(57)【要約】【課題】  ドラッグデリバリーシステム、マイクロエレクトロニクスなどへの応用が期待されるカーボンマイクロチューブの製造方法を提供する。【解決手段】  硫化亜鉛粉末と活性炭粉末の混合物を不活性気流中で、1350〜1500℃に1〜2時間加熱することにより、長さ数百マイクロメートル〜ミリメートルオーダー、外径約1〜2マイクロメートル、壁厚10〜20ナノメートルのカーボンマイクロチューブを製造する。非常に薄い壁厚を有する結晶性のグラファイト構造のカーボンマイクロチューブの製造が可能となった。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫化亜鉛粉末と活性炭粉末の混合物を不活性ガス気流中で、1350〜1500℃に1〜2時間加熱
することを特徴とするカーボンマイクロチューブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオエレクトロニクスデバイスのマイクロ流体チップ間の接続やドラッグ
デリバリーシステムのチップと細胞間の接続等において有用なカーボンマイクロチューブ
の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような応用分野では、大きな内径やグラファイト壁を有する中空の繊維状カーボ
ンが要求されており、ミリメートル以下のサイズの直径を持つ中空カーボン繊維が中空の
ポリアクリロニトリル繊維の焼成によって製造されている(たとえば、非特許文献１参照
。)。また、1〜100マイクロメートルの外径と100ナノメートル以下から数マイクロメート
ルまでの壁の厚さを有するカーボンマイクロチューブが熱的に安定なポリピロール外層と
熱分解しやすいポリエチレンテレフタレートの芯からなる同軸ケーブル繊維を窒素中で焼
成することによって製造されている(たとえば、非特許文献２参照。)。さらに、最近ポリ
エチレンを水、ニッケル粉と高温高圧で処理することにより、70〜1300ナノメートルの外
径を有するグラファイトチューブが製造された(たとえば、非特許文献３参照。)。
【０００３】
【非特許文献１】M.C.Yang,ほか、ジャーナル・オブ・アプライド・ポリマー・サイエンス(J.Appl.Polym.Sci)68巻、1331頁、1998年
【非特許文献２】C.C.Han,ほか、ケミカル・コミュニケーションズ(Chem.Commun.)1998年、2087頁
【非特許文献３】J.Libera,ほか、カーボン（Carbon）39巻、1307頁、2001年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、種々の外径と壁厚を有するカーボンマイクロチューブの製造方法が知ら
れているが、様々な用途、応用分野を考えると、その分野ごとに、好ましい外径サイズや
壁厚のカーボンマイクロチューブが必要になる。本発明は、結晶性のグラファイト構造の
約1〜2マイクロメートルの均一な外径と10〜20ナノメートルの薄い壁厚を有するカーボン
マイクロチューブの製造方法を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
硫化亜鉛粉末と活性炭粉末の混合物を不活性ガス気流中で、1350〜1500℃に1〜2時間加
熱し、この後、加熱炉を室温に冷却する。黒色のシート状物が得られる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の方法により、1〜2マイクロメートルの均一な外径で10〜20ナノメートルの非常
に薄い壁厚を有する結晶性のグラファイト構造のカーボンマイクロチューブの製造が可能
となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
硫化亜鉛粉末と活性炭粉末の混合物をグラファイトるつぼに入れ、このるつぼを炭素繊
維の断熱材で覆われたグラファイト誘導加熱円筒管の付いた縦型高周波誘導加熱炉の中央
部に配置する。加熱炉を不活性ガス置換を良好に行うための前手段として減圧にする。減
圧は低い方がよいが、ポンプ能力と装置の気密度で決まる。約２×１０−１Torrで十分で
ある。加熱炉を減圧にした後、窒素ガスなどの不活性ガスを流しながら、急速に（約３０
分）温度を1350〜1500℃に上げ、この温度に1〜2時間維持する。その後、温度を室温まで
冷却すると加熱円筒管の内壁に黒色のシート状物が堆積する。
【０００８】
上記において、硫化亜鉛粉末と活性炭粉末の重量比は15:1〜25:1の範囲が好ましい。硫
化亜鉛粉末の重量比がこの範囲よりも多いと最終生成物のカーボンマイクロチューブの中
に、一次元の亜鉛や硫化亜鉛の構造物が混入する。この範囲よりも硫化亜鉛粉末の重量が
少ないとカーボンマイクロチューブの収量が低下する。窒素ガス等の不活性ガスの流量は
150〜300sccmの範囲が好ましく、300sccmで十分にその役割を果たすので、これ以上の流
量にする必要はない。150sccmよりも流量が少ないと生成物中に亜鉛の粒子が混入する。
【０００９】
加熱温度は1350〜1500℃が好ましく、1500℃で十分に反応が進行するので、これ以上の
温度に上げる必要はない。1350℃よりも低いとカーボンマイクロチューブが得られない。
加熱時間は1〜2時間の範囲が好ましく、2時間で十分に反応が進行するのでこれ以上の時
間をかける必要はない。1時間未満の場合は収量が低下する。上記のような操作を施すこ
とによって、得られたシート状物を分析すると外径が約1〜2マイクロメートル、壁厚が10
〜20ナノメートル、長さが数百マイクロメートル〜ミリメートルオーダーのカーボンマイ
クロチューブであることが確認される。
【実施例１】
【００１０】
次に実施例を示して、さらに具体的に説明する。
シグマ・アルドリッチ社製の硫化亜鉛粉末(純度99.99%)2.0gと和光純薬工業(株)製の活
性炭粉末0.1gをグラファイトるつぼに入れ、このるつぼを断熱材の炭素繊維で覆われたグ
ラファイト誘導加熱円筒管の付いた縦型高周波誘導加熱炉の中央部に設置した。加熱炉を
2x10-1Torrの減圧にした後、窒素ガスを200sccmの流量で流しながら、急速に（約３０分
）温度を1400℃まで上げた。この温度に1.5時間保った後、室温まで冷却した。加熱円筒
管の内壁に黒色のシート状物が数mg堆積した。
【００１１】
図１に、堆積物の低倍率走査型電子顕微鏡像の写真を示した。この写真から堆積物の90
%以上がマイクロメートルサイズの直径を有する長いチューブ状からなることが分かる。
代表的なチューブの長さは数百マイクロメートルであるが、ミリメートルオーダーに達し
ているチューブも存在する。
【００１２】
図２に、堆積物の透過型電子顕微鏡像の写真を示した。約70%のチューブは外径が2マイ
クロメートルであり、少量の約1マイクロメートルの外径を有するチューブも含まれてい
る。すべてのチューブは均質で非常に薄い壁からなっている。高分解能透過型電子顕微鏡
で1本のチューブの構造を観察すると層の厚さは約17ナノメートルでほぼ50層からなって
いることが分かった。
【００１３】
図３に、堆積物の電子エネルギー損失スペクトルを示した。Sp2混成軌道に基づく炭素
のπ*のピークが見られ、六方晶のグラファイト層からなることが分かった。
【００１４】
図４に、陽極として1mm2の断面積を有する棒状アルミニウムを用いて、陽極とサンプル
の間の距離を200、300、400および500μmとして印加電圧を1000Vまで変化させたときの電
流密度と電圧の関係についての電界放出特性を調べた結果を示した。電流密度10μA/cm2
を生じるときの電場を開始電場とすると、開始電場は、陽極とサンプルの距離が200μmの
とき約1.3V/μm、距離が300μmのとき1.25V/μm、距離が400μmのとき1.2V/μm、距離が5
00μmのとき1.0V/μmの値が得られた。また、電流密度10mA/cm2を生じるときの電場を閾
値電場とすると、閾値電場としておよそ1.3〜1.5V/μmの値が得られた。この結果から本
発明のカーボンマイクロチューブは低い開始電圧と閾値電圧を持つ電界放出特性を示すこ
とが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明により、壁厚の非常に薄いカーボンマイクロチューブが製造可能となったので、
ドラッグデリバリーシステム、マイクロエレクトロニクス等への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】カーボンマイクロチューブの低倍率走査型電子顕微鏡像の図面代用写真である。
【図２】カーボンマイクロチューブの透過型電子顕微鏡像の図面代用写真である。
【図３】カーボンマイクロチューブの電子エネルギー損失スペクトルの図である。
【図４】カーボンマイクロチューブの電流密度と電圧の関係を示す電界放出特性を測定した結果の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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