(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸炭が可能な金属を主成分とする基材を用意する用意工程と、
上記基材を加熱しつつ炭素含有ガスを供給するカーボンナノ構造体成長工程と
を備えるカーボンナノ構造体の製造方法であって、
上記カーボンナノ構造体成長工程で、上記基材の加熱部分を徐々に開裂し、
上記カーボンナノ構造体成長工程における基材が酸化されていないカーボンナノ構造体の製造方法。
【請求項２】
上記カーボンナノ構造体成長工程での開裂が上記基材のせん断による請求項１に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。
【請求項３】
上記カーボンナノ構造体成長工程での加熱が上記基材の開裂部分へのレーザー照射による請求項１又は請求項２に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。
【請求項４】
上記用意工程で、基材に開裂を誘導する切込を形成する請求項１、請求項２又は請求項３に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。
【請求項５】
上記カーボンナノ構造体成長工程での開裂部分を観察する観察工程をさらに備える請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のカーボンナノ構造体の製造方法。
【請求項６】
密閉容器と、
上記密閉容器内に炭素含有ガスを供給するガス供給部と、
浸炭が可能な金属を主成分とし、かつ酸化されていない基材を上記密閉容器内で加熱する加熱部と
を備えるカーボンナノ構造体の製造装置であって、
上記基材を把持する複数の把持部を備え、
上記複数の把持部が、上記基材を徐々に開裂するよう移動可能に構成されるカーボンナノ構造体の製造装置。
【請求項７】
上記加熱部の加熱源がレーザーである請求項６に記載のカーボンナノ構造体の製造装置。
【請求項８】
上記基材の開裂部分を観察する観察部をさらに備える請求項６又は請求項７に記載のカーボンナノ構造体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はカーボンナノ構造体の製造方法及びカーボンナノ構造体の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素原子がナノメートルレベル間隔で並列した線状のカーボンナノチューブやシート状のグラフェンといったカーボンナノ構造体が従来知られている。このようなカーボンナノ構造体は、例えば鉄などの微細触媒を加熱しつつ、炭素を含む原料ガスを供給することで触媒からカーボンナノ構造体を成長させる方法により得られる（例えば特開２００５−３３０１７５号公報参照）。
【０００３】
上記従来の製造方法は、カーボンナノ構造体を構成するカーボンナノフィラメントの触媒からの成長方向の制御が難しく、成長したカーボンナノフィラメントに曲がりが発生し易い。このように曲りが発生すると、カーボンナノフィラメントに例えば五員環や七員環などの構造的な欠陥が生じ、抵抗等が局所的に増加する。また、複数のカーボンナノフィラメントを高密度で束ねることが困難となる。
【０００４】
そこで、触媒を酸化し、この酸化した触媒を浸炭熱処理しながら分断することで、この分断面間にカーボンナノフィラメントを成長させる方法が提案されている（特開２０１３−２３７５７２号公報参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３０１７５号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３７５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の酸化触媒の分断面にカーボンナノフィラメントを成長させる方法では、従来の方法に比べ、曲りの少ないカーボンナノフィラメントを得ることができる。しかし、上記従来方法では、触媒の分断個所の制御ができないため、カーボンナノフィラメントの成長起点がランダムになり易く、カーボンナノフィラメントを安定して成長させることが困難である。
【０００７】
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、曲り等の変形が抑制されたカーボンナノ構造体を安定して製造可能なカーボンナノ構造体の製造方法及びカーボンナノ構造体の製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係るカーボンナノ構造体の製造方法は、浸炭が可能な金属を主成分とする基材を用意する用意工程と、上記基材を加熱しつつ炭素含有ガスを供給するカーボンナノ構造体成長工程とを備えるカーボンナノ構造体の製造方法であって、上記カーボンナノ構造体成長工程で、上記基材の加熱部分を徐々に開裂する。
【０００９】
また、上記課題を解決するためになされた本発明の別の一態様に係るカーボンナノ構造体の製造装置は、密閉容器と、上記密閉容器内に炭素含有ガスを供給するガス供給部と、浸炭が可能な金属を主成分とする基材を上記密閉容器内で加熱する加熱部とを備えるカーボンナノ構造体の製造装置であって、上記基材を把持する複数の把持部を備え、上記複数の把持部が、上記基材を徐々に開裂するよう移動可能に構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様に係るカーボンナノ構造体の製造方法及びカーボンナノ構造体の製造装置は、曲り等の変形が抑制されたカーボンナノ構造体を安定して製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態のカーボンナノ構造体の製造装置を示す模式図である。
【図２】図１の製造装置の把持ブロックを上方（Ｙ方向）から見た模式図である。
【図３】本発明の一実施形態のカーボンナノ構造体の製造方法で用いる基材を示す模式的斜視図である。
【図４】試験例１におけるカーボンナノ構造体成長行程中のマイクロスコープによる観察画像の一例である。
【図５】試験例１における開裂後の基材と得られたカーボンナノフィラメントの写真である。
【図６】試験例１における開裂後の基材と得られたカーボンナノフィラメントの写真である。
【図７】試験例１における開裂後の基材と得られたカーボンナノフィラメントの写真である。
【図８】試験例３における分断後の基材と得られたカーボンナノフィラメントの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本発明の実施形態の説明］
本発明の一態様に係るカーボンナノ構造体の製造方法は、浸炭が可能な金属を主成分とする基材を用意する用意工程と、上記基材を加熱しつつ炭素含有ガスを供給するカーボンナノ構造体成長工程とを備えるカーボンナノ構造体の製造方法であって、上記カーボンナノ構造体成長工程で、上記基材の加熱部分を徐々に開裂する。
【００１３】
本発明者らは、鋭意検討した結果、浸炭が可能な金属基材を加熱しつつ炭素含有ガスを供給しながら徐々に開裂すると、開裂部分に選択的にカーボンナノ構造体を成長させられることを見出だし、本発明を完成させた。つまり、当該カーボンナノ構造体の製造方法によれば、基材を開裂させる部分に選択的にカーボンナノ構造体を成長させることができるので、カーボンナノ構造体を安定して製造することができる。また、当該カーボンナノ構造体の製造方法では、開裂部分を起点としてカーボンナノ構造体が一定の張力が加えられた状態で成長するため、カーボンナノ構造体の曲り等の変形が抑えられる。さらに、当該カーボンナノ構造体の製造方法では、基材を酸化させる必要がないため、カーボンナノ構造体の製造コストを大きく低減できる。なお、「主成分」とは、含有量の最も多い成分を意味し、例えば５０質量％以上含まれる成分を意味する。また、「徐々に開裂する」とは、基材の表面で成長するカーボンナノ構造体（カーボンナノフィラメント）が分断しない速度で開裂することを意味する。
【００１４】
上記カーボンナノ構造体成長工程での開裂が上記基材のせん断によるとよい。このようにせん断によれば、基材の開裂を比較的容易に行え、開裂速度等の調整が容易になるため、品質の高いカーボンナノ構造体をより安定して製造できる。
【００１５】
上記カーボンナノ構造体成長工程での加熱が上記基材の開裂部分へのレーザー照射によるとよい。このように基材の開裂部分にレーザー照射をすることで、開裂部分以外におけるカーボンナノ構造体の成長を抑え、より確実に開裂部分で選択的にカーボンナノ構造体を成長させることができる。なお、「開裂部分」とは、開裂が進行している部分をいう。
【００１６】
上記用意工程で、基材に開裂を誘導する切込を形成するとよい。このように基材に切込を形成することで、基材の開裂が容易になるため、カーボンナノ構造体をより安定して製造できる。
【００１７】
上記カーボンナノ構造体成長工程における基材が酸化されていないとよい。このように基材が酸化されていないことで、基材の分断等が意図せぬ位置で発生することを防止し、より確実に開裂部分で選択的にカーボンナノ構造体を成長させることができる。
【００１８】
上記カーボンナノ構造体成長工程での開裂部分を観察する観察工程をさらに備えるとよい。当該カーボンナノ構造体の製造方法では、開裂部分にカーボンナノ構造体が選択的に成長することにより、成長場所の予測ができるため観察が容易である。従って、開裂部分を観察する工程を備えることで、より安定して高品質なカーボンナノ構造体を製造することができる。
【００１９】
本発明の別の一態様に係るカーボンナノ構造体の製造装置は、密閉容器と、上記密閉容器内に炭素含有ガスを供給するガス供給部と、浸炭が可能な金属を主成分とする基材を上記密閉容器内で加熱する加熱部とを備えるカーボンナノ構造体の製造装置であって、上記基材を把持する複数の把持部を備え、上記複数の把持部が、上記基材を徐々に開裂するよう移動可能に構成されるカーボンナノ構造体の製造装置である。
【００２０】
当該カーボンナノ構造体の製造装置は、基材を開裂させる部分に選択的にカーボンナノ構造体を成長させることができるので、カーボンナノ構造体を安定して製造することができる。また、当該カーボンナノ構造体の製造装置では、開裂部分を起点としてカーボンナノ構造体が成長するため、カーボンナノ構造体の曲り等の変形が抑えられる。さらに、当該カーボンナノ構造体の製造装置では、基材を酸化させる必要がないため、カーボンナノ構造体の製造コストを大きく低減できる。
【００２１】
上記加熱部の加熱源がレーザーであるとよい。このように加熱源としてレーザーを用い基材の開裂部分にレーザー照射をすることで、より確実に開裂部分で選択的にカーボンナノ構造体を成長させることができる。
【００２２】
上記基材の開裂部分を観察する観察部をさらに備えるとよい。このように開裂部分用の観察部を備えることで、より安定して高品質なカーボンナノ構造体を製造することができる。
【００２３】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ詳説する。
【００２４】
当該カーボンナノ構造体の製造方法は、
（１）浸炭が可能な金属を主成分とする基材を用意する用意工程、及び
（２）上記基材を加熱しつつ炭素含有ガスを供給するカーボンナノ構造体成長工程
を備える。
【００２５】
また、当該カーボンナノ構造体の製造方法は、（３）カーボンナノ構造体成長工程での開裂部分を観察する観察工程をさらに備えてもよい。
【００２６】
当該カーボンナノ構造体の製造方法は、例えば図１に示す本発明の一実施形態のカーボンナノ構造体の製造装置を用いて好適に行うことができる。
【００２７】
＜カーボンナノ構造体の製造装置＞
図１に示すカーボンナノ構造体の製造装置は、密閉容器である反応室１１と、反応室１１の内部に配置されたヒーター１２と、ヒーター１２と対向配置され、板状の基材Ａの端部を把持する一対の把持部（第一把持ブロック１３ａ及び第二把持ブロック１３ｂ）と、基材Ａ及び１対の把持ブロックを支持するためのベース台１４と、１対の把持ブロックとそれぞれ連結棒１５により連結された１対の駆動部１６と、反応室１１に炭素含有ガスなどを供給するためのガス供給部１７と、反応室１１からガスを排気するための排気部１８とを主に備える。また、図１の当該製造装置は、反応室１１内で基材Ａを局所的に加熱する加熱部としてのレーザー光発振器１９と、基材Ａの開裂部分を観察する観察部２０と、ヒーター１２、駆動部１６、ガス供給部１７、排気部１８及びレーザー光発振器１９を制御するための制御部２１とをさらに備える。
【００２８】
反応室１１の内部において、一対の第一把持ブロック１３ａ及び第二把持ブロック１３ｂはベース台１４の上面に配置されている。帯状の基材Ａは、幅方向が鉛直方向（図中Ｙ方向）となるようにベース台１４に支持部材（図示せず）を用いて支持されている。また、第一把持ブロック１３ａ及び第二把持ブロック１３ｂは、それぞれ帯状の基材Ａの同じ端部（一方の端部）の幅方向（図中Ｙ方向）に離間した部分を把持し、図１及び図２に示すように基材Ａの厚さ方向（図中Ｘ方向）に把持した部分を徐々に離間させるように相対的に移動可能に構成されている。つまり、第一把持ブロック１３ａ及び第二把持ブロック１３ｂは、基材Ａに厚さ方向のせん断力を徐々に加える。このせん断により基材Ａは、一対の把持ブロックに把持された部分の間を起点として長手方向に徐々に開裂し、複数（図１及び図２では２本）の帯状体に分断されていく。
【００２９】
ヒーター１２は、反応室１１内の基材Ａの上方に配置される。なお、反応室１１の壁を石英などの透光性部材により構成する場合、反応室１１の外部にヒーター１２を配置してもよい。ヒーター１２としては、例えば電熱ヒーターなど任意の加熱装置を用いることができる。
【００３０】
一対の駆動部１６は、基材Ａの端部を把持する第一把持ブロック１３ａ及び第二把持ブロック１３ｂに一対の連結棒１５を介してそれぞれ接続され、把持ブロックを連結棒１５の軸と平行に水平方向に移動させ、基材Ａを上述のように開裂させる。
【００３１】
レーザー光発振器１９は、基材Ａの一部、好ましくは開裂部分を局所的に加熱する加熱源である。具体的には、反応室１１の上壁面に開口が形成され、この開口に筒状のレーザー光導入部１９ａが接続されている。レーザー光発振器１９から発振されたレーザー光は、レーザー光導入部１９ａを介して、反応室１１の内部の基材Ａに照射される。
【００３２】
基材Ａに照射するレーザー光としては、赤外線が好ましく、具体的には９００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長のレーザー光が好ましい。レーザー照射径としては、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下とできる。
【００３３】
観察部２０は、基材Ａの開裂部分を観察する装置である。観察部２０としては、カーボンナノ構造体の成長が確認できるものであればよく、例えば光学マイクロスコープやサーモグラフィー等を用いることができる。
【００３４】
（１）用意工程
本工程では、浸炭が可能な金属を主成分とする基材Ａを用意する。このような金属としては、炭素と固溶体を形成する金属が好ましいが、それ以外でも表面から浸炭可能な金属であればよい。炭素と固溶体を形成する金属として、鉄、ニッケル及びコバルトが好ましく、コストの面から鉄が好ましい。さらに、鉄の中でも純度が４Ｎ以上の純鉄が好ましい。なお、基材Ａは、本発明の効果を損なわない範囲で上記金属以外の添加物等を含んでもよい。
【００３５】
基材Ａの形状は、せん断可能なものであれば問わないが、細長い板状（帯状）が好ましい。また、基材Ａの平均厚さとしては、例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下とできる。
【００３６】
カーボンナノ構造体の成長個所である開裂場所を制御する観点から、基材Ａは酸化されていないことが好ましい。基材Ａが酸化されていると、基材Ａが脆くなり意図せぬ位置で分断が発生するおそれがある。具体的には、基材Ａは、酸化されていない同体積の基材に対して、酸化による体積増加率が１５％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、０％であることがさらに好ましい。
【００３７】
本工程で、基材Ａに図３に示すような開裂を誘導する切込Ｂを形成するとよい。具体的には、基材Ａの長手方向に沿って厚さ方向に深さを有する溝状の切込Ｂを形成するとよい。切込Ｂにより厚さが減じられた部分は、破断が生じやすくなるため、この切込Ｂに沿って基材Ａが開裂し易くなる。その結果、カーボンナノ構造体の成長起点である基材Ａの開裂位置を調整し易くなる。
【００３８】
切込Ｂの平均幅としては特に限定されないが、例えば１０μｍ以上５００μｍ以下とすることができる。また、切込Ｂの平均深さとしては特に限定されないが、基材Ａの平均厚さに対して例えば１０％以上８０％以下とすることができる。なお、切込Ｂの平均深さとは、切込Ｂの長手方向の任意の１０点における最大深さの平均値を意味する。
【００３９】
また、基材Ａの第一把持ブロック１３ａによる第一把持箇所Ｇ１と第二把持ブロック１３ｂによる第二把持箇所Ｇ２とをスリットＣにより分離しておくとよい。スリットＣは、切込Ｂに連続し基材Ａの長手方向（開裂方向）に形成され、基材Ａの一方の端部に到達している。このスリットＣにより基材Ａの端部は幅方向に２つの部分に分離されている。このスリットＣを設けることにより、基材Ａの開裂がより容易に行える。
【００４０】
（２）カーボンナノ構造体成長工程
本工程では、基材Ａを加熱しつつ炭素含有ガスを供給しながら、基材Ａの加熱部分を徐々に開裂する。具体的には、駆動部１６により基材Ａの第一把持箇所Ｇ１を把持する第一把持ブロック１３ａと、第二把持箇所Ｇ２を把持する第二把持ブロック１３ｂとが離間するようにこれらの把持ブロックを徐々に水平移動させることで、基材Ａを長手方向に徐々にせん断するような張力を基材Ａの端部に付加する。これにより、基材Ａは長手方向に徐々に開裂されていく。このときレーザー光発振器１９から発振されるレーザー光を基材Ａの開裂部分に照射して局所的に加熱する。さらに、この状態の基材Ａにガス供給部１７より炭素含有ガスを供給する。
【００４１】
なお、第一把持ブロック１３ａと第二把持ブロック１３ｂとは同じ速度で移動させることが好ましい。また、開裂中に、基材Ａの開裂部分がレーザー光の照射位置に存在するように基材Ａを移動させるとよい。このように基材Ａを移動させることで、レーザー光発振器１９を移動させることなく、開裂部分を常に選択的に加熱することができる。
【００４２】
本工程により、基材Ａを開裂させる部分に選択的にカーボンナノ構造体を成長させることができるので、カーボンナノ構造体を安定して製造することができる。また、開裂部分を起点としてカーボンナノ構造体が一定の張力が加えられた状態で成長するため、カーボンナノ構造体の曲り等の変形が抑えられる。さらに、当該カーボンナノ構造体の製造方法では、基材を酸化させる必要がないため、カーボンナノ構造体の製造コストを大きく低減できる。
【００４３】
また、せん断によって基材Ａを開裂することで、基材Ａの開裂を比較的容易に行え、開裂速度等の調整が容易になるため、品質の高いカーボンナノ構造体をより安定して製造できる。さらに、上記基材Ａの開裂部分に選択的にレーザー照射することで、開裂部分以外におけるカーボンナノ構造体の成長を抑え、より確実に開裂部分で選択的にカーボンナノ構造体を成長させることができる。開裂は、基材Ａが一定温度になった時だけで無く、昇温中や降温中も実施することができる。
【００４４】
基材Ａの長手方向の開裂速度は、成長させるカーボンナノ構造体のサイズ等によって調整されるが、下限としては、０．５μｍ／ｓが好ましく、１μｍ／ｓがより好ましい。一方、開裂速度の上限としては、１００μｍ／ｓが好ましく、１０μｍ／ｓがより好ましい。開裂速度が上記下限より小さいと、カーボンナノ構造体の製造効率が低下し、製造コストが上昇するおそれがある。逆に、開裂速度が上記上限を超えると、長尺のカーボンナノ構造体が得られないおそれがある。
【００４５】
上記レーザー加熱の出力としては、例えば１Ｗ以上５０Ｗ以下とすることができる。浸炭加熱時間としては、例えば１分以上１０時間以下とすることができる。加熱時間が１０時間を越えると、過剰浸炭により金属が変形しやすくなる。また、加熱温度は、例えば８００℃以上１１５０℃以下である。さらには、開裂中のカーボンナノ構造体の成長起点の温度が一定になるように、レーザー照射を調整することが好ましい。
【００４６】
上記炭素含有ガスとしては、炭化水素ガス等の還元性を有するガスが用いられ、例えばアセチレンと窒素又はアルゴンとの混合ガスを用いることができる。アセチレンを含むガスを用いる場合、カーボンナノ構造体の表面にアモルファスカーボンの付着を防止するため、アセチレン濃度は低い方が好ましい。上記混合ガス中のアセチレン濃度の下限としては、０．１体積％が好ましく、１体積％がより好ましい。一方、アセチレン濃度の上限としては、２０体積％が好ましく、５体積％がより好ましい。アセチレン濃度が上記下限より小さいと、長尺のカーボンナノ構造体を効率的に得る事ができなくなるおそれがある。逆に、アセチレン濃度が上記上限を越えると、アモルファスカーボンがカーボンナノ構造体の表面に付着し、フィラメント径が太くなるおそれがある。
【００４７】
このような作業により、基材Ａの開裂部分の端面間に図４に示すようにカーボンナノフィラメントが成長する。具体的には、基材Ａの開裂端面が主に浸炭しながら、この端面よりカーボンナノフィラメントが連続的に成長する。つまり、本発明では、基材Ａを加熱し、原料ガスを供給することで、基材Ａの表面から順次浸炭を進行させる。次に、基材Ａを開裂することで、分断した端面間を繋ぐカーボンナノフィラメントが成長する。この開裂を徐々に進行させることで、カーボンナノフィラメントが形成された端面間の距離が徐々に広がってカーボンナノフィラメントが成長する。また、開裂により新たな端面が形成され、この端面に新たなカーボンナノフィラメントが生成される。
【００４８】
なお、図示しない冷却器で基材Ａのカーボンナノフィラメントの成長に寄与しない部分を冷却することが好ましい。さらに、基材Ａの近傍に炭素含有ガスを供給する供給管等を用いて、基材Ａの開裂部分に局所的に炭素含有ガスを供給してもよい。これらにより、カーボンナノ構造体の製造を効率的に行うことができる。
【００４９】
また、反応室１１内にキャリアガスとして窒素ガス等の不活性ガスを供給することで、カーボンナノ構造体の形成に伴って炭素含有ガスから生成される反応ガス（一酸化炭素、、二酸化炭素、水等）をカーボンナノ構造体に接触させずに反応室１１から排出することができる。
【００５０】
（３）観察工程
本工程では、観察部２０により、カーボンナノ構造体成長工程での開裂部分を観察する。具体的には、カーボンナノフィラメントの成長過程を確認し、開裂速度、加熱温度、ガス供給量等の諸条件を調整する。これにより、高品質なカーボンナノ構造体をより安定して製造することができる。
【００５１】
なお、当該カーボンナノ構造体の製造方法で得られるカーボンナノ構造体の形状は特に限定されず、例えば線状、チューブ状、フィルム状等とすることができる。
【００５２】
［その他の実施形態］
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００５３】
当該カーボンナノ構造体の製造方法及び製造装置において、せん断以外の方法で基材を徐々に開裂してもよい。また、せん断を行う場合、上述の実施形態のように基材の端部を把持する一対の把持ブロックの両方を移動させる必要はなく、一方の把持ブロックを固定し、他方の把持ブロックのみを移動させてもよい。また、せん断方向は水平方向に限定されるものではなく、例えば基材を長手方向が鉛直方向となるように支持して鉛直方向にせん断を行ってもよい。また、把持部を３以上用意し、一つの基材に対し複数個所で開裂を行ってもよい。
【００５４】
また、基材の加熱をレーザーではなくヒーターのみで行ってもよい。つまり、当該カーボンナノ構造体の製造装置において、レーザー光発振器は必須の構成要件ではない。本発明では、基材全体をヒーターで加熱しても、開裂部分に選択的にカーボンナノ構造体を成長させることができる。ただし、より確実にカーボンナノ構造体を選択的に成長させるには、基材の一部（開裂部分）のみを加熱することが好ましい。このような基材の一部を加熱する手段は、レーザーに限定されない。なお、基材の加熱をレーザーで行う場合、反応室内のヒーターを省略してもよい。
【００５５】
また、カーボンナノフィラメントの成長条件がわかっている場合等は、基材の開裂部分の観察は必須ではないので、カーボンナノ構造体の製造装置において観察部を省略することができる。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５７】
（試験例１）
平均厚さ５０μｍ、幅３ｍｍ、長さ１５ｍｍの帯状の純鉄シート（純度４Ｎ）を基材として準備し、図３に示すような切込及びスリットを形成した。次に、図１に示す製造装置を用い、この基材の一方の端部のスリットで分割された１対の把持箇所をそれぞれ把持ブロックに固定した。次に、反応室内に窒素ガスを供給しながら波長９４０ｎｍ、照射径１．６ｍｍのレーザー光で基材を加熱した。その後、アセチレンの濃度が５体積％のアセチレン及び窒素含有ガスを供給し、上記レーザー光で９００℃に基材を加熱しながら、基材の１対の把持箇所を離間する方向に引っ張り、切込に沿って３μｍ／ｓの速度で徐々にせん断した。この基材のせん断面から、開裂部分の拡大に合わせてファイバー状のカーボンナノフィラメントが成長し、約１ｍｍ長のカーボンナノフィラメントが得られた。なお、カーボンナノフィラメントの成長は、主として開裂部分で起こり、マイクロスコープで成長の様子を容易に確認することができた。図４にマイクロスコープでの観察画像を示す。また、図５〜７にせん断後の基材と得られたカーボンナノフィラメントとの写真を示す。
【００５８】
（試験例２）
試験例１と同様の基材と製造装置とを用い、基材の一方の端部のスリットで分割された１対の把持箇所をそれぞれ把持ブロックに固定した。次に、大気雰囲気において照射径５ｍｍのレーザー光で基材を加熱した後に大気を窒素ガスに置換した。この操作により、基材は表面が酸化鉄になり、膨張により体積が約１０％増となった。その後、アセチレンの濃度が５体積％のアセチレン及び窒素含有ガスを供給し、上記レーザー光で１１００℃に基材を加熱しながら、基材の１対の把持箇所を離間する方向に引っ張り、切込に沿って１０μｍ／ｓの速度で徐々にせん断した。この基材のせん断面から、開裂部分の拡大に合わせてファイバー状のカーボンナノフィラメントが成長し、約１ｍｍ長のカーボンナノフィラメントが得られた。
【００５９】
試験例１と試験例２との比較から、基材を酸化させない方がレーザー光の照射径及び加熱温度を小さくできる。つまり、より確実に開裂部分で選択的にカーボンナノフィラメントを成長させられることがわかる。
【００６０】
（試験例３）
平均厚さ５０μｍ、幅３ｍｍ、長さ１５ｍｍの帯状の純鉄シート（純度４Ｎ）を基材として準備し、この基材を電気炉で大気雰囲気において約９００℃で１０分間熱処理（酸化処理）した。この操作により、基材の体積が約２倍に膨張した。次に、試験例１の製造装置の把持ブロックの代わりに基材の両端部を反対方向に引張する引張ブロックを有する製造装置を用い、この引張ブロックに基材を固定し、反応室内部に窒素ガスをフローし酸素を排出した。その後、アセチレンの濃度が５体積％のアセチレン及び窒素含有ガスを供給し、上記レーザー光で９００℃に基材を加熱しながら、基材を長手方向に引っ張り分断した。この分断により、基材が大きく変形し、亀裂が多数発生した後、レーザーを照射した部分の中央ではなく端部近傍で基材が破断した。亀裂及び判断面を観察したところ、数μｍ〜１０μｍ程度の短いカーボンナノフィラメントしか得られなかった。また、カーボンナノフィラメントの成長を観察しようとしたが、基材の変形が大きく、カーボンナノフィラメントが成長する部位を特定できず、マイクロスコープのピントを合わせることができなかった。図８に分断後の基材と得られたカーボンナノフィラメントとの写真を示す。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明の一態様に係るカーボンナノ構造体の製造方法及び製造装置は、曲り等の変形が抑制されたカーボンナノ構造体を安定して製造できる。
【符号の説明】
【００６２】
１１  反応室
１２  ヒーター
１３ａ、１３ｂ  把持ブロック
１４  ベース台
１５  連結棒
１６  駆動部
１７  ガス供給部
１８  排気部
１９  レーザー光発振器
１９ａ  レーザー光導入部
２０  観察部
２１  制御部
Ａ  基材
Ｂ  切込
Ｃ  スリット
Ｇ１、Ｇ２  把持箇所
【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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