(57)【要約】【課題】単層カーボンナノチューブの固有の化学的性質および合成直後の長い長さを犠牲にすることなく、バンドル化した単層カーボンナノチューブを個々の単層カーボンナノチューブに良好に分散させることができる単層カーボンナノチューブの製造方法およびこれを利用した単層カーボンナノチューブ応用装置の製造方法を提供する。【解決手段】ＦｅＰｔナノ粒子またはＣｅＯ2 ナノ粒子をＴＭＡＯＨ水溶液などの水溶液中に分散させる。この水溶液に各種の方法により合成された単層カーボンナノチューブを添加する。この水溶液を超音波処理して懸濁液を得る。この懸濁液を例えば磁気的に攪拌することにより、個々に分離された単層カーボンナノチューブを得る。【選択図】図２
2008214177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノメートルサイズのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子を分散させた水溶液に単層カーボンナノチューブを添加する工程と、
上記単層カーボンナノチューブを添加した上記水溶液を超音波処理して懸濁液を得る工程と、
上記懸濁液を攪拌する工程と
を有することを特徴とする単層カーボンナノチューブの製造方法。
【請求項２】
上記ＦｅＰｔ粒子または上記ＣｅＯ2 粒子のサイズが２〜５ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の単層カーボンナノチューブの製造方法。
【請求項３】
上記水溶液の溶媒が水酸化テトラメチルアンモニウムであることを特徴とする請求項１記載の単層カーボンナノチューブの製造方法。
【請求項４】
上記懸濁液を磁気的に攪拌することを特徴とする請求項１記載の単層カーボンナノチューブの製造方法。
【請求項５】
ナノメートルサイズのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子を分散させた水溶液に単層カーボンナノチューブを添加する工程と、
上記単層カーボンナノチューブを添加した上記水溶液を超音波処理して懸濁液を得る工程と、
上記懸濁液を攪拌する工程と
を有することを特徴とする単層カーボンナノチューブ応用装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、単層カーボンナノチューブの製造方法および単層カーボンナノチューブ応用装置の製造方法に関し、例えば、単層カーボンナノチューブを用いる電子素子の製造に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
単層カーボンナノチューブの分散は多くの研究的興味を引いてきた。それは、単層カーボンナノチューブの分散および剥離は、ナノコンポジット、エレクトロニクスおよび他の分野におけるさらなる応用に不可欠であるためである（非特許文献１、２参照。）。合成直後の単層カーボンナノチューブは、実質的なファンデルワールス引力（〜９５０ｍｅＶ／ｎｍ）により数十本または数百本の個々の単層カーボンナノチューブのバンドルに凝集する傾向があり（非特許文献３参照。）、それらを分散させることは難しく、個々に剥離することはより難しい。さらに、場合によっては、個々の単層カーボンナノチューブは、超音波のような機械的なパワーが取り除かれたときには、再び凝集する傾向がある。水または有機溶媒中における単層カーボンナノチューブの溶解度を増加させるためにいくつかの方法が提案されているが、これらは主として共有結合的方法または非共有結合的方法に分類される（非特許文献４、５参照。）。共有結合的方法は、ｓｐ2 からｓｐ3 への混成の変化および共役の同時損失を伴う化学的改変方法である。単層カーボンナノチューブの固有の性質はこの処理後に擾乱を受ける（非特許文献６参照。）。非共有結合的方法は主として、ファンデルワールスおよびπ−スタッキング相互作用のような吸着力による超分子複合化に基づく（非特許文献７参照。）。しかしながら、それらは一般的に、単層カーボンナノチューブのバンドルを分散するものの、バンドルを剥離して個々の分散した単層カーボンナノチューブを生じない。
【０００３】
単層カーボンナノチューブのバンドルを個々の単層カーボンナノチューブに分離するためにいくつかの剥離方法が提案されている。一つの有効な方法は、硫酸ドデシルナトリウム（ＳＤＳ）（非特許文献８、９参照。）およびドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＮａＤＤＢＳ）（非特許文献１０参照。）または多糖（アラビアゴム）（非特許文献１１参照。）のような界面活性剤の水溶液中においてそれらを超音波処理する方法である。高速遠心後に、低温透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により上清中に、個々に剥離された単層カーボンナノチューブが観察された（非特許文献１２参照。）。また、個々の単層カーボンナノチューブが１０２％Ｈ2 ＳＯ4 のような超強酸中に懸濁された時には、ネマティック液晶構造が見出された（非特許文献１３〜１５参照。）。しかしながら、収率はかなり低く、剥離はそれらの固有の長い長さを犠牲にして達成された。加えて、ＤＮＡ、ペプチドおよびタンパク質のような生体分子も、水中で単層カーボンナノチューブを剥離し、安定化することが示されている（非特許文献１６〜１９参照。）。
Zhu らは、強く正に帯電したＺｒＯ2 ナノ粒子の添加による単層カーボンナノチューブの分散について報告している（非特許文献２０参照。）。しかしながら、この分散状態はＳＤＳ中ほどは良くなく、ＺｒＯ2 ナノ粒子により引き起こされる剥離効果は明確には観察されていない。
【０００４】
【非特許文献１】Carbon Nanotubes:Synthesis,Structure,Properties,and Applications;Dresselhaus,M.S.;Dresselhaus,G.;Avouris,Ph.,Eds.;Springer,New York,2001
【非特許文献２】Gregory G.Wildgoose,G.G.;Banks,C.E.,Compton,R.G.,Small,2006,2(2),182-193
【非特許文献３】Thess,A.;Lee,R.;Nikolaev,P.;Dai,H.J.;Petit,P.;Robert,J.;Xu,C.H.;Lee,Y.H.;Kim,S.G.;Rinzler,A.G.;Colbert,D.T.;Scuseria,G.E.;Tomanek,D.;Fisher,J.E.;Smalley,R.E.,Science,1996,273,483-487
【非特許文献４】Balasubramanian,K.;Burghard,M.,Small,2005,1(2),180-192
【非特許文献５】Hirsch A.;Vostrowsky O.,Top Curr.Chem.2005,245,193-237
【非特許文献６】Wang,H.;Zhou,W.;Ho,D.L.;Winey,K.I.;Fischer,J.E.;Glinka,C.J.;Hobbie,E.K.,Nano Lett.2004,4,1789
【非特許文献７】Bahr,J.L.;Yang,J.P.;Kosynkin,D.V.;Bronikowski,M.J.;Smalley,R.E.;Tour,J.M.,J.Am.Chem.Soc.,2001,123,6536
【非特許文献８】O'Connell,M.J.;Bachilo,S.M.;Huffman,C.B.;Moore,V.C.;Strano,M.S.;Haroz,E.H.;Rialon,K.L.;Boul,P.J.;Noon,W.H.;Kittrell,C.;Ma,J.;Hauge,R.H.;Weisman,R.B.;Smalley,R.E.,Science,2002,297,593-596
【非特許文献９】Grossiord,N.;Regev,O.;Loos,J.;Meuldijk,J.;Koning,C.E.,Anal.Chem.;2005,77(16),5135-5139
【非特許文献１０】Moore,V.C.;Strano,M.S.;Haroz,E.H.;Hauge,R.H.;Smalley,R.E.;Schmidt,J.;Talmon,Y.,Nano Lett.2003,3,1379
【非特許文献１１】Bandyopadhyaya,R.;Nativ-Roth,E.;Regev,O.;Yerushalmi-Rozen,R.,Nano Lett.,2002,2,25-28
【非特許文献１２】Islam,H.F.;Rojers,E,;Bergey,D.M.,Johnson,A.T.;Yodh,A.G.,Nano Lett.,2003,3,269-273
【非特許文献１３】Davis,V.A.;Ericson,L.M.;Parra-Vasquez,A.N.G.,Fan,H.;Wang,Y.H.;Prieto,V.;Longoria,J.A.;Ramesh,S.;Saini,R.K.;Kittrell,C.;Billups,W.E.;Adams,W.W.;Hauge,R.H.;Smalley,R.E.;Pasquali,M.,Macromolecules,2004,37,154-160
【非特許文献１４】Ramesh,S.;Ericson,L.M.;Davis,V.A.;Saini,R.K.;Kittrell,C.;Pasquali,M.,Billups,W.E.;Adams,W.W.;Hauge,R.H.;Smalley,R.E.,J.Phys.Chem.B.2004,108,8794-8798
【非特許文献１５】Rai,P.K.;Pinnick,R.A.;Parra-Vasquez,A.N.G.;Davis,V.A.;Schmidt,H.K.;Hauge,R.H.;Smalley,R.E.; Pasquali,M.,J.Am.Chem.Soc.,2006,128,591-595
【非特許文献１６】Zheng,M.;Jagota,A.;Semke,E.D.;Diner,B.A.;McLean,R.S.;Lustig,S.R.;Richardson,R.E.;Tassi,N.G.,Nat.Mater.2003,2,338-342
【非特許文献１７】JACS,2004,126,7222-7227
【非特許文献１８】Karajanagi,S.S.;Yang,H.C.;Asuri,P.;Sellitto,E.;Dordick,J.S.;Kane,R.S.,Langmuir 2006,22,1392-1395
【非特許文献１９】Nepal,D.;Geckeler,K.E.,Small,2006,2,406-412
【非特許文献２０】Zhu,J.;Yudasaka,M.;Zhang,M.F.;Iijima,S.,J.Phys.Chem.B.2004,108,11317-11320
【非特許文献２１】Saita,S.;Maenosono,S.,Chem.Mater.,2005,17,3705
【非特許文献２２】Salgueirino-Maceira,V.;Liz-Marzan,L.M.;Farle,M.,Langmuir 2004,20,6946
【非特許文献２３】Yang,S.W.;Gao,L.,J.Am.Chem.Soc.,2006,128,9330
【非特許文献２４】Jiang,C.Y.;Kempa,K.;Zhao,J.L.;Schlecht,U.;Kolb,U.;Basche,T.;Burghard,M.;Mews,A.,Phys.Rev.B.,2002,66,161404
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明が解決しようとする課題は、単層カーボンナノチューブの固有の化学的性質および合成直後の長い長さを犠牲にすることなく、バンドル化した単層カーボンナノチューブを個々の単層カーボンナノチューブに良好に分散させることができる単層カーボンナノチューブの製造方法を提供することである。
この発明が解決しようとする他の課題は、上記の単層カーボンナノチューブの製造方法を利用して単層カーボンナノチューブを製造することにより、高性能の単層カーボンナノチューブ応用装置を製造することができる単層カーボンナノチューブ応用装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、ナノメートルサイズのＦｅＰｔ粒子およびＣｅＯ2 粒子を分散させた水溶液に単層カーボンナノチューブを添加して超音波処理し、これにより得られる懸濁液を攪拌することで、個々に分散させた単層カーボンナノチューブを得ることができ、しかも単層カーボンナノチューブの固有の化学的性質および合成直後の長い長さを犠牲にすることなくそのまま保つことができることを見出し、この発明を案出するに至った。
【０００７】
すなわち、上記課題を解決するために、第１の発明は、
ナノメートルサイズのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子を分散させた水溶液に単層カーボンナノチューブを添加する工程と、
上記単層カーボンナノチューブを添加した上記水溶液を超音波処理して懸濁液を得る工程と、
上記懸濁液を攪拌する工程と
を有することを特徴とする単層カーボンナノチューブの製造方法である。
【０００８】
第２の発明は、
ナノメートルサイズのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子を分散させた水溶液に単層カーボンナノチューブを添加する工程と、
上記単層カーボンナノチューブを添加した上記水溶液を超音波処理して懸濁液を得る工程と、
上記懸濁液を攪拌する工程と
を有することを特徴とする単層カーボンナノチューブ応用装置の製造方法である。
【０００９】
第１および第２の発明においては、ナノメートルサイズのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子を分散させた水溶液に単層カーボンナノチューブを添加して超音波処理すると、バンドル化した単層カーボンナノチューブが超音波の作用によりより細いバンドルになるとともに、これらのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子がバンドル内の単層カーボンナノチューブ間の隙間などに深く浸透する。そして、こうして超音波処理により得られる懸濁液を攪拌すると、バンドルの隙間などに浸透したＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子により加わる機械的な力の作用により単層カーボンナノチューブが剥離されて個々に分散した状態となる。この方法は、界面活性剤または付加的なポリマーによる単層カーボンナノチューブの包括が不要であり、処理に水溶液を用いるため環境に優しく、さらに、長時間の超音波処理を避けることができ、したがって合成直後の単層カーボンナノチューブの長さを長いままにすることができ、しかも単層カーボンナノチューブの側壁の損傷なども生じないため単層カーボンナノチューブの固有の化学的性質も損なわない。
【００１０】
第１および第２の発明において、ＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子は、個々に分離していても複数個凝集していてもよく、それらのサイズがナノメートルサイズであればよい。これらのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子のサイズは一般的には例えば２〜１０ｎｍである。ＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子が個々に分離しているときのサイズは典型的には２〜５ｎｍであるが、これに限定されるものではない。ここで、これらのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子のサイズとは、これらのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子が球状である場合にはその直径であり、球状でない場合にはこれらのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子の最大寸法を意味するものとする。これらのＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子のサイズは、電子顕微鏡観察やＸ線回折などにより容易に測定することができる。ＦｅＰｔ粒子の組成は、必要に応じて選択することができる。このＦｅＰｔ粒子の組成をＦｅx Ｐｔ1-x と表したとき、０．４５≦ｘ≦０．６５であると、他の材料では得られない極めて高い磁気異方性を得ることができ、磁界により容易に配向させることができる。ＦｅＰｔ粒子またはＣｅＯ2 粒子を分散させる水溶液は、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＯＨ）の水溶液であるが、これに限定されるものではない。特に、ＦｅＰｔ粒子をＴＭＡＯＨに分散させた溶液に単層カーボンナノチューブを分散させた場合には、ＦｅＰｔ粒子および単層カーボンナノチューブともその表面は負に帯電することから、それらの電荷反発により単層カーボンナノチューブの凝集を防止することができる。単層カーボンナノチューブを添加した溶液を超音波処理することにより得られる懸濁液は、種々の方法によって攪拌することができるが、好適には、磁気的に攪拌する方法、すなわち懸濁液に磁気攪拌子を入れ、外部磁界を用いて磁気攪拌子を回転させることにより攪拌する方法が用いられる。単層カーボンナノチューブは、基本的にはどのような方法により合成したものであってもよいが、具体的には、例えば、レーザーアブレーション法、電気的アーク放電法、触媒化学気相成長（ＣＣＶＤ）法などにより合成することができる。
【００１１】
単層カーボンナノチューブ応用装置は、およそ単層カーボンナノチューブを用いるものである限り全てのものが含まれ、用途や機能を問わない。具体的には、単層カーボンナノチューブ応用装置としては、電界放出素子、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）も含む）、単電子トランジスタ、分子センサー、太陽電池、光電変換素子、発光素子、メモリー、薄膜電極、透明電極などが挙げられる。単層カーボンナノチューブ応用装置を製造する場合には、例えば、上述の単層カーボンナノチューブの製造方法により得られる懸濁液を基板上に塗布するが、これに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、単層カーボンナノチューブの固有の化学的性質および合成直後の長い長さを犠牲にすることなく、バンドル化した単層カーボンナノチューブを個々の単層カーボンナノチューブに良好に分散させることができる。そして、この単層カーボンナノチューブが個々に分散した懸濁液を用いて各種の高性能の単層カーボンナノチューブ応用装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
この発明の一実施形態においては、ナノメートルサイズのＦｅＰｔ粒子（以下「ＦｅＰｔナノ粒子」という）またはナノメートルサイズのＣｅＯ2 粒子（以下「ＣｅＯ2 ナノ粒子」という）を分散させた水溶液に、あらかじめ合成された単層カーボンナノチューブを添加する。次に、この単層カーボンナノチューブを添加した水溶液を超音波処理して均一な懸濁液を得る。この後、この懸濁液を磁気的に攪拌する。こうすることで、懸濁液中で個々に分離した単層カーボンナノチューブを製造することができる。
【００１４】
〈実施例１〉
Saita らにより提案された方法（非特許文献２１参照。）によりＦｅＰｔナノ粒子を合成した。すなわち、１ｍｍｏｌのＦｅ（ＯＥｔ）3 （鉄（IIII）エトキシド）、０．５ｍｍｏｌのＰｔ（ａｃａｃ）2 （白金（II）アセチルアセトネート）、１７ｍＬのオクチルエーテル、１．６ｍＬのオレイン酸、１．７ｍＬのオレイルアミンを混合した溶液を作製し、この溶液をアルゴンガス雰囲気中において２０℃／分の速度で２９７℃に昇温し、この温度で３０分間保持してＦｅ（ＯＥｔ）3 およびＰｔ（ａｃａｃ）2 を熱分解した。これによって、オレイン酸／オレイルアミンでキャップされたコロイド状ＦｅＰｔナノ粒子が得られた。次に、エタノールで数時間洗浄することによりこのコロイド状ＦｅＰｔナノ粒子の表面のオクチルエーテルおよび緩くくっついた界面活性剤の溶媒を除去し、残ったコロイド状ＦｅＰｔナノ粒子を収集し、空気中において４０℃で乾燥した。こうしてＦｅＰｔナノ粒子が得られた。これらのＦｅＰｔナノ粒子のサイズは２〜５ｎｍ、Ｆｅ／Ｐｔの比は６５：３５であった。
【００１５】
こうして合成されたＦｅＰｔナノ粒子をヘキサン中に分散させた。ヘキサン中に分散させたＦｅＰｔナノ粒子のＴＥＭ像を図１ａに示す。図１ａからわかるように、これらのＦｅＰｔナノ粒子はヘキサン中に個々にかつ均一に分散させることができた。
次に、２ｍｌの０．５％ＴＭＡＯＨ水溶液（非特許文献２２参照。）に０．５ｍｇのＦｅＰｔナノ粒子を分散させ、ＦｅＰｔナノ粒子溶液として貯蔵した。
単層カーボンナノチューブとしては、カーボンナノテクノロジー社（テキサス州ヒューストン）から購入したＨｉＰｃｏ単層カーボンナノチューブを用いた。このＨｉＰｃｏ単層カーボンナノチューブをまず、金属触媒を除去するために２．６ＭのＨＮＯ3 中で２４時間還流し、遠心を行い、ｐＨの値が７に近くなるまで脱イオン水で数回洗浄した。得られた沈澱物を空気中において７０℃で乾燥した。
【００１６】
次に、上述のようにして精製された０．５ｍｇの単層カーボンナノチューブを、貯蔵されたＦｅＰｔナノ粒子溶液に添加した。得られた混合物をまず、非常に穏やかな条件（５０Ｗ、４３ｋＨｚ）で３０分間超音波処理して黒い均一な懸濁液を得た後、マグネティックスターラーを用いて磁気的に１２時間攪拌した。
こうしてＦｅＰｔナノ粒子を用いて超音波処理および攪拌を行った場合に得られた単層カーボンナノチューブのＴＥＭ像を図１ｃおよびｄに示す。ここで、図１ｄは図１ｃの高分解能ＴＥＭ像である。比較のために、水中で超音波処理した単層カーボンナノチューブのＴＥＭ像を図１ｂに示す。図１ｂに示すように、水中で超音波処理された単層カーボンナノチューブは著しくバンドル化したロープ状となっている。これに対し、図１ｃおよびｄに示すように、ＦｅＰｔナノ粒子を分散させた水溶液中で超音波処理された単層カーボンナノチューブは、主として、個々の剥離された単層カーボンナノチューブからなり、その直径は２ｎｍより小さいことが明確にわかる。図１ｃにおいて、単層カーボンナノチューブの表面に付着したいくつかの球状のＦｅＰｔナノ粒子が観察される。ＦｅＰｔナノ粒子を用いた単層カーボンナノチューブの分散は非常に均一で、４カ月以上安定に保持することができた。ＦｅＰｔナノ粒子、ＴＭＡＯＨ、オレイン酸およびオレイルアミンは分散系に効果を現し得る。剥離のメカニズムを解明するために、ＦｅＰｔナノ粒子を用いず、（ａ）ＴＭＡＯＨを用いる場合、（ｂ）オレイン酸を用いる場合、（ｃ）オレイルアミンを用いる場合について、上記の条件の下でいくつかの対照実験も行った。対照条件の全てにおいて、ＴＥＭ像からは単層カーボンナノチューブの明白な剥離は観察されなかった。このことから、ＦｅＰｔナノ粒子は単層カーボンナノチューブのデバンドル化に支配的な役割を果たすと結論することができる。
【００１７】
ＦｅＰｔナノ粒子が分散されたＴＭＡＯＨ水溶液中に分散された単層カーボンナノチューブの超音波処理およびその後の攪拌により、個々に分離した単層カーボンナノチューブが得られる様子を図２に模式的に示す。図２ａに示すように、ＦｅＰｔナノ粒子１１が分散されたＴＭＡＯＨ水溶液中に単層カーボンナノチューブ１２を分散させる。この状態では、単層カーボンナノチューブ１２はバンドル化している。このＴＭＡＯＨ水溶液を穏やかな条件で超音波処理すると、バンドル化した単層カーボンナノチューブ１２に超音波が浸透し、単層カーボンナノチューブ１２間に働く固有のファンデルワールス相互作用に打ち勝つことにより、図１ｂに示すように、バンドルがより細く、すなわちより少数の単層カーボンナノチューブ１２で構成されるようになる。同時に、ＦｅＰｔナノ粒子１１は超音波処理によりＴＭＡＯＨ水溶液において良く分散された状態となり、このＦｅＰｔナノ粒子１１はバンドル内の狭い割れ目、すなわち単層カーボンナノチューブ１２と単層カーボンナノチューブ１２との間に形成される隙間に浸透する。このＦｅＰｔナノ粒子１１はまた、単層カーボンナノチューブ１２の交差部または節の部分に深く浸透する。そして、この状態で穏やかな磁気的攪拌処理を行うと、バンドルの各部に浸透したＦｅＰｔナノ粒子１１の機械的作用により、バンドル化した単層カーボンナノチューブ１２が剥離されて完全にデバンドル化される結果、図１ｃに示すように、単層カーボンナノチューブ１２が個々に分離される。ＴＭＡＯＨ水溶液中の単層カーボンナノチューブ１２およびＦｅＰｔナノ粒子１１の測定されたゼータポテンシャル値はそれぞれ−６１．０４ｍＶおよび−４６．４７ｍＶであった。すなわち、単層カーボンナノチューブ１２およびＦｅＰｔナノ粒子１１とも強く負に帯電している。このため、デバンドル化した単層カーボンナノチューブ１２の安定性は単層カーボンナノチューブ１２とＦｅＰｔナノ粒子１１との間の電荷反発により好ましいものとなり、電荷反発による凝集防止効果により、ＴＭＡＯＨ水溶液溶液中において単層カーボンナノチューブ１２を個々に分離した状態に保持することができる。
【００１８】
〈実施例２〉
本発明者らにより提案された方法（非特許文献２３参照。）によりＣｅＯ2 ナノ粒子を合成した。これらのＣｅＯ2 ナノ粒子は約５ｎｍのサイズおよびＦｅＰｔナノ粒子と同様な表面官能基を有する。
次に、実施例１と同様に、２ｍｌの０．５％ＴＭＡＯＨ水溶液に０．５ｍｇのＣｅＯ2 ナノ粒子を分散させ、ＣｅＯ2 ナノ粒子溶液として貯蔵した。
次に、実施例１と同様に、精製された０．５ｍｇの単層カーボンナノチューブを、貯蔵されたＣｅＯ2 ナノ粒子溶液に添加した。そして、実施例１と同様に、得られた混合物をまず、非常に穏やかな条件（５０Ｗ、４３ｋＨｚ）で３０分間超音波処理して黒い均一な懸濁液を得た後、マグネティックスターラーを用いて磁気的に１２時間攪拌した。
【００１９】
ヘキサン中に分散させたＣｅＯ2 ナノ粒子のＴＥＭ像を図３ａに示す。図３ａからわかるように、この例ではＣｅＯ2 ナノ粒子は四つまたは五つが一緒になって一つのユニットを構成しており、ＦｅＰｔナノ粒子ほどは分散しなかった。ＣｅＯ2 ナノ粒子溶液を用いて超音波処理およびその後の攪拌を行った後の単層カーボンナノチューブのＴＥＭ像を図３ｂに示す。図３ｂに示すように、剥離効果はＦｅＰｔナノ粒子ほどは良くないが、多くの個々の単層カーボンナノチューブ（細い矢印で示す）および剥離した細いバンドル（太い矢印で示す）が像中に見られる。さらに、ひどくもつれたバンドルがほどけており、ばらばらの状態になっていた。
【００２０】
図４は、実施例１による方法によりＦｅＰｔナノ粒子を用いて剥離を行った単層カーボンナノチューブ（曲線ａ）、ＴＭＡＯＨ水溶液中に分散された単層カーボンナノチューブ（曲線ｂ）、オレイン酸中に分散された単層カーボンナノチューブ（曲線ｃ）およびＣｅＯ2 ナノ粒子により分散された単層カーボンナノチューブ（曲線ｄ）の四つの試料のラマンスペクトルを示す。図４において、２００〜３００ｃｍ-1で観察されるＲＢＭ（Radial Breathing Mode)は、０．７〜１．２ｎｍの直径を有するより細い単層カーボンナノチューブに由来する。１８５ｃｍ-1以下ではＲＢＭは測定されず、ＨｉＰｃｏ単層カーボンナノチューブ試料中には１．３ｎｍ以上の直径を有する単層カーボンナノチューブは実質的に存在しないことが確認される。ＴＭＡＯＨ水溶液中に分散された単層カーボンナノチューブ、ＣｅＯ2 ナノ粒子により分散された単層カーボンナノチューブおよびオレイン酸により分散された単層カーボンナノチューブの間には明確な相違はなかった。図４において最も際立った特徴は、単層カーボンナノチューブがＦｅＰｔナノ粒子によって剥離される時のＲＢＭの系統的な高振動数側へのシフトである。この高振動数側へのシフトは３ｃｍ-1程度の大きさである。本発明者らは、他の三つの対照実験ではそのような特徴が見られなかったことから、この高振動数側へのシフトは単層カーボンナノチューブのデバンドル化によるものと考えた。もう一つの顕著な変化は、２５８ｃｍ-1におけるＲＢＭピークが二つに分裂しており、新たな一つのピークは２６２ｃｍ-1に位置することである。ＲＢＭ振動数は単層カーボンナノチューブの直径に依存するため、力一定モデル（非特許文献２４参照。）を用いた計算に基づくと、このピークに対応する直径は約０．９０３ｎｍである。四つの試料におけるＤバンドの位置および強度には相違はなく、ＦｅＰｔナノ粒子による単層カーボンナノチューブの剥離効果は化学構造に対してなんら影響を及ばさないことを示す。Ｇバンドに関しては、ＦｅＰｔナノ粒子により剥離された単層カーボンナノチューブの試料では強度が増加しており、これは主としてバンドル化された単層カーボンナノチューブが剥離されたためであり、個々の単層カーボンナノチューブがより多くなるほど全体のＧバンド強度の増加に貢献する。
【００２１】
以上のように、この一実施形態によれば、ＦｅＰｔナノ粒子またはＣｅＯ2 ナノ粒子を分散させた水溶液に合成された単層カーボンナノチューブを添加し、この水溶液を超音波処理して均一な懸濁液を得た後、この懸濁液を磁気的に攪拌することにより、合成直後の単層カーボンナノチューブがバンドル化していても、懸濁液中で個々に分離した単層カーボンナノチューブを製造することができる。しかも、この単層カーボンナノチューブは固有の化学的性質および合成直後の長い長さをそのまま保持することができる。加えて、懸濁液中で単層カーボンナノチューブが個々に分離した状態で分散していることにより、半導体的単層カーボンナノチューブと金属的単層カーボンナノチューブとの分離がより容易となる。
【００２２】
この単層カーボンナノチューブが個々に分離している懸濁液を基板上に塗布することなどにより、単層カーボンナノチューブをチャネル材料に用いたＦＥＴなどの各種の単層カーボンナノチューブ応用装置を製造することができる。この単層カーボンナノチューブは固有の化学的性質を保持しているため、高性能の単層カーボンナノチューブ応用装置を実現することができる。また、長さが長い単層カーボンナノチューブを積極的に利用した単層カーボンナノチューブ応用装置を実現することもできる。
【００２３】
以上、この発明の一実施形態および実施例について具体的に説明したが、この発明は上述の実施形態および実施例に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態および実施例において挙げた数値、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施例１においてヘキサン中に分散されたＦｅＰｔナノ粒子、水中に分散された単層カーボンナノチューブおよびＦｅＰｔナノ粒子が分散されたＴＭＡＯＨ水溶液中に分散された単層カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡像を示す図面代用写真である。
【図２】実施例１における単層カーボンナノチューブの剥離のメカニズムを説明するための略線図である。
【図３】実施例１においてヘキサン中に分散されたＣｅＯ2 ナノ粒子およびＣｅＯ2 ナノ粒子が分散されたＴＭＡＯＨ水溶液中に分散された単層カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡像を示す図面代用写真である。
【図４】実施例１においてＦｅＰｔナノ粒子を用いて剥離を行った単層カーボンナノチューブ、ＴＭＡＯＨ水溶液中に分散された単層カーボンナノチューブ、オレイン酸中に分散された単層カーボンナノチューブおよびＣｅＯ2 ナノ粒子により分散された単層カーボンナノチューブのラマンスペクトルを示す略線図である。
【符号の説明】
【００２５】
１１…ＦｅＰｔナノ粒子、１２…単層カーボンナノチューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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