(57)【要約】【課題】  電気的手法・光学的手法いずれにおいても、少なくとも一つのカーボンナノ物体の姿勢制御並びに位置制御を容易に行う方法の提供。【解決手段】  カーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程からなることを特徴とするカーボンナノ物体の改質方法を導入することにより、カーボンナノ物体の半導体あるいは金属的特質の効果が軽減され、電気的ならびに光学的操作が実現される。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、
前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程からなることを特徴とするカーボンナノ物体の改質方法。
【請求項２】
カーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、
前記カーボンナノ物体を官能基で修飾する工程からなることを特徴とするカーボンナノ物体の改質方法。
【請求項３】
前記液体が、水、アルコール類及び水とアルコール類の混合液からなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は２記載のカーボンナノ物体の改質方法。
【請求項４】
前記添加されるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、
脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノ物体の改質方法。
【請求項５】
前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程の前に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノ物体の改質方法。
【請求項６】
前記カーボンナノ物体を官能基で修飾する工程の前に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項２記載のカーボンナノ物体の改質方法。
【請求項７】
前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程の後に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノ物体の改質方法。
【請求項８】
前記カーボンナノ物体を官能基で修飾する工程の後に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項２記載のカーボンナノ物体の改質方法。
【請求項９】
前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は２記載のカーボンナノ物体の改質方法。
【請求項１０】
前記官能基がアミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項２記載のカーボンナノ物体の改質方法。
【請求項１１】
カーボンナノ物体と、
該カーボンナノ物体の表面の少なくとも一部を被覆してなるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤からなることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体。
【請求項１２】
官能基で化学修飾された表面を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体。
【請求項１３】
前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の改質されたカーボンナノ物体。
【請求項１４】
前記カーボンナノ物体の表面の少なくとも一部に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットが付着してなることを特徴とする請求項１１又は１２記載の改質されたカーボンナノ物体。
【請求項１５】
前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤の少なくとも一部に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットが付着してなることを特徴とする請求項１１記載の改質されたカーボンナノ物体。
【請求項１６】
前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１１記載の改質されたカーボンナノ物体。
【請求項１７】
前記官能基がアミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項１２記載の改質されたカーボンナノ物体。
【請求項１８】
イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、
前記光線の照射方向を変更させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法。
【請求項１９】
官能基で化学修飾された表面を有するカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、
前記光線の照射方向を変更させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法。
【請求項２０】
前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１８記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法。
【請求項２１】
前記官能基が、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項１９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法。
【請求項２２】
前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１８又は１９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法。
【請求項２３】
イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、
前記光線の集光点を前記液体中で移動させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法。
【請求項２４】
官能基で化学修飾された表面を有するカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、
前記光線の集光点を前記液体中で移動させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法。
【請求項２５】
前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項２３記載の改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法。
【請求項２６】
前記官能基が、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項２４記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法。
【請求項２７】
前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項２３又は２４記載の改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法。
【請求項２８】
イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体近傍に少なくとも一対の針状電極を配する工程と、
前記一対の針状電極間に交流電圧を印加し、前記液体中に均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。
【請求項２９】
官能基で化学修飾された表面を有するカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体近傍に一対の針状電極を配する工程と、
前記一対の針状電極間に交流電圧を印加し、前記液体中に均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。
【請求項３０】
前記不均一な電場を生じせしめる工程において、前記カーボンナノ物体に斥力を作用させる交流周波数を選択することを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。
【請求項３１】
前記不均一な電場を生じせしめる工程において、前記カーボンナノ物体に誘引力を作用させる交流周波数を選択することを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。
【請求項３２】
前記均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程において、前記カーボンナノ物体が前記一対の針状電極間を往復移動させる交流周波数を選択することを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。
【請求項３３】
前記一対の針状電極を一体に移動させることを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。
【請求項３４】
前記一対の針状電極を互いに独立に移動させることを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。
【請求項３５】
前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項２８記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。
【請求項３６】
前記官能基が、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。
【請求項３７】
前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノ物体の姿勢並びに位置を制御する方法、この方法に用いられる改質されたカーボンナノ物体及びカーボンナノ物体の改質方法に関する。より詳しくは、本発明は、カーボンナノ物体にイオン伝導性あるいは絶縁性を付与し、光学的手法或いは電気的手法によりカーボンナノ物体の姿勢並びに位置の制御する方法、この方法に用いられる改質されたカーボンナノ物体及びカーボンナノ物体の改質方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、１９９１年に発見された比較的新しい物質であり、炭素原子のみを構成元素とするものである。
カーボンナノチューブは、炭素原子の六員環で構成されるグラフェンシートを巻いた一次元性を有する筒形状をなす。グラフェンシートが１枚の構造のカーボンナノチューブは、単層（シングルウォール）カーボンナノチューブ（SWNT: Single Wall Carbon Nano Tube）と称される。複数のグラフェンシートからなり、多層構造をなすものは、多層（マルチウォール）カーボンナノチューブ（MWNT: Multi-Wall Carbon Nano Tube）と称される。
カーボンナノチューブの電気特性は、原子配列の態様（カイラリティ）によって、欠陥を有するなどの特定の場合を除いて、一般的には金属的性質を示したり、半導体的性質を示したりする。また、機械的強度にも優れ、多くの産業分野で注目を集めている物質である。
【０００３】
産業上利用される形態として、特許文献１乃至３に開示される技術を挙げることができる。
特許文献１に開示される技術は、カーボンナノチューブセンサ並びにカーボンナノチューブセンサを製造する方法である。特許文献１に開示されるカーボンナノチューブセンサは、カーボンナノチューブが懸濁されたエタノール溶媒を、平板電極が固定された絶縁基板上に配し、平板基板に交流電圧を印加して、平板電極間にカーボンナノチューブを集積させることにより形成される。
特許文献２に開示される技術は、カーボンナノチューブを利用した電気素子を製造する方法である。特許文献２に開示される技術は、固定された電極間に交流電圧を印加し、誘電泳動法の原理によって、複数のカーボンチューブを電極端部間に一線上に配列するものである。
特許文献３に開示される技術は、電界放出エミッタ電極を製造する方法である。この方法は、多数の空隙を有するＡＡＯ膜を備えるアルミニウム基板を、カーボンナノチューブが懸濁された電解液中に浸して、電極間に交流電圧を印加し、ＡＡＯ膜に形成された孔部にカーボンナノチューブを誘導する手法を採用する。
【０００４】
特許文献１乃至３に関連する技術分野に限定するものではないが、特許文献１乃至３に関連する技術分野、即ち、カーボンナノチューブセンサ、カーボンナノチューブを利用した電気素子、電界放出エミッタ電極の開発分野においては、カーボンナノチューブの姿勢制御や位置制御の技術は極めて重要である。
特許文献１乃至３に開示される技術は、電気的なアプローチによりカーボンナノチューブの姿勢制御や位置制御を行おうとするものである。
【０００５】
カーボンナノチューブに対する姿勢制御や位置制御を行う手法として、光学的アプローチが存在する。
特許文献４は、光学的技術を用いてカーボンナノチューブの位置制御及び姿勢制御を行おうとするものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３２９８０２号公報
【特許文献２】特開２００６−２４７８３２号公報
【特許文献３】特開２００６−７３５０４号公報
【特許文献４】特開２００４−２４３４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの電気的手法や光学的手法によれば、化学気相成長法を利用してカーボンナノチューブを成長させる方法と比較して、比較的位置制御又は姿勢制御を行いやすいという利点がある。
しかしながら、特許文献１乃至３に開示される電気的手法では、カーボンナノチューブの配向と集積を行なうことができるけれども、カーボンナノチューブ単体或いはカーボンナノチューブ集積体の移動操作を行うことができない。
一方、特許文献４に開示される光学的手法では、カーボンナノチューブ単体での姿勢制御・位置制御を達成可能であるが、非常に複雑な光学系を有する装置が必要となる。
【０００８】
上述の如く、カーボンナノチューブやその他カーボンナノ物体の姿勢制御・位置制御には多くの課題が存在する。
したがって、本発明は、電気的手法・光学的手法いずれにおいても簡便に姿勢制御並びに位置制御を行うことを可能とするカーボンナノ物体の改質方法を提供する。
更に、本発明は、電気的手法・光学的手法いずれにおいても簡便に姿勢制御並びに位置制御を行うことを可能とする改質されたカーボンナノ物体を提供する。
加えて、この改質されたカーボンナノ物体を利用して、位置制御並びに姿勢制御を行う光学的手法を提供する。
また、この改質されたカーボンナノ物体を利用して、位置制御並びに姿勢制御を行う電気的手法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、カーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程からなることを特徴とするカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項２記載の発明は、カーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記カーボンナノ物体を官能基で修飾する工程からなることを特徴とするカーボンナノ物体の改質方法である。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記液体が、水、アルコール類及び水とアルコール類の混合液からなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は２記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項４記載の発明は、前記添加されるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
【００１１】
請求項５記載の発明は、前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程の前に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項６記載の発明は、前記カーボンナノ物体を官能基で修飾する工程の前に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項２記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項７記載の発明は、前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程の後に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項８記載の発明は、前記カーボンナノ物体を官能基で修飾する工程の後に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項２記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
【００１２】
請求項９記載の発明は、前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は２記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項１０記載の発明は、前記官能基がアミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項２記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
【００１３】
請求項１１記載の発明は、カーボンナノ物体と、該カーボンナノ物体の表面の少なくとも一部を被覆してなるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤からなることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体である。
請求項１２記載の発明は、官能基で化学修飾された表面を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体である。
【００１４】
請求項１３記載の発明は、前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の改質されたカーボンナノ物体である。
請求項１４記載の発明は、前記カーボンナノ物体の表面の少なくとも一部に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットが付着してなることを特徴とする請求項１１又は１２記載の改質されたカーボンナノ物体である。
請求項１５記載の発明は、前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤の少なくとも一部に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットが付着してなることを特徴とする請求項１１記載の改質されたカーボンナノ物体である。
請求項１６記載の発明は、前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１１記載の改質されたカーボンナノ物体である。
【００１５】
請求項１７記載の発明は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程を備えることを特徴とするカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
請求項１８記載の発明は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、前記光線の照射方向を変更させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
請求項１９記載の発明は、官能基で化学修飾された表面を有するカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、前記光線の照射方向を変更させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
【００１６】
請求項２０記載の発明は、前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１８記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
請求項２１記載の発明は、前記官能基が、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項１９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
請求項２２記載の発明は、前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１８又は１９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
【００１７】
請求項２３記載の発明は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、前記光線の集光点を前記液体中で移動させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法である。
請求項２４記載の発明は、官能基で化学修飾された表面を有するカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、前記光線の集光点を前記液体中で移動させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法である。
【００１８】
請求項２５記載の発明は、前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項２３記載の改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法である。
請求項２６記載の発明は、前記官能基が、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項２４記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
請求項２７記載の発明は、前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項２３又は２４記載の改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法である。
【００１９】
請求項２８記載の発明は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体近傍に少なくとも一対の針状電極を配する工程と、前記一対の針状電極間に交流電圧を印加し、前記液体中に均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項２９記載の発明は、官能基で化学修飾された表面を有するカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体近傍に一対の針状電極を配する工程と、前記一対の針状電極間に交流電圧を印加し、前記液体中に均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
【００２０】
請求項３０記載の発明は、前記不均一な電場を生じせしめる工程において、前記カーボンナノ物体に斥力を作用させる交流周波数を選択することを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３１記載の発明は、前記不均一な電場を生じせしめる工程において、前記カーボンナノ物体に誘引力を作用させる交流周波数を選択することを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３２記載の発明は、前記均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程において、前記カーボンナノ物体が前記一対の針状電極間を往復移動させる交流周波数を選択することを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３３記載の発明は、前記一対の針状電極を一体に移動させることを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３４記載の発明は、前記一対の針状電極を互いに独立に移動させることを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
【００２１】
請求項３５記載の発明は、前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項２８記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３６記載の発明は、前記官能基が、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３７記載の発明は、前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１及び２記載の発明によれば、電気的手法によっても、光学的手法によっても位置制御及び姿勢制御を簡便に行なうことが可能なカーボンナノ物体を作り出すことができる。
請求項３記載の発明によれば、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を好適にカーボンナノ物体表面に被覆させることが可能となるとともに、カーボンナノ物体表面への化学的修飾を好適に行なうことが可能となる。
請求項４記載の発明によれば、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤の疎水基がカーボンナノ物体の疎水表面に好適に吸着し、自己集積をすることにより、好適な被覆作用を得ることができる。
請求項５乃至８記載の発明によれば、カーボンナノ物体の姿勢や位置を観察容易になる。
請求項９記載の発明によれば、所望の用途に応じたカーボンナノ物体により所望の構造体を作り出すことが可能となる。
請求項１０記載の発明によれば、カーボンナノ物体の有する電気的特性並びに金属的特性の効果を好適に軽減させることができる。
【００２３】
請求項１１及び１２記載の発明によれば、電気的手法によっても、光学的手法によっても位置制御及び姿勢制御を簡便に行なうことが可能なカーボンナノ物体となる。
請求項１３記載の発明によれば、所望の用途に応じたカーボンナノ物体により所望の構造体を作り出すことが可能となる。
請求項１４及び１５記載の発明によれば、姿勢や位置を観察容易なカーボンナノ物体となる。
請求項１６記載の発明によれば、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤の疎水基がカーボンナノ物体の疎水表面に好適に吸着し、自己集積をすることにより、電気的特性並びに金属的特性の効果が軽減されたカーボンナノ物体となる。
請求項１７記載の発明によれば、電気的特性並びに金属的特性の効果が軽減されたカーボンナノ物体となる。
【００２４】
請求項１８及び１９記載の発明によれば、光学的手法でカーボンナノ物体の姿勢を制御可能となる。
請求項２０記載の発明によれば、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤の疎水基がカーボンナノ物体の疎水表面に好適に吸着し、自己集積をすることにより、カーボンナノ物体の金属的特性の効果が軽減し、光学的に捕捉され、姿勢制御が可能となる。
請求項２１記載の発明によれば、カーボンナノ物体が化学的修飾により金属的特性の効果が軽減することにより、光学的に捕捉され、姿勢制御が可能となる。
請求項２２記載の発明によれば、所望の用途に応じたカーボンナノ物体により所望の構造体を作り出すことが可能となる。
【００２５】
請求項２３及び２４記載の発明によれば、光学的手法でカーボンナノ物体の位置を制御可能となる。
請求項２５記載の発明によれば、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤の疎水基がカーボンナノ物体の疎水表面に好適に吸着し、自己集積をすることにより、カーボンナノ物体が金属的特性の効果が軽減し、光学的に捕捉され、位置制御が可能となる。
請求項２６記載の発明によれば、カーボンナノ物体が化学的修飾により金属的特性の効果が軽減することにより、光学的に捕捉され、位置制御が可能となる。
請求項２７記載の発明によれば、所望の用途に応じたカーボンナノ物体により所望の構造体を作り出すことが可能となる。
【００２６】
請求項２８及び２９記載の発明によれば、光学的手法でカーボンナノ物体の位置並びに位置を制御可能となる。
請求項３０記載の発明によれば、針状電極からカーボンナノ物体を遠ざける方向に移動させることが可能となる。
請求項３１記載の発明によれば、カーボンナノ物体を一対の針状電極の一方に近づける方向に移動させることができる。
請求項３２記載の発明によれば、一対の針状電極先端間で、カーボンナノ物体に往復移動動作をさせることができる。
請求項３３及び３４記載の発明によれば、カーボンナノ物体を所望の方向に移動させることができる。
請求項３５記載の発明によれば、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤の疎水基がカーボンナノ物体の疎水表面に好適に吸着し、自己集積をすることにより、カーボンナノ物体の操作に対する金属的特性並びに半導体的特性の効果が軽減し、光学的に捕捉され、姿勢並びに位置制御が可能となる。
請求項３６記載の発明によれば、カーボンナノ物体の操作に対する金属的特性並びに半導体的特性の効果が軽減することにより、光学的に捕捉され、位置制御が可能となる。
請求項３７記載の発明によれば、所望の用途に応じたカーボンナノ物体により所望の構造体を作り出すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係るカーボンナノ物体の改質方法、この改質方法により改質されたカーボンナノ物体及びこの改質されたカーボンナノ物体の姿勢並びに位置を制御する方法の実施形態について、図を参照しつつ説明する。
図１は、改質されたカーボンナノ物体を示す。図１（ａ）は、一の実施形態におけるカーボンナノ物体の概略的断面図であり、図１（ｂ）は、他の実施形態におけるカーボンナノ物体の概念図である。
図１において、表面改質を施されるカーボンナノ物体として、単層カーボンナノチューブを示しているが、本明細書中で用いられるカーボンナノ物体との用語は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルなどのカーボンナノ構造体を総称した概念であり、これらカーボンナノ物体を本発明に好適に使用可能である。
【００２８】
図１（ａ）に示す改質されたカーボンナノ物体（１００）は、カーボンナノチューブ（１０１）と、カーボンナノチューブ（１０１）表面を被覆するイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）からなる。
カーボンナノチューブ（１０１）は、炭素原子の六員環で構成されるグラフェンシートを巻いた一次元性を有する筒形状をなしている。
図１（ａ）に示す例においては、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）は、脂質から構成されているが、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤のいずれかで構成されてもよい。
イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）は、カーボンナノチューブ（１０１）が本来的に備える金属的特性及び半導体的特性の効果を軽減せしめる。
【００２９】
図１（ｂ）に示す改質されたカーボンナノ物体（２００）は、カーボンナノチューブ（１０１）を備える。カーボンナノチューブ（１０１）表面は、官能基で化学的に修飾される。
図１（ｂ）に示す例においては、官能基として水酸基が示されているが、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基なども本発明に好適に使用可能である。しかしながら、これに限定されるものではない。
図１（ｂ）に示す如く、カーボンナノチューブ（１０１）表面に存する炭素原子と水酸基が共有結合している。したがって、カーボンナノチューブ（１０１）表面は、水酸基により囲まれた状態となる。
水酸基は、カーボンナノチューブ（１０１）が本来的に備える金属的特性及び半導体的特性の効果を軽減せしめる。
尚、図１に示す例において、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）や水酸基がカーボンナノチューブ（１０１）全体を覆うように示されているが、本発明は、カーボンナノチューブ（１０１）の一部が覆われる形態も包含する。
【００３０】
図２は、図１（ａ）に示す改質されたカーボンナノ物体（１００）の製造方法を示すフローチャートである。
図１（ａ）に示す改質されたカーボンナノ物体（１００）は、準備工程と、被覆工程を経て製造される。
【００３１】
図３は、図２に示すフローチャートに従う製造工程の模式図である。
まず、準備工程において、容器（１５０）が用意される。図３に示す例において、容器（１５０）内には、水が収容されているが、水の代わりにアルコール類（エタノール、メタノール、ブタノールなど）が収容されていてもよい。或いは水とアルコール類の混合液が収容されていてもよい。また、これら液体中に親水性の溶質が含まれるものであってもよい。
容器（１５０）に収容された水の中には、カーボンナノチューブ（１０１）が混合されている。
【００３２】
被覆工程において、容器（１５１）が用意される。図３に示す例において、容器（１５１）内には、脂質が収容されているが、脂質の代わりに、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤のいずれかが容器（１５１）に収容されていてもよい。
容器（１５１）に収容された脂質は、容器（１５０）内の水中に滴下され、容器（１５０）内で撹拌・混合が行なわれる。
撹拌・混合の過程で、脂質が有する疎水基がカーボンナノチューブ（１０１）の疎水性表面に吸着され、脂質分子がカーボンナノチューブ（１０１）表面上で自己集積化する。これにより、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０１）が形成されることとなる。
【００３３】
図１（ｂ）に示す改質カーボンナノ物体（２００）は、図３に示す容器（１５１）中にアミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基の少なくとも１つを含む液体を収容し、この液体を容器（１５０）内の水中に滴下し、容器（１５０）内において、加熱条件下で撹拌・混合を行なうことにより得られる。
尚、容器（１５０）又は容器（１５１）中の液体に、これら官能基を用いたカーボンナノチューブ（１０１）表面への化学修飾を促進するための触媒が混合されていてもよい。これにより、好適に化学修飾を行なうことができる。
【００３４】
図１（ａ）に示す例においては、カーボンナノチューブ（１０１）表面をイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）で覆う前に疎水性の蛍光色素或いは量子ドットを容器（１５０）中に添加してもよい。これにより、蛍光色素又は量子ドットがカーボンナノチューブ（１０１）の疎水部に吸着し、カーボンナノチューブ（１０１）が被覆層（１０２）を介して蛍光発色することとなる。これにより、光学顕微鏡を用いての改質カーボンナノ物体（１００）の観察が容易になる。
或いは、疎水性の蛍光色素又は量子ドットの添加が、カーボンナノチューブ（１０１）表面をイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）で覆った後に行われてもよい。このとき、蛍光色素又は量子ドットは、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）の疎水部に吸着し、改質カーボンナノ物体（１００）が蛍光発色することとなる。これにより、光学顕微鏡を用いての改質カーボンナノ物体（１００）の観察が容易になる。
例えば、界面活性剤として、ドデシル硫酸ナトリウムを容器（１５０）中に添加し、カーボンナノチューブ（１０１）表面上にドデシル硫酸ナトリウムからなるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）を形成する。その後、赤色の蛍光色素であるＰＫＨ２６、ナイルレッドあるいは量子ドットであるCdSe/ZnS粒子などを添加し、改質カーボンナノチューブ（１００）単体での可視化を好適に行なうことが可能である。
【００３５】
図１（ｂ）に示す例においては、カーボンナノチューブ（１０１）表面に化学的修飾を施す前或いは施した後に前記と同様な疎水性の蛍光色素或いは量子ドットを容器（１５０）中に添加してもよい。これにより、蛍光色素又は量子ドットがカーボンナノチューブ（１０１）の疎水部に吸着し、改質カーボンナノ物体（２００）が蛍光発色することとなる。これにより、光学顕微鏡を用いての改質カーボンナノ物体（２００）の観察が容易になる。
【００３６】
特異結合部を有する蛍光色素や量子ドットを用いることも出来る。この場合、カーボンナノチューブ（１０１）は、蛍光色素や量子ドットが有する特異結合部を認識する官能基で修飾されるか、蛍光色素や量子ドットが有する特異結合部を認識する界面活性剤からなるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）で被覆される。
このように形成された改質カーボンナノ物体（１００）に、特異結合部を有する蛍光色素或いは量子ドットが吸着し、改質カーボンナノ物体（１００）が蛍光発色することとなる。これにより、光学顕微鏡を用いての改質カーボンナノ物体（１００）の観察が容易になる。
【００３７】
図４は、光学的手法を用いた改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢制御方法のフローチャートである。
光学的手法を用いた改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢制御方法は、準備工程、選択工程、照射工程及び照射角度変更工程を実行することにより行われる。
図５は、図４に示す改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢制御方法の照射工程並びに照射角度変更工程を示す図である。図５（ａ）は、光線を照射した直後の状態を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）の後の状態を示し、図５（ｃ）は、図４に示す照射角度変更工程を示す。
【００３８】
準備工程において、容器（２５０）が用意される。容器（２５０）内には、上述の如くして得られた改質カーボンナノ物体（１００）又は改質カーボンナノ物体（２００）が混合された水が収容されている。尚、改質カーボンナノ物体（１００，２００）が混合される液体は、水に限らず、アルコール類であってもよい。
選択工程において、容器（２５０）中を、光学顕微鏡を用いて観察しながら、改質カーボンナノ物体（１００，２００）のうち１つを選択する。図５に示す例では、容器（２５０）の中央に存する改質カーボンナノ物体（１００，２００）が選択されている。
照射工程において、容器（２５０）上方から、選択工程で選択された改質カーボンナノ物体（１００，２００）に向けて光線が照射される。光線照射には、一般に入手可能な光ピンセット装置が用いられ、光ピンセット装置が備える対物レンズ等の集光用部品（２７０）で、光線が集光され、容器（２５０）中の液体内で集光点（Ｆ）が作り出され、集光点（Ｆ）が選択された改質カーボンナノ物体（１００，２００）に合わせられる。
図５に示す例においては、光ピンセット装置はＹＡＧレーザであり、波長１０６４ｎｍの単一波長光を照射し、光ピンセット装置の出力パワーは１Ｗである。
尚、本実施例において、光ピンセット装置が用いられているが、本発明はこれに限られるものではなく、光ホログラフィトラップ装置も好適に使用可能である。
【００３９】
上述の如く、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）又はカーボンナノチューブ（１０１）表面への官能基の化学修飾により、カーボンナノチューブ（１０１）が本来的に備える金属的特性の効果が軽減されている。
したがって、光ピンセット装置から照射された光線は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の金属的特性の効果が軽減された表面部分を捕捉可能である。
更に、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）が形成されている場合には、改質カーボンナノ物体（１００）の大きさは増大しているので、光ピンセットによる捕捉を容易に行なうことが可能である。
図５（ａ）に示す如く、光線照射直後において、容器（２５０）内の改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、ランダムな配向を示している。
図５（ｂ）に示す如く、集光点（Ｆ）を合わせられた改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、その後、光線の入射角度とその軸線方向を合せるようにして、その配向を変化させて集光点において捕捉される。
照射角度変更工程において、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、捕捉されたまま、さらに光線の照射方向を変えることで、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢を３次元的に制御することが可能である。
このようにして、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢を制御可能である。
【００４０】
更に、光ピンセット装置を操作して、集光点（Ｆ）を、その後、容器（２５０）中の液体内で移動させてもよい。上述の如く、選択された改質カーボンナノ物体（１００，２００）は光線により捕捉されているため、集光点（Ｆ）の移動とともに容器（２５０）中を移動することとなる。
このようにして、単一の改質カーボンナノ物体（１００，２００）を所望の場所に搬送することが可能となる。
【００４１】
図６は、電気的手法により改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢並びに位置を制御するための装置の全体外略図である。
姿勢位置制御装置（１０）は、主に顕微鏡（１１）と電源（５）とモニタ装置（１２）から構成される。
顕微鏡（１１）の試料載置台（１）上に改質カーボンナノ物体（１００，２００）が混合された水或いはアルコール類が滴下され、液層（２）を構成している。液層（２）中には、一対の針状電極（４）が挿入されている。針状電極（４）は、交流電圧を発生させる電源（５）に電気的に接続されている。
電源（５）は、交流電圧の周波数や振幅や波形を変化可能であることが好ましい。また、交流電圧の波形を観察可能なように、電源（５）がオシロスコープと接続されること或いは波形表示機能を備えることが好ましい。
針状電極（４）は顕微鏡（１１）に備えられた一対の操作アーム（６）にそれぞれ固定されている。操作アーム（６）は、上下方向、左右方向及び前後方向に移動可能とされる。図６に示す例においては、一対の操作アーム（６）はそれぞれ独立して移動可能であるが、一体的に移動する形態も採用可能である。
尚、図６に示す例においては、操作アーム（６）の移動は、例えば電動モータにより行われ、針状電極（４）の精密な位置決め、回転或いは往復移動などの反復動作が可能とされることが好ましい。
液層（２）及び針状電極（４）の少なくとも先端部分は、試料載置台（１）上方の撮像装置（７）により撮像される。撮像装置（７）によって撮像された像は、モニタ（１２）上に映し出される。
【００４２】
図７は、電気的手法を用いた改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢位置制御方法のフローチャートである。
電気的手法を用いた改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢制御方法は、準備工程、選択工程及び電圧印加工程を実行することにより行われる。
準備工程において、試料載置台（１）上に改質カーボンナノ物体（１００，２００）が混合された液体が滴下される。
【００４３】
図８は、図７に示す選択工程を示す図である。
図８に示す点線で囲まれた領域（Ｋ）は、撮像装置（７）で撮像される領域であり、領域（Ｋ）の像がモニタ（１２）に映し出される。
図８に示す如く、試料載置台（１）の上には、液層（２）が配される。液層（２）には、改質カーボンナノ物体（１００，２００）が混合され、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は液層（２）中でランダムな配向を示している。
選択工程において、液層（２）中の改質カーボンナノ物体（１００，２００）のうち１つを選択し、選択された改質カーボンナノ物体（１００，２００）を間に挟むように、一対の針状電極（４）が配される。
【００４４】
図９は、図８に示す領域（Ｋ）の模式図である。
図４に示す電圧印加工程において、交流電圧が印加される。
電源（５）に接続された電極（４）に交流電圧を印加すると、一対の電極（４）間に不均一な電場（E）が発生し、液層中に不均一な電場が局在することとなる。この電場（E）中に存在する改質カーボンナノ物体（１００，２００）は分極する。分極した改質カーボンナノ物体（１００，２００）は電場（E）の不均一性を解消するように移動する。
改質カーボンナノ物体（１００，２００）を移動させる力Ｆｄは次式にて表される。
【００４５】
【数１】
2008195561.tif 000003
【００４６】
【数２】
2008195561.tif 000004
【００４７】
ここで、ａは操作対象物を球形としたときの操作対象物の半径を表し、Ｒｅ(x)は複素数xの実数部である。εpは操作対象物の複素誘電率、εsは溶媒の複素誘電率である。またＥｍは印加される電場の振幅を表す。
上記力Ｆｄの向きは、印加される交流電圧の周波数により変化し、周波数の選択により、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を電場から離れる方向に向かわせることや一対の電極のいずれか一方に誘引させることや改質カーボンナノ物体（１００，２００）を停止させることが可能となる。また、作用する力の向きや大きさは改質カーボンナノ物体（１００，２００）や改質カーボンナノ物体（１００，２００）を取り囲む液体の種類によって異なるので、所望の移動動作をもたらすためには、改質カーボンナノ物体（１００，２００）や改質カーボンナノ物体（１００，２００）を取り囲む液体の種類に応じて周波数が調整される必要がある。
また、交流電圧の振幅を変化させることにより、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の移動速度を変化させることができる。
【００４８】
尚、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の軸長方向長さが電極間距離以下である場合には、電気泳動あるいは／及び電気浸透流により、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を移動させることができる。印加する交流電圧の周波数を、改質カーボンナノ物体（１００，２００）が一対の針状電極（４）間で往復移動するように設定し、電極（４）に交流電圧を印加すると、電極（４）の正負は交互に変化するので、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は一対の電極（４）間を往復移動する。
【００４９】
図１０は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢制御並びに位置制御操作の具体例を示す。
図１０に示す制御は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸を界面に対して平行になるようにして、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を界面近傍に配することを目的とする。図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）は該操作形態を工程順に表している。
まず、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸は界面（Ｉ）に対して平行ではなく傾斜している（図１０（ａ）参照）。また針状電極（４）には交流電圧が印加される。このとき、交流電圧の周波数は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）に対して斥力を作用させるように設定されている。この結果、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は電場（E）に押し出されることとなる。
【００５０】
針状電極（４）を界面（Ｉ）に向けて移動させると、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸端のうちの一方が電場（E）内に入る（図１０（ｂ）参照）。電場（E）内の長軸端は、電場（E）により押し出され、回転運動をする（図１０（ｂ）中、矢印方向）。
そして、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸が界面（Ｉ）に対して平行になるまで、針状電極（４）を界面（Ｉ）に向けて移動させる（図１０（ｄ）参照）。改質カーボンナノ物体（１００，２００）の短軸端が電場（E）によって押され、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の界面（Ｉ）に対する平行状態を保ったまま針状電極（４）を移動させることで、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸を界面（Ｉ）に対して平行にして、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を界面（Ｉ）近傍に配することが可能となる。
尚、図１０に示す例において、改質カーボンナノ物体（１００，２００）に対して斥力を作用させて、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢並びに位置を制御したが、一対の電極の一方に改質カーボンナノ物体（１００，２００）を引き寄せる誘引力を作用させるように交流電圧周波数を選択しても、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢並びに位置の制御を同様に行なうことが可能である。
【００５１】
図１１は、電気泳動あるいは／及び電気浸透流を用いた改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢位置制御方法を示す。図１１に示す姿勢位置制御形態は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を狭隘路（Ｉ）に運搬することである。図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）は該制御時の改質カーボンナノ物体（１００，２００）の移動を段階順に示している。
まず、図１１（ａ）に示す如く、一対の針状電極（４）間に改質カーボンナノ物体（１００，２００）が配される。また、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸は、針状電極（４）先端を結ぶ線に対して傾斜している。
ここで、交流電圧を針状電極（４）に印加すると、針状電極（４）の電圧の正負は交互に入れ替わる。図１１（ｂ）に示す如く、交流電圧が印加されると、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸は針状電極（４）先端を結ぶ線と一致する。
交流電圧を印加すると、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は針状電極（４）間を左右に往復運動しながら移動する。改質カーボンナノ物体（１００，２００）の往復運動の間、針状電極（４）をマイクロチップ中の流路のような狭隘路（Ｉ）の入り口に向けて移動させると、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を左右に往復移動させながら、狭隘路（Ｉ）に挿入することができる。
尚、図１１に示す例においては、１ｍＨｚの矩形波の交流電圧波形を用い、その振幅は１００Ｖ／ｃｍである。
【００５２】
上述の如く、改質カーボンナノ物体（１００）の表面は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）で構成され、改質カーボンナノ物体（１００）は、カーボンナノチューブ（１０１）が本来的に有する金属的特性並びに半導体的特性の効果が軽減している。また、改質カーボンナノ物体（２００）の表面は、官能基により化学的に修飾され、カーボンナノチューブ（１０１）が本来的に有する金属的特性並びに半導体的特性の効果が軽減している。
したがって、一対の針状電極（４）により液層（２）中に局在することとなる電場の作用を、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は受けやすくなり、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の上述の電気的手法による姿勢制御並びに位置制御を好適に行うことが可能となる。
また、一対の針状電極（４）が独立に或いは一体的に移動可能であるので、改質カーボンナノ物体（１００，２００）に対して、好適な位置並びに姿勢の制御を行うことが可能である。
尚、上記の例において、針状電極（４）を用いて、液層（２）中に不均一な電場を生じさせる形態を示したが、針状電極（４）を液層（２）中に平行に配して、液層（２）中に均一な電場を生じさせてもよい。
【００５３】
上記光学的手法並びに電気的手法による改質カーボンナノ物体（１００，２００）の位置制御及び姿勢制御の説明において、単一の改質カーボンナノ物体（１００，２００）の位置制御及び姿勢制御を行う形態を例示したが、本発明は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の集積体の位置制御及び姿勢制御に適用することも可能である。
【００５４】
図１２は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の集積体を形成する工程を示す図である。
図１２に示す如く、光学的に透明な試料載置台（１）上に改質カーボンナノ物体（１００，２００）が混合された水が滴下されている。試料載置台（１）上方には、顕微鏡（１１）が配され、顕微鏡（１１）はモニタ（１２）に接続する。光ピンセット装置は、試料載置台（１）下方からレーザ光線を照射し、対物レンズ（２７０）を介して、試料載置台（１）上の液層（２）中に集光点（Ｆ）を作り出す。
【００５５】
図１３は、顕微鏡（１１）により得られた動画データのモニタ（１２）上の表示を示す。図１３（ａ）は光線照射前の状態を示し、図１３（ｂ）は光線照射直後の状態を示し、図１３（ｃ）は光線照射後、数秒経過した状態を示す。
図１３（ａ）に示す如く、光線照射前において、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、液層（２）中でランダムな配向で分散している。そして、集光点（Ｆ）を改質カーボンナノ物体（１００，２００）が存在しない位置（図１３（ａ）点線部）に合せるように、光ピンセット装置を設定する。
図１３（ｂ）に示す如く、照射工程を開始すると、液層中に集光点（Ｆ）が現れる。集光点（Ｆ）周囲に存在する改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、一端部が集光点（Ｆ）の方向に向くようにその配向を変え、集光点（Ｆ）に向かって移動を開始する。
図１３（ｃ）に示す如く、その後、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、その一端部が集光点（Ｆ）に達すると、停止する。集光点（Ｆ）周囲に存する改質カーボンナノ物体（１００，２００）がこのような動作をする結果、集光点（Ｆ）を中心に、改質カーボンナノ物体（１００，２００）が集積され、集光点（Ｆ）周りに集積した改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、集光点（Ｆ）を中心とした放射状の配向を示し、内部に空洞部（５０２）を備える球状の外殻体（５０１）を有する集積体（５００）を形成する。
このように改質カーボンナノ物体（１００，２００）が集積して形成された集積体（５００）の大きさは、光線の照射時間の増減により、直径１００ｎｍ以上１ｃｍ以下の範囲で調節可能である。光線の照射時間を長くすると、集積体（５００）の大きさは増大する。
【００５６】
図１４は、光学的手法により、集積体（５００）の姿勢並びに位置制御を行う形態の一例を示す。
集積体（５００）を形成した後、光ピンセット装置からのレーザ光の照射を停止し、光ピンセット装置を操作して、集光点（Ｆ）の位置設定を変更する。そして、集光点（Ｆ）の位置を集積体（５００）の外殻体（５０１）を形成する改質カーボンナノ物体（１００，２００）のうち１つに合せる。
上述の如く、集光点（Ｆ）を合せられた改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、その長軸をレーザ光の入射方向と一致させるように移動するので、集積体（５００）は、集光点（Ｆ）を中心として、図１４中、点線で表される集積体（５００）の位置から実線で表される集積体（５００）の位置まで回転移動をする。この状態で、レーザ光の入射角度を変更すると、集積体（５００）の角度は、これに伴い変化することとなる。また、集光点（Ｆ）を移動させると、集積体（５００）の位置もこれに伴い変化することとなる。
このようにして、集積体（５００）の位置並びに姿勢の制御を行うことが可能である。
尚、上記の電気的手法によっても、集積体（５００）の位置並びに姿勢の制御を行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、カーボンナノ物体からなるセンサ、電気素子、電界放出エミッタ電極用材料に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係る改質カーボンナノ物体を示す図である。
【図２】図１に示す改質カーボンナノ物体を形成する方法のフローチャートである。
【図３】図２に示す準備工程を示す図である。
【図４】光学的手法により改質カーボンナノ物体の姿勢制御を行なう方法のフローチャートである。
【図５】図４に示す照射工程中における改質カーボンナノ物体の姿勢の変化を模式的に表す図である。
【図６】電気的手法により改質カーボンナノ物体の姿勢並びに位置を制御するための装置の全体概略図である。
【図７】電気的手法により改質カーボンナノ物体の姿勢位置制御を行なう方法のフローチャートである。
【図８】図７に示す選択工程を示す図である。
【図９】液層中に局在する電場が、改質カーボンナノ物体に与える力を模式的に表す図である。
【図１０】電気的手法により、改質カーボンナノ物体の姿勢並びに位置を制御する形態を模式的に表す図である。
【図１１】電気的手法により、改質カーボンナノ物体の姿勢並びに位置を制御する他の形態を模式的に表す図である。
【図１２】改質カーボンナノ物体の集積体を形成する工程を示す図である。
【図１３】改質カーボンナノ物体の集積体の形成過程を模式的に示す図である。
【図１４】光学的手法により、改質カーボンナノ物体の位置並びに姿勢の制御を行う形態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００・・・・・改質カーボンナノ物体
１０１・・・・・カーボンナノ物体（カーボンナノチューブ）
１０２・・・・・イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層
２００・・・・・改質カーボンナノ物体
４・・・・・・・針状電極
Ｆ・・・・・・・集光点
【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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