(57)【要約】【課題】    単層カーボンナノチューブ構造体を簡便な装置手段によって高効率で、しかも品質に優れたものとして製造することのできる、改善された新しい製造装置を提供する。【解決手段】    レーザー蒸発による単層カーボンナノチューブの製造装置であって、少なくとも、反応容器と、反応容器内に設置される炭素ターゲット物質と、反応容器内に不活性ガスを導入するためのガス導入手段と、炭素ターゲット物質に照射するレーザを連続発振させるレーザ発振手段とを備えることを特徴とする単層カーボンナノチューブの製造装置とする。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー蒸発による単層カーボンナノチューブの製造装置であって、少なくとも、反応容器と、反応容器内に設置される炭素ターゲット物質と、反応容器内に不活性ガスを導入するためのガス導入手段と、炭素ターゲット物質に照射するレーザを連続発振させるレーザ発振手段とを備えることを特徴とする単層カーボンナノチューブの製造装置。
【請求項２】
前記レーザ発振手段が、ＣＯ2 ガスレーザ発振手段であることを特徴とする請求項１記載の単層カーボンナノチューブの製造装置。
【請求項３】
前記ＣＯ2 ガスレーザ発振手段が、出力２００〜２０００ＷのＣＯ2 ガスレーザの連続発振が可能であることを特徴とする請求項２記載の単層カーボンナノチューブの製造装置。
【請求項４】
前記反応容器内のガス圧が、１０4 〜１０5 Ｐａであることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の単層カーボンナノチューブの製造装置。
【請求項５】
前記炭素ターゲット物質が、触媒金属が混入されたグラファイトであることを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の単層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】
この出願の発明は、単層カーボンナノチューブの製造装置に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、ナノメートルスケールの微細構造を有する単層カーボンナノチューブ構造体を簡便な装置手段によって高効率で、しかも品質に優れたものとして製造することのできる、改善された新しい製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノメートルスケールの微細構造を有する炭素物質が、カーボンナノチューブや、フラーレン、ナノカプセル等として注目されている。これらの炭素物質は、ナノ構造黒鉛（グラファイト）物質として、新しい電子材料や触媒、光材料等への応用が期待されているものである。
【０００３】
このうちのカーボンナノチューブについては、この出願の発明者によって始めて提供されたものである。このカーボンナノチューブの単層のものは、炭素原子の厚さを有する単層グラファイト膜が管（チューブ）状形体を構成するという特異な構造を有している。
【０００４】
従来、この単層カーボンナノチューブは、アーク放電法や、高温レーザ蒸発法により製造されることが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これらの従来の単層カーボンナノチューブの製造においては改善すべき以下のような問題点があった。
【０００６】
まずアーク放電流法の場合には、単層カーボンナノチューブ以外の炭素物質、例えば非晶質炭素などが同時に生成され、また得られる単層カーボンナノチューブの構造は不均質になるという欠点があった。
【０００７】
一方、高温レーザ蒸発法は、生成物の選択性や均質性の点でアーク放電法よりも優れている。しかしながら、この方法では、１２００℃程度の高温度に加熱した電気炉内に設置された石英管内に金属を少量含む炭素ターゲット物質を置いて不活性ガス雰囲気中で、パルス幅数ナノ秒、パルス周波数１０ヘルツ程度のＮｄ：ＹＡＧパルスレーザ光を照射し、ガス中に発生するすす状物質の一部として単層カーボンナノチューブを回収している。このように、従来の方法では、１２００℃程度の極めて高温度の加熱が欠かせないため、製造装置は複雑で特殊な構造や素材からなるものとなり、また生成される単層カーボンナノチューブが高温に曝されるために熱変成が避けられないという問題があった。そしてまた、レーザ光の照射はパルス照射であることから、単層カーボンナノチューブの生成効率の向上には制約があるという問題があった。
【０００８】
そこでこの出願の発明は、以上のとおりの従来のレーザ蒸発法の特徴を生かしつつ、その欠点を解消して、経済性に優れ、簡便な手段によって均質な単層カーボンナノチューブを効率的に生成することのできる新しい製造装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、レーザー蒸発による単層カーボンナノチューブの製造装置であって、少なくとも、反応容器と、反応容器内に設置される炭素ターゲット物質と、反応容器内に不活性ガスを導入するためのガス導入手段と、炭素ターゲット物質に照射するレーザを連続発振させるレーザ発振手段とを備えることを特徴とする単層カーボンナノチューブの製造装置を提供する。
【００１０】
第２には、この出願の発明は、前記レーザ発振手段が、ＣＯ2 ガスレーザ発振手段であることを特徴とする単層カーボンナノチューブの製造装置を提供する。
【００１１】
さらに、第３には、前記ＣＯ2 ガスレーザ発振手段が、出力２００〜２０００ＷのＣＯ2 ガスレーザの連続発振が可能であることを特徴とする単層カーボンナノチューブの製造装置を提供する。
【００１２】
また、第４には、記反応容器内のガス圧が、１０4 〜１０5 Ｐａであることを特徴とする単層カーボンナノチューブの製造装置を提供する。
【００１３】
加えて第５には、前記炭素ターゲット物質が、触媒金属が混入されたグラファイトであることを特徴とする単層カーボンナノチューブの製造装置をも提供する。
【発明の効果】
【００１４】
この出願の発明の装置によると、ターゲットや雰囲気ガスを加熱する必要がないため、製造装置を簡単にすることができ経済的に優れている。また形成される単層カーボンナノチューブが高温に曝されることがないため熱変成を防ぐことができる。したがって均質の単層カーボンナノチューブが得られる。さらにＣＯ2 レーザは高出力で連続発振させることができるため、従来のパルス法に比べ単層カーボンナノチューブ収量を大幅に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この出願の発明は、上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１６】
この出願の発明の単層カーボンナノチューブの製造装置は、レーザー蒸発による単層カーボンナノチューブの製造装置であって、少なくとも、反応容器内に不活性ガスを導入するためのガス導入手段と、反応容器内に設置される炭素ターゲット物質にＣＯ2 ガスレーザを照射して蒸発させるためのＣＯ2 ガスレーザ発振手段とを備えることを特徴としている。
【００１７】
レーザ光を照射する炭素ターゲット物質としては、従来法と同様に、触媒としての少量の金属、たとえばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、..... 等を混入したグラファイト（黒鉛）等の物質を用いる。この炭素ターゲット物質は、容器内に置かれることになる。この際に、従来のように１２００℃という高温度に加熱するための特殊な手段の採用は全く必要がない。炭素ターゲット物質、そして雰囲気ガスを加熱することがこの発明の方法においては必要がないからである。
【００１８】
容器内には、不活性ガスを導入して、雰囲気を不活性なものとするが、この場合の不活性ガスは、Ａｒ（アルゴン）、Ｈｅ（ヘリウム）等の希ガスをはじめとする各種のものであってよい。不活性ガスは、容器内を流通し、生成する単層カーボンナノチューブをこのガスの流れによって回収するようにしてもよいし、あるいは不活性ガスを導入した閉鎖雰囲気としてもよい。
【００１９】
不活性ガスの導入による容器内のガス圧はたとえば１０4 〜１０5 Ｐａとすることが好ましい。
【００２０】
炭素ターゲット物質に照射するレーザ光は、連続発振のものとしている。この発明の製造装置においては、高出力ＣＯ2 ガスレーザ光とするのが望ましい。このＣＯ2 ガスレーザは、その出力としては２００〜２０００Ｗ、より好ましくは８００〜１５００Ｗとすることができる。
【００２１】
ＣＯ2 ガスレーザの出力や雰囲気ガス圧等の条件によっても相違するが、レーザ光は、炭素ターゲット物質の表面に対し、ほぼ直交する位置ないしは直交線から角度として９０度未満まで傾斜した方向より照射することができる。
【００２２】
以上のような、この発明による単層カーボンナノチューブの製造方法では、ターゲットや雰囲気ガスを加熱する必要がないため、製造装置を簡単にすることができ経済的に優れている。また形成される単層カーボンナノチューブが高温に曝されることがないため熱変成を防ぐことができる。したがって均質の単層カーボンナノチューブが得られる。さらにＣＯ2 レーザは高出力で連続発振させることができるため、従来のパルス法に比べ単層カーボンナノチューブ収量を大幅に改善することができる。
【００２３】
以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明の方法について説明する。もちろん、この発明は以下の実施例に限定されることはない。
【実施例】
【００２４】
容器内に、触媒金属としてＮｉを１．２ａｔ％混入した炭素ターゲット物質を置き不活性ガスとしてＡｒ（アルゴン）を雰囲気圧が６×１０4 Ｐａとなるように流通させた。炭素ターゲット物質、そして雰囲気ガスは加熱することなく、その温度は室温とした。
【００２５】
この炭素ターゲット物質に対し、その表面に対して直交する方向よりＣＯ2 ガスレーザ光を照射した。照射時間は２秒とした。ＣＯ2 ガスレーザ光としては次の特性を有するものとした。
【００２６】
出    力：１０００Ｗ
レーザー光ビーム径：２ｍｍ
このレーザ光の照射により炭素レーザ蒸発が生じ、すす状物質として単層カーボンナノチューブを得た。
【００２７】
単層カーボンナノチューブとして次の構造をもつものが主として生成されていた。
【００２８】
長      さ：１〜１０μｍ
チューブ径：１〜２ｎｍ
チューブの端は閉鎖されている。
【００２９】
従来の高温パルスレーザ蒸発により１２００℃の温度にて得られた単層カーボンナノチューブと同質のものが、ＣＯ2 レーザを用いることにより室温で生成された。