(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を有する方法であって、所定の電気特性を有する少なくとも１つの単層カーボンナノチューブ（３）、又は、同一の電気特性を有する複数の単層カーボンナノチューブ（３）を複製する方法：
ａ）液体と、前記所定の電気特性を有する少なくとも１つの単層カーボンナノチューブ（３）又は前記同一の電気特性を有する複数の単層カーボンナノチューブ（３）とから、分散液（２）を調製する工程；
ｂ）前記分散液（２）へのエネルギーの入力により、前記所定の電気特性を有する少なくとも１つの単層カーボンナノチューブ（３）又は前記同一の電気特性を有する複数の単層カーボンナノチューブ（３）のフラグメント（６）を形成する工程；
ｃ）複製の開始層として、前記所定の電気特性を有する少なくとも１つの単層カーボンナノチューブ（３）又は前記同一の電気特性を有する複数の単層カーボンナノチューブ（３）の前記フラグメント（６）を、前記分散液（２）から担体（７）の表面（８）に付着し、前記表面（８）が前記フラグメント（６）の長軸と交差し、前記フラグメント（６）が前記担体（７）の前記表面（８）の平面に対して平行に配向しないように、前記分散液（２）から付着するまでの間に前記表面（８）上で前記フラグメント（６）を配向する工程であって、
前記フラグメント（６）が、前記担体（７）の前記表面（８）上に形成された金層上で、または前記分散液（２）に含まれる界面活性剤によって前記担体（７）上に形成される界面活性剤層（９）上で、自己組織化により配向し、
前記界面活性剤層（９）は、前記フラグメント（６）の長さよりも小さい厚さを有し、前記担体（７）の前記表面（８）上に付着し乾燥して形成され、
前記少なくとも１つの単層カーボンナノチューブ（３）の前記フラグメント（６）は乾燥した前記界面活性剤層（９）上に付着して配向するとともに、前記界面活性剤層（９）を介して前記担体（７）に固定される；及び
ｄ）前記開始層として機能する前記フラグメント（６）から開始し、炭素を含むガス雰囲気中で化学気相成長法により、前記同一の電気特性を有する単層カーボンナノチューブ（３）が化学気相成長装置（９）内で成長するように、前記担体（７）上に付着して配向した前記フラグメント（６）を前記化学気相成長装置（９）に導入する工程。
【請求項２】
前記フラグメント（６）が、前記分散液（２）への超音波の導入により形成されることを特徴とし、好ましくは前記フラグメント（６）が３０ｎｍから１００ｎｍの長さを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記超音波が、周波数が２０ｋＨｚから４０ｋＨｚで、３０Ｗから１００Ｗの出力を有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記フラグメント（６）が、電場の印加により、前記表面（８）に配向することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記担体（７）の前記表面（８）上に形成された金層上における前記フラグメント（６）の配向のためにＳＨ（ＣＨ２）ｎＮＨ２分子が用いられる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
付着した前記フラグメント（６）の長軸の角度が、前記表面に対して６０°から１２０°、好ましくは７５°から１０５°、特に好ましくは８０°から１００°であることを特徴とし、好ましくは、前記担体（７）が酸化ケイ素基板である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
プラズマアシスト化学気相成長法を用いて、前記カーボンナノチューブ（３）を成長することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
複製に用いられる前記カーボンナノチューブ（３）が、同一の直径と、同一のキラリティーを有することを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記分散液（２）が、水、好ましくは蒸留水から調製されていること、及び、均一な分散液を製造するために、界面活性物質、好ましくは界面活性剤から調製されていることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
製造された同一の電気特性を有するカーボンナノチューブ（３）が前記担体（７）から除去され、前記カーボンナノチューブ（３）のさらなる複製のために、当該除去されたカーボンナノチューブ（３）を用いて本方法が再び実施されることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
形成された前記カーボンナノチューブが、０．６ｎｍから２ｎｍの直径を有することを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
複製された前記カーボンナノチューブ（３）が、化学気相成長による成長後、好ましくは、その特性が、光吸収分光法、ラマン分光法、及び／又は、フォトルミネッセンス測定により測定され、所望の特性とは異なるカーボンナノチューブ（３）が分離されることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
製造された前記カーボンナノチューブ（３）の充填密度が、１μｍ２あたり１０，０００カーボンナノチューブまで、好ましくは１μｍ２あたり２０，０００カーボンナノチューブまで、特に好ましくは１μｍ２あたり４０，０００カーボンナノチューブまでである、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記カーボンナノチューブ、及び／又は、前記カーボンナノチューブ（３）の前記フラグメント（６）が、０．５μｍ未満の間隔で前記担体（７）上に配置することを特徴とする、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
同一の電気特性を有する単層カーボンナノチューブ（３）が付着した表面（８）を有する担体（７）であって、前記カーボンナノチューブ（３）の長軸が前記表面（８）と交差し、前記カーボンナノチューブ（３）が前記担体（７）の前記表面（８）の平面に対して平行に配向しておらず、
前記表面（８）は、フラグメント（６）の長さよりも小さい厚さを有する乾燥した界面活性剤層（９）が付着し、前記フラグメント（６）が成長して形成された前記単層カーボンナノチューブ（３）が前記界面活性剤層（９）上に付着しているか、または、
前記担体（７）上の前記表面（８）は、金層を有し、前記フラグメント（６）が成長して形成された前記単層カーボンナノチューブ（３）が前記金層上に付着している、
担体（７）。
【請求項１６】
少なくとも１つの同一の電気特性を有する単層カーボンナノチューブ（３）のフラグメント（６）が付着して配向した表面（８）を有する担体（７）であって、少なくとも１つの前記カーボンナノチューブ（３）の前記フラグメント（６）の長軸が前記表面（８）と交差し、少なくとも１つの前記カーボンナノチューブ（３）の前記フラグメント（６）が前記担体（７）の前記表面（８）の平面に対して平行に配向しておらず、
前記表面（８）は、フラグメント（６）の長さよりも小さい厚さを有する乾燥した界面活性剤層（９）が付着し、前記単層カーボンナノチューブ（３）の前記フラグメント（６）が前記界面活性剤層（９）上に付着しているか、または、
前記担体（７）上の前記表面（８）は、金層を有し、前記単層カーボンナノチューブ（３）の前記フラグメント（６）が前記金層上に付着している、
担体（７）。
【請求項１７】
前記担体（７）の前記表面（８）が、金層を有し、さらに前記金層が、前記配向のためのＳＨ（ＣＨ２）ｎＮＨ２分子の層を有する、請求項１５に記載の担体（７）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の電気特性を有する垂直配向した単層カーボンナノチューブを成長する方法、及び、同一の電気特性を有する単層カーボンナノチューブを複製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、それらの特殊な特性のために、将来の技術的応用のための有望な候補である。カーボンナノチューブは、その直径や、ヘリシティ（helicity）及び／又はキラリティーに依存して、金属性又は半導体性となり得る。しかしながら、先行技術の製造方法では、異なるタイプのカーボンナノチューブ、すなわち、多層、単層、金属性、及び半導体性のカーボンナノチューブの混合物が生じ、その後、手間をかけて互いに分離しなければならない。このように、製造中に得られるカーボンナノチューブの直径、及びキラリティーを直接固定することはまだできていない。
【０００３】
単層カーボンナノチューブは、アーク放電、レーザーアブレーション、及び、化学気相成長法（ＣＶＤ）を用いた触媒補助による炭化水素の分解によって得られている。しかしながらこれらの方法は共通して、製造プロセス中に電気特性や直径、及びキラリティーの制御を行うことはできない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、本発明の根底にある目的は、カーボンナノチューブを複製する方法を開発すること、及び、これに対応して上記の欠点が回避できるカーボンナノチューブを開発すること、すなわち、同一の電気特性を有するカーボンナノチューブを製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１に記載の方法、請求項１５に記載のカーボンナノチューブが配置された担体、及び、請求項１６に記載のカーボンナノチューブが配置された担体によって達成される。有利な実施形態及び更なる発展形態は、従属項に記載されている。
【０００６】
少なくとも１つの単層カーボンナノチューブ、又は、同一の電気特性を有する複数の単層カーボンナノチューブを複製する方法は、複数のステップを有する。まず、少なくとも１つの単層カーボンナノチューブ又は同一の電気特性を有する複数の単層カーボンナノチューブと、液体との分散液を調製する。前記少なくとも１つの単層カーボンナノチューブ又は前記複数の単層ナノチューブのフラグメント（fragment）は、前記分散液へのエネルギーの入力により形成される。すなわち、これらのカーボンナノチューブがフラグメント化される。当該生成されたフラグメントは、前記分散液から担体の表面へと付着し、当該付着後に複製の開始層として機能する。これと同時に、すなわち、前記分散液からの前記付着の間に、特に前記分散液が液相であってまだ乾燥していない限り、前記表面上の前記フラグメントは、前記表面が前記フラグメントの長軸と交差するように配向し、前記フラグメントは前記担体の平面、より正確には前記担体の前記表面の平面、と平行には配向されない。前記フラグメントが付着し配向した前記担体は、次いで、化学気相成長装置に導入される。前記化学気相成長装置内において、炭素を含むガス雰囲気中で化学気相成長により開始層として機能する前記フラグメントを成長させて、同一の電気特性を有する単層カーボンナノチューブを成長させる。
【０００７】
予め設定された所定の特性を有するカーボンナノチューブは、前述の方法によって製造され、その後の選別は省略される。同質の複数のカーボンナノチューブが用いられ、それらが複製されているので、同一の電気特性を有し、好ましくは同一の光学特性を有するカーボンナノチューブが製造される。本方法の出発物質として用いられる前記１つの単層カーボンナノチューブ又は前記複数の単層カーボンナノチューブは、金属性、半導体性のいずれであってもよい。前記表面上の前記配向により、前記カーボンナノチューブは互いに妨害することなく単純に一方向に伸びることができる。そのため、前記単層カーボンナノチューブは、前記表面に対して垂直に、且つ、互いに平行に形成され、前記担体上で理想的に配置され、単位面積当たりの前記カーボンナノチューブの充填密度が高くなる。前記表面におけるこの配向は、前記付着と同時に起こるので、前記方法はより効率的に実施することができ、基板上のカーボンナノチューブの配置の密度が増加する。前記フラグメントの１つの長軸は、前記カーボンナノチューブのそれぞれのフラグメントが回転対称に配置されるような軸が指定される。前記方法は更に、通常、従来の製造方法で用いられていた触媒を使用せず、前記カーボンナノチューブは特に純粋な形態で存在するという利点を有する。一方、化学気相成長において触媒を使用することも当然可能である。前記カーボンナノチューブの前記長軸は、通常、前記方法の実施後の前記担体の前記表面と平行な平面に対して０°とは異なる角度である。
【０００８】
前記方法を開始できる前記カーボンナノチューブは、同一の電気特性を有する、すなわち金属性か半導体性を有し、及び／又はそれぞれ同一の直径、及び／又はそれぞれ同一のキラリティーを有する、前記単層カーボンナノチューブを特定のパーセンテージ、通常８０％、好ましくは９０％、特に好ましくは９９％含む。同一の特性を有する前記カーボンナノチューブをより高い割合として前記方法を実施するほうがよい。しかしながら、少なくとも一つの異なる特性を有するカーボンナノチューブが少量含まれることは許容される。前記方法の出発物質として機能する同一の特性を有する前記カーボンナノチューブは、通常、従来技術から公知の方法により製造され、公知の分離プロセス、例えば、超遠心分離、クロマトグラフィー、ゲル又はポリマーをベースとするプロセスにより、それらの特性によって分離される。
【０００９】
前記分散液に超音波を導入することにより、前記フラグメントが形成される。超音波は、前記カーボンナノチューブを個々の分画ないしフラグメントへ、確実に分割、切断又は破断する。当該フラグメントは好ましくは、３０ｎｍ〜１００ｎｍの長さを有する。これにより、大きなアスペクト比が可能となる。すなわち長さは、通常、カーボンナノチューブの１つの直径よりも大きい。単層カーボンナノチューブは、通常、０．６ｎｍ〜２ｎｍの直径を有する。前記超音波は、通常、周波数が２０ｋＨｚから４０ｋＨｚで、３０Ｗから１００Ｗの出力を有するものが使用される。
【００１０】
前記フラグメントは、前記担体の前記表面に電場を印加することで配向させることができる。これは、形成されるカーボンナノチューブが前記表面から離れる方向に成長して垂直配向する特に簡単な方法を可能とする。電場の力線は、垂直配向を確実にする目的のため、前記担体の前記表面に対して８０°から１００°の角度とすることが好ましい。前記カーボンナノチューブは、通常、分散液の乾燥後に、表面活性物質のような表面に残留する分散液の成分に付着する。前記基板は、特にこの目的のための電極として使用することができ、当該基板と、当該基板に対向して配置された電極との間の電場は、前記カーボンナノチューブを前記力線に沿って成長するサポートをする。しかしながら前記フラグメントは、基板に付着する間に、当該電場によって既に相応の配向をとっており、そのため前記表面が前記フラグメントの長軸と交わるように配向されており、前記フラグメントは前記担体の平面、より正確には前記担体の前記表面の平面、と平行には配向されていない。
【００１１】
代替的又は追加的に、前記フラグメントは、前記担体の前記表面に形成された金層上で自己組織化によって配向させることができる。前記カーボンナノチューブの垂直配向の目的のためにＳＨ（ＣＨ２）ｎＮＨ２分子、例えばシステアミン、が好ましく用いられる。前記自己組織化はまた、前述の電場による配向手段と組み合わせることができる。
【００１２】
付着して配向した前記フラグメントの表面密度は、前記分散液中の前記フラグメントの濃度によって確認できる。すなわち前記フラグメントの割合が高いほど、単位面積当たりの前記フラグメントの数を表す前記表面密度も大きい。例えば、前記フラグメントは前記分散液中に前記担体を浸漬することで付着し、当該担体と共に乾燥し、続いてコーティングが起こり付着する。そのため、前記フラグメントは最終的に乾燥した表面に付着する。
【００１３】
前記担体は、マイクロテクノロジーおよびナノテクノロジー分野で頻繁に使用され、１２００℃までの温度で熱的に安定であり、取り扱いが容易なことから、酸化ケイ素基板又はガラス基板とすることができる。
【００１４】
前記担体に付着する前記フラグメントの長軸は、通常、前記表面に対して６０°から１２０°、好ましくは７５°から１０５°、特に好ましくは８０°から１００°の角度を有する。前記カーボンナノチューブが伸びる前記長軸方向は、そのため、前記担体の前記表面の面法線にできるだけ平行である。この角度で成長する前記カーボンナノチューブの特定の割合は、通常、６０％、好ましくは７５％、より好ましくは９０％である。前記担体自体、すなわち、前記フラグメントが付着した表面が平面状であってもよい。
【００１５】
前記カーボンナノチューブを伸びるため、又は成長するために、プラズマアシスト化学気相成長法を用いることができる。これにより改善された成長を達成することができる。
【００１６】
水、好ましくは蒸留水と、界面活性物質、好ましくは界面活性剤とから調製される分散液であって、前記担体の表面に均一な被覆を可能にする、均一な分散液を準備することができる。界面活性剤として、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、又は、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム（ＳＤＢＳ）を用いることができる。前記界面活性剤は、好ましくは、結合剤、及び固定剤として機能する。前記界面活性剤の乾燥残留物は、特に配向したフラグメントの結合及び固定に用いられる。
【００１７】
前記界面活性物質は、前記分散液に通常０．０２質量％から２質量％、好ましくは１質量％未満の濃度で存在する。しかし加えて、イソプロパノール又はエタノールもまた、蒸留水と、前記界面活性物質と、少なくとも１つのカーボンナノチューブの分散液に添加することができる。
【００１８】
界面活性剤層は、通常、界面活性剤が混合された分散液の乾燥時に前記担体上に形成され、前記カーボンナノチューブのフラグメントが前記界面活性剤層の表面に付着して、配向する。分散液中の界面活性剤の濃度は、界面活性剤層が所望の厚みとなるように選択すればよく、表面単位あたりの界面活性剤層の厚みに応じて濃度を高くする。
【００１９】
フラグメントでない粒子は、通常、フラグメントの生成後に、分散液から除去される。これは、超遠心分離または既述の技術の別のものによって行われることが好ましい。妨害する異物が無い高品質の沈殿したフラグメントが保証される。
【００２０】
生成された同一の電気特性を有するカーボンナノチューブは、前記担体物質から除去することができ、この方法を更に実施するための出発物質として機能しうる。これにより同一の電気特性を有するカーボンナノチューブの収量は、段階的に増大することができる。これは、純度を伴って、この方法のスケールアップを可能とする。これにより、製造された同一の物理的特性を有するカーボンナノチューブの割合は、実行ごとに体系的に増加することができる。
【００２１】
化学気相成長による成長後、複製したカーボンナノチューブは、その特性に関して測定することができる。これは、好ましくは、光吸収分光法、ラマン分光法、及び／又は、フォトルミネッセンス測定により行うことが好ましい。次いで、所望の特性とは異なるカーボンナノチューブは、残りの同一の電気特性を有するカーボンナノチューブから分離される。当該分離は、遠心分離、特に超遠心分離、クロマトグラフィー、ゲル又はポリマーをベースとする技術により行うことができる。フラグメントの生成時に生成された塵粒子は、分散液が異なる加速度で遠心分離する工程を含む遠心分離法によって除去することもできる。
【００２２】
前述の方法により担体上で製造されたカーボンナノチューブの充填密度は、１μｍ２あたり１０，０００カーボンナノチューブまで、好ましくは１μｍ２あたり２０，０００カーボンナノチューブまで、特に好ましくは１μｍ２あたり４０，０００カーボンナノチューブまで達することができる。担体上のカーボンナノチューブ間の間隔、又は、担体上のフラグメント間の間隔は、通常、０．５μｍ未満である。
【００２３】
たとえフラグメントがカーボンナノチューブから形成されたとしても、窒化ホウ素、ホウ素またはケイ素のナノチューブもまた、カーボンナノチューブの代わりに当該フラグメントで成長することができる。この目的のために、成長は化学気相成長装置内でホウ素、ケイ素、及び／又は窒素を含む雰囲気中で行われる。そのため、ナノチューブのフレーム内で、炭素原子のサイトに異なる原子がドープされたカーボンナノチューブを生成することも可能である。対応する不純物原子は、ナノチューブの成長の間の化学気相成長装置に供給される。
【００２４】
担体は、典型的には前述の方法により製造でき、当該担体の表面上に配置された同一の直径及び同一のキラリティーの単層カーボンナノチューブを有し、当該カーボンナノチューブは、長軸が前記表面と交差し、前記担体に対して面内と平行には配向していない。こうして、担体に垂直に配向し、担体に付着し、構成に取り込むことができるカーボンナノチューブを有する担体が存在する。
【００２５】
さらに、担体上に配置され、担体上に配向された断片を有するが、まだ成長していないかまたは既に成長しているカーボンナノチューブを有する担体を、好ましくは記載の方法を用いて製造することができる。したがって、担体は、典型的には、既に記載された方法に従って化学気相成長のための装置に導入された状態で存在する。このようにして調製された担体は貯蔵することができ、後でさらに処理することができる。
【００２６】
界面活性剤が混合された分散液からの沈殿による界面活性剤層は、乾燥後、前記担体上に配置することができる。前記フラグメントは、記界面活性剤層上に付着し、当該界面活性剤層によりそれらの配向が安定化する。
【００２７】
この界面活性剤層は、フラグメントの長さよりも小さい厚みとすることができる。この厚みは、通常０．３μｍ〜１μｍ、好ましくは０．５μｍ〜０．８μｍである。一方、これにより前記フラグメントは、後続する成長が妨げられることなく界面活性剤層に確実に付着する。
【００２８】
フラグメントが配向する担体の表面は、できるだけ当該フラグメントの担体上での結着力を高めるために、担体を乾燥させて当該担体から前記分散液を除去した後に、完全に前記界面活性剤層により覆われていてもよい。
【００２９】
前記界面活性剤の代わりに、前記担体の表面は、フラグメントが付着して配向する金層を備えていてもよく、また好ましくは、表面上の配向のために、ＳＨ（ＣＨ２）ｎＮＨ２分子の層を備えていてもよい。
【００３０】
本発明の実施形態が図面に示され、図１〜８を参照して以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】容器内に収容された液体及び単層カーボンナノチューブの分散液の斜視図である。
【図２】図１に示す前記分散液の超音波処理を示す図１に対応する図である。
【図３】図２に示す前記超音波処理で得られた前記カーボンナノチューブのフラグメントを示す図１に対応する図である。
【図４】前記分散液から担体の表面に沈殿したフラグメントを示す斜視図である。
【図５】図４に示す前記担体が導入された化学気相成長用の反応器の斜視図である。
【図６】延長された垂直配向したカーボンナノチューブを有する、図４に対応する前記担体の図である。
【図７】図６に示すカーボンナノチューブが配置された複数の前記担体を示す図である。
【図８】界面活性剤層を有しその上にカーボンナノチューブが付着した図４に対応する担体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
界面活性剤と、複数のカーボンナノチューブ３とを含む液体である、均一な分散液２が、収容された容器１を図１に示す。更なる実施形態では、所定の電気特性を有する単一のカーボンナノチューブのみを、本方法の出発物質として用いることもできる。示された実施形態の前記液体は蒸留水である。しかしながら、脱イオン水も一般に使用することができる。示された実施形態では、前記界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム、ＳＤＳは、前記分散液中に０．１重量％の濃度で存在する。更に、前記分散液中にイソプロパノールを含んでいるが、更なる実施形態では、省略してもよい。前記カーボンナノチューブ３のうちの一つは、一例として拡大して示されている。前記分散液２中に含まれるカーボンナノチューブ３の９０％以上は同一の電気特性、本実施形態では半導体性、を有し、好ましくは同一のサイズの直径と、同一のキラリティーを有している。さらに、前記カーボンナノチューブ３は全て単層である。更なる実施形態では、カーボンナノチューブは金属性であってもよい。前記カーボンナノチューブ３が互いにくっついて束状になることは、界面活性剤の添加によって回避でき、むしろ前記分散液２中に均一に分布する。更なる実施形態では、前記カーボンナノチューブ３は、酸により酸化されていてもよく、その結果、疎水性に代えて親水性となっていてもよい。また、均一な分散液を得るために、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）のような有機溶剤が用いられる。同一の物理的特長を持つ前記カーボンナノチューブ３は、例示された公知の方法により製造し、続いて選別した。例示の実施形態では、前記分散液２に使用されたカーボンナノチューブの９９％が同一の特性を有する。
【００３３】
図２に示されるように、前記分散液２中に含まれる前記カーボンナノチューブ３を複製するために、当該カーボンナノチューブ３の前記分散液２を収容する前記容器１内に超音波を作用させて、当該カーボンナノチューブ３をより小さなフラグメントに切断する。この図及び以降の図において、繰り返される要素には同一の参照番号が付されている。前記フラグメントを製造するために、超音波装置の先端４を前記分散液２中に導入し、周波数３０ｋＨｚの超音波を３０Ｗから１００Ｗの出力で前記超音波装置５を介して分散液に導入する。
【００３４】
前記分散液２と生産された前記フラグメント６を収容する前記容器１を図３に示す。前記フラグメント６は、およそ１ｎｍの直径を有し、３０ｎｍ〜１００ｎｍの長さをもつ。超音波の導入により、束状のカーボンナノチューブ３、アモルファスカーボン、触媒の残渣などのような、更なる粒子が形成されるので、これらの粒子は、遠心分離によるさらなる方法ステップにより前記分散液２から除いてもよい。例えば、前記分散液２を２０，０００倍の重力加速度、すなわち２０，０００ｇで８時間遠心分離する。
【００３５】
図３に示す前記分散液２は、例えばピペットで平らな担体７に付着し、例えば過熱により液体を除去する。前記平らな担体７は、前記分散液２の液体成分を取り除くための乾燥中ないしその後に電場内に導入され、更に、１２００℃までの耐熱性により損傷無く、その後の処理に耐えられるシリコンウェハである。
電場の力線は、担体７の平らな表面８上に垂直に立つので、フラグメント６は、前記表面８上の力線に平行に配向する。そうしてフラグメント６の長軸は同様に前記表面に対して直角となる。こうして、担体７上に垂直に配向されたフラグメント６の層が生成される。しかし、ある割合のフラグメント６のみが同一の配向を有することも起こりうる。例えば、図示された実施形態では、フラグメント６の８０％が表面の法線と平行に配向し、残りは表面の法線から２０°までの角度のオフセットを有する。
【００３６】
さらなる実施形態では、前記表面８の範囲に金層が形成され、前記フラグメント６は、システアミン、すなわちＳＨ（ＣＨ２）ｎＮＨ２の補助により、自己組織化によって、前記金層上において長軸が前記表面８に対して交差する向きに配向する。担体上への前記分散液２の付着は、当該分散液に前記担体７を浸漬することにより行う。前記システアミンは、前記分散液２中に含まれているか、又は、例えば、先行する方法ステップにおいてシステアミンを含む液体中に浸漬することにより、金層に塗布する。
【００３７】
前記表面８上に配向された同一の電気特性を有する前記単層カーボンナノチューブの前記フラグメント６を有するこのようにして調製された前記担体７は、この形態で一時的に貯蔵することができ、その後、さらなる工程でその後の処理をすることができる。
【００３８】
図４に示す、前記表面８上に配向された同一の電気特性を有する前記単層カーボンナノチューブ３のフラグメント６を有する前記担体７は、図５に示すように、化学蒸着（ＣＶＤ）に適した反応器９に導入される。この反応器９では、先ず、水素を含む雰囲気中で、前記フラグメント６の先端を化学的に活性化し、炭素含有雰囲気中で、前記フラグメント６から開始して、所望の長さに達するまで化学気相成長法によりエピタキシャル的に成長させることにより、出発物質として用いられた前記同一の電気特性を有するカーボンナノチューブ３であって同一の直径と同一のキラリティーを有するカーボンナノチューブ３と同一の直径と同一のキラリティーを有するカーボンナノチューブ３が得られる。さらなる実施形態では、プラズマアシスト化学気相成長法をこの目的のために使用することもできる。前記フラグメント６の原子構造、特にその直径およびそのキラリティーは、エピタキシャル成長によって変化しない。さらに、ドープされたカーボンナノチューブ、窒化ホウ素ナノチューブ、ホウ素ナノチューブまたはシリコンナノチューブも、対応する雰囲気中で成長させることができる。
【００３９】
図６に示すように、前記化学気相成長の終了後、前記カーボンナノチューブ３は、出発層として使用される前記フラグメント６から出発して、前記担体７の前記表面８上で成長する。示された実施形態におけるこれらのカーボンナノチューブは、単層、半導体性で、同一の直径および同一のキラリティーを有するカーボンナノチューブを出発材料として使用した場合、通常、それぞれ同一の直径および同一のキラリティーを有する。さらに、それらはすべて表面に対して垂直に配置され、すなわち、フラグメント６の長軸に沿って成長し、垂直に配置されたカーボンナノチューブ３の層を形成する。この実施形態の充填密度は、１μｍ２あたり１０，０００カーボンナノチューブであり、前記カーボンナノチューブの間隔は０．５μｍ未満である。
【００４０】
さらなる実施形態として、前記成長したカーボンナノチューブ３が、ラマン分光法によって、または、電気的および光学的特性に関する別の測定プロセスによって測定されてもよい。物理的性質が大部分と異なるカーボンナノチューブ３は、例えば、超遠心分離、クロマトグラフィーまたはゲルまたはポリマーに基づくプロセスによって、得られたカーボンナノチューブ３から除去することができる。
【００４１】
前記カーボンナノチューブ３は、前記担体７から取り外すことができ、例えばトランジスタ、電界効果トランジスタや、センサ、光子検出器、光変調器、光源、太陽電池または熱電変換素子などの構成要素として適用することができる。
【００４２】
あるいは、前記カーボンナノチューブ３を前記担体７から取り外し、図１に示すような更なる分散液２を調製することができる。この方法は、前記カーボンナノチューブ３のカスケード的な再生産のために繰り返すことができる。すなわち、フラグメント６も同様に超音波によって生成することができ、これらのフラグメント６は、更なる担体７上に堆積し、伸ばすことができる。図７に示す構成では、所定の物理的特性を有するそれぞれのカーボンナノチューブ３が堆積された複数の担体７の結果が示されている。
【００４３】
図８は、図４に対応し、斜線で示されるように２００ｎｍの厚みで堆積したＳＤＳの前記界面活性剤層９を有する前記担体７を示しており、前記界面活性剤層９は中間層として、欠けや穴がなく、完全に前記担体７の表面８を被覆し、その上に前記フラグメント６が堆積している。前記フラグメント６は、前記界面活性剤層９上に堆積して配向するために、前記界面活性剤層９の厚みよりも大きい長さを有し、乾燥した前記界面活性剤層９によってそれらの配向が安定化される。
【００４４】
実施形態の例示においてのみ開示された異なる実施形態の特徴は、互いに組み合わせられ、個別に請求され得る。
【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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