(57)【要約】【課題】生成されるカーボンナノチューブの生成比率を高めるとともに、複雑な精製作業を行わなくても高純度のカーボンナノチューブの生成を可能とすること、および真空容器等の特別な容器を用いずに大気中で高純度、高密度に集合したＣＮＴを得る。【解決手段】上記課題は、少なくとも一辺の長さが５ｍｍ以下であることを特徴とする、アーク放電法によるカーボンナノチューブ製造用炭素材料によって解決される。【選択図】        図７
2004269270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一辺の長さが５ｍｍ以下であることを特徴とする、アーク放電法によるカーボンナノチューブ製造用炭素材料
【請求項２】
体積が１０００ｍｍ３以下であることを特徴とする、アーク放電法によるカーボンナノチューブ製造用炭素材料
【請求項３】
カーボンナノチューブ生成面の表面粗さが４μｍより大きいことを特徴とする、アーク放電法によるカーボンナノチューブ製造用炭素材料
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、広くはカーボンナノチューブ用材料に関し、特にカーボンナノチューブ製造用炭素材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、アーク放電法、ＣＶＤ法等種々のプロセスで生成可能である。
【０００３】
例えば、反応容器内にヘリウムを満たし、反応容器内の温度を１０００〜４０００℃としてカーボン直流アーク放電を行うことによって、長さと直径の分布のそろったカーボンナノチューブを製造することが知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１５７０１６号公報
【０００５】
また、炭素陽極と炭素陰極全体を加熱し、生成されるカーボンナノチューブの純度および収量を増加させる方法も知られている（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−２０３８２０号公報
【０００７】
さらに、炭素電極からなる陽極の先端部分を加熱した後、アーク放電することにより均質なカーボンナノチューブを効率よく生成することが出来ることも知られている（特許文献３参照）。
【０００８】
【特許文献３】
特開２０００−３４４５０５号公報
【０００９】
さらに、大気中におけるアーク放電を用いて、直接炭素材料基板の上にＣＮＴを生成させる方法、および、前記ＣＮＴが生成された炭素材料基板を蛍光表示管の部品として用いる方法、炭素基板材料に純黒鉛を用いることにより収量純度とも向上すること、この際アークを炭素基板に対して相対移動させても良いこと、炭素基板を冷却した方が収量・純度とも向上することについても記載がある（特許文献４参照）。
【００１０】
【特許文献４】
特開２００２−２２０２１５号公報
【００１１】
従来のアーク放電法に使用される装置の一例を図８に示す。この装置は真空容器１の内部に炭素陽極２と炭素陰性３が対向して配置されている。それぞれの電極材料２，３には、それらの外部端子４，５を介してアーク放電用電源６に接続されている。この真空容器には真空排気手段７およびガス導入手段８が接続されている。
【００１２】
この装置を用いてナノチューブを製造する場合には、真空容器１に取り付けられた真空排気手段７にて真空容器１内を真空状態にする。次いで、真空容器１に取り付けられたガス導入手段８より、Ａｒ，Ｈｅ等の不活性ガスまたは不活性ガスとの混合気体、例えばＨ２混合Ａｒガスを導入し、真空容器内を減圧雰囲気、例えば１００〜５００Ｔｏｒｒとする。それから、炭素陽極材料２、炭素陰極材料３に電圧を印加し、アーク放電を発生させる。この際の放電電流として５０〜３００Ａ程度である。アーク放電発生により、炭素陽極材料２は加熱され、高温となり陽極２より陰極３に向かい炭素が昇華・飛散する。陽極２より飛散された炭素は、炭素陰極材料３周辺に堆積物９となり付着するが、この堆積物９の中に煤に混じりＣＮＴが５〜３０％ほど存在する。放電終了後真空容器を、大気圧に開放した後に堆積物９を回収し、別工程にて粉砕処理、加熱、化学処理等の精製処理を行い、十分な純度を備えた粉体状カーボンナノチューブを得る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
カーボンナノチューブは、アーク放電が行われている部分の陰極側のカーボン電極に堆積する炭素原子からなる物質内の一部に生成される。しかしながら、従来技術では、生成物中にカーボンナノチューブ以外の黒鉛、非晶質カーボンなどが混在し、カーボンナノチューブ自体の割合は低いものであった。そのため、結果的にカーボンナノチューブの収率が低下するとともに、純度の高いカーボンナノチューブを得るためには、複雑な精製作業を行わなければならず、カーボンナノチューブの製造コストを増加させる原因であった。また、反応系全体の温度を上げる場合、製造装置が複雑になるという問題があり、両電極または陽極のみを加熱する場合は、陽極電極の消耗量は大きい割りにカーボンナノチューブの生成比率が低いという問題がある。
【００１４】
これに対し、大気中でのアーク放電にて、冷却手段により冷やされた黒鉛基板の上に直接ＣＮＴを生成させ、そのまま部品として用いる趣旨の発明がなされているが、この際、冷却により黒鉛基板の過熱を防ぐこと、もしくは、純黒鉛材料を基板として用いることにより純度・収量とも向上するとされているが、この方法では黒鉛材料上の放電発生部が動き回り、最終放電部の一部に純度の高いＣＮＴが生成されてはいるが、放電発生部の軌跡の表面には、アモルファスカーボンや煤が付着しているだけで、純度・収量とも向上しない。さらに、黒鉛材料基板に対しアークを相対移動させることで、大断面積のＣＮＴ生成領域を確保できるとされているが、黒鉛材料基板の放電発生部周辺にはアモルファスカーボンや煤などの不純物が堆積しやすく、結果として最終放電部の一部のみにしか純度の高いＣＮＴは生成されない。ただし、ＣＮＴが生成された前記基板を加熱処理もしくは化学処理等の精製工程を追加することで、ＣＮＴの純度を改善させることは可能である。
【００１５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、生成されるカーボンナノチューブの生成比率を高めるとともに、複雑な精製作業を行わなくても高純度のカーボンナノチューブの生成を可能とすること、および真空容器等の特別な容器を用いずに大気中で高純度、高密度に集合したＣＮＴを得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
従来、アーク放電を用いたＣＮＴ製造方法においては、炭素陽極材料がＣＮＴの原料となる炭素の供給源とされており、炭素陽極材料の温度がＣＮＴの生成能率、および純度に影響を与えるとされてきた。そのため、陽極側には炭素材料を加熱するためのヒータを備える等の考案がなされているのに対して、陰極に関しては、生成したＣＮＴが熱分解しないよう積極的に温度上昇を行わないという手法がとられており、極端な場合、陰極には炭素材料ではなく導電性材料であれば使用可能とされていた。
【００１７】
これに対し、本発明者らが検討を行った結果、ＣＮＴの生成量および純度に影響を与えるのはむしろ陰極炭素材料の条件、特に、ＣＮＴ生成部の温度に大きく依存していることを突き止めた。
【００１８】
このため、同じ形状の陰極材料を用いた場合、金属材料より炭素材料の方がＣＮＴの生成量および純度は高く、さらに炭素材料でも黒鉛質材料より炭素質材料の方が生成量および純度が向上する。加えて、陽極炭素材料の温度上昇は、陽極より陰極への炭素飛来量の増加にはつながるが、飛来量する炭素のほとんどは非晶質炭素等ＣＮＴ以外の堆積物、言うなれば不純物の増加につながり、純度を著しく悪化させる。
【００１９】
これは、金属材料より炭素材料、黒鉛質材料より炭素質材料の方が熱伝導性が低く、陰極材料上の放電発生部温度が上昇しやすいためと推測している。
【００２０】
陰極材料上の放電発生部温度を上昇させるためには、アーク放電電流を増やし入熱を増加させる方法が考えられるが、陽極材料もさらに加熱され、陽極よりの不純物飛来量を増加させるため、生成量は増加するが、純度は逆に低下し、後工程におけるＣＮＴ生成が必須となる。
【００２１】
これに対し、陰極炭素材料を別手段で予熱することにより、ＣＮＴ生成量および純度を向上させることが出来るが、予熱のための別手段および予熱エネルギーが必要となり設備の大型化、および製造コストの増加につながる。
【００２２】
また、材質面にて熱伝導性の低い材料を用いる手段も考えられるが、熱伝導性の低い炭素質材料は黒鉛質材料に比べ熱衝撃に弱く、放電発生部周辺にひび割れ等を起こしやすく、またアークによる加熱によって、放電発生部周辺の炭素材料が黒鉛化することにより、一度ＣＮＴを生成させた箇所に再びアーク放電を行っても、ＣＮＴの生成量および純度が低くなるという問題を抱えている。このため、一度ＣＮＴを生成した炭素質材料に再びＣＮＴを生成するためには、放電発生部付近の研削工程が必要であり、工程が煩雑になる。
【００２３】
以上の問題を解決するために、本発明では、陰極形状を工夫することにより、陰極放電発生部からの熱伝導を制限し、放電発生部の温度を高めている。
【００２４】
具体的には、従来の塊状陰極炭素材料では、放電発生部に与えられた熱が、三次元的に放射状に伝熱するのを、少なくとも一辺を所定長さ以下とすることで、二次元的な熱伝導とし伝熱を制限する。無論、二辺を所定長さ以下とすることにより、熱伝導を一次元的にすることにより、さらに放電発生部の温度を高めることも可能である。
【００２５】
この陰極材料を用いることにより、別手段による陰極炭素材料の加熱を必要とせず、また、熱伝導性が高い黒鉛質材料を用いた場合においても、ＣＮＴの生成量および純度を高めることが出来る。
【００２６】
すなわち、本発明は、少なくとも一辺の長さが５ｍｍ以下であることを特徴とする、アーク放電法によるカーボンナノチューブ製造用炭素材料と、体積が１０００ｍｍ３以下であることを特徴とする、アーク放電法によるカーボンナノチューブ製造用炭素材料、およびカーボンナノチューブ生成面の表面粗さが４μｍより大きいことを特徴とする、アーク放電法によるカーボンナノチューブ製造用炭素材料に関するものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
陰極に用いる炭素材料は炭素だけでなく、炭素を９０％以上含んでいれば樹脂もしくは金属との混合物でも良い。樹脂の例としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂に代表される熱硬化性樹脂、ポリプロピレン、フッ素樹脂に代表される熱可塑性樹脂、ポリカーボネイト、ポリスルホン、ポリアミドイミドに代表されるエンジニアリングプラスチックを、金属の例としては、鉄、コバルト、ニッケル、タングステン、ニオブを挙げることができる。さらに、炭素の結晶構造がランダムである炭素質材料、グラファイト化された黒鉛質材料等のいずれも使用可能である。
【００２８】
少なくとも一辺の前記所定の長さに関しては、熱伝導が二次元的になる値まで小さくする必要がある。無論、この場合どれだけ小さい値を用いても、所詮陰極炭素材料は三次元形状を有しており、厳密な意味での二次元熱伝導とはならない。本発明で言う二次元的熱伝導とは、放電発生部を含む陰極炭素材料の断面を考えたときに、等温線がほぼ直線となる断面を有しているという意味である。当然のことながら、陰極炭素材料内部の温度分布を測定することは困難であり、実験的にＣＮＴの生成量および純度が向上する長さを所定長さとする。
【００２９】
本発明者らの調査によると、所定の厚さを５ｍｍ以下とした場合に効果が認められ、好ましくは所定の長さを２ｍｍ、さらに好ましくは１ｍｍ以下とすることが望ましいという結果を得た。この一辺の長さの下限は特に制限されないが、実用的観点から０．２ｍｍ以上、特に０．５ｍｍ以上である。
【００３０】
陰極炭素材料の具体的な形としては、前記所定の長さが板厚である板状材料がある。この場合、二辺が所定長さ以下の角および丸棒も含む。別の具体的な形としては、所定の長さ以下の肉厚を備えた円筒状材料がある。この場合、円筒の長手方向が所定長さ以下の車輪形状材料も含む。
【００３１】
また、陰極材料の工夫により陰極材料表面の温度を上昇させるためには、前述のごとく熱伝導による熱の分散を抑制する方法のほかに、陰極材料の熱容量を低くする方法が考えられる。具体的には陰極炭素材料を小片とすることにより、熱容量を下げる。この場合、放電条件にも拠るが、１０００ｍｍ３（１０ｍｍ角立方体相当）以下、より好ましくは１２５ｍｍ３以下（５ｍｍ角立方体相当）の体積であれば、ＣＮＴ生成量および純度が向上する。体積の下限は実用的観点から８ｍｍ３以上である。
【００３２】
陰極材料表面に生成されたＣＮＴと陰極材料との接合力は、陰極材料表面の表面粗さに依存する。表面がより平滑になると、ＣＮＴが陰極材料から剥離しやすくなる。平均的な表面粗さをＲａ＜４μｍ、好ましくはＲａ＜６μｍとすることで、ＣＮＴと基板との接合強度が増しガス等の流体との接触においても、ＣＮＴが基板から剥離、脱落しにくくなる。
【００３３】
所定の長さを有する面はカーボンナノチューブ生成面としてもよく、所定の長さを有する面以外をカーボンナノチューブ生成面としてもよい。
【００３４】
上記陰極は陰極自体である外、陰極に炭素材料基板を取り付けてもよい。すなわち、この炭素基板上に直接カーボンナノチューブを生成させ、生成されたカーボンナノチューブを炭素基板と一体として部品に使用するのである。この炭素材料基板は予め所定の形状に、好ましくは部品形状に加工しておくやり方と、予め小片として加工し、部品に取り付けた後にアーク放電を用いてカーボンナノチューブを生成させ、あるいはこの小片にアーク放電を用いてカーボンナノチューブを生成させた後に部品に取り付けるやり方がある。さらに、炭素材料基板上にアーク放電を用いてカーボンナノチューブを生成させた後に、炭素材料基板を所定の形状に加工することもできる。
【００３５】
例えば、蛍光表示管やイオン源の電子放出源もしくはガス検知器のセンサとして用いられているＣＮＴ貼り付け領域はわずか直径数ミリ以下であり、予めこの大きさに炭素陰極材料を加工することで、より熱容量の小さな炭素陰極を得ることができる。前述のとおり、炭素陰極材料の熱容量が小さいほど、高純度のＣＮＴが効率よく生成されることと、陰極材料を予め所望の寸法に加工しておくことにより、ＣＮＴ生成後の炭素陰極材料をそのまま、例えば金属基板に取り付けるだけで、品質の高いＣＮＴ機能部品、例えば電子放出源やガスセンサを得ることができる。
【００３６】
さらに、炭素材料は伝導性を有しており、また、電子放出源やセンサなどＣＮＴ機能部品で消費する電流は高々ミリアンペアオーダであることから、炭素基板そのものも導電性材料として使用可能である。この場合、予め部品形状に炭素陰極材料を加工しておき、所望の位置にアーク放電を発生させることにより、ＣＮＴ機能部品、例えば電子放出源やセンサを製造することができ、非常に生産性が高くなる。
【００３７】
また、部品のすべてを炭素材料とすることが困難な場合、予め小片に加工しておいた炭素陰極材料をＣＮＴ機能部品のＣＮＴを必要とする所望の位置に取り付け、その後に炭素陰極材料にアーク放電を行うことによりＣＮＴ機能部品を生成できる。このことにより、ＣＮＴをハンドリングする必要が最小化でき、製造工程を簡略化できる。
【００３８】
加えて、単に小片に加工した炭素陰極材料にアーク放電を行い、ＣＮＴを生成させたＣＮＴ基板は、従来の粉体とは異なり、炭素材料そのものの強度を有しているため、陰極材料の変形、ＣＮＴの飛散等がなくハンドリングが容易であり、ＣＮＴ機能部品に取り付けた後にＣＮＴ生成を行えない場合でも、従来に比べ格段に容易に扱うことが可能である。
【００３９】
従来の方法で得られるＣＮＴ機能部品、ＣＮＴ基板の高純度ＣＮＴ生成領域は、せいぜい直径１〜１０ｍｍであり、その周辺には不純物の堆積が起こる。このため、大断面積のＣＮＴ領域を必要とする部品には前述の方法を用いることができない。
【００４０】
これに対して、アーク放電を炭素陰極材料に対し相対移動させる発明もなされているが、炭素陰極材料の放電発生部周辺には、アモルファスカーボンまたは煤などの不純物が堆積しやすいので、一度生成されたＣＮＴの上に、アークの相対移動により不純物が堆積もしくはＣＮＴが変質し、結果としてＣＮＴの純度を低下させる。前記不純物はアーク放電用陽極をタングステンとしても量こそ減るが、やはり堆積することから、炭素陰極材料の変質および陽極よりの飛来によるものと推定される。
【００４１】
この場合、炭素陰極材料にアーク放電を行い、ＣＮＴ基板を製造した後に、例えばレーザや砥石を用いた切断や打ち抜き等により、高純度ＣＮＴ生成領域のみ取り出し、ＣＮＴ機能部品の所望の位置に所望の個数取り付けることにより、大断面積化を行うことができる。
【００４２】
この場合、生成条件が一定であれば、個々のＣＮＴ基板のばらつきは少なく、また、部品取り付け前に個々の特性を評価することも可能であり、ＣＮＴを塗布接着（大断面積で均一にＣＮＴを分布させることはさらに困難となる）に比べ、ムラのないＣＮＴ機能部品を得られやすいという長所も有する。
【００４３】
本発明で陰極に取り付けられる炭素材料基板の一辺の長さ、体積、カーボンナノチューブ生成面の表面粗さ等は、前述の条件が適用される。
【００４４】
陰極に炭素材料基板の取付方法は、単なる裁置でもよく、接着、カシメやねじ止め等の機械的接合、半田等のロウ付けでもよい。
【００４５】
アーク放電用陽極に関しては、陰極と同じ炭素材料、特に炭素基板材料と同様の炭素材料を用いてもよいが、金属電極も使用可能である。金属電極の例としてはタングステン電極、銅電極、白金、モリブデン、ハフニウム等を挙げることができる。
【００４６】
陽極の形状は特に制限されず、通常の棒極でもよいが中空孔を備え、そこからアーク放電用ガスを供給するようにすることも好ましい。この中空孔の内径は、１ｍｍ２当り１０〜４００ｍｌ程度のガス流量となるようにするのが好ましい。中空孔は１個に限らず、複数設けることもできる。
【００４７】
陰極、炭素基板材料を取り付けている場合には、炭素基板材料とアーク放電用電極間の間隙はアーク放電が安定に持続できる限り特に限定はないが、好ましくは０．５ｍｍ〜５ｍｍにてアークがより安定である。
【００４８】
アーク発生用電源は交流電源を用いることも可能ではあるが、好ましくは直流電源を用いたほうが生成面でのＣＮＴ純度、生成量とも向上する。さらに好ましくは、炭素基板材料を陰極としアーク放電用電極を陽極とした方がより純度、生成量とも向上する。
【００４９】
アーク放電用電極周辺に放電用ガス、たとえばＡｒ，Ｈｅ等の不活性ガスもしくは不活性ガスを含む混合ガスを使用する。なお、Ｎ２ガスや大気、ＣＯ２を用いた場合においても、生成条件によりＣＮＴの発生が認められるが、いずれの場合もＣＮＴ生成面に不純物、特に非晶質炭素の付着が大きく部品としてそのまま用いることはできない。従って、アーク放電用ガスは不活性ガスもしくは不活性ガスを８０％以上含む混合ガスとすることが好ましい。また、不活性ガスはアルゴンが好ましい。この雰囲気は大気圧下で行うこともできる。
【００５０】
本発明で得られるカーボンナノチューブを備えた部品は、炭素陰極材料に導電性を備えているので電子放出源として利用可能である。また、ＣＮＴには活性炭と同等のガス吸着特性があり、ガス吸着部品として用いることもできる。この場合、炭素基板が十分な強度を持っており、ＣＮＴと基板の接合強度も従来方に比べ高いことから、本発明のカーボンナノチューブを備えた部品はガス吸着部品としての性能も優れている。さらにＣＮＴ、特にアーク放電法による結晶性の高いＣＮＴはその結晶構造から熱伝導特性に優れており、ＣＮＴ生成領域の実質的な表面積が大きいことから、放熱効果に優れており、放熱部品として用いることもできる。
【００５１】
【実施例】
実施例１  大気圧下でのＣＮＴ基板生成
図２１に示す装置を、図１に示すように、陽極２を上に、陰極３を下にして用いた。
【００５２】
このように配置された装置を用いて、炭素基板材料を炭素質材料（電気抵抗：４６００μΩ・ｃｍ，熱伝導率：３１Ｗ／ｍ・Ｋ，熱容量：５．６Ｊ／Ｋ）（３０ｍｍφ×１５ｍｍｔ）、アーク放電用電極をタングステン材料（４．８ｍｍφ×１５０ｍｍ）、炭素基板材料とアーク放電用電極間の間隙を２ｍｍ、放電電流１００Ａ、放電電圧２０Ｖ、放電用ガスを工業用純アルゴンガス、放電時間１ｓｅｃにて放電を行ったところ、炭素基板材料に図２のような放電痕が現れた。
【００５３】
この放電痕を観察すると、放電中心部に存在するつやのない黒色の領域（ａ）と、（ａ）の周囲に存在する灰色の領域（ｂ）、（ｂ）の周囲に存在する放電前と同じ色の領域（ｃ）とに大別できた。各々の領域を走査型電子顕微鏡にて観察すると、（ａ）の領域にはＣＮＴが表面から見て不純物５％以下の高純度で密集していた。また、放電用電極材料の堆積も確認されなかった。（ｂ）の領域のほとんどは不純物である非晶質炭素が付着しているだけであるが、一部ＣＮＴの生成も確認された。（ｃ）の領域は放電開始前の炭素基板材料表面と同じ形態を示していた。このＣＮＴが生成された基板“ＣＮＴ基板”の電子放出特性を確認したところ、粉状のＣＮＴを金属基板上に接着したものに比べ、電子放出特性が２０％改善した。従来法では５０μＡ／ｍｍ２の平均電子放出密度を得るために８ｋＶ／ｍｍの電界が必要であったが、本発明では６．５ｋＶ／ｍｍの電界が必要であった。
【００５４】
実施例２  大気圧下でのＣＮＴ基板生成
図３は本発明の別の形態を示したものであり、放電用電極に中空黒鉛質炭素材料を用いていることと、放電ガスを前記中空孔より供給していること以外、図１と同じ構成となっている。
【００５５】
この状態にて前記の生成条件を用いてＣＮＴを生成させた結果、図２の放電痕がアークの陰極点の軸跡に従い涙形になっているのに対し、図４のごとく、ほぼ同心円状の放電痕となる。また、領域（ａ）の面積も約２倍に拡大した。これは、陽極に中空陽極を用い、さらに放電用ガスを中空孔より供給することにより、アークの放電経路が拘束され、結果として陰極点がより安定になった（動き回らない）ことによるものと考えられる。この方法により、ＣＮＴ生成位置を制御することが可能になる。
【００５６】
実施例３  陰極予熱によるＣＮＴ基板生成
図５は本発明の別の実施形態を示したものである。炭素基板材料放電発生部を加熱するための予熱手段を設けたこと以外、図３と同じ構成となっている。ＣＮＴ生成部のみ予熱すれば良いことから、本実施例ではレーザ照射による加熱を用いた。
【００５７】
炭素基板材料に熱伝導性の高い黒鉛質材料を用いたこと以外、実施例２と同様の条件にてＣＮＴ生成を試みたところ、炭素基板材料表面は変色するが、いずれの領域においてもＣＮＴの生成は認められなかった。
【００５８】
これに対し、炭素基板材料表面の放電発生部を予熱すると、図４のごとく、炭素質材料を用いた場合と同様高純度のＣＮＴが生成されていることが確認された。なお、この場合の予熱には、出力４ｋＷのレーザを用い、ビーム径をＣＮＴ生成領域と同等の５ｍｍφとして行っている。なお、放電終了時にはレーザ出力も停止されている。
【００５９】
予熱を行うことにより、ＣＮＴが生成された理由は、熱伝導性の高い黒鉛質材料はアークにより投入された熱量が、熱伝導により放電発生部から逃げやすいため、放電発生部の温度が上昇しにくいのが、レーザにより熱量を補うことによりＣＮＴ生成に必要な温度まで炭素基板材料表面が上昇されることによるものと考えられる。
【００６０】
この方法により、炭素基板材料の材質如何に関わらず、炭素基板材料上に直接ＣＮＴの生成が可能となる。
【００６１】
実施例４  陰極小片化によるＣＮＴ基板生成
図６は本発明の別の実施形態を示したものである。炭素基板材料に黒鉛質材料を用い薄化（３０ｍｍφ×２ｍｍｔ）としたこと以外、図３と同じ構成となっている。実施例２と同様の条件にてＣＮＴ生成を試みたところ、予熱手段を設けていないにも関わらず、放電痕中心部に高純度ＣＮＴが生成されていることが確認された。
【００６２】
実施例２の予熱無しに対して、電極形状を変化させただけではあるが、炭素基板材料を薄肉化することにより、放電発生部の裏側も直ちに高温になり厚さ方向への熱の流れが制限されるため、放電発生部の温度がＣＮＴ生成に必要な温度まで上昇可能となったことによるものと考えられる。
【００６３】
このことにより、小型のＣＮＴ機能部品に使用する程度、例えば直径５ｍｍ以下のＣＮＴ貼り付け領域を必要としているものに関しては、予め炭素基板材料小片化しておくだけで、大気中における短時間アーク放電にて、炭素基板材料上に直接高純度のＣＮＴを生成させることが可能である。
【００６４】
実施例５
図７はさらなる本発明の別の実施形態を示したものである。炭素基板材料に黒鉛質材料を用い小体積化（１０ｍｍ角立方体）としたこと以外、図３と同じ構成となっている。
【００６５】
実施例２と同様の条件にてＣＮＴ生成を試みたところ、予熱手段を設けていないにも関わらず、放電痕中心部に高純度ＣＮＴが生成されていることが確認された。実施例２の予熱無しに対して、電極形状を変化させただけではあるが、炭素基板材料を小体積化することにより炭素基板の熱容量が減少し、炭素基板全体が加熱され易くなるため、放電発生部の温度がＣＮＴ生成に必要な温度まで上昇可能となったことによるものと考えられる。
【００６６】
実施例６
陰極炭素基板の表面粗さとＣＮＴと基板との剥離性を調べるために、炭素質材料を陰極基板とし、放電発生部を紙やすりにて研磨し、表面粗度を変化させた。
【００６７】
この基板に実施例２と同様の条件にてＣＮＴ生成を行い、生成後のＣＮＴに空気を吹き付け、飛散したＣＮＴを粘着テープにて回収し、その量を測定した結果を表１に示す。
【００６８】
【表１】
2004269270.tif 000003
【００６９】
ＣＮＴ生成部表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が２μｍの材料においては、生成したＣＮＴの大部分が膜状となって剥離・飛散し、おおよそ８０％のＣＮＴが基板より脱落した。これに対して、Ｒａが４μｍの材料においては、一部粉状のＣＮＴが粘着テープに付着していたが、基板表面ＣＮＴ生成部を電子顕微鏡にて観察する限りＣＮＴ生成部の剥離は認められなかった。また、Ｒａを６μｍとした場合においても、Ｒａ４μｍと同様の結果であった。Ｒａ４μｍ以上の場合において、粘着テープにＣＮＴが付着していたのは、生成したＣＮＴの中には、生成過程において基板との付着が断ち切られ、ＣＮＴ生成面に付着しているだけのＣＮＴが存在しているものと考えられる。これら接合力の弱いＣＮＴは、例えば基板を電子放出源として用いる場合、電気的な接触も弱いため、他のＣＮＴと絶縁された状態になりやすく、ＣＮＴ本来の機能を発揮しないだけでなく、他のＣＮＴの妨げとなる。よって、ガス吹き付けにて、基板との結合力の強いＣＮＴだけが選択的に残ることから、ＣＮＴ基板の特性を損なうことはない。
【００７０】
参考までに、円盤状黒鉛質炭素陰極材料の厚さを変化させ、１００Ａ−１ｓｅｃのアーク放電を行った際のＣＮＴ生成状況を走査型電子顕微鏡にて観察した結果を表２に示す。炭素陰極材料の厚さが減じる、すなわち放電発生部の熱拡散が抑制され温度が上昇するに従い、ＣＮＴの純度、生成量とも向上する。
【００７１】
【表２】
2004269270.tif 000004
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、アーク放電法によるＣＮＴ生成方法において、従来の陰極炭素材料に対して、薄厚化もしくは小片化を行い、放電発生領域の温度をＣＮＴが生成しやすい温度まで上昇せしめ、純度の高いＣＮＴを高密度で生成させるように構成したので、その後の精製工程が不要になるとともに、炭素基板に生成させたまま持ち運びが出来、ハンドリング性が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるカーボンナノチューブ製造装置のアーク放電部の構造を模式的に示す図である。
【図２】図１の装置を用いて得られた陰極部の放電痕を示す斜視図である。
【図３】本発明の別の実施例であるカーボンナノチューブ製造装置のアーク放電部の構造を模式的に示す図である。
【図４】図３の装置を用いて得られた陰極部の放電痕を示す斜視図である。
【図５】本発明の別の実施例であるカーボンナノチューブ製造装置の概略構成を示す図である。
【図６】本発明の別の実施例であるカーボンナノチューブ製造装置のアーク放電部の構造を模式的に示す図である。
【図７】本発明の別の実施例であるカーボンナノチューブ製造装置のアーク放電部の構造を模式的に示す図である。
【図８】従来のアーク放電法によるカーボンナノチューブ製造装置の一例の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１…真空容器
２…炭素陽極
３…炭素陰極
４…外部端子
５…外部端子
６…アーク放電用電源
７…真空排気手段
８…ガス導入手段
９…堆積物
【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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