(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料に有機化合物を含む予混合火炎に対向する位置に、前記予混合火炎との対向面が平らな対向部材を配した状態を保持する工程を含み、
触媒金属が前記対向面に設けられており、
予混合気が前記対向部材より遮られることにより、前記予混合火炎における前記対向部材と対向する面が平面状となる、カーボンナノチューブの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法において、
前記触媒金属は、前記対向部材の前記対向面上に載置されることを特徴とする、カーボンナノチューブの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のカーボンナノチューブの製造方法において、
前記触媒金属は、平板状をしていることを特徴とする、カーボンナノチューブの製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項に記載のカーボンナノチューブの製造方法において、
大気開放下で前記工程を実行することを特徴とする、カーボンナノチューブの製造方法。
【請求項５】
燃料に有機化合物を含む予混合火炎を発生させる火炎発生器と、
前記予混合火炎との対向面が平らな対向部材と、
前記予混合火炎に対向する位置に、前記対向部材を配する保持部材と、を備え、
触媒金属が前記対向面に設けられており、
前記火炎発生器は、予混合気が前記対向部材に遮られることにより、前記予混合火炎における前記対向部材と対向する面が平面状となる、前記予混合火炎を発生させる、カーボンナノチューブの製造装置。
【請求項６】
請求項５に記載のカーボンナノチューブの製造装置において、
前記対向部材は、その前記対向面上に前記触媒金属を載置可能であることを特徴とする、カーボンナノチューブの製造装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載のカーボンナノチューブの製造装置において、
前記保持部材により保持される前記触媒金属と、前記火炎発生器から発生する前記予混合火炎とは相対的に移動可能であることを特徴とする、カーボンナノチューブの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーボンナノチューブの製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）は、優れた機械的、電気的、熱的性質を持つことが知られている。そのため走査型プロープ顕微鏡の探針 、薄型大画面の電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）、次世代トランジスタ、半導体回路などの超微細加工素材、水素吸蔵材料など様々な用途に応用されることが期待されている。ＣＮＴの主な合成法として、化学気相成長（ＣＶＤ）法・アーク放電法・レーザー蒸発法の3つが知られているが、温度や圧力管理が必要で設備が複雑なため合成コストが高いのが現状である。
【０００３】
またＣＮＴの合成に必要なことは、ＣＮＴの材料となる炭素供給と、それを分解しＣＮＴを形成させるための高温場である。燃焼はこの２点を同時に満たしているためＣＮＴ合成に適していると考えられる。実際、フラーレンなどのカーボンマテリアルは燃焼合成法が確立されたことで大量生産が可能となり、安価に生産できるようになった。ＣＮＴの燃焼合成に関する研究としては、噴流拡散火炎内や予混合火炎中に触媒金属を挿入する方法が報告されている（例えば、非特許文献１，２参照）。
【０００４】
非特許文献１には、拡散火炎中に触媒となる金属プローブを挿入して、火炎からの熱と燃料からの炭素とによりＣＮＴを合成することが開示されている。
【０００５】
非特許文献２には、火炎の燃焼生成ガスを用いて、ＣＮＴを合成する方法が開示されている。図１０を参照しつつ、同文献に記載の方法について説明する。図１０は、この方法に用いられる装置を示している。この装置は、火炎を発生させる火炎発生器１０１と、火炎発生器１０１から発生する火炎１０２の後流に配置されたダクト１０３とを備えている。ダクト１０３内には、触媒となる金属プローブ１０４が保持されている。この装置においては、ダクト１０３内に火炎１０２の燃焼ガスが収集されることにより、金属プローブ１０４上にＣＮＴが合成される。なお、同装置においては、火炎１０２として予混合火炎が用いられている。
【非特許文献１】Liming Yuan, Kozo Saito, Wenchong Hu, Zhi Chen,  Chemical Physics Letters 346 (2001) p.23-28
【非特許文献２】Randall L. Vander Wal, Lee J. Hall and Gordon M. Berger, Proceedings of the Combustion Institute 29 (2002) p.1079-1085
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１，２に記載の方法は、何れもＣＮＴを安定的に合成するのに適していない。
【０００７】
すなわち、非特許文献1に記載の方法では、ＣＮＴの合成に必要な高温場を形成するために拡散火炎を用いている。ここで、拡散火炎においては、火炎温度等の火炎特性は、化学種の種類や初期温度によって一義的に決まらず、火炎が形成される流れ場に依存する。このため、火炎特性を制御しにくい。それゆえ、この方法では、ＣＮＴの合成条件を所望に制御するのが困難となり、ＣＮＴを安定的に合成するのが困難である。
【０００８】
また、非特許文献２に記載の方法では、上述の通り、火炎の後流で燃焼ガスを集め、その集められた燃焼ガス中でＣＮＴの合成を行っている。この場合も、ＣＮＴの合成場における燃焼ガスの温度条件等の特性を制御しにくい。したがって、この方法でも、ＣＮＴの合成条件を所望に制御するのが困難となり、ＣＮＴを安定的に合成するのに適さない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ＣＮＴを安定的に合成するのに適した製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、
燃料に有機化合物を含む予混合火炎に対向する位置に、前記予混合火炎との対向面が平らな対向部材を配した状態を保持する工程を含み、
触媒金属が前記対向面に設けられており、
予混合気が前記対向部材より遮られることにより、前記予混合火炎における前記対向部材と対向する面が平面状となる、カーボンナノチューブの製造方法が提供される。
【００１１】
また、本発明によれば、
燃料に有機化合物を含む予混合火炎を発生させる火炎発生器と、
前記予混合火炎との対向面が平らな対向部材と、
前記予混合火炎に対向する位置に、前記対向部材を配する保持部材と、を備え、
触媒金属が前記対向面に設けられており、
前記火炎発生器は、予混合気が前記対向部材に遮られることにより、前記予混合火炎における前記対向部材と対向する面が平面状となる、前記予混合火炎を発生させる、カーボンナノチューブの製造装置が提供される。
【００１２】
これらの製造方法および製造装置においては、予混合火炎を用いている。予混合火炎は、初期混合気の組成および物理的状態が決まれば、最終燃焼状態の燃焼ガス成分組成や温度、燃焼速度等の火炎の特性が一義的に決まるため、拡散火炎に比して火炎特性を制御し易い。さらに、予混合火炎に対して触媒金属を近接させた状態でＣＮＴを合成するため、予混合火炎の火炎特性を制御することにより、ＣＮＴの合成条件を所望に制御することができる。したがって、これらの製造方法および製造装置は、ＣＮＴを安定的に合成するのに適している。
【００１３】
上記製造方法において、予混合火炎は、触媒金属と対向する面が平面状を有している。また、上記製造装置において、火炎発生器は、触媒金属と対向する面が平面状をしている予混合火炎を発生させている。これらの場合、予混合火炎における平面状をしている部分に沿って、触媒金属が配置されることにより、大量のＣＮＴを同時に合成することが可能となる。
【００１４】
上記製造方法において、触媒金属を挟んで予混合火炎に対向する位置に、予混合火炎との対向面が平らな対向部材を配した状態を保持する工程を実行している。また、上記製造装置は、触媒金属を挟んで予混合火炎に対向する位置に配された、予混合火炎との対向面が平らな対向部材を備える。こうすることにより、予混合気が対向部材によって遮られることにより、よどみ流が生じ、このよどみ流中に予混合火炎が形成されることになる。このようにして形成される予混合火炎は、その周囲との界面のうち、少なくとも対向部材に対向する部分が平面状となる。したがって、触媒金属と対向する面が平面状をしている予混合火炎を容易且つ安定的に形成することができる。
【００１５】
上記製造方法において、触媒金属は、対向部材の対向面上に載置されてもよい。また、上記製造装置において、対向部材は、その対向面上に触媒金属を載置可能であってもよい。これらの場合、予混合火炎と触媒金属との間に一定の間隔が保たれた状態を容易に実現することができる。
【００１６】
触媒金属は、平板状をしていてもよい。この場合、大量のＣＮＴを同時に合成することが可能となる。
【００１７】
上記製造方法において、大気開放下で保持する上記工程を実行してもよい。この場合、簡易な装置構成でＣＮＴを合成することができる。
【００１８】
上記製造装置において、保持部材により保持される触媒金属と、火炎発生器から発生する予混合火炎とは相対的に移動可能であってもよい。この場合、触媒金属における予混合火炎に面する部位を次々と変えていくことにより、ＣＮＴを連続的に合成することができる。したがって、ＣＮＴの量産に特に適した製造装置が実現される。
【００１９】
なお、触媒金属と予混合火炎とが相対的に移動可能であるとは、保持部材および火炎発生器のうち何れか一方が可動に設けられていてもよく、両者が可動に設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
ＣＮＴを安定的に合成するのに適した製造方法および製造装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明によるカーボンナノチューブの製造方法および製造装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明によるカーボンナノチューブの製造装置の第１実施形態を示す断面図である。製造装置１は、火炎発生器１０および保持部材２０を備えている。火炎発生器１０は、燃料と酸化剤とを予め混合してから燃焼場に供給することにより、予混合火炎１２を発生させるものである。燃料としては、炭化水素等の有機化合物が用いられる。炭化水素の例としては、Ｃ２Ｈ２やＣ２Ｈ４等が挙げられる。また、酸化剤としては、Ｏ２、Ｏ３、ＮＯ及びＮＯ２等の酸化性ガスが用いられる。予混合気として、燃料と空気とを混合したものを用いた場合、空気中のＯ２が酸化剤として、Ｎ２が希釈剤として作用することになる。  本実施形態において火炎発生器１０は、予混合気の通路内に設けられた、スチールウール１４およびハニカム部材１６を有している。これらのスチールウール１４およびハニカム部材１６は、予混合気の流速を、その進行方向に垂直な面内で略一定とするように設けられた流速制御手段である。ハニカム部材１６の材料としては、例えばセラミックスを用いることができる。なお、予混合火炎１２の温度は、例えば１２００〜２０００℃に設定される。
【００２３】
保持部材２０は、触媒金属３０を予混合火炎１２に対して近接させた状態で保持するものである。保持部材２０は、触媒金属３０を挟んで予混合火炎１２に対向する位置に配された対向部材２２を有している。この対向部材２２は、平板状をしており、予混合火炎１２との対向面２２ａが平らになっている。また、対向部材２２は、その対向面２２ａ上に、触媒金属３０を載置可能である。触媒金属３０としては、例えば、ニッケル、コバルトもしくは鉄等の遷移金属またはＰｔ系の金属を用いることができ、これらのうち何れか１つ或いは２つ以上を組み合わせて用いることができる。また、触媒金属３０の形状は、平板状であることが好ましい。触媒金属３０は、対向面２２ａ上に平板状の触媒を貼り付けてもよく、膜蒸着やメッキ等により対向面２２ａ上に触媒膜を形成してもよい。
【００２４】
次に、製造装置１の動作と併せて、本発明によるカーボンナノチューブの製造方法の一実施形態を説明する。まず、火炎発生器１０から予混合火炎１２を発生させる。このとき、火炎発生器１０から噴出する予混合気が対向部材２２によって遮られることにより、よどみ流が生じ、このよどみ流中に予混合火炎１２が形成されることになる。このため、予混合火炎１２は、その周囲との界面のうち、少なくとも対向部材２２に対向する部分が実質的に平面状をしている。次に、この予混合火炎１２に触媒金属３０を近接させた状態を所定時間保持する（保持工程）。この保持工程は、大気開放下で行うことができる。以上により、触媒金属３０上にＣＮＴが合成される。なお、上記所定時間は、例えば１〜３０分に設定される。
【００２５】
続いて、本実施形態の効果を説明する。本実施形態においては、予混合火炎１２を用いている。予混合火炎１２は、初期混合気の組成および物理的状態が決まれば、最終燃焼状態の燃焼ガス成分組成や温度、燃焼速度等の火炎の特性が一義的に決まるため、拡散火炎に比して火炎特性を制御し易い。さらに、予混合火炎１２に対して触媒金属３０を近接させた状態でＣＮＴを合成するため、予混合火炎１２の火炎特性を制御することにより、ＣＮＴの合成条件を所望に制御することができる。したがって、本実施形態は、ＣＮＴを安定的に合成するのに適している。
【００２６】
さらに、予混合火炎１２に対して触媒金属３０を近接させた状態でＣＮＴを合成することにより、非特許文献２に記載のように予混合火炎の後流で集めた燃焼ガス中で合成する場合（図１０参照）に比して、熱損失を小さくすることができる。
【００２７】
なお、予混合火炎１２と触媒金属３０との間隔をｄとしたとき、０＜ｄ≦５mmであることが好ましい。ｄを５ｍｍ以下とすることにより、ＣＮＴの合成条件の制御が特に容易になるとともに、熱損失を充分に小さく抑えることができる。また、ｄ＞０は、予混合火炎と触媒金属とを接触させないことを意味し、これにより、合成されたＣＮＴが変質するのを防ぐことができる。また、０＜ｄ≦５mmを実現するために、火炎発生器１０と触媒金属３０との間隔を、例えば１ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定するとよい。さらに、ｄの上限は、より好ましくは３ｍｍである。この場合、ＣＮＴの合成条件の制御が一層容易になるとともに、熱損失を一層小さく抑えることができる。
【００２８】
予混合火炎１２は、触媒金属３０と対向する面が実質的に平面状をしている。このため、予混合火炎１２における平面状をしている部分に沿って、触媒金属３０が配置されることにより、大量のＣＮＴを同時に合成することが可能となる。なお、本実施形態において、触媒金属３０と対向する面が実質的に平面状の予混合火炎を用いることは必須ではない。すなわち、予混合火炎であれば、例えば円錐形状の火炎など、その他の形状の火炎を用いてもよい。
【００２９】
製造装置１は対向部材２２を備えており、触媒金属３０を挟んで予混合火炎１２に対向する位置に対向部材２２を配した状態で、保持工程を実行している。これにより、触媒金属３０と対向する面が実質的に平面状をしている予混合火炎１２を容易且つ安定的に形成することができる。なお、このような平面状の予混合火炎１２を形成する手法は、対向部材２２を用いてよどみ流を生じさせる手法に限られず、その他の手法を用いてもよい。その場合、製造装置１に対向部材２２を設ける必要はない。
【００３０】
触媒金属３０は、対向部材２２の対向面２２ａ上に載置されている。対向部材２２によってよどみ流を生じさせ、その中に予混合火炎を形成する場合、通常、予混合火炎１２と対向部材２２との間に間隙が生じる。このため、予混合火炎１２と触媒金属３０との間に一定の間隔が保たれた状態を容易に実現することができる。
【００３１】
触媒金属３０が平板状の場合、ワイヤ状の触媒金属上に合成する場合に比して、大量のＣＮＴを同時に合成することが可能となる。ただし、触媒金属３０としては、平板状のものに限られない。図２（ａ）および図２（ｂ）は、触媒金属３０の形状の一例を示している。図２（ａ）においては、対向部材２２の対向面２２ａ上に、ワイヤ状の触媒金属３０が複数載置されている。また、図２（ｂ）においては、メッシュ状の触媒金属３０が載置されている。
【００３２】
本実施形態においては、大気開放下で保持工程を実行することができるため、簡易な装置構成でＣＮＴを合成することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
図３は、本発明によるカーボンナノチューブの製造装置の第２実施形態を示す斜視図である。製造装置２は、火炎発生器１０および保持部材４０を備えている。火炎発生器１０は、図１の製造装置１におけるものと同様であり、予混合火炎１２を発生させる。保持部材４０は、円板上をしており、その中心を通る法線を中心軸として回転可能に設けられている。この保持部材４０は、図１の保持部材２０と同様に、触媒金属３０を予混合火炎１２に近接させた状態で保持する。
【００３４】
図４は、触媒金属３０が保持された、保持部材４０の対向面４０ａを示している。この図に示すように、本実施形態においては、複数の触媒金属３０が、対向面４０ａの周囲に沿って配列されている。
【００３５】
図３に戻って、火炎発生器１０と保持部材４０との位置関係を説明する。すなわち、火炎発生器１０は、対向面４０ａ上の触媒金属３０が予混合火炎１２に曝されるように、保持部材４０が回転したときに触媒金属３０の軌跡が描く円周の一部に対応する位置に設けられている。この図においては、図中最も左側に位置する触媒金属３０が予混合火炎１２に曝されている。このような位置関係のため、保持部材４０を回転させることにより、保持部材４０により保持される触媒金属３０と、火炎発生器１０から発生する予混合火炎１２とは相対的に移動可能となっている。また、本実施形態において保持部材４０は、図１の対向部材２２としての機能も有する。すなわち、保持部材４０は、予混合火炎に対向する位置に配されているため、よどみ流中に、周囲との界面のうち、少なくとも保持部材４０に対向する部分が実質的に平面状をしている予混合火炎１２を形成する。
【００３６】
また、製造装置２は、回収手段５０および洗浄手段６０を備えている。回収手段５０は、触媒金属３０上に合成されたＣＮＴを回収するためのものであり、触媒金属３０の軌跡が描く円周の一部に、火炎発生器１０とは異なる位置に配置されている。図３において回収手段５０は、図中最も手前に位置する触媒金属３０の直下に配置されている。この回収手段５０は、当接部材５２と回収容器５４とから構成されている。
【００３７】
図５を参照しつつ、回収手段５０によってＣＮＴが回収される機構を説明する。この図は、図３の製造装置２を正面から見たときの一部を示している。当接部材５２は、平板状をしており、触媒金属３０に当接するように設けられている。これにより、保持部材４０が回転し触媒金属３０が移動すると、触媒金属３０上のＣＮＴが当接部材５２により削り取られる。削り取られたＣＮＴは、回収容器５４により回収される。なお、本実施形態において、当接部材５２は、触媒金属３０の進行方向下流側から触媒金属３０に当接している。すなわち、触媒金属３０の進行方向について、触媒金属３０における当接部材５２との当接部分よりも下流側の部分と当接部材５２とのなす角は、鋭角となっている。
【００３８】
図３に戻って、洗浄手段６０は、ＣＮＴの合成および回収が行われた後の触媒金属３０を洗浄するために設けられている。この洗浄手段６０は、触媒金属３０の軌跡が描く円周の一部に、火炎発生器１０および回収手段５０とは異なる位置に配置されている。ただし、保持部材４０が回転したときに、触媒金属３０が、火炎発生器１０、回収手段５０および洗浄手段６０をこの順に通過できるように配置される。この図において洗浄手段６０は、図中最も右側に位置する触媒金属３０の直下に配置されている。洗浄手段６０は、例えばアセトン等の洗浄液を触媒金属３０に噴射し、その後洗浄液を拭き取ることにより、触媒金属３０の洗浄を行う。
【００３９】
次に、製造装置２の動作を説明する。まず、図３の最も左側に位置する触媒金属３０を予混合火炎１２に近接させた状態を所定時間保持する。次に、保持部材４０を回転させることにより、触媒金属３０の進行方向について、いま予混合火炎１２に曝されていた触媒金属３０の一つ上流側に位置する触媒金属３０が予混合火炎１２に近接するようにし、この状態を所定時間保持する。これを繰り返すことにより、複数の触媒金属３０上に次々とＣＮＴが合成されていく。また、各触媒金属３０上に合成されたＣＮＴは、触媒金属３０が回収手段５０上を通過する際に回収される。さらに、ＣＮＴが回収された後の触媒金属３０は、洗浄手段６０上を通過する際に洗浄される。なお、上述した製造装置２の一連の動作は、自動で行うことも手動で行うこともできる。
【００４０】
続いて、製造装置２の効果を説明する。製造装置２においても、予混合火炎１２に対して触媒金属３０を近接させた状態でＣＮＴを合成するため、ＣＮＴを安定的に合成することができる。
【００４１】
保持部材４０により保持される触媒金属３０と、火炎発生器１０から発生する予混合火炎１２とは相対的に移動可能である。このため、触媒金属３０における予混合火炎１２に面する部位を次々と変えていくことにより、ＣＮＴを連続的に合成することができる。したがって、ＣＮＴの量産に特に適した製造装置２が実現されている。
【００４２】
回収手段５０が設けられているため、一つの触媒金属３０上に繰り返しＣＮＴを合成することができる。したがって、製造装置２によれば、保持部材４０を何周も回転させることにより、大量のＣＮＴを合成することが可能である。ただし、回収手段５０を設けることは必須ではなく、その他の回収手段を用いてＣＮＴを回収することとしてもよい。
【００４３】
洗浄手段６０が設けられているため、一つの触媒金属３０上に繰り返しＣＮＴを合成する場合でも、一定の収率を維持することができる。ただし、洗浄手段６０を設けることは必須ではない。なお、洗浄手段６０により洗浄された後、火炎発生器１０に達するまでに触媒金属３０上の洗浄液が自然乾燥によって充分に乾かない場合には、製造装置２に乾燥手段を設けてもよい。すなわち、洗浄手段６０から火炎発生器１０に至る触媒金属３０の経路中にドライヤー等を配置することにより、触媒金属３０上の洗浄液をより確実に乾かすことができる。
【００４４】
（第３実施形態）
図６は、本発明によるカーボンナノチューブの製造装置の第３実施形態を示す正面図である。製造装置３は、火炎発生器１０、回収手段５０、洗浄手段６０および保持部材７０を備えている。火炎発生器１０は、図１の製造装置１におけるものと同様であり、予混合火炎１２を発生させる。本実施形態では、複数の火炎発生器１０が設けられている。回収手段５０および洗浄手段６０は、図３の製造装置２におけるものと同様である。
【００４５】
保持部材７０は、いわゆるベルトコンベア状をしており、表面に載置した触媒金属３０を移送することができる。図６において、触媒金属３０は、保持部材７０の下部では図中左から右に、上部では右から左に移動する。この保持部材７０も、触媒金属３０を予混合火炎１２に近接させた状態で保持するものである。保持部材７０の一面側には、触媒金属３０の進行方向について上流側から順に、火炎発生器１０、回収手段５０および洗浄手段６０が配置されている。本実施形態において、保持部材７０により触媒金属３０が移送されることにより、触媒金属３０と予混合火炎１２とは相対的に移動可能となっている。
【００４６】
上記構成の製造装置３においても、予混合火炎１２に対して触媒金属３０を近接させた状態でＣＮＴを合成するため、ＣＮＴを安定的に合成することができる。
【００４７】
触媒金属３０と予混合火炎１２とは相対的に移動可能であるため、ＣＮＴの量産に特に適した製造装置３が実現されている。
【００４８】
火炎発生器１０が複数設けられているため、１つの触媒金属３０は、複数箇所で予混合火炎１２に曝されることになる。したがって、１箇所あたりで予混合火炎１２に曝す時間を短縮することができるので、ＣＮＴの合成に要する時間を短縮することができる。なお、本実施形態においては、火炎発生器１０を２つ設ける例を示したが、３つ以上設けてもよい。また、火炎発生器１０を保持部材７０の一面側にのみ設けたが、両面側に設けてもよい。
【実施例１】
【００４９】
図１に示す製造装置１を用いて、ＣＮＴの製造を行った。本実施例において火炎発生器１０は、内径が１０ｍｍ、長さが１０００ｍｍである。また、対向部材２２としては、直径７６ｍｍ、厚さ５ｍｍの耐熱性のあるセラミックス板を用いた。触媒金属３０としては、ワイヤ状のＣｏおよびＮｉを用いた。
【００５０】
火炎発生器１０に流す予混合気としては、希釈剤としてＮ２を加えたＣ２Ｈ４／Ａｉｒを用いた。予混合気の噴出流速は、０．８ｍ／ｓで一定にした。また、火炎温度がＣＮＴの合成量に及ぼす影響を調べるため、エチレンの当量比φはφ＝１．６で一定とし、Ｎ２で希釈することによって火炎温度を変化させた。表１には、測定パラメータを示す。表1において、燃料濃度が低いものから順に、タイプＡ、B、Ｃ、Ｄとしている。また、サンプリングタイム、すなわち触媒金属３０を予混合火炎に近接させた状態での保持時間は、１０分間とした。そして触媒金属３０上に得られた物質をＦＥ−ＳＥＭおよびＦＥ−ＴＥＭにより観察した。
【表１】
0004669986.tif 000002
【００５１】
図７および図８は、タイプＢの場合について、触媒金属３０上に合成された物質のＦＥ−ＳＥＭ画像である。図７は触媒金属３０としてＣｏを用いた場合、図８はＮｉを用いた場合をそれぞれ示す。両画像を比較すると、Ｃｏを用いた場合は真っ直ぐな繊維状の物質が、Ｎｉを用いた場合は曲がりくねった繊維状の物質が成長することがわかる。これはタイプＡ〜Ｄの全ての場合に当てはまった。つまり、本実施例で用いたすべてのパラメータにおいて、触媒金属の違いによって繊維状物質の形状が異なることが判明した。しかし、何れの場合にも、触媒金属上に高い密度で繊維状物質を得ることができた。
【００５２】
図９は、タイプＢの場合について、Ｃｏ上に合成された物質のＦＥ−ＴＥＭ画像を示している。この図を見ると、合成された物質の内部には空洞が存在し、さらにグラファイトの層が観察できることから、これらの繊維状の物質は多層のＣＮＴであることが判明した。
【００５３】
表２にＣＮＴが合成された位置および本数を示す。ここで、本数は、ＦＥ−ＳＥＭで得られた５万倍の画像を等しく９分割し、その中心の部分に存在するＣＮＴの数を数えることによって得た。Ｎｉを用いた場合は、全てのパラメータにおいてＣＮＴが絡み合い曲がっていることに起因して本数の測定が困難であったため、合成された位置のみを示す。
【表２】
0004669986.tif 000003
【００５４】
ＣＮＴの太さに関しては、何れのパラメータおよび触媒の場合でも大差はなく、直径７．９〜２１．１ｎｍの範囲に分布していた。ここで、平均値は１１．５ｎｍであった。表２からわかるように、Ｃｏに関してはＣＮＴの本数及び合成範囲が最も大きいのがタイプＤの場合で、次いでBの場合であった。さらに、Ｂの場合、１μｍ以上のものなど、比較的長いＣＮＴが合成された。工業上、長いＣＮＴが必要とされることが多々あるため、Ｃｏに関しては、Ａ〜Ｄの中でタイプＢが最適なパラメータであると考えられる。また、Niに関しても、ＣＮＴの合成範囲が最も広いＢがＡ〜Ｄの中で最適なパラメータであると考えられる。
【００５５】
以上のように、同じパラメータでも触媒の違いにより合成位置が変化することから、ＣｏおよびＮｉには、それぞれ最適な温度が存在するものと考えられる。また、以上ではワイヤ状の触媒金属を用いたが、平板状のＮｉを用いた場合についても同様に実験を行った。その結果、ワイヤの場合と同様に、平板上にもＣＮＴが合成されたことを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明によるカーボンナノチューブの製造装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、触媒金属３０の形状の一例を説明するための図である。
【図３】本発明によるカーボンナノチューブの製造装置の第２実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３の保持部材４０上における触媒金属３０の配置の様子を説明するための図である。
【図５】図３の回収手段５０によってＣＮＴが回収される機構を説明するための図である。
【図６】本発明によるカーボンナノチューブの製造装置の第３実施形態を示す正面図である。
【図７】実施例において触媒金属３０上に合成された物質のＦＥ−ＳＥＭ画像である。
【図８】実施例において触媒金属３０上に合成された物質のＦＥ−ＳＥＭ画像である。
【図９】実施例において触媒金属３０上に合成された物質のＦＥ−ＴＥＭ画像である。
【図１０】従来技術に係る、カーボンナノチューブの製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５７】
１    製造装置
２    製造装置
３    製造装置
１０    火炎発生器
１２    予混合火炎
１４    スチールウール
１６    ハニカム部材
２０    保持部材
２２    対向部材
２２ａ    対向面
３０    触媒金属
４０    保持部材
４０ａ    対向面
５０    回収手段
５２    当接部材
５４    回収容器
６０    洗浄手段
７０    保持部材
【図１】
0004669986.tif 000004
【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１０】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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