサンプルまたはバッチをより効率的に分離することも可能である。ちなみに、そのような構造体の製造の工程中、品質、サイズ、および他の特性を可能な限り一定に維持することが好ましい。
【００２９】
後者の２つの方法を使用することによって、ガス相合成中に製造される構造体などのナノメートル・フィラメント状構造体を、連続的に、堆積させることができることが見出された。そのような方法を使用することによって、堆積したナノメートル・フィラメント状構造体の製造および回収を、それらの製造を停止することなくあるいはガス相合成でそれらの製造に使用される装置を停止させることなく行うことが可能になる。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、
ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させるステップと、
不活性雰囲気下で、堆積されたナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つから収集するステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を回収する方法が提供される。
【００３１】
この方法は、ナノメートル・フィラメント状構造体を不活性雰囲気下で包装するステップをさらに含むことができる。この方法は、収集ステップを行う前に電極間の電位差を切るステップも含むことができる。ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積中、これらの構造体の少なくとも一部分が電極のうちの１つに接触するのを取り除くことによって、少なくとも２つの電極を架橋しているどのような構造体もそのような位置から少なくとも実質的に取り除くことができる。別法として、この方法は、堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が堆積中電極を架橋するのを防止するステップをさらに含むことができる。この方法は、所定の時間にわたり電流の挙動を分析する、かつ／またはナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するステップをさらに含むことができる。
【００３２】
後者の方法を使用することによって、ナノメートル・フィラメント状構造体を電極に堆積させ、それによってガス相合成中に製造されるナノメートル・フィラメント状構造体の満足のいく部分を回収することができることが見出された。そのような方法が、製造された構造体を酸素または湿分に曝すリスクを相当に低減させることによって、製造された構造体の特性の改変を回避することができることも見出された。そのような方法が、人間の健康に有害かつ有毒である可能性のあるナノメートル・フィラメント状構造体に作業者が曝されるリスクも低減させることも見出された。
【００３３】
本発明の別の態様によれば、
好ましくは細長い部材であるハウジングであって、この細長い部材は内部穴、入口および出口を画成し、入口および出口が穴と流体流れ連通するハウジングと、
この内部穴内に配設される第１の電極および第２の電極であって、第１および第２の電極が間にナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される空間を画成し、第１の電極が細長い部材に接続され、第２の電極が細長い部材に隣接する支持部材に接続され、これらの電極が電極のうちの少なくとも１つにナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために電界を発生させるようになされている電極とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置が提供される。
【００３４】
後者の装置を使用することによって、ガス相合成中に製造されるナノメートル・フィラメント状構造体の満足のいく部分を回収することができることが見出された。
【００３５】
本発明の別の態様によれば、
内部穴、入口および出口を画成するハウジングであって、入口および出口が穴と流体流れ連通するハウジングと、
この内部穴内に配設される第１の電極および第２の電極であって、第１および第２の電極が間にナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される空間を画成し、第１の電極がハウジングに接続され、第２の電極がハウジングに隣接する支持部材に接続され、これらの電極が電極のうちの少なくとも１つにナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために電界を発生させるようになされている電極と、
電流、誘導電流または光イオン化を発生させる手段を備え、穴および第１および第２の電極の上流側と流体流れ連通するイオン化ユニットであって、このユニットは構造体が空間内に受けられ、分極される前に構造体をイオン化するのに有効であるイオン化ユニットとを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置が提供される。
【００３６】
後者の装置を使用することによって、ガス相合成中に製造されるナノメートル・フィラメント状構造体の満足のいく部分を回収することができることが見出された。特に、そのようなイオン化ユニットがナノメートル・フィラメント状構造体の凝集または堆積を容易にすることが見出された。
【００３７】
本発明の別の態様によれば、
内部穴、入口および出口を画成するハウジングであって、入口および出口が穴と流体流れ連通するハウジングと、
この内部穴内に配設される第１の電極および第２の電極であって、第１および第２の電極が間にナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される空間を画成し、第１の電極がハウジングに接続され、第２の電極がハウジングに隣接する支持部材に接続され、これらの電極が電極のうちの少なくとも１つにナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために電界を発生させるようになされている電極と、
堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が電極を架橋するのを少なくとも実質的に防止する手段とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置が提供される。
【００３８】
本発明の別の態様によれば、
間にナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される空間を画成する少なくとも２つの電極であって、電極のうちの少なくとも１つにナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために電界を発生させるようになされている電極と、
堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が電極を架橋するのを少なくとも実質的に防止する手段とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置が提供される。
【００３９】
本発明の別の態様によれば、
内部穴、入口および出口を画成するハウジングであって、入口および出口が穴と流体流れ連通するハウジングと、
この内部穴内に配設される第１の電極および第２の電極であって、第１および第２の電極が間にナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される空間を画成し、第１の電極がハウジングに接続され、第２の電極がハウジングに隣接する支持部材に接続され、これらの電極が互いに回転関係にあり、かつ電極のうちの少なくとも１つにナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために電界を発生させるようになされている電極とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置が提供される。
【００４０】
後者の３つの装置を使用することによって、従来技術の方法と比較して長期の時間にわたりナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させることができることが見出された。そのような装置を使用することによって、構造体の効率的な堆積および簡単な回収が可能になることによって、そのような構造体の製造を相当に容易にすることができる。これらの装置は、ナノメートル・フィラメント状構造体の迅速な回収を可能にし、そのような仕事を低コストで行うことを可能にすることによって、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造する装置の生産性を改善することができる。特に、電極が構造体によって架橋されることを少なくとも実質的に防止する方法を使用するとき、短絡、閉塞、目詰りなどの多数の事故が回避され、それによって長期の時間にわたりプロセス（ナノメートル・フィラメント状構造体の製造）を実行することが可能になる。したがって、そのような構造体を製造するコストが相当に低下する。
【００４１】
本発明の別の態様によれば、
ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される少なくとも１つの入口と、
１つの入口と少なくとも２つの出口を備える少なくとも１つの選択機器であって、出口が選択機器の入口と流体流れ連通に選択的に置かれるようになされており、選択機器の入口が装置の入口と流体流れ連通している選択機器と、
少なくとも２つの電極の組を各々が備える少なくとも２つの堆積ユニットであって、第１の電極および第２の電極がその間にガス相を受けるように寸法設定される空間を画成し、この空間が選択機器の１つの出口と流体流れ連通しており、これらの電極が、ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために電界を発生させるようになされているユニットとを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置が提供される。
【００４２】
後者の装置を使用することによって、ナノメートル・フィラメント状構造体を連続的に堆積および回収することができることが見出された。換言すれば、製造を連続的に行うことができる。そのような方法は実際、連続的に行うことができる。そのような装置を使用することによって、そのような構造体の効率的な堆積および簡単な回収が可能になることによって、構造体の製造を容易にすることができる。これらの装置は、ナノメートル・フィラメント状構造体を迅速に回収し、かつそのような仕事を低コストで行うことが可能になることによって、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造する装置の生産性を改善する。
【００４３】
本発明の別の態様によれば、ガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体を凝集させることができるように、電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間をナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を通過させるステップを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体の凝集体を形成する方法が提供される。この方法は、凝集体を濃縮するステップおよび／または凝集体を表面上に堆積させるステップをさらに含むことができる。
【００４４】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法が提供され、この方法は、ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、電界を発生させる少なくとも２つの電極の間に画成される空間を前記ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相またはガス成分を通過させるステップを含み、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる前に構造体を分極させるために構造体が少なくとも部分的にイオン化され、それによって構造体の凝集または堆積が容易になる。イオン化は、少なくとも部分的に構造体をイオン化できることが好ましい。
【００４５】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法が提供され、この方法は、構造体を分極させるためにガス相内に含まれるナノメートル・フィラメント状構造体を少なくとも部分的にイオン化するステップと、ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるために、電界を発生させる少なくとも２つの電極の間に画成される空間をガス相を通過させるステップとを含む。
【００４６】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造するステップと、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるステップと、次いでナノメートル・フィラメント状構造体を回収するステップと、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる前に構造体を分極させるために構造体をイオン化し、それによってそれらの凝集または堆積を容易にする改善とを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造する方法が提供される。イオン化は、少なくとも部分的に構造体をイオン化できることが好ましい。
【００４７】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造するステップと、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるステップと、次いでナノメートル・フィラメント状構造体を回収するステップと、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる前に、電流挙動および／または光学プローブを使用して構造体の製造を量的にかつ／または質的に分析するために、製造された構造体の一部分を、所望のときおよび選択される時間中に監視チャンバ内に導入することによって構造体の製造をリアルタイムで監視する改善とを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造する方法が提供される。この分析はそれぞれ、電流挙動および／または伝達される強度の漸進的変化を時間の関数として検証することによって行うことができる。
【００４８】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体が形成される堆積チャンバと、この堆積チャンバが、（ｉ）所望のとき、構造体の製造をリアルタイムで監視するために監視チャンバ内への構造体の通過を可能にするまたは可能にしない手段と、（ｉｉ）所望のとき、構造体が監視チャンバから出ることを可能にする手段と、（ｉｉｉ）構造体を検知するための光学プローブとを備える監視チャンバに連結される改善とを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造する機器が提供される。
【００４９】
本発明の別の態様によれば、
電極間に電流の増加を起こさせるように、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を電界を発生させる少なくとも２つの電極の間に画成される空間を通過させるステップと、
所定の時間にわたり前記電流の挙動を分析する、かつ／またはナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視する方法が提供される。この分析から得られる結果は次いで、製造される構造体の品質および／または量を判定するために標準のグラフと比較することができる。
【００５０】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視する方法が提供される。この方法は、ガス相内を搬送される構造体を量的に分析するためにナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を検知するステップを含む。この分析は、ガス相内に浮遊するナノメートル・フィラメント状構造体の密度を分析することによって行われるのが好ましい。ナノメートル・フィラメント状構造体の密度のこの分析は、ガス相内に存在するナノメートル・フィラメント状構造体の光学的吸収を分析することによって行われるのが好ましい。この検知はリアルタイムで行われるのが好ましい。この検知ステップも光学プローブを使用して行われるのが好ましい。
【００５１】
本発明の別の態様によれば、構造体の製造中ナノメートル・フィラメント状構造体の形成を監視する方法が提供される。この方法は、構造体を分析するために光学プローブを使用して製造されたナノメートル・フィラメント状構造体のサンプルをリアルタイムで検知するステップを含む。この分析は、ナノメートル・フィラメント状構造体の密度を分析することによって行うことができる。この検知ステップは、構造体が製造される製造チャンバまたは機器と異なるチャンバである、監視チャンバ内で行うことができる。それは、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造する装置の製造速度を監視するために、電界が全くない区域内の製造チャンバの入口の上流でも行うことができる。
【００５２】
後者の３つの方法を使用することによって、ガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体の存在をリアルタイムで監視し、検知することができることが見出された。そのような方法は、製造される構造体の品質および／または量をリアルタイムで監視し、選択されるときのいわゆる製造される構造体の品質および／または量が特定の要求に合致しない場合、その選択されるときに製造を中止することができるので、特に有用である。そうすることによって、合成中に遭遇する問題点を迅速に検知し、堆積した構造体が劣った品質の構造体で汚染されることを回避することができる。さらに、プロセスに起用された特定の改変の、製造されるナノメートル・フィラメント状構造体の品質および／または量に対する影響を迅速かつ効率的に評価することができる。
【００５３】
本発明の別の態様によれば、
構造体を受けるようになされた内部穴を画成し、かつこの穴と流体流れ連通する入口および出口を有するハウジングと、
この穴と流体流れ連通する、所定の時間にわたり電流の挙動を分析するための手段とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視する装置が提供される。
【００５４】
電流の挙動を分析する手段は、少なくとも２つの電極を備える１組の電極を備えることができる。この装置は、ナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するためのカメラまたは光学プローブなどの手段をさらに備えることができる。この光学プローブは、レーザ・ビーム、赤外線ビーム、可視光線ビームまたは紫外線ビームおよびそれらの混合物からなる群から選択することができる。構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するための手段は、穴内にまたは穴に隣接して配設することができる。構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するための手段は、装置の入口内にも配設することができる。この入口は、所望のとき、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造するための装置と流体流れ連通するようになされることができる。この入口は、内部チャンバとナノメートル・フィラメント状構造体を製造するための装置との間の連通を選択的に可能にする、または可能にしないバルブを備えることができる。
【００５５】
本発明の別の態様によれば、
構造体を受けるようになされた内部穴を画成し、かつこの穴と連通する入口および出口を有するハウジングと、
ガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するための手段とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視する装置が提供される。
【００５６】
このナノメートル・フィラメント状構造体の密度を分析する手段は光学プローブを備えることができる。この光学プローブは、レーザ・ビーム、赤外線ビーム、可視光線ビームまたは紫外線ビームおよびそれらの混合物からなる群から選択することができる。入口は、所望のとき、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造するための装置と流体流れ連通するようになされることができる。この入口は、内部チャンバとナノメートル・フィラメント状構造体を製造するための装置との間の連通を選択的に可能にする、または可能にしないバルブを備えることができる。構造体またはそれらの凝集体を分析するための手段は、穴内にまたは穴に隣接して配設することができる。構造体またはそれらの凝集体を分析するための手段は、装置の入口内に配設することもできる。この装置は、少なくとも２つの電極を備える１組の電極をさらに含むことができる。
【００５７】
本発明の別の態様によれば、
構造体を受けるようになされた内部穴を画成し、かつこの穴と連通する入口および出口を有するハウジングと、
ガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するための手段と、
この穴と流体流れ連通する、所定の時間にわたり電流の挙動を分析するための手段とを備える、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視する装置が提供される。
【００５８】
後者の３つの装置を使用することによって、ガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体の存在をリアルタイムで監視し、かつ検知できることが見出された。これらの装置は、製造される構造体の品質および／または量をリアルタイムで評価し、選択されるときのいわゆる製造される構造体の品質および／または量が特定の要求に合致しない場合、その選択されるときに製造を中止することができるので特に有用である。それらは、合成プロセスに起用された改変または変形の影響を迅速かつリアルタイムで評価することもできる。したがって、特定の改変または変形が構造体の製造に対して利益をもたらすかあるいは不利益をもたらすかをどうかを判定することができる前に、ナノメートル・フィラメント状構造体が回収されるまでもはや待つ必要がなくなる。
【００５９】
本発明の一態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させ、それによってナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させる、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法が提供される。
【００６０】
本発明の別の態様によれば、
ａ）第１の電極および第２の電極がその間に空間を画成する、少なくとも２つの電極を備える１組の電極を設けるステップと、
ｂ）電界を発生させるために電極間に電位差を加えるステップと、
ｃ）ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相をこの空間を通過させ、それによってナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させるステップとを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体を電極に堆積させる方法が提供される。
【００６１】
後者の２つの方法を使用することによって、ガス相合成中に製造されるナノメートル・フィラメント状構造体の満足のいく部分を回収することができることが見出された。
【００６２】
本発明の方法および装置は、ナノメートル・フィラメント状構造体を調製するための複数の方法および装置と組み合わせて使用することができるので、非常に用途が広いことも見出された。ちなみに、本発明の方法および装置は、プラズマ・トーチ（ＲＦ、または誘導プラズマ・トーチ、移行式アーク・プラズマ・トーチ、ＤＣプラズマ・トーチ、マイクロ波プラズマ・トーチ等）、ＨｉＰｃｏ、レーザ気化、ガス相化学気相堆積、レーザ・アブレーションおよび電気アークなどの、事実上、１次元ナノ構造体の任意のガス相合成とともに使用することができる。本発明の方法および装置は、参照によりそれらの全体が本明細書に組み込まれている、２００５年３月２５日出願の米国特許仮出願第６０／６６４，９５２号および２００６年３月２３日出願の「Ｍｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｌａｍｅｎｔａｒｙ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」という名称の国際出願（ＰＣＴ／ＣＡ）に定義される精製方法および装置と組み合わせて使用することができる。
【００６３】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体が提供される。この巨視的集合体は、同じ方向に実質的に整列し一緒に結合または集合する複数の微視的集合体を備える。微視的集合体の各々は、間に複数の空間または空洞を画成する複数の構成要素を備える。この構成要素の各々は、少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体または少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体の束を備える。この巨視的集合体は約８ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する。
【００６４】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体が提供される。この集合体は、同じ方向に実質的に整列し一緒に結合するナノメートル・フィラメント状構造体の複数の微視的集合体を備える。この微視的集合体の各々は、間に複数の空間または空洞を画成する複数の構成要素を備える。この構成要素の各々は、少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体または少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体の束を備え、この巨視的集合体は発泡体の形態である。
【００６５】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体が提供される。この巨視的集合体は、同じ方向に実質的に整列し一緒に結合または集合する複数の微視的集合体を備える。この微視的集合体の各々は、間に複数の空間または空洞を画成する複数の構成要素を備える。この構成要素の各々は、少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体または少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体の束を備える。この束は、約１００ｎｍ未満の直径を有する。
【００６６】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体の複数の微視的集合体を備える巨視的集合体が提供され、この巨視的集合体は、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させることによって得られ、そこでナノメートル・フィラメント状構造体の微視的集合体が形成され、電界に従って実質的に整列し、一緒に集合し、電極のうちの少なくとも１つに堆積し、それによって前記巨視的集合体を形成する。微視的集合体が実質的に電界の向きの線に沿って一緒に集合するのが好ましい。
【００６７】
本発明のナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体は、独特の特性を有することが見出された。これらの巨視的集合体は特に、それらに泡の外観をもたらす低い密度を有する。これらの巨視的集合体は、相当に高い量の空洞または隙間も備え、したがって、それらは高い気孔率および高い比面積を有する。本発明のナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体は、高い吸収度も有する。そのような特徴および特殊な特性は、触媒担体、スーパーキャパシタ膜、フィルタ膜、リチウム蓄電池電極、燃料電池電極、Ｎｉ／ＭＨ蓄電池電極および複合材料を作るための高分子マトリックスなどのマトリックス材料中への分散剤、等などの用途に対して巨視的集合体を特に興味深くさせる。それらは、それらの泡の外観を考慮すると、例として電気化学で使用される様々な触媒に取って代わるのに使用することもできる。高い体積を有するナノメートル・フィラメント状構造体のそのような巨視的集合体は、しばしば単層カーボン・ナノチューブなどの粉体または膜の形態である、通常のナノメートル・フィラメント状構造体から明瞭かつ迅速に区別することができることも見出された。現に、本発明の巨視的集合体は、粉体または膜形態と明瞭に対照をなす泡の形態である。そのような泡の形態は、それらが揮発する傾向がより少ないのでこの製品の操作に伴う健康リスクを最小限にする。
【００６８】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を備える発泡体が提供される。この巨視的集合体は、同じ方向に実質的に整列し一緒に結合するナノメートル・フィラメント状構造体の複数の微視的集合体を備える。この微視的集合体の各々は、間に複数の空間または空洞を画成する複数の構成要素を備える。この構成要素の各々は、少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体または少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体の束を備える。この束は、１００ｎｍ未満の直径を有する。
【００６９】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体が提供される。この巨視的集合体は、複数の絡み合ったナノメートル・フィラメント状構造体、および一緒に結合され同じ方向に実質的に整列するナノメートル・フィラメント状構造体の束を備え、この巨視的集合体は約８ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する。
【００７０】
本発明の別の態様によれば、本発明で定義される少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を備えるフィラメントが提供される。
【００７１】
本発明の別の態様によれば、少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を備えるフィラメントが提供される。この巨視的集合体は、互いに結合される複数のナノメートル・フィラメント状構造体の微視的集合体を備える。微視的集合体の各々は、同じ方向に実質的に整列する複数の構成要素を備え、この構成要素はその間に複数の空間または空洞を画成する。構成要素の各々は、少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体または少なくとも１つのナノメートル・フィラメント状構造体の束を備える。この束は約１００ｎｍ未満の直径を有する。
【００７２】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体およびそれらの束の絡み合い体が提供され、この絡み合い体は約８ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有する。
【００７３】
本発明の別の態様によれば、本発明で説明される複数のフィラメントを備える絡み合い体が提供される。
【００７４】
本発明の別の態様によれば、本発明で定義される少なくとも１つのフィラメントおよび細長い部材を備えるフィラメントと細長い部材の組み合わせが提供される。この少なくとも１つのフィラメントは、細長い部材の周りに巻き上げられる。この組み合わせは、細長い部材の周りに巻き上げられるフィラメントの絡み合い体を含むこともできる。この細長い部材は電極であることが好ましい。
【００７５】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させるステップを含む、ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を調製する方法が提供され、そこではナノメートル・フィラメント状構造体の微視的集合体が形成され、電界に従ってまたは電界の方向に実質的に整列し、一緒に集合し、電極のうちの少なくとも１つに堆積しそれによって巨視的集合体が形成される。この微視的集合体は、電界の向きの線に沿って一緒に実質的に集合するのが好ましい。
【００７６】
本発明の別の態様によれば、本発明に定義されるナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を調製する方法が提供され、この方法は、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させるステップを含み、そこではナノメートル・フィラメント状構造体の微視的集合体が形成され、電界に従って実質的に整列し、一緒に集合し、前記電極のうちの少なくとも１つに堆積し、それによって巨視的集合体が形成される。この微視的集合体は、電界の向きの線に沿って一緒に実質的に集合するのが好ましい。
【００７７】
後者の２つの方法は、低い密度、高い比面積、および高い気孔率などの非常に興味深い特性を有するナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を調製できることが見出された。そのような方法は、通常ナノメートル・フィラメント状構造体を調製するのに使用される成長技術と対照をなす。カーボン・ナノチューブ用の成長技術では、成長は基板上または種(seed)から実現される。実際、ナノチューブは触媒微粒子から成長し、または既存のナノチューブの集合体の成長を続ける。この成長プロセスは、カーボン含有ガスが触媒微粒子またはナノチューブの集合体に接触するであろうとき開始するであろう。したがって、カーボンが新たなナノチューブを形成させるためにこの微粒子または集合体に加えられるであろう。次いで、さらなるカーボンがより長いナノチューブまたはその集合体などを形成するように構造体に組み入れられるであろう。しかしながら、本発明の方法では、ガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体（好ましくは単層カーボン・ナノチューブ）は既に成長しており、それらは次いで電界に従って整列し、互いに集合または結合し、電極に堆積する。したがって、後者の２つの方法は、成長プロセスではない。そのような方法は、これらの巨視的集合体は揮発する傾向がより小さいので人間の健康に対するリスクを減少させることができる。
【００７８】
本明細書で使用される語句「ナノメートル・フィラメント状構造体」は、１次元ナノメートル構造体を呼ぶ。そのような構造体は、そのようなナノメートル構造体が好ましくは約１０より上の高いアスペクト比（長さ／直径）を有するので、それらが荷電されるとき高い双極子モーメントを有するので好ましい。これらは、電界またはショットキー放射効果によって容易に電子を放射できるように、構造体の先端または表面のところで局所的な電界の相当な増加を可能にする約１００ｎｍより小さい直径を有するのが好ましい。
【００７９】
本明細書で使用される語句「微視的蜘蛛の巣状構造体」はナノメートル・フィラメント状構造体を指すとき、１ｃｍまたはそれ未満のサイズを有し、ナノメートル・フィラメント状構造体およびそれらの凝集体が静電力および／またはファン・デル・ワールス力などの分極力によって一緒に絡み合いまたは連結される蜘蛛の巣状構造体を呼ぶ。
【００８０】
本明細書で使用される語句「巨視的蜘蛛の巣状構造体」はナノメートル・フィラメント状構造体を指すとき、１ｃｍより大きなサイズを有し、ナノメートル・フィラメント状構造体およびそれらの凝集体が静電力および／またはファン・デル・ワールス力などの分極力によって一緒に絡み合いまたは連結される蜘蛛の巣状構造体を呼ぶ。
を指示する。
【００８１】
本明細書で使用される術語「凝集体」は、ナノメートル・フィラメント状構造体を指すとき、巨視的フィラメントを形成するように優先的な方向に沿っていくつかの整列を伴って絡み合っている可能性のある複数のナノメートル・フィラメント状構造体の集合体および／またはそれらの束を呼ぶ。この集合体は、空洞の高い割合を有するのが好ましく、電界によって誘起される凝集プロセス中に得られる。
【００８２】
本発明の方法および装置では、ナノメートル・フィラメント状構造体はナノワイヤ、ナノロッド、ナノファイバ、ナノリボン、ナノチューブまたはそれらの束、またはそれらの混合物を含むことができる。このナノメートル・フィラメント状構造体は、好ましくはカーボン・ナノメートル・フィラメント状構造体である。より好ましくは、このナノメートル・フィラメント状構造体は、単層カーボン・ナノチューブ、多層カーボン・ナノチューブ、カーボン・ナノメートル・ファイバおよびそれらの混合物よりなる群から選択される。単層カーボン・ナノチューブが特に好ましい。別法として、このナノメートル・フィラメント状構造体は、Ｃ、ＢＮ、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｈｇ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｖ２Ｏ３、ＭがＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、ＷまたはＲｅでありＸがＳ、ＳｅまたはＴｅであるＭＸ２、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、Ｇａ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３、Ｎａ２Ｖ３Ｏ７、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣｄＯ、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２、ＣｕＯ、（ＳＮ）Ｘ、Ｃｕ２Ｓ、ＢｘＣｙＮｚ、ＮｉＣｌ２、ＩｎＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、Ａｇ２Ｓｅ、ＳｉＣ、Ｂ４Ｃ、ＭがＬｉまたはＮａでありＸがＳｅまたはＴｅであるＭ２ＭｏＸ６、それらの被覆された構造体およびそれらの混合物からなる群から好ましくは選択される構成要素の、（ナノワイヤ、ナノロッド、ナノファイバ、ナノリボン、ナノチューブまたはそれらの束などの）１次元ナノ構造体であることができる。
【００８３】
本発明の方法および装置に使用されるガス相またはガス成分は、搬送ガスおよびナノメートル・フィラメント状構造体を含むことができる。それは１ｃｍ３当たり約１×１０６から約１×１０１２の、好ましくは約１×１０６から約１×１０１２の、より好ましくは約５×１０８から約５×１０１０のナノメートル・フィラメント状構造体の密度を有することができる。この搬送ガスは、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ２、Ｈ２Ｏ、Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、ＣＯ、Ｎ２、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｎｅおよびそれらの混合ガスからなる群から選択することができる。この搬送ガスはＡｒ、Ｈｅまたはそれらの混合ガスであるのが好ましい。ガス相またはガス状成分は、電界に対して実質的に垂直な空間に吹き込まれまたは通過するのが好ましい。別のガスも、好ましくは向流方式で、ガス相内に吹き込むことができる。この別のガスは、（電極間に画成された）空間を通過するナノメートル・フィラメント状構造体を減速させるため、かつ／または浮遊微粒子の局所的な密度を増加させるために空間を通り吹き込むことができる。この別のガスは、ガス相の密度より低い密度を有するのが好ましい。この別のガスはアルゴン、ヘリウムまたはそれらの混合ガスであるのが好ましい。
【００８４】
ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積が行われる本発明の方法および装置では、堆積物は複数のフィラメントを含むことができる。フィラメントの各々は、本発明で定義されるナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体またはそれらの凝集体を備える。これらのフィラメントは、一緒に微視的蜘蛛の巣状構造体を形成することができる。あるいはこれらのフィラメントは、巨視的蜘蛛の巣状構造体を形成することもできる。
【００８５】
堆積されたナノメートル・フィラメント状構造体およびナノメートル・フィラメント状構造体の凝集体は、非常に低い密度を有することができる。例として、単層カーボン・ナノチューブなどのカーボン・ナノメートル・フィラメント状構造体に対し、形成される巨視的蜘蛛の巣状構造体（１０ｃｍ長さの未加工品のフィラメントの絡み合い）の密度に対する下限は、それは空中にほとんど浮くので、約１．３ｍｇ／ｃｍ３と同じ程度に低くなる可能性がある。プロセス中、この堆積物はカーボン・ナノチューブ間のファン・デル・ワールス力で容易にコンパクトにされる。操作された未加工の堆積物の１グラムは、その結果約１２５ｃｍ３の体積を占有することができ、これは堆積物の密度に対して約８ｍｇ／ｃｍ３の上限を与える可能性がある。それらの密度は次いで、約８ｍｇ／ｃｍ３の上限に到達できるように操作されるとき増加する。
【００８６】
本発明の方法および装置では、電極について使用されるとき、この電極は平電極または直角プリズムの形態の電極であることができる。それらは円筒状電極であることもできる。好ましくは、約０．０１から約５００、より好ましくは約０．１から約１０μＡ／ｃｍ２の強度を有する電流密度を電極に加えることができる。電界は、約１×１０４Ｖ／ｍから約１×１０７Ｖ／ｍの、好ましくは約１×１０５Ｖ／ｍから約５×１０６Ｖ／ｍの値を有する巨視的電界であることができる。電極間に加えられる電位差は、直流（ＤＣ）電位であることができる。電極間に加えられる電位差は、交流（ＡＣ）電位であることもできる。別法として、ＤＣおよびＡＣの同時使用も行うことができる。ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相が空間を通過する前に、ガス相を中に含有されるナノメートル・フィラメント状構造体を、ナノメートル・フィラメント状構造体が分極される前にイオン化するために処理することができる。イオン化は、磁界によって生じる誘起電流によって行うことができ、あるいは間に電流が流れている１組の電極によって行うことができる。それは光イオン化によって行うこともできる。磁界は、コイル、永久磁石、電磁石、またはソレノイドによって生じさせることができる。イオン化は、（好ましくは約１ＫＨｚの周波数を有する）ＡＣ電流またはＤＣ電流を使用して行うことができる。光イオン化はフラッシュランプ、水銀ランプ、紫外ランプ、等などの光子源によって行うことができる。ナノメートル・フィラメント状構造体のイオン化を改変し、抑制しまたは助けるために、ガス相に追加ガスをさらに加えることもできる。ナノメートル・フィラメント状構造体は、ナノメートル・フィラメント状構造体のイオン化を改変し、抑制しまたは助けるために、Ｂ、Ｆ、Ｎ、Ｋまたはそれらの混合物を含む化合物でドープすることもできる。この追加ガスは、Ｎ２、ＳＦ６、Ｏ２、Ｈ２Ｏ、ＨＦ、Ｈ２Ｓ、ＣＨ３ＳＨ、ＣＨ３ＣＨ２ＳＨ、ＣＯ２、ＣＯまたはそれらの混合ガスからなる群から選択することができる。この追加ガスはＮ２、ＳＦ６、Ｏ２、ＣＯまたはＨ２Ｏであるのが好ましい。
【００８７】
本発明の方法および装置では、電極について使用されるとき、電極は、堆積したナノメートル・フィラメント状構造体がそれらを架橋するのを防止するために互いに回転関係にあることができる。実際、電極は、電極のうちの少なくとも１つの周りに堆積した構造体を少なくとも部分的に巻き上げ、それによって堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が電極を架橋することを実質的に防止することができるように互いに回転関係にある。第１の電極は、第２の電極を受けるように寸法設定される内部穴を画成する細長い部材を備えることができる。第１および第２の電極は、互いに実質的に平行であることができる。第２の電極は、第１の電極と長手方向に整列することができる。好ましくは、この第２の電極は、内部穴内に実質的に同軸に配設される。別法として第２の電極は、細長い部材に対して実質的に垂直に内部穴内に配設される。電極のうちの少なくとも１つは、ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積物が少なくとも部分的にこの電極の周りに巻き上げられるように、回転するようになされるのが好ましい。第２の電極を所定の回転数で回転させ、それによって堆積物が電極を架橋するのを防止することができる。電極は、１０−２から約２００ｒｐｍの回転数で、好ましくは約０．１から約１００ｒｐｍの回転数で、より好ましくは約１から約３０ｒｐｍの回転数で回転させることができる。
【００８８】
本発明の方法および装置では、ガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体の存在の検知または監視が行われるのが好ましい。そのような検知または監視ステップは、電極間の空間内にガス相を導入する前に、あるいは構造体の堆積の前に行うことができる。検知または監視ステップは、所定の時間にわたり電流の挙動を分析すること、かつ／またはナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析することによって行うことができる。検知または監視ステップは、空間と隣接し、かつ空間と連通するチャンバ内で行うことができる。この検知または監視は、リアルタイムで、かつより好ましくは１００秒未満の時間にわたり行われるのが好ましい。電流の挙動の分析は、時間の関数としての前記電流の微分値を分析することによって行うことができる。電流挙動の分析は、電流の平均強度を時間およびその標準偏差の関数として分析することによって、あるいは電流の抵抗値を時間の関数として分析することによっても行うことができる。ナノメートル・フィラメント状構造体の密度の分析は、ガス相内に存在するナノメートル・フィラメント状構造体の光学的吸収値を分析することによって行うことができる。ナノメートル・フィラメント状構造体の分析は、光学的プローブを使用して行うことが好ましい。この光学的プローブは、レーザ・ビーム、赤外線ビーム、可視光線ビームまたは紫外線ビームおよびそれらの混合物からなる群から選択することができる。堆積したナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状の分析は、カメラによってナノメートル・フィラメント状構造体の堆積を監視することによっても行うことができる。この分析は、電流または抵抗の変化を時間に対して監視することによって、ガス相が空間を通過する間リアルタイムで行うことが好ましい。この分析が１００秒未満の時間枠に対してリアルタイムで行われるのが好ましい。分析中、ナノメートル・フィラメント状構造体の存在または不存在を判定するために、得られたデータの比較を標準グラフと比較することができる。例として、時間の関数として電流または抵抗を図示するグラフを、所望の構造体が製造されていることを判定しかつ確認するために使用することができる。特にこの分析は、堆積物の品質を評価するために熱重量分析（ＴＧＡ）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、およびラマン分光法の実験室分析によって較正された標準グラフと比較することができる。ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法を実施するとき、この検知ステップまたは分析は、堆積が行われる主チャンバ内で行うことができ、あるいは主チャンバに隣接し、かつそれと連通する補助的なチャンバ内で行うことができる。そのような補助的なチャンバの使用は、構造体が丁度製造されるときに、その構造体を周期的に検知することによって、最近に製造された構造体を分析することができるので特に有利である可能性がある。実際、補助的なチャンバ内でそのようなサンプリングを行うことによって、リアルタイムで製造される構造体の品質および／または量を監視することができる。補助的なチャンバ内で行われる分析は、選択された時間にその中に導入された構造体にのみ関する。したがって、所望の時間間隔で、補助的なチャンバ内でのそのような分析を繰り返すことによって、製造される構造体の品質または量が製造中に変化するときをより正確に求めることが可能になる。したがってそれは、不十分な品質の構造体が製造される場合を最終的に検知することを可能にし、使用者は、前に堆積した構造体の量が劣った品質の構造体でさらに汚染される前に製造を中止することができるであろう。補助的なチャンバは、２つのバッチの検知の間などの所望の時間に任意選択で清掃することができる。
【００８９】
本発明の方法および装置では、電極が互いに回転関係にあることができる。それらは、電極のうちの少なくとも１つにナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために、電界を発生させるようになされることもできる。ハウジングは細長い部材の形態であることができる。この細長い部材は、少なくとも１つの観察窓を備えることができる。第２の電極はこの細長い部材と長手方向に配列することができる。好ましくは、第２の電極は、第１の電極と実質的に平行であり、より好ましくは、第２の電極は細長い部材と実質的に同軸な配列で配設される。第２の電極は、別法として細長い部材に対し実質的に垂直な配列で内部穴内に配設することができる。第２の電極は、回転可能に支持部材に搭載することができる。この支持部材は、第２の電極を回転させるためのモータを備えることができる。堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が電極を架橋するのを少なくとも実質的に防止する（あるいは、少なくとも２つの電極を架橋するどのような構造体も実質的に取り除く）手段は、構造体を周りに巻き上げることができるように回転するようになされた少なくとも１つの電極を備える。堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が電極を架橋するのを少なくとも実質的に防止する手段は、電極のうちの少なくとも１つがその周りに少なくとも部分的にナノメートル・フィラメント状構造体を巻き上げるために回転するようになされ、それによって堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が電極を架橋するのを少なくとも実質的に防止することを特徴とすることができる。堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が電極を架橋するのを少なくとも実質的に防止する手段は、ナノメートル・フィラメント状構造体を切断する手段を備えることができる。堆積した構造体を切断することによって、後者が電極を架橋するのを妨げられる。堆積した構造体を切断する手段は、刃、レーザ・ビーム等であることができる。電極のうちの少なくとも１つは、平行動作または移動を付与され得るようになされることもでき、それによって少なくとも２つの電極を架橋するどのような構造体もそのような位置から少なくとも実質的に取り除くことが可能になる。実際、もう１つの電極に対して、電極のうちの少なくとも１つに付与される平行移動は、架橋する構造体を切断、またはこれらの構造体が電極のうちの１つに接触するのを少なくとも取り除くことを可能にすることができる。この電極は、互いに平行移動にあるようになされることができ、それによって構造体がそれらを架橋することを少なくとも実質的に防止することができる。
【００９０】
電極のうちの少なくとも１つを別の電極に対して回転させるためのモータも備えることができる。この第１および第２の電極は平電極または直角プリズムの形態の電極であることができる。それらは円筒状電極であることもできる。
【００９１】
本発明の装置では、イオン化ユニットが好ましくさらに備えられる。そのようなイオン化ユニットは、電流を発生させる手段、磁界を発生させる手段または光イオン化手段を備えることが好ましく、穴ならびに第１および第２の電極の上流と流体流れ連通にあることができる。このユニットは、穴内またはそれに隣接して配設することができる。このユニットは構造体を、それらが空間内に受けられかつ分極化される前にイオン化するのに効果的であり得る。磁界を発生させる手段は、１対の電極、コイル、永久磁石、電磁石、またはソレノイドを備えるのが好ましい。装置の出口は、フィルタを備えるのが好ましい。イオン化ユニットは、ガス相内に存在するナノメートル・フィラメント状構造体をイオン化するために、電荷が放出される少なくとも１対の電極を備えることが好ましい。イオン化ユニットは、ＡＣ電流（好ましくは１ＫＨｚより上の周波数）またはＤＣ電流を備えることができる。この装置は、ナノメートル・フィラメント状構造体の存在を検知し、ガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体の密度またはナノメートル・フィラメント状構造体の入口供給速度を監視するために、監視機器または所望のとき、空間と流体流れ連通するようになされた補助的なチャンバをさらに備えることができる。この監視機器は、間にナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるように寸法設定される空間を画成する少なくとも２つの電極を備えることができ、この電極は、電極のうちの少なくとも１つにナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために電界を発生させるようになされている。この監視機器は、所定の時間にわたり電極間の電流の挙動を分析する、かつ／または堆積したナノメートル・フィラメント状構造体またはそれらの凝集体のサイズ、密度または形状を分析するための手段も備える。監視機器は、ガス相内に存在するナノメートル・フィラメント状構造体の光学的吸収度を分析する手段を備えることができる。光学的吸収度を分析するこの手段は、レーザ・ビーム、赤外線ビーム、可視光線ビームまたは紫外線ビームおよびそれらの混合ビームからなる群から選択される、光学プローブを備えることができる。この監視機器は、ナノメートル・フィラメント状構造体の存在を検知し、かつガス相内のナノメートル・フィラメント状構造体の密度、またはナノメートル・フィラメント状構造体の入口供給速度を監視するようになされることが好ましい。この装置は、電極のうちの少なくとも１つに堆積したナノメートル・フィラメント状構造体を収集する手段もさらに備えることができる。構造体を収集する手段は、電極のうちの少なくとも１つに堆積したナノメートル・フィラメント状構造体を取り除くようになされたスクレーパを備えることができる。このスクレーパは、作動するとき、電極のうちの少なくとも１つから堆積した構造体を掻き落すことができる。このスクレーパは様々な構造であることができる。それは、電極のうちの１つにまたはそれと隣接する構造物に摺動可能に搭載させるようになされることができ、所望のとき、このスクレーパを電極から構造体を掻き落すために使用することができる。この装置は、電極のうちの少なくとも１つから取り除かれたナノメートル・フィラメント状構造体を収集するために、所望のとき、空間と流体流れ連通するようになされた収集チャンバをさらに備えることができる。この収集チャンバは、ナノメートル・フィラメント状構造体の酸素または湿分への暴露のリスクを回避するまたは減少させるために、不活性雰囲気下に維持されることが好ましい。
【００９２】
巨視的集合体およびそれらの調製方法では、本発明のフィラメント、絡み合い体、発泡体およびフィラメントと細長い部材の組み合わせ体、ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体は、発泡体の形態であることが好ましい。ガス相内に使用されるナノメートル・フィラメント状構造体は、既に成長したナノメートル・フィラメント状構造体であることが好ましい。同じ方向に実質的に整列する微視的集合体の少なくとも一部分は、実質的に平行であり間隔があいていることができる。微視的集合体の構成要素のうちの少なくとも一部分は、実質的に絡み合いまたは絡み合い体の形態であることができる。微視的集合体は、電界の向きの線に沿って一緒に集合するのが好ましい。この巨視的集合体は、８ｍｇ／ｃｍ３未満の、好ましくは約７ｍｇ／ｃｍ３未満の、より好ましくは約５ｍｇ／ｃｍ３未満の、さらにより好ましくは約３ｍｇ／ｃｍ３未満の密度を有することができる。別法として、この巨視的集合体は、約０．８から約６ｍｇ／ｃｍ３の、好ましくは約１．０から約５．８ｍｇ／ｃｍ３の、より好ましくは約１．３から約５．５ｍｇ／ｃｍ３の密度を有することができる。巨視的集合体は、約１００ｎｍ未満の、好ましくは約５０ｎｍ未満の、より好ましくは３０ｎｍ未満の直径を有することができる。別法として、この直径は、約１ｎｍから約１００ｎｍ、好ましくは約２ｎｍから約７５ｎｍ、より好ましくは約５ｎｍから約５０ｎｍであることができる。この巨視的集合体は、少なくとも約１０４のナノメートル・フィラメント状構造体を備えることができる。この巨視的集合体では、ナノメートル・フィラメント状構造体は好ましくはカーボン・ナノチューブであり、より好ましくは単層カーボン・ナノチューブである。微視的集合体は、少なくとも約１０μｍの、好ましくは少なくとも約５０μｍの、より好ましくは少なくとも約１００μｍの長さを有することができる。別法としてこの長さは、約１０μｍから約１００μｍであることができる。一緒に結合される微視的集合体はフラクタル・パターンを実質的に形成することができる。この微視的集合体は、好ましくは互いに結合され、実質的に長手方向軸に沿って整列する。この微視的集合体は互いに結合され、２つの隣接する微視的集合体の構成要素の少なくとも主要な部分が同じ方向に実質的に整列するように、長手方向軸に沿って実質的に整列するのがより好ましい。構成要素の各々は、単一のナノメートル・フィラメント状構造体またはナノメートル・フィラメント状構造体の単一の束を備えるのが好ましい。ナノメートル・フィラメント状構造体のこの巨視的集合体は、重量で少なくとも約２５％の、好ましくは重量で少なくとも約４０％の、より好ましくは重量で少なくとも約４５％の、さらにより好ましくは重量で少なくとも約５０％の、さらにもっとより好ましくは重量で少なくとも約５５％の純度を有することができる。それらは、重量で少なくとも約６０％の、または重量で少なくとも約７５％の純度さえ有することができる。
【００９３】
何らかの金属微粒子および／または（非晶質カーボン、グラファイト・カーボン、フラーレン、またはそれらの混合物などの）被覆物質を微視的集合体の構成要素間に配設することができる。別の構成要素を微視的集合体の構成要素に対して実質的に垂直に配設することができる。巨視的集合体は、フィラメントおよび／または発泡体の形態であることが好ましい。ナノメートル・フィラメント状構造体は、ドープされた単層カーボン・ナノチューブであることができる。この単層カーボン・ナノチューブは、Ｂ、Ｆ、Ｎ、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｓｉ、およびそれらの混合物からなる群から選択されるドーピング元素を含むことができる。このドーピング元素は、ナノ微粒子の形態であることができる。
【００９４】
このフィラメントは、少なくとも約１ｃｍの、好ましくは少なくとも約２０ｃｍの、より好ましくは少なくとも約１００ｃｍの長さを有することができる。絡み合い体では、フィラメントは細長い部材の周りに少なくとも部分的に巻きついているのが好ましい。この細長い部材は電極であることが好ましい。ナノメートル・フィラメント状構造体の集合体を調製する方法は、堆積中に堆積したナノメートル・フィラメント状構造体が電極を架橋するのを実質的に防止することによって行われるのが好ましい。フィラメントのこの絡み合い体は、巨視的蜘蛛の巣状構造体を形成する。
【００９５】
本発明で説明される方法および装置は、それらがガス相でのナノメートル・フィラメント状構造体を処理するようになされているので、ガス相合成プロセスの下流で使用されるのが好ましい。ナノメートル・フィラメント状構造体を製造する装置または方法が、ガス相合成を使用してそのような構造体を製造しない場合は、本発明で説明された方法および装置を使用できるように、ナノメートル・フィラメント状構造体を取り戻し、それらをガス相内に挿入することが可能である。さらに、ガス相を形成できるように高純度のナノメートル・フィラメント状構造体を搬送ガスと一緒に混合することによって、高純度を有する本発明の巨視的集合体、発泡体、フィラメント、絡み合い体、およびそれらの混合物を製造することが可能である。次いでこのガス相は、本発明の所望の巨視的集合体、発泡体、フィラメント、絡み合い体、およびそれらの混合物を得ることができるように、本発明で説明される方法を使用して処理される。
【００９６】
当業者は、前に示された全ての好ましい実施形態は、適用可能なとき、本発明のどのような装置または方法にも有用であり得ることを理解するであろう。
【００９７】
本発明の別の態様によれば、本発明で定義されるナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を調製する方法が提供される。この方法は、ナノメートル・フィラメント状構造体を電極のうちの少なくとも１つに堆積させ、それによってナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を形成するために、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を、電界を発生させる少なくとも２つの電極間に画成される空間を通過させるステップを含む。
【００９８】
本発明の別の態様によれば、ナノメートル・フィラメント状構造体の発泡体が提供される。
【００９９】
本発明のさらなる特徴および利点は、例示の目的で添付の図面に示されるような好ましい実施形態の以下の説明からより容易に明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１００】
以下の実施例は、非限定的な方法で本発明の好ましい実施形態を示す。
【０１０１】
最初に図１を参照すると、プラズマ放電端部１６を伴うプラズマ・チューブ１４を有するプラズマ・トーチ１２を備える、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造するためのシステム９を示す。プラズマ・トーチは、所望のナノメートル・フィラメント状構造体がカーボン・ナノチューブのとき、例として、不活性ガス、カーボン含有物質および金属触媒のイオン化された原子の一部分を含むプラズマ１８を発生させることができる。このシステムは、プラズマ放電端部１６と流体流れ連通する石英チューブ２０も備える。このチューブ２０は、炉２２内に配設される。ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置２４は、チューブ２０の下流に配設され、チューブ２０と流体流れ連通する。プラズマ１８内に含有されるイオン化された微粒子は炉２２内に入る。カーボン・ナノチューブを製造するシステムを使用するとき、炉２２内で、カーボンの原子または分子ならびに金属触媒の原子は、単層カーボン・ナノチューブ、多層カーボン・ナノチューブまたはそれらの混合物などのナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を形成するように濃縮される。単層カーボン・ナノチューブが特に好ましい。このガス相またはガス成分は次いで装置２４内に導入され、そこでナノメートル・フィラメント状構造体は堆積されさらに回収される。
【０１０２】
図２および３を見れば分かるように、ナノメートル・フィラメント状構造体を製造するためのシステム１０および１１は、システム１０および１１がそれぞれナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための２つの装置（または堆積ユニット）２４を有することを除き、システム９と同様である。さらに、システム１０および１１はそれぞれ、分配機器または選択機器２６を備える。システム１０とシステム１１の間の相違点は、それぞれある堆積ユニットまたは別の堆積ユニットを選択する弁２８および２９などのそれらの手段に存在する。両方のシステム１０および１１は、それらの分配機器２６の使用によって、それら２つの装置または堆積ユニット２４のうちの任意の１つに選択的に供給することができる。
【０１０３】
図４に詳細に示す装置２４は、内部穴を画成し、かつ入口３２および出口３４を有する細長い部材または堆積チャンバ３０を備える。この細長い部材３０は、第１の電極として作用するのが好ましく、第２の電極３６は細長い部材３０を貫通して挿入される。電極３０および３６は、間隔があいており、空間３８がその間に画成される。電極３０および３６は、実質的に平行な関係にあり、平行な関係にあるのが好ましい。それらが実質的に同軸に配列されるのがより好ましい。電界を発生させるために電極３０と３６の間に電位差が加えられる。電極３６は、モータ４０を備える支持部材３９に回転可能に搭載される。図５は、図４に示す電極３６の変形体である電極３７を示す。
【０１０４】
図６および７は、図４に図式化された装置２４に相似する装置１０９の図を示す。装置２４と１０９間の主要な相違点は、１０９の装置が使用者が電極３７へのナノメートル・フィラメント状構造体の堆積を観察できる観察窓４２、４４および４６を備えることである。
【０１０５】
図１２はナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置１２４を示す。この装置は、内部穴を画成し、かつ入口１３２および出口１３４を有する細長い部材またはハウジング１３０を備える。入口１３２は、カーボン・ナノチューブ、より具体的には単層カーボン・ナノチューブなどのナノメートル・フィラメント状構造体を製造するのに使用するプラズマ・トーチ（図示せず）の石英チューブ１２０と流体流れ連通する。この細長い部材１３０は第１の電極として作用し、第２の電極１３６は細長い部材１３０を貫通して挿入される。電極１３０と１３６は間隔があいており、空間１３８がその間に画成される。入口１３２は、空間１３８および出口１３４と流体流れ連通している。電極１３０および１３６は、実質的に平行な関係にあり、平行な関係にあるのが好ましい。それらが実質的に同軸に配列されるのがより好ましい。電界を発生させるために電極１３０と１３６の間に電位差が加えられる。この装置は、ビーム１２３を発生させるレーザ１２２、および受光器１２５を含む光学プローブ１２１も備える。光学プローブ１２１は、チューブ１２０と入口１３２の間に配設し、そのビーム１２３がチューブ１２０および入口１３２内を流れる構造体と視覚的に連通するようになされているのが好ましい。装置１２４は、弁２２９を作動させることによって空間１３８および入口１３２と選択的に流体流れ連通することができる監視装置２３７も備えている。当業者は、そのような装置はカーボン・ナノチューブならびに前に定義したような複数の他のナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるのに適していることを明確に理解するであろう。
【０１０６】
当業者は、装置１２４が任意の型式のプラズマ・トーチならびにＨｉＰｃｏ、レーザ気化、ガス相化学気相堆積、電気アークおよびフレームなどのナノメートル・フィラメント状構造体を製造するための任意の装置の下流に搭載するようになされていることも理解するであろう。実際、それはナノメートル・フィラメント状構造体の任意のガス相合成装置に搭載することができる。
【０１０７】
図１３に詳細に示すように、監視装置２３７は、内部穴を画成し、かつ入口２３２および出口２３４を有する細長い部材またはハウジング２３０を備える。この入口は、弁２２９と流体流れ連通する。細長い部材２３０は第１の電極として作用するのが好ましく、第２の電極２３６が細長い部材２３０を貫通して挿入される。電極２３０と２３６は間隔があいており、空間２３８がその間に画成される。入口２３２は、空間２３８および出口２３４と流体流れ連通している。電極２３０および２３６は、実質的に平行な関係にあり、平行な関係にあるのが好ましい。それらが実質的に同軸に配列されるのがより好ましい。電界を発生させるために電極２３０と２３６の間に電位差が加えられる。電極２３６は、モータ２４０を備える支持部材２３９に回転可能に搭載される。光学プローブまたは機器２２１が、弁２２９および空間１３８と流体流れ連通する入口２３２に隣接して配設される。この機器２２１は、レーザ・ビーム２２３を発生させるレーザ２２２および受光器２２５を備える。機器２２１は、ビーム２２３が部材２３０を通過するのを可能にする窓２２７も備える。
【０１０８】
図１４に示すように、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置３２４は、内部穴を画成し、かつ入口３３２および出口３３４を有する細長い部材またはハウジング３３０を備える。入口３３２は、そのような構造体を調製するための装置からナノメートル・フィラメント状構造体を受けるようになされた入口３３３を有する、イオン化ユニット３３５または３３５’の出口３３７と流体流れ連通する。そのような装置は、ＨｉＰｃｏ、レーザ気化、ガス相化学気相堆積、電気アークおよびフレームなどの異なるナノメートル・フィラメント状構造体合成プロセスであることができる。実際、それは、ナノメートル・フィラメント状構造体の任意のガス相合成装置に搭載することができる。実際、両方の型式のイオン化ユニット３３５または３３５’を使用することができる（図１５および１６参照）。この細長い部材３３０は第１の電極として作用し、第２の電極３３６は細長い部材３３０を貫通して挿入される。電極３３０と３３６は間隔があいており、空間３３８がその間に画成される。入口３３２は、空間３３８および出口３３４と流体流れ連通している。電極３３０および３３６は、実質的に平行な関係にあり、平行な関係にあるのが好ましい。それらが実質的に同軸に配列されるのがより好ましい。電極３３０と３３６の間に電位差が加えられる。電極３３６は、モータ３４０を備える支持部材３３９に回転可能に搭載される。
【０１０９】
図１５に詳細に示すように、イオン化ユニット３３５は入口３３３、出口３３７および１対の電極３４２および３４４を備える。図１６に詳細に示すように、イオン化ユニット３３５’は入口３３３、出口３３７および時間で変化する磁界を発生させるコイル３４６を備える。
【０１１０】
図１７は、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置４２４を示し、それは、内部穴を画成し、かつ入口４３２および出口４３４を有する細長い部材またはハウジング４３０を備える。この細長い部材４３０は第１の電極として作用するのが好ましく、第２の電極４３６は細長い部材４３０を貫通して挿入される。電極４３０と４３６は間隔があいており、空間４３８がその間に画成される。入口４３２は、空間４３８および出口４３４と流体流れ連通している。入口４３２は、構造体を製造するための装置から、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相を受けるようになされている。
【０１１１】
この入口は、構造体を製造するための装置（図示せず）から装置４２４への構造体の通過を選択的に可能にするための弁４４７を備える。この装置４２４は、部材４４２および４４４を含むスクレーパ４４０も備える。部材４４２は、装置４２４に摺動可能に搭載され、電極４３６に堆積した構造体を部材４４４に掻きはがさせるようになされている。この部材４４２は下向きに移動するとき電極４３０に堆積している可能性のある構造体を掻きはがすのに効果的である。この装置４２４は、収集チャンバ４４１および受け部材４４３を含む収集ユニット４３９をさらに備える。所望のとき、チャンバ４４１内への構造体の通過を可能にするために、チャンバ４４１と部材４４３の間に弁４４５が設けられる。収集ユニット４３９は、構造体をチャンバ４４１内に搬送するためのピストン４４９などの手段も含む。そのような手段は、ガス流（好ましくはアルゴンまたはヘリウムなどの不活性ガス流）または加圧システムであることもできる。装置４２４はいくつかの観察窓４２７も備える。
【０１１２】
システム９（図１）では、ナノメートル・フィラメント状構造体を含むガス相が、空間３８を通過する前に最初に装置２４（図４）の入口３２に導入される。電極３０と３６の間に加えられる電位差によって電界が空間３８内に発生する。そのような電位差を受けるとき、ナノメートル・フィラメント状構造体は、大きなフィラメント構造体に自動集合される前に、ガス相内に凝集し易くなる。プロセスの開始時は、イオン化された微粒子がガス相内に全く浮遊していないので電流はほとんど存在しない。ナノメートル・フィラメント状構造体は、電界を受けるとき容易にイオン化することができる。次いで、これらの高いアスペクト比の１次元構造体に保持される電荷は大きな電気的双極子モーメント（またはより高いモーメント）を誘起するので、これらのイオン化された微粒子は凝集する。例として、４つの電子の全電荷ｑを保持する、５〜１０のナノチューブから構成される５μｍ長さの単層カーボン・ナノチューブ束に対する双極子モーメントμの大きさを計算することが可能である。そのような場合、水の双極子モーメント（μｗａｔｅｒ＝６．０×１０−３０Ｃｍ）より１０５〜１０６倍大きな値が見出された。
μ＝ｑＬ＝４×１．６・１０−１９Ｃ×５μｍ＝５．３×１０５μｗａｔｅｒ
【０１１３】
この高い双極子モーメントは異常である。それは、このナノチューブの高いアスペクト比（長さ／直径）によって引き起こされる。そのような双極子は、双極性相互作用エネルギが数マイクロメートル程度の分離距離のための熱エネルギに打ち克つので別々のカーボン・ナノチューブの凝集を可能にし、なぜナノチューブの凝集を維持するために臨界密度が必要であるかも明らかにする。ガス相内で凝集プロセスが起きるとき、凝集体間の分離距離が増加するので、双極性相互作用（∝１／ｒ３）の相対的な強度がクーロン力の相互作用（∝１／ｒ２）との比較で減少するので、凝集はクーロン力の相互作用により大きく影響される。結果として得られる微粒子は拡散し、対向する極性の電極または他の凝集体に向かって引き付けられるであろう。このプロセスは、カーボン・ナノチューブの凝集体が電極を架橋しようと試みるであろう大きな（１ｃｍより大きな）巨視的なフィラメントに集合されるまで続くであろう。同様な現象が、Ａｂｒａｈａｍｓｏｎ他がＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃｓ  ５５，（２００２），４３−６３頁に；Ｔａｎｇ他がＳｃｉｅｎｃｅ  ２９７，（２００２），２３７−２４０頁に；かつＳｃｈｌｅｉｃｈｅｒ他がＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １８０，（１９９６），１５−２１頁に記述するように、恒久的なまたは誘起された電気双極子がガス相内に浮遊するときに観察されている。これらの全ての参考文献は参照により本明細書に組み込まれている。
【０１１４】
ナノメートル・フィラメント状構造体は、構造体の先端または表面のところで局所的な電界のかなりの増加を可能にするナノメートルの寸法（すなわち約１００ｎｍ未満の直径）を有するので、その結果それらは、電界またはショットキー放出効果によって容易に電子を放出することができる。この効果は、ナノメートル・フィラメント状構造体が絶縁体、半導体または導体の場合でさえ起きる。
【０１１５】
装置２４では、ナノメートル・フィラメント微粒子が電極３６に徐々に堆積されるとき、電界またはショットキー放出効果の観点から電界および電子流が増加する。同じことが装置２４、１２４、２３７、３２４および４２４にも当てはまる。局所的電界がこれらの微粒子の先端部で絶縁破壊が起きるのに十分に大きくなり、その結果電子雪崩が起きかつ広がり、最終的にはそのような巨視的集合体のフィラメントを形成する、ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を形成する。次いで複数のフィラメントが、図１９に示すように蜘蛛の巣状構造体または形態を有するフィラメントの絡み合いを形成する。巨視的な蜘蛛の巣状構造体が得られるのはこの結果である。そのような絡み合いまたは蜘蛛の巣状構造体は、ナノメートル・フィラメント状構造体および静電力および分極力によって絡み合い一緒に連結されるそれらの凝集体を備える。引き続く加熱によって、より強固な化学的接合も形成することができる。単層カーボン・ナノチューブの蜘蛛の巣状物体は、電極間の放電の結果として理解でき、したがって、それは放電の電気的な流れと同じ構造を有するであろう。実際に、単層カーボン・ナノチューブ凝集体は、磁界の向きの線内の鉄くずと同様に電界の向きの線にそれ自体整列する。これによって本発明の巨視的集合体を作り出すことが可能になる。複数のそのような集合体が蜘蛛の巣状形態（図８の微視的蜘蛛の巣状構造および図１９の巨視的蜘蛛の巣状構造参照）などのネットワークを形成し、このことは、非晶質カーボンが蜘蛛の巣形態を形成するように局所的電界（小さなアスペクト比）を十分に高めないので、カーボン・ナノチューブの存在を示している。非晶質カーボンのみが存在するとき、小さなフレークのみ形成される。堆積されない、ガス状の流れに含有される微粒子は、出口３４によって装置２４から出る。そのような出口は、危険な微粒子の放出を防止するフィルタ（図示せず）も備える。
【０１１６】
ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積したフィラメントは電極３０と３６を架橋し、ある時間とともに最終的にその間の通路（空間３８）を閉塞する傾向を有するので、電極３６は連続動作を可能にするように回転させることが好ましい。電極３６の回転は、絡み合ったまたは蜘蛛の巣状構造体を形成するフィラメントを電極３６の周りに巻き上げるようにし、その結果、堆積物が電極を架橋し、最終的に空間３８を閉塞するのを防止する。したがって、この堆積物はもはや蜘蛛の巣状に見えない。そのような巻き上げられた形態は、綿菓子の形態に似ており、図９および１０に明瞭に示されている。図５に示す好ましい形態を有する電極３７によって、電極周りの堆積物の巻き上げを最適化することができる。そのような方法によって得られる絡み合いは、内部電極３６または３７の長さと同じ長さである。さらに、得られた単層カーボン・ナノチューブの巨視的集合体のフィラメントは高度に整列し、非常に低い密度を有する。したがって、それは興味深い特徴を構成する。そのような特性は、これらの集合体を導電材料を調製するために使用するとき特に興味深い。この堆積物は、非回転電極３６または３７で行うこともできるが、空間３８は長い時間とともにより容易に閉塞されるであろう。
【０１１７】
ナノメートル・フィラメント状構造体の合成は、図２および３にそれぞれ示すシステム１０または１１を使用して連続的な方法で行うことができる。ガス相がチューブ２０を出て分配機器２６に導入されるとき、弁２８または２９を使用して装置２４のうちの任意の１つに選択的に導くことができる。例として、ガス相が中にナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために装置２４のうちの任意の１つに供給されるとき、もう１つの装置２４の電位差は消され、その電極３６または３７に堆積したナノメートル・フィラメント状構造体を回収することができる。そのような場合、モータ４０および電極３６は装置２４から取り外すことができる。このステップが完了したとき、この装置２４は再度ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるために使用することができる。したがって、堆積は各装置２４で交互に行われる。
【０１１８】
図１２に示す装置１２４は、それが光学プローブ１２１および監視装置２３７を備えることを除き、図４に示す装置２４と同様である。したがって、ナノメートル・フィラメント状構造体は、装置２４に対して前に画定したのと類似の方法で装置２３７内（細長い部材または堆積チャンバ１３０内）に堆積する。プローブ１２１および監視機器２３７に関しては、この装置１２４は以下のように働く。製造されたナノメートル・フィラメント状構造体は、それらが電極に好ましくは特に電極１３６に堆積する前に、装置１２４内に、より具体的には空間１３８内に入る前に、チューブ１２０および入口１３２を通り流れている。構造体が空間１３８内に入り電界に曝される前に、レーザ・ビーム１２３が任意選択で構造体をそれらを分析するために検知することができる。その結果そのような検知ステップから、構造体の密度および製造速度などの多くの情報を得ることができる。監視装置２３７（図１２および１３参照）は、所望のとき、入口１３２から入るガス相を定期的に検知または精査するために空間１３８と流体流れ連通することができる。したがって、弁２２９は、所望の構造体を含有する製造されたばかりのガス相のサンプルを得るために選択された時間開かれる。弁２２９が閉じた後、監視チャンバ内の浮遊するカーボン・ナノチューブなどのナノメートル・フィラメント状構造体の密度によって決まる電流〜時間特性を生じさせるように、電界が中央電極２３６に加えられる。この特性の挙動から、ガス相内に含有されるカーボン・ナノチューブ密度および質を、実験室内でのＴＧＡ（熱重量分析）、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）測定によって較正された標準グラフと比較することによって監視することができる。ガス相を偏光されたまたは偏光されない場合もある光学プローブ２２１で検知することによって、ガス相に関するいくつかのより多くの情報を得ることも可能である。得られる追加の情報は、密度、製造速度、浮遊構造体の性質および整列の程度であることができる。したがって、監視装置で図２３から２６に示すようなグラフを作り出すことができる。この分析が行われた後、電界は消すことができ、次いで弁の再開によるガス流れの新たなサンプリングの前に、電極を架橋しているナノチューブのフィラメントを巻き上げるために中央電極２３６を回転させることができる。監視装置２３７をガス相の各精査の間に清掃することができる。任意選択として、複数の監視装置も使用することができる。
【０１１９】
監視プロセスの開始時には、浮遊するイオン化された微粒子の量がほとんど存在しないので、監視または堆積装置の電極間の電流は無視可能である。カーボン・ナノチューブを含有するガス相またはガス成分が図１２と同様な装置の入口に入るとき、これらのカーボン微粒子は電子を放出することができ、かつより容易に荷電され得るので、電流は増加する。したがって、装置内のカーボン・ナノチューブの密度が増加するにつれて、電流は劇的に高められる。例えば、カーボン・ナノチューブを含有するガス相が導入されるとき、電流は１０μＡから１ｍＡより大きく変化する場合がある。他のカーボン微粒子も電流を増加させるが、決してナノチューブが増加させるレベルに増加させない。
【０１２０】
ナノチューブの臨界密度に到達したとき、大きな電流増加が起きることに注目することが重要である。この閾値密度のところで、電極を架橋しようとするカーボン・ナノチューブの大きなフィラメントへの凝集プロセスが起きる。ナノチューブのこれらの大きなフィラメントがガス相内に浮遊するとき、電流が本当に増加する。これらの構造体が、例えば中央電極上に巻き上げられることによって、電極１３０および１３６を架橋するのを妨げられるとき、電流レベルは依然として高いままである。明らかに、フィラメントが自由に電極を架橋する場合は、電流は１０から２０倍にも多く、大幅に増加するであろう。
【０１２１】
これらの興味深い結果は、カーボン・ナノチューブの存在を検出するのに使用できるが、合成実験装置でのそれらの製造速度を比較するのにも使用できる。実際、カーボン・ナノチューブの異なる製造速度は浮遊微粒子の異なる密度に繋がり、それは電極間を流れる結果としての電流に影響を及ぼす。実験に基づいて、この電流挙動はプラズマ・トーチ・プロセスの合成条件を最適化するのにも使用されてきている。
【０１２２】
時間とともに監視装置２３７内を流れる電流の解析は、定量的なパラメータで実現することができる。平均電流、その標準偏差、電極間の抵抗値およびナノチューブ凝集中の電流増加の微分値は、カーボン・ナノチューブの製造の監視に有用である可能性がある。高い平均電流は、監視装置のガス相内のカーボン・ナノチューブの高い密度と関連する。電流の平均値に対する標準偏差の比は、電極間に形成されるカーボン・ナノチューブのフィラメントの巻き上げに関連する。実際、フィラメントの濃度が高いときそれらはより長いので、ガス相内で形成されるフィラメントを巻き上げることはより容易である。低い濃度では、ナノチューブの小さなフィラメントが、巻き上げられる代わりにガス相内および両方の電極上に浮遊したままである傾向にある。この状況は一般に、電極１３６の回転中より多くの電流スパイク、すなわち電流の平均値に対する標準偏差のより高い比に結果としてなるであろう。
【０１２３】
電流挙動から監視チャンバの電極間の抵抗値を計算することも可能である。ナノチューブなしの製造は本監視装置２３７に対し５０ＭΩより大きな抵抗値を与えることができ、一方ナノチューブの良好な製造は、装置２３７を使用するとき５０ＭΩより下の抵抗値をもたらすことができる。抵抗値は、フィラメントが電極を架橋することが妨げられない場合にかつ監視装置のサイズに応じて、数ｋΩの非常に低い値に到達することさえできる。凝集プロセスの開始するときの電流の急激な上昇は、電流値を時間に対して微分することによって測定することができる。監視機器内での微粒子の同じ製造速度に対し、この電流上昇すなわち微分値は、より良好な純度の製造に対して、それがガス相内でのカーボン・ナノチューブのより濃い濃度に結果としてなるので、より大きくなるであろう。
【０１２４】
監視装置の応答時間は、電流挙動でのそれらの特徴的な「形跡(signature)」が観察される前に臨界密度が必要なので、その容積およびナノチューブ製造速度によって決まる。したがって、カーボン・ナノチューブの製造を定期的に探査または検知するために、図１２に示すように堆積チャンバと流体流れ連通する少なくとも１つの監視装置を有することは相当に有利である。さらに、そのような監視装置により、電流解析での不自然な結果を避けることができる。
【０１２５】
電流値の解析は、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視するとき興味深い。光学プローブは、光学的吸収によって凝集プロセスが起きる直前の製造速度を監視することまたは浮遊するナノメートル・フィラメント状構造体の濃度を評価することができるので、電流値の解析を補足するために同時に使用することもできる。１つまたは複数の光学プローブを使用することができる。図１２に示すように、１つの光学機器を、電界が全く加えられない区域の堆積装置１２４の入口に隣接して配設することができる。別の光学機器は、図１３に示すように監視装置の入口に隣接して配設することができる。光学的吸収は監視装置内で微粒子の濃度が増加するにつれて増加し、臨界濃度に到達するとき突然減少する。したがって、カーボン・ナノチューブなどのナノメートル・フィラメント状構造体の、これらの構造体の凝集を得るために必要な濃度を評価するために、吸収のこの最高値を使用することができる。そのような測定値は、所望の構造体を調製するためにプロセス内に射出されるカーボン含有物質および浮遊構造体間の双極性相互作用エネルギと一致している。図１３に示すように、監視チャンバの電界が加えられた区域内に配置されるレーザ・ビームは、これらの吸収測定を行うために使用することができる。Ｈｅ−Ｎｅレーザおよび受光器によって得られた典型的な伝達された強度を図２６に示す。アルゴン（４８８および５１４ｎｍ）、ＹＡＧ（５３２および１０６４ｎｍ）、ルビー（６９４ｎｍ）、色素レーザおよびレーザ・ダイオードなどの別の種類のレーザも使用することができる。実際、紫外、可視および赤外スペクトル範囲の任意のレーザを使用することができる。このレーザ・ビームは浮遊構造体を探査する前に偏光させることもできる。これらのデータから、例えば伝達された強度Ｉに対してビアーランバート(Beer-Lambert)関係式を使用することによってカーボン・ナノチューブなどの浮遊構造体の濃度を粗く見積もることができる。
【０１２６】
【数１】
2008532918.tif 000003
【０１２７】
ビアーランバート関係式内に含まれるパラメータは、Ｉ０は当初の伝達された強度、ｎｓｗｎｔは浮遊カーボン・ナノチューブの密度、Ｎｓｗｎｔはナノチューブあたりのカーボン原子の数（ナノチューブμｍ当たり約１０６原子）、ＮＡはアボガドロ数（６×１０２３原子／モル）、σは光学吸収断面積およびＲはｃｍの範囲内にある光学経路である。この光学吸収断面積値は、光エネルギおよび浮遊ナノチューブの配向分布によって、参照により本明細書に組み込まれているＩｓｌａｍ他によってＰｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，９３，２００４，０３７４０４頁に示されるように求めることができる。図２６に示す結果は、１０９ナノチューブ／ｃｍ３の範囲のナノチューブ密度に対応する。光学吸収診断は正確な絶対密度を与えるために較正を必要とする。しかしながら、この技術は非常に感度が良くナノメートル・フィラメント状構造体の製造での異なるサンプル間の相対的な比較に対し非常に有用であり得る。伝達された強度は凝集プロセス後ゆっくり消滅することが観察された。これは、観察窓が時にはカーボン被覆によって覆われることによって引き起こされる場合があり、そのような状況はカーボン微粒子が観察窓を覆うのを防止するために、ビームの通過を可能にするように観察窓に向けたガス流れを使用することによって回避することができる。監視するためのこれらの方法および装置は、プラズマ・トーチ（ＲＦ、または誘導、移行式アーク、ＤＣトーチ、マイクロ波トーチ、等）、ＨｉＰｃｏ、レーザ気化、ガス相化学気相堆積、電気アークおよびフレームなどの、複数のナノメートル・フィラメント状構造体の合成方法および製造装置に適用可能である。実際それは、ナノメートル・フィラメント状構造体の任意のガス相合成装置に搭載することができる。
【０１２８】
図１４に示す装置３２４は、イオン化ユニット３３５または３３５’を備えることを除き、図４に示す装置２４と同様である。したがって、ナノメートル・フィラメント状構造体は装置２４に対して前に画成したのと類似の方法で装置３２４内に堆積する。イオン化ユニット３３５または３３５’（図１５および１６参照）に関しては、この装置３２４は以下のように働く。このイオン化ユニットは、同じ電極長さおよび加える電圧に対して堆積装置の効率を増加させるために使用されることに最初に留意されたい。ガス相がイオン化ユニット３３５または３３５’に導入されるとき、その中に含有される構造体は（ユニット３３５内の）電極３４２と３４４の間を流れる電流または（ユニット３３５’内の）コイル３４６によって発生させることができる磁界によって誘起される電流に従わされる。イオン化ステップと堆積ステップを切り離すことによって、ガス相内の浮遊構造体を空間３３８内に入る前に均一に荷電し、したがって分極させることがより好都合になる。このイオン化は、ガス相内を搬送される微粒子を貫通して電流が流れるとき実現される。その場合は微粒子がほとんど荷電されるので、ガスが空間３３８内をガス出口に流れるとき、蜘蛛の巣状構造の下でのナノチューブのより速い集合になるであろう。イオン化ユニット３３５または３３５’を追加することによって、ナノメートル・フィラメント状構造体は、浮遊微粒子をイオン化するためのいくらかの電力が既に使用されているので、堆積装置内でより低い電力で堆積することもできる。したがってこれも、堆積ステップ中の構造体が損傷するのを防止するのに役立つ。
【０１２９】
図１７に示す装置４２４は、収集チャンバ４４１、受け要素４４３およびピストン４４９を備えることを除き、図４に示す装置２４と同様である。したがって、ナノメートル・フィラメント状構造体は装置２４に対して説明したのと同様な方法で電極（好ましくは電極４３６）に堆積する。構造体の製造が停止するとき、電極４３６に堆積したナノメートル・フィラメント状構造体は、スクレーパ４４０を使用して掻き落される。部材４４２が部材４４４と接触させるために下向きに移動させられ、電極４３６に堆積した構造体を部材４４４に掻き落させる。そのような摺動動作は電極４３０に堆積した構造体も部材４４２に掻き落させる。電極４３０および４３６から取り除かれた構造体は受け部材４４３によって回収され、次いでピストン４４９を使用して収集チャンバ４４１内に搬送される。この構造体は、チャンバ４４１内に詰め込むこともできる。収集ユニット４３９は、構造体を酸素または湿分に曝すリスクを減少させるために不活性雰囲気の下に維持されるのが好ましい。
【０１３０】
本発明によるナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体（図２８参照）は、フィラメント、より具体的にはフィラメントの絡み合いの形態を取ることができる。ナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体は、図２７に示すように複数の微視的集合体から構成される。巨視的集合体は発泡体の形態であることができる。この構造体は、エアロゾル−エーロゲル遷移中に形成されるエーロゲル様の構造と似た構造と呼ぶことができる（Ｌｕｓｈｎｉｋｏｖ他、Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １７５，（１９９１），１３８−１４２；およびＳｃｈｌｅｉｃｈｅｒ他、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｏｌｌｏｉｄ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  １８０，（１９９６），１５−２１参照）。この構造体は、ある程度の整列を有する巨視的なネットワークに一緒に絡み合ったナノチューブの個々のかつ／またはロープの集合である。それは、結果として非常に低密度の材料になる、かなりの割合の空洞または隙間を備える。例えば、電極間に形成されるフィラメントは、稲妻に類似するフラクタル構造を有することができ、かつ非常に密度が低いのでガス流れまたは空中に浮かぶことができ、１．３ｍｇ／ｃｍ３よりわずかに下の密度を示す。フィラメントが集合され中央電極上に巻き上げられるとき、ファン・デル・ワールス力または水素結合またはそれらの組み合わせなどの非共有結合を有する架橋結合のため５ｍｇ／ｃｍ３より下の密度に圧縮される。引き続く操作も構造体を圧縮することができるが、それらは一般に約８ｍｇ／ｃｍ３またはそれより下の密度に留まる。これらの密度は約１５〜２０％重量の鉄触媒微粒子を含有する未精製のサンプルに対するものであることに留意されたい。発泡体またはエーロゲル状構造を有する集合体は低い機械的抵抗力を有し、容易に変形できかつ圧縮できる。しかしながら、この弱い架橋結合を改変するように、したがって構造体を強化するように処理を行うことができる。これらの処理は、アニーリング、オーム加熱、紫外線照射であることができる。カーボン・ナノチューブなどのナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体は、共有およびイオン架橋結合を形成するように末端官能基化または側壁官能基化することもできる。
【実施例】
【０１３１】
以下の実施例は本発明の好ましい実施形態のみ示す。
【０１３２】
実施例１：ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積
本発明の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置を使用して実験が行われた。この実験のために図４に概略的に示す装置に類似する装置が使用された。フィラメント構造体を堆積させるための装置は、単層カーボン・ナノチューブを製造するためのプラズマ・トーチの下流でそのような構造体を堆積させるために使用された。使用されたプラズマ・トーチは、その全体を参照により本明細書に組み込まれている米国特許出願公開第２００３／０２１１０３０号の図１に示されるプラズマ・トーチと類似していた。このプラズマ・トーチに関する全てのパラメータは、ＬＡＢＶＩＥＷ（登録商標）ソフトウエアを使用してコンピュータによって制御される。このパラメータは手動でも制御することができる。主要なプラズマを発生させるための不活性ガスはアルゴン、金属触媒はフェロセン(ferrocene)、カーボン含有ガスはエチレン、冷却ガスはヘリウムであった。ヘリウムはカーボン堆積を防止するためにプラズマ放出端部に向けても吹き込まれた。フェロセンは、吹き込み前に約８０から１００℃に加熱された。変更されたアルゴン流量は約３２００ｓｃｃｍ（標準立方センチメートル／分）であった。ヘリウム流量は両方とも約３２５０ｓｃｃｍに安定化され、エチレン流量は５０と１００ｓｃｃｍの間を変更された。炉の温度は約９００〜１０００℃に維持され、パイロメータによって測定された。電磁界放射（マイクロ波）を発生させる電源の電力は１５００Ｗであり、反射電力は約２００Ｗであった。耐熱筒状部材は石英製であった。プラズマ・チューブは黄銅製であった。供給導管はステンレス鋼製であった。金属触媒（フェロセン）およびカーボン含有物（エチレン）は、０．０２〜０．０６の金属原子／カーボン原子の原子割合で使用された。実験は不活性状態（ヘリウムおよびアルゴン）下で大気圧で行われた。
【０１３３】
内部電極は３から２００ｒｐｍの範囲の回転数で回転された。この内部電極の極性は−１０００と−２０００Ｖの間であった。中央電極周りの電界は、約２．５×１０５Ｖ／ｍであった。向流方向に吹き込まれたヘリウム流量は、約１５００ｓｃｃｍであった。回転電極を有するそのような堆積装置を使用することにより、単層カーボン・ナノチューブの巨視的集合体を備えるフィラメントの形成が観察され、電極の回転が単層カーボン・ナノチューブのフィラメントが２本の電極を架橋するのを防止した。したがって、電流は約１から約１０ｍＡの比較的低い値のままであった。フィラメントは実際に電極周りに巻き上げられ、堆積物は図９および１０に示す堆積物に類似していた。１時間に約５００ｍｇの量の単層カーボン・ナノチューブが得られ、純度は重量で約４０から５０％であった。得られた巨視的集合体の密度は約５ｍｇ／ｃｍ３であった。堆積物は発泡体の形態であった。そのようなプラズマ・トーチ技術によって得られる単層カーボン・ナノチューブの巨視的集合体は、少なくとも重量で２５％、好ましくは少なくとも重量で４０％、より好ましくは少なくとも重量で４５％、さらに好ましくは少なくとも重量で５０％、ましてさらに好ましくは少なくとも重量で５５％の純度（または重量での単層カーボン・ナノチューブの含有量）を有することができる。それらは重量で少なくとも６０％または少なくとも７５％の純度さえ有することができる。２００５年３月２５日出願の米国特許仮出願第６０／６６４，９５２号および２００６年３月２３日出願のＭｅｔｈｏｄｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓｅｓ  ｆｏｒ  Ｐｕｒｉｆｙｉｎｇ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｌａｍｅｎｔａｒｙ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓという名称の国際出願（ＰＣＴ／ＣＡ）に明示される精製方法および／または装置を本発明の方法および装置と組み合わせて使用するとき、単層カーボン・ナノチューブの巨視的集合体は少なくとも６０％の純度を有することができることが見出された。
【０１３４】
実施例２：ナノメートル・フィラメント状構造体の堆積
この実施例は、図１２に示す装置に類似するナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置を使用して実施された。より具体的には、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるためのこの装置は、（図１に示すように）単層カーボン・ナノチューブを製造するためのプラズマ・トーチの下流に配設された。使用されたプラズマ・トーチは、米国特許出願公開第２００３／０２１１０３０号の図２に記載されるプラズマ・トーチに類似する。このプラズマ・トーチは実施例１に対し説明したと同様な方法で動作させられた。
【０１３５】
単層カーボン・ナノチューブの製造がプラズマ・トーチ・プロセスで開始するとき、合成された微粒子またはナノメートル・フィラメント状構造体を含有するガス相が堆積装置の入口に供給される。このガス相は煙に類似し、堆積チャンバ内に蓄積し、そこで電界を発生させるために電圧が中央電極に加えられる。本実施例では、３０００Ｖの負の電圧差が０．３ｃｍの直径の内側電極と２５ｃｍの直径の外側電極の間に加えられ、これは約２．３×１０５Ｖ／ｍの巨視的な電界に対応する。堆積装置の電極間を流れる、時間に対する電流を図１１に示す。
【０１３６】
約１または２分後に浮遊カーボン・ナノチューブの密度が臨界密度に到達するとき、浮遊カーボン・ナノチューブが凝集プロセスを受けカーボン・ナノチューブの（センチメートル範囲の長さを有する（図１８参照））小さな凝集体を形成したので電流は急激に上昇した。引き続き、堆積装置の電極を架橋する生来の性向を有する大きなフィラメントをもたらす、単層カーボン・ナノチューブの巨視的集合体が形成される。形成されるこれらのフィラメントの長さは、電極１３０および１３６の間の隙間（図１９に示すように約１０ｃｍ）によって限定される。中央電極が図９および１０に示すように巻き上げられるフィラメントの絡み合いを形成するように回転させられているので、これらのフィラメントは次いで中央電極上に巻き上げられる。ナノメートル・フィラメント状構造体（本実施例では単層カーボン・ナノチューブ）の集合体は、泡状の形態を有していた。本実施例では、回転速度は約３０ＰＰＭであった。この回転速度は、形成の秒の範囲の時間的尺度を有するフィラメントの巻き上げを最適化するために十分遅いことが好ましい。この時間的尺度は、電極間の隙間、ガス相内および細長い部材または堆積チャンバ内のナノチューブの密度、ならびに加えられる電圧に従って変化するであろう。
【０１３７】
このプロセスの効率は、堆積チャンバの長さ、流速、ナノチューブ製造速度、ナノチューブ純度、加点速度および加えられる電圧に従って変わる可能性がある。堆積しない微粒子はフィルタ（図示せず）内に補足される前に排気に流れ、製造の観点から失われるであろう。本実施例では、６０ｃｍの堆積長さ、１０ＳＬＭの流速および約０．２ｇ／時間の製造速度で堆積効率は９８％より大に到達した。
【０１３８】
いくつかの分析が得られた堆積単層カーボン・ナノチューブに対して行われた。ちなみに、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（図２０）、ラマン分光法（図２１）、および熱重量分析（ＴＧＡ）（図２２）は、単層カーボン・ナノチューブの存在を明瞭に示した。これらの分析は、電極に堆積したナノチューブの純度も確認した。ちなみに、電極周りに巻き上げられたフィラメントの絡み合い（図９および１０参照）のＴＥＭ画像（図２０参照）は、１ナノメートル程度の直径を有し、約５ｎｍの直径を有する小さな束に組織化された単層カーボン・ナノチューブを示す。合成プロセス中にカーボン・ナノチューブとともに製造された非晶質カーボンおよび鉄触媒ナノ微粒子も見ることができる。図２１に示す７８５ｎｍでの放射で得られたレーザ・ラマン・スペクトルも、そのようなナノチューブの低周波数範囲での典型的なｒａｄｉａｌ  ｂｒｅａｔｈｉｎｇ  ｍｏｄｅ（ＲＢＭ）特徴が図２１に観察されるので、単層カーボン・ナノチューブの存在を確認している。単層カーボン・ナノチューブの堆積サンプルに対する全体的な純度は、以下の実験パラメータ、ランピング・レート(ramping rate)５℃／分、ガス流量５５ｓｃｃｍ、サンプル質量４ｍｇ、ガス成分９５％Ｎ２および５％Ｏ２を使用して、図２２のＴＧＡで５０％重量より多いと評価された。堆積物純度の指標としてしばしば使用される灰分含有量は、図２２に示すように２７％の値を有していた。それによって得られた単層カーボン・ナノチューブの巨視的集合体の密度は、約５ｍｇ／ｃｍ３であった。
【０１３９】
実施例３：ナノメートル・フィラメント状構造体の製造の監視
この実施例は、図１３に示す装置に類似する装置を使用して行われた。より具体的には、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視する装置が、図１２に示す装置と同様なナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置に搭載された。ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるこの装置は、図１に示し実施例２で説明した単層カーボン・ナノチューブを製造するためのプラズマ・トーチの下流に配設された。本実施例では、電界を受けるときのガス相内の浮遊カーボン・ナノチューブの特定の挙動がナノチューブの製造を検知し、監視するために使用された。
【０１４０】
単層カーボン・ナノチューブの合成の最適条件は、合成プロセスに使用されるプラズマに改変が行われるとき変化する。例えば、プラズマ・トーチの冷却パラメータがかなり改変されるとき、実験パラメータの反復が最適条件を見つけるために必要になる。図１３に示す装置と同様な監視装置を使用することによって、ナノチューブ合成の最適条件に到達するまで：すなわち監視装置の電極間に流れる平均電流が最大化され、同じ製造速度に対しガス相内で大きなフィラメントが形成されるときまで、我々は同じ実験で多くの実験パラメータの反復を迅速に実行した。この結果、使用された装置および方法によって、ナノチューブの合成のための適切な条件を迅速に見つけることができた。さらに、これらの改変をリアルタイムで、かつ適切な条件を得る前にいくつかの実験を実施する必要なしに行うことが可能になってきている。図２３を見れば、合成条件がカーボン・ナノチューブを形成するのに悪すぎたため、８分前は電流レベルが非常に低いことが分かる。８分から１３分では、それらは不活性ガス流量およびプラズマ・トーチ内に吹き込まれるエチレンに対するフェロセンの比率などの実験パラメータを変更することによって改善されてきている。この段階で、（図１８に示すように）小さなナノチューブ凝集体フィラメントの低い密度が現れてきているが、最適条件に到達したのは１３分後のみであった。実際それは、（図１９に示すように）大きなフィラメントの形成と監視機器内の高い電流になった。
【０１４１】
ナノチューブの合成のためのパラメータが最適化された後、時間に対し、かつ各々の新規な実験で製造の品質が維持されていることを確実にするために、製造を同じ機器で監視することができる。問題のある製造（図２４Ｂ参照）と比較して良好な品質のカーボン・ナノチューブ堆積が存在する正常な製造（図２４Ａ参照）に対してより高い平均電流が一般に観察された。図８でパーセントで表示される平均電流に対する標準偏差（図２４のＳＤ）の比率は、ナノチューブの相対的な量が低いときはより大きかった。この結果は、電流の平均値に対する標準偏差の比率が正常製造および問題のある製造に対してそれぞれ１６％から４２％に変化した図２４Ａおよび２４Ｂで分かる。
【０１４２】
電流挙動から、監視チャンバの電極間の抵抗値も計算された。図２５で、正常な製造ではより低い抵抗値に到達するのを示すために、図２４Ａおよび２４Ｂのカーボン・ナノチューブの良好な製造と問題のある製造に対して抵抗値が計算された。凝集プロセスの開始時の電流の急激な上昇は、電流を時間に対して微分することによって測定された。図２４Ｂと比較した図２４Ａのより高い傾斜は、カーボン・ナノチューブの正常な製造と問題のある製造に対する電流上昇の差に結びつけられてきている。
【０１４３】
実施例４：イオン化ユニットを使用するナノメートル・フィラメント状構造体の堆積
この実施例では、イオン化ユニットが設けられた、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置が使用された。本実施例の目的のために使用された装置は、図１４に概略的に示した堆積装置と同様であり、図１５に概略的に示すものと同様なイオン化ユニットが設けられた。使用されたイオン化ユニットは、ガス相内を搬送されるナノチューブ微粒子をイオン化するためにその間を電流が流れる（図１５参照）１組の電極からなる。図１５に示すように、イオン化ユニットの電極は、高周波（〜０．５ＭＨｚ）かつ高電圧（１０〜５０ｋＶ）の信号を与える低電力のテスラ・コイル電力供給器（＜３０Ｗａｔｔ）によって電力供給された。実施例２に詳述したナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための方法および装置にイオン化ユニットを使用することによって、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるためのそのような方法または装置の効率を改善できることが観察された。実際、実施例２で説明した同じ製造パラメータ（ナノチューブ製造速度および純度）に対し、たとえ堆積装置の電極に加えられた電圧を３０００Ｖから２０００Ｖに低下させても、堆積効率は約７０％から９０％より大きく増加した。この結果、イオン化ユニットを加えることによって、ナノチューブは堆積装置内でより低い電力のところで堆積した。何らかの高い電力は製造されたナノチューブに損傷を起こす可能性があるので、堆積装置内の電力供給を最小限にすることは全く有利である可能性がある。
【０１４４】
本文書で参照される全ての文献は、参照により本明細書に組み込まれている。
【０１４５】
本発明を図示の実施形態を具体的に参照して説明してきたが、これに対する多数の改変形態が当業者には明らかであることは理解されるであろう。したがって、上記の説明および添付の図面は、限定する意味ではなく、本発明の例示として見なすべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】本発明の好ましい実施形態によるカーボン・ナノチューブを製造するための装置およびナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置を備えるシステムの概略立面断面図である。
【図２】本発明の別の好ましい実施形態によるカーボン・ナノチューブを製造するための装置およびナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置を備える別のシステムの概略立面断面図である。
【図３】本発明の別の好ましい実施形態によるカーボン・ナノチューブを製造するための装置およびナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置を備える別のシステムの概略立面断面図である。
【図４】図１から３に概略的に示されるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置を詳細に示す概略立面断面図である。
【図５】本発明の別の好ましい実施形態による電極の概略立面図である。
【図６】本発明の別の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置の前面立面図である。
【図７】図６に示す装置の側面図である。
【図８】本発明の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための方法および装置を使用して得られた単層カーボン・ナノチューブの微視的蜘蛛の巣状構造体の写真である。
【図９】本発明の別の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体のフィラメントを示す写真であって、フィラメントが細長い部材の周りに巻き上げられ、ナノメートル・フィラメント状構造体が本発明の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法および装置を使用して得られた単層カーボン・ナノチューブである写真である。
【図１０】図９に示すナノメートル・フィラメント状構造体（単層カーボン・ナノチューブ）の巨視的集合体のフィラメントのより接近した表示である。
【図１１】単層カーボン・ナノチューブが堆積される、本発明の別の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための方法を実施するとき得られた、時間に対する電流の変化を示すグラフである。
【図１２】本発明の別の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置の概略断面立面図であって、堆積装置が本発明の別の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視するための装置を含む図である。
【図１３】図１２に概略的に示されるナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視するための装置を詳細に示す概略断面立面図である。
【図１４】装置が様々な型式のイオン化ユニットを備えることができる、本発明の別の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置の概略断面立面図である。
【図１５】本発明の別の好ましい実施形態による、かつ図１４に概略的に示す、ナノメートル・フィラメント状構造体をイオン化するためのイオン化ユニットまたは装置を詳細に示す、概略断面立面図である。
【図１６】本発明の別の好ましい実施形態による、かつ図１４に概略的に示す、イオン化ユニットを詳細に示す、概略断面立面図である。
【図１７】本発明の別の好ましい実施形態による、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置の概略断面立面図である。
【図１８】本発明の別の好ましい実施形態による、ナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させるための装置内のガス相内を流れるナノメートル・フィラメント状構造体の凝集体を示す写真であって、構造体が単層カーボン・ナノチューブであるのを示す写真である。
【図１９】本発明の別の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる装置での、本発明の好ましい実施形態による巨視的蜘蛛の巣状構造体を形成するナノメートル・フィラメント状構造体の堆積した巨視的集合体を示す写真であって、構造体が装置の２つの電極を架橋するのを示すために、構造体が電極を架橋するのを防止する手段が自発的に非機能化され、かつ堆積された構造体が単層カーボン・ナノチューブであることを示す写真である。
【図２０】本発明の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法および装置を介して得られた堆積したナノメートル・フィラメント状構造体の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像であって、堆積された構造体が単層カーボン・ナノチューブである画像である。
【図２１】本発明の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体を堆積させる方法および装置を介して回収されたナノメートル・フィラメント状構造体のラマン・スペクトルを示す図であって、堆積された構造体が単層カーボン・ナノチューブである図である。
【図２２】図２１で解析されたナノメートル・フィラメント状構造体の熱重量分析（ＴＧＡ）のグラフである。
【図２３】本発明の別の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視するための方法を実施するとき得られた、時間とともに電流が変化するのを示すグラフであって、構造体が単層カーボン・ナノチューブであるグラフである。
【図２４Ａ】本発明の別の好ましい実施形態による、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視するための方法を実施するとき得られた、時間とともに電流が変化するのを示すグラフであって、構造体が単層カーボン・ナノチューブであり、グラフが単層カーボン・ナノチューブの通常のかつ効率的な製造中得られた電流挙動を示すグラフである。
【図２４Ｂ】本発明の別の好ましい実施形態による、ナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視するための方法を実施するとき得られた、時間とともに電流が変化するのを示すグラフであって、構造体が単層カーボン・ナノチューブであり、グラフが単層カーボン・ナノチューブの問題のあるかつ非効率的な製造中得られた電流挙動を示すグラフである。
【図２５】図２４Ａおよび２４Ｂのグラフから得られた、時間とともに監視装置の抵抗が変化するのを示すグラフである。
【図２６】本発明の別の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体の製造を監視するための方法中、光学装置で得られた、時間の関数として透過強度を示す光吸収グラフであって、光学装置がレーザＨｅ−Ｎｅ６３２．８ｎｍを備え、構造体が単層カーボン・ナノチューブであるグラフである。
【図２７】本発明の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体の微視的集合体を示す写真であって、ナノメートル・フィラメント状構造体が単層カーボン・ナノチューブである写真である。
【図２８】本発明の好ましい実施形態によるナノメートル・フィラメント状構造体の巨視的集合体を示す写真であって、巨視的集合体が図２７に示す複数の微視的集合体を備える写真である。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
2008532918.tif 000033
2008532918.tif 000034
2008532918.tif 000035
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