(57)【要約】カーボンナノチューブ製造装置（１０００、２０００、３０００）において、所定の炭素含有化合物の気化ガスをイオン化するイオン化手段（例えば、マイナスイオン発生器１０）と、電界を発生する電界発生手段（例えば、直流電源２１とカソード電極２２とアノード電極２３）と、電界発生手段により発生された電界内に配置される成長基板（５０、５５）を加熱する加熱手段（例えば、高周波加熱器３０）と、を備え、イオン化された炭素含有化合物の気化ガスを、電界内を通過させることにより、加熱された成長基板に接触させることで、カーボンナノチューブ（４）を成長基板に配向成長させるカーボンナノチューブ製造方法を採用した。
2005007571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のカーボンナノチューブを成長基板に略垂直に配向成長させる配向成長手段を備えるカーボンナノチューブ製造装置において、
前記配向成長手段は、
所定の炭素含有化合物の気化ガスをイオン化するイオン化手段と、
電界を発生する電界発生手段と、
前記電界発生手段により発生された電界内に配置される前記成長基板を加熱する加熱手段と、を備え、
前記イオン化手段によりイオン化された前記炭素含有化合物の気化ガスを、前記電界発生手段により発生された電界内を通過させることにより、前記炭素含有化合物の気化ガスを前記成長基板に接触させるように構成したことを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項２】
前記成長基板は、シリコン又はシリコン化合物を有するシリコン層の表面に触媒膜が形成された基板であることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項３】
前記イオン化手段は、マイナスイオン発生器を備え、
前記マイナスイオン発生器により、前記炭素含有化合物の気化ガスに電子を付与し、前記炭素含有化合物の気化ガスをマイナスの電荷にチャージすることを特徴とする請求項１又は２に記載のカーボンナノチューブ製造装置。
【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製造装置において、
所定の金属基板の表面に成長膜を形成し、前記成長膜の表面に触媒膜を形成して前記成長基板を形成する成長基板形成手段と、
前記配向成長手段によるカーボンナノチューブの配向成長後、前記成長膜を除去する成長膜除去手段と、
前記金属基板を熔解し、前記金属基板の表面に配設された前記カーボンナノチューブの一端部を前記金属基板に埋設し、その後、前記金属基板を固化させる基板形成手段と、
を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項５】
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製造装置において、
シリコン基板の表面に触媒膜を形成して前記成長基板を形成する成長基板形成手段と、
前記配向成長手段によるカーボンナノチューブの配向成長後、熔解した金属内に、前記カーボンナノチューブの先端部を挿入し、その後、前記金属を固化させて金属基板を形成する金属基板形成手段と、
前記カーボンナノチューブを前記シリコン基板から分離する分離手段と、
を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ製造装置。
【請求項６】
所定の金属基板の表面に成長膜を形成する成長膜形成工程と、
前記成長膜形成工程により形成された前記成長膜の表面に所定の触媒からなる触媒膜を形成する触媒膜形成工程と、
前記触媒膜形成工程により形成された前記触媒膜を構成する前記触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、前記成長膜を介して前記金属基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブを配向成長させる配向成長工程と、
前記成長膜を除去し、前記配向成長工程により配向成長された前記カーボンナノチューブを前記金属基板の表面に配設する成長膜除去工程と、
前記金属基板を熔解し、前記金属基板の表面に配設された前記カーボンナノチューブの一端部を前記金属基板に埋設し、その後、前記金属基板を固化させる基板形成工程と、
を備え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７】
所定の成長基板の表面に所定の触媒からなる触媒膜を形成する触媒膜形成工程と、
前記触媒膜形成工程により形成された前記触媒膜を構成する前記触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、前記成長基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブを配向成長させる配向成長工程と、
所定の金属基板を熔解し、熔解した前記金属基板内に、前記配向成長工程により配向成長された前記カーボンナノチューブの先端部を挿入し、その後、前記金属基板を固化させるカーボンナノチューブ植設工程と、
前記カーボンナノチューブを前記成長基板から分離する基板分離工程と、
を備え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８】
所定の成長基板の表面に所定の触媒からなる触媒膜を形成する触媒膜形成工程と、
前記触媒膜形成工程により形成された前記触媒膜を構成する前記触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、前記成長基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブを配向成長させる配向成長工程と、
前記配向成長工程により配向成長された前記カーボンナノチューブの先端部側に所定の金属膜の層を蒸着する金属膜蒸着工程と、
前記金属膜蒸着工程により形成された前記金属膜に、所定の金属層を形成する金属層形成工程と、
前記カーボンナノチューブを前記成長基板から分離する基板分離工程と、
を備え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９】
前記基板分離工程において、前記成長基板から分離した前記カーボンナノチューブを配向成長させる第２の配向成長工程と、
前記第２の配向成長工程により配向成長された前記カーボンナノチューブの側面および前記カーボンナノチューブの後端部が埋設される前記金属膜の表面に、所定の金属層を形成する第２の金属層形成工程と、
前記第２の金属層形成工程により形成され積層された前記金属層を、前記カーボンナノチューブが配向成長した方向と交わる方向に切断し、所定の厚みの切断片を形成する金属層スライス工程と、
前記金属層スライス工程により形成された前記切断片の金属層を、前記カーボンナノチューブが配向成長した方向に所定量除去し、前記カーボンナノチューブを所定量露出する金属層除去工程と、
を備えることを特徴とする請求項８に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項１０】
前記配向成長工程は、
所定の炭素含有化合物の気化ガスをイオン化するイオン化工程と、
前記イオン化工程により、イオン化された前記炭素含有化合物の気化ガスに電界を作用させる電界作用工程と、
前記金属基板又は前記成長基板を加熱する加熱工程と、を備え、
前記電界作用工程において、イオン化された前記炭素含有化合物の気化ガスに電界を作用させることで、前記炭素含有化合物の気化ガスを前記金属基板又は前記成長基板に接触させて、前記金属基板又は前記成長基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブを配向成長させることを特徴とする請求項６〜９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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、カーボンナノチューブ製造装置及びカーボンナノチューブ製造方法に関する。
【背景技術】  近年、カーボンナノチューブは、ＦＥＤ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）電極、コンデンサ電極、電池の電極等の各種電極材料、及び水素吸蔵機能材料などとして大きく注目されている。
特に、導電性の基板上にカーボンナノチューブが垂直に立てられて配置されていると、カーボンナノチューブは、その直径が極めて小さいので、電界を加えることによりその先端に電界が集中し、電子がカーボンナノチューブの先端部に引き寄せられ、その先端部から電子が容易に放出される。さらに、導電性基板の電気抵抗が小さいと、放出により不足する電子が容易に供給されて電子放出量が増加し、電子放出が持続しやすくなる。
従来、基板上にカーボンナノチューブを垂直に配向成長させる方法として、表面に鉄系触媒を蒸着したシリコン基板をメタノール、エタノール等のアルコール溶液内に浸漬した状態で加熱することにより、高配向性カーボンナノチューブを析出・成長させる方法が知られている（例えば、特許文献、特開２００３−１２３１２号公報参照。）。
しかしながら、上記特許文献の場合、アルコール溶液内にシリコン基板を浸漬した状態で、シリコン基板を約９００℃に加熱し、カーボンナノチューブを合成、成長させるため、アルコール溶液の温度を沸点未満に保持する必要がある。特に、アルコール溶液を多量に使用するので、気化したアルコールが空気と混合することによる爆発、炎上を防止するために、カーボンナノチューブの合成装置の維持、管理には注意を払う必要があった。また、シリコン基板の表面における温度勾配に基づき、カーボンナノチューブの成長方向がコントロールされるので、配向性よく成長させるためにはその温度管理を適正に行う必要があった。
本発明の課題は、より維持、管理が容易で、配向性よくカーボンナノチューブを製造するカーボンナノチューブ製造装置及びカーボンナノチューブ製造方法を提供することである。
【発明の開示】
上記の課題を解決するため、本発明のカーボンナノチューブ製造装置は、
複数のカーボンナノチューブ（４）を成長基板（５０、５５）に略垂直に配向成長させる配向成長手段（例えば、配向成長装置３００）を備えるカーボンナノチューブ製造装置（１０００、２０００）において、
前記配向成長手段は、
所定の炭素含有化合物の気化ガスをイオン化するイオン化手段（例えば、マイナスイオン発生器１０）と、
電界を発生する電界発生手段（例えば、電界発生器２０）と、
前記電界発生手段により発生された電界内に配置される前記成長基板を加熱する加熱手段（例えば、高周波加熱器３０）と、を備え、
前記イオン化手段によりマイナスの電荷にチャージされた前記炭素含有化合物の気化ガスを、前記電界発生手段により発生された電界内を通過させることにより、前記炭素含有化合物の気化ガスを前記成長基板に接触させるように構成したことを特徴とする。
本発明のカーボンナノチューブ製造装置によれば、カーボンナノチューブ製造装置は、イオン化手段によりイオン化された所定の炭素含有化合物の気化ガスを、電界発生手段により発生させた電界内を通過させることにより、その炭素含有化合物の気化ガスを成長基板に接触させる。この際、成長基板は加熱手段により加熱されているので、成長基板に接触した炭素含有化合物の気化ガスはその熱により反応性が高められ、水と水素と炭素に熱分解されて、その炭素でカーボンナノチューブが形成される。そして、形成されたカーボンナノチューブは電界の作用により電界の向きに配向成長されるので、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
従って、従来のアルコール溶液にシリコン基板を浸漬させてカーボンナノチューブを形成させるものよりも、より維持、管理が容易で、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
また、本発明のカーボンナノチューブ製造装置において、
前記成長基板は、シリコン又はシリコン化合物を有するシリコン層（例えば、シリコン膜２、シリコン基板５）の表面に触媒膜（３）が形成された基板であることが好ましい。成長基板が、シリコン又はシリコン化合物を有するシリコン層の表面に触媒膜が形成された基板であれば、好適にカーボンナノチューブを配向成長させることができる。
ここで、シリコンやシリコン化合物は、カーボンナノチューブを好適に成長させる材料であるので、カーボンナノチューブを好適に成長させることができる。なお、シリコン層を構成する材料としては、シリコン（Ｓｉ）及びシリコン化合物、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）などがある。
また、触媒膜とは、カーボンナノチューブが配向成長する際に必要な物質であり、その成長を促進させる物質である。なお、触媒膜としては、鉄、酸化鉄、コバルト、ニッケル等の材料を用いることができる。
また、本発明のカーボンナノチューブ製造装置において、
前記イオン化手段は、マイナスイオン発生器（１０）を備え、
前記マイナスイオン発生器により、前記炭素含有化合物の気化ガスに電子を付与し、前記炭素含有化合物の気化ガスをマイナスの電荷にチャージするようにしてもよい。イオン化手段がマイナスイオン発生器であれば、マイナスイオン発生器により、炭素含有化合物の気化ガスに電子を付与し、炭素含有化合物の気化ガスをマイナスの電荷にチャージすることができるので、より確実に炭素含有化合物の気化ガスをマイナスの電荷にチャージし、イオン化することができる。
また、本発明のカーボンナノチューブ製造装置において、
所定の金属基板（１）の表面に成長膜（例えば、シリコン膜２）を形成し、前記成長膜の表面に触媒膜（３）を形成して前記成長基板を形成する成長基板形成手段（例えば、成長膜形成装置１００と触媒膜形成装置２００）と、
前記配向成長手段によるカーボンナノチューブの配向成長後、前記成長膜を除去する成長膜除去手段（例えば、成長膜除去装置４００）と、
前記金属基板を熔解し、前記金属基板の表面に配設された前記カーボンナノチューブの一端部（４ａ）を前記金属基板に埋設し、その後、前記金属基板を固化させる基板形成手段（例えば、基板形成装置５００）と、
を備えるようにしてもよい。
カーボンナノチューブ製造装置において、成長基板形成手段により所定の金属基板の表面に成長膜を形成するとともに、その成長膜の表面に触媒膜を形成して成長基板を形成し、配向成長手段によるカーボンナノチューブの配向成長後、成長膜除去手段により成長膜を除去し、基板形成手段により金属基板を熔解し、金属基板の表面に配設されたカーボンナノチューブの一端部をその金属基板に埋設し、その後、その金属基板を固化させることによって、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
つまり、製造された複数のカーボンナノチューブは、その一端部が金属基板に埋設されて、金属基板の表面に略垂直に植設されてなるので、殆ど全てのカーボンナノチューブがその長さ方向に配向性よく、概平行に並ぶこととなる。
ここで、金属基板とは、例えば、銅、アルミニウム、クロム、ステンレス鋼などの金属により構成される基板である。
また、成長膜とは、カーボンナノチューブを好適に成長させる材料により構成された薄膜である。なお、カーボンナノチューブを好適に成長させる材料としては、シリコン（Ｓｉ）及びシリコン化合物、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）などがある。
このように配向性よく並んだ複数のカーボンナノチューブによっては、殆ど全てのカーボンナノチューブの長さ方向に電界を加えることが可能になり、電界がカーボンナノチューブの先端に集中し、そこに電子が局所的に集中するので、高効率に電子を放出することができる。そして、抵抗値が低く、電流が流れやすくなって、電子の放出効率を向上させることができる。
また、カーボンナノチューブの一端部が金属基板に埋設されているので、カーボンナノチューブが金属基板の内部で固定されることとなって、カーボンナノチューブと金属基板との間の固定力が増加して、カーボンナノチューブが抜け落ちる可能性が少なくなり、耐久性が向上する。
また、本発明のカーボンナノチューブ製造装置において、
シリコン基板（５）の表面に触媒膜（３）を形成して前記成長基板を形成する成長基板形成手段（例えば、触媒膜形成装置２００）と、
前記配向成長手段によるカーボンナノチューブの配向成長後、熔解した金属内に、前記カーボンナノチューブの先端部（４ｂ）を挿入し、その後、前記金属を固化させて金属基板（１Ａ）を形成する金属基板形成手段（例えば、基板形成装置５５０）と、
前記カーボンナノチューブを前記シリコン基板から分離する分離手段（例えば、基板分離装置６００）と、
を備えるようにしてもよい。
カーボンナノチューブの製造装置が、成長基板形成手段によりシリコン基板の表面に触媒膜を形成して成長基板を形成し、配向成長手段によるカーボンナノチューブの配向成長後、金属基板形成手段により、熔解した金属内にカーボンナノチューブの先端部を挿入し、その後、その金属を固化させて金属基板を形成し、分離手段によりカーボンナノチューブをシリコン基板から分離することによって、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
つまり、製造された複数のカーボンナノチューブは、その先端部が金属基板に埋設されて、金属基板の表面に略垂直に植設されてなるので、殆ど全てのカーボンナノチューブがその長さ方向に配向性よく、概平行に並ぶこととなる。
ここで、シリコン基板とは、カーボンナノチューブを好適に成長させるシリコン材料により構成された基板である。なお、カーボンナノチューブを好適に成長させるシリコン材料としては、シリコン（Ｓｉ）及びシリコン化合物、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）などがある。
また、金属基板を構成する金属は、例えば、銅、アルミニウム、クロム、ステンレス鋼などである。
また、カーボンナノチューブの先端部が金属基板に埋設されているので、カーボンナノチューブが金属基板の内部で固定されることとなって、カーボンナノチューブと金属基板との間の固定力が増加して、カーボンナノチューブが抜け落ちる可能性が少なくなり、耐久性が向上する。
また、シリコン基板上に配向成長させたカーボンナノチューブを金属基板に移植することにより、シリコン基板を再利用することができるので、高価なシリコン基板を複数回に渡って使用することができることとなって、製造コストを抑えることができる。
また、本発明の第１形態のカーボンナノチューブの製造方法は、
所定の金属基板の表面に成長膜を形成する成長膜形成工程（例えば、成長膜形成装置１００、ステップＳ１０２）と、
前記成長膜形成工程により形成された前記成長膜の表面に所定の触媒からなる触媒膜を形成する触媒膜形成工程（例えば、触媒膜形成装置２００、ステップＳ１０３）と、
前記触媒膜形成工程により形成された前記触媒膜を構成する前記触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、前記成長膜を介して前記金属基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブを配向成長させる配向成長工程（例えば、配向成長装置３００、ステップＳ１０４）と、
前記成長膜を除去し、前記配向成長工程により配向成長された前記カーボンナノチューブを前記金属基板の表面に配設する成長膜除去工程（例えば、成長膜除去装置４００、ステップＳ１０５）と、
前記金属基板を熔解し、前記金属基板の表面に配設された前記カーボンナノチューブの一端部を前記金属基板に埋設し、その後、前記金属基板を固化させる基板形成工程（例えば、基板形成装置５００、ステップＳ１０６）と、
を備えることを特徴とする。
本発明の第１の形態のカーボンナノチューブの製造方法によれば、カーボンナノチューブの製造方法における成長膜形成工程により所定の金属基板の表面に成長膜が形成され、触媒膜形成工程により成長膜の表面に触媒膜が形成され、配向成長工程により触媒膜を構成する触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、成長膜を介して金属基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブが配向成長され、成長膜除去工程により成長膜が除去されてカーボンナノチューブが金属基板の表面に配設され、基板形成工程によりカーボンナノチューブの一端部が熔解された金属基板に埋設され、その後、金属基板が固化されることによって、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
つまり、触媒膜を構成する触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、金属基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブが配向成長させて、カーボンナノチューブを製造することができるので、従来のアルコール溶液に基板を浸漬させてカーボンナノチューブを形成させるものよりも、より維持、管理が容易で、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
また、製造された複数のカーボンナノチューブは、その一端部が金属基板に埋設されて、金属基板の表面に略垂直に植設されてなるので、殆ど全てのカーボンナノチューブがその長さ方向に配向性よく、概平行に並ぶこととなる。
ここで、成長膜とは、カーボンナノチューブを好適に成長させる材料により構成された薄膜である。なお、カーボンナノチューブを好適に成長させる材料としては、シリコン（Ｓｉ）及びシリコン化合物、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）などがある。
また、触媒膜とは、カーボンナノチューブが配向成長する際に必要な物質であり、その成長を促進させる物質である。なお、触媒膜としては、鉄、酸化鉄、コバルト、ニッケル等の材料を用いることができる。
このように配向性よく並んだ複数のカーボンナノチューブによっては、殆ど全てのカーボンナノチューブの長さ方向に電界を加えることが可能になり、電界がカーボンナノチューブの先端に集中し、そこに電子が局所的に集中するので、高効率に電子を放出することができる。つまり、抵抗値が低く、電流が流れやすくなって、電子の放出効率を向上させることができる。
また、カーボンナノチューブの一端部が金属基板に埋設されているので、カーボンナノチューブが金属基板の内部で固定されることとなって、カーボンナノチューブと金属基板との間の固定力が増加して、カーボンナノチューブが抜け落ちる可能性が少なくなり、耐久性が向上する。
また、本発明の第２の形態のカーボンナノチューブの製造方法は、
所定の成長基板の表面に所定の触媒からなる触媒膜を形成する触媒膜形成工程（例えば、触媒膜形成装置２００、ステップＳ２０２）と、
前記触媒膜形成工程により形成された前記触媒膜を構成する前記触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、前記成長基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブを配向成長させる配向成長工程（例えば、配向成長装置３００、ステップＳ２０３）と、
所定の金属基板を熔解し、熔解した前記金属基板内に、前記配向成長工程により配向成長された前記カーボンナノチューブの先端部を挿入し、その後、前記金属基板を固化させるカーボンナノチューブ植設工程（例えば、基板成長装置（カーボンナノチューブ植設装置５５０、ステップＳ２０４）と、
前記カーボンナノチューブを前記成長基板から分離する基板分離工程（例えば、基板分離装置６００、ステップＳ２０５）と、
を備えることを特徴とする。
本発明の第２の形態のカーボンナノチューブの製造方法によれば、カーボンナノチューブの製造方法における触媒膜形成工程により所定の成長基板の表面に触媒膜が形成され、配向成長工程により触媒膜を構成する触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、成長膜を介して金属基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブが配向成長され、基板形成工程によりカーボンナノチューブの先端部が熔解された金属基板に挿入され、その後、金属基板が固化され、基板分離工程により、カーボンナノチューブが成長基板から分離されることによって、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
つまり、触媒膜を構成する触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、成長基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブが配向成長させて、カーボンナノチューブを製造することができるので、従来のアルコール溶液に基板を浸漬させてカーボンナノチューブを形成させるものよりも、より維持、管理が容易で、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
また、製造された複数のカーボンナノチューブは、その先端部が金属基板に埋設されて、金属基板の表面に略垂直に植設されてなるので、殆ど全てのカーボンナノチューブがその長さ方向に配向性よく、概平行に並ぶこととなる。
ここで、成長基板とは、カーボンナノチューブを好適に成長させる材料により構成された基板である。なお、カーボンナノチューブを好適に成長させる材料としては、シリコン（Ｓｉ）及びシリコン化合物、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）などがある。
また、触媒膜とは、カーボンナノチューブが配向成長する際に必要な物質であり、その成長を促進させる物質である。なお、触媒膜としては、鉄、酸化鉄、コバルト、ニッケル等の材料を用いることができる。
このように配向性よく並んだ複数のカーボンナノチューブによっては、殆ど全てのカーボンナノチューブの長さ方向に電界を加えることが可能になり、電界がカーボンナノチューブの先端に集中し、そこに電子が局所的に集中するので、高効率に電子を放出することができる。つまり、抵抗値が低く、電流が流れやすくなって、電子の放出効率を向上させることができる。
また、カーボンナノチューブの先端部が金属基板に埋設されているので、カーボンナノチューブが金属基板の内部で固定されることとなって、カーボンナノチューブと金属基板との間の固定力が増加して、カーボンナノチューブが抜け落ちる可能性が少なくなり、耐久性が向上する。
また、成長基板上に配向成長させたカーボンナノチューブを金属基板に移植することにより、成長基板を再利用することができるので、高価なシリコンなどからなる成長基板を複数回に渡って使用することができることとなって、製造コストを抑えることができる。
また、本発明の第３の形態のカーボンナノチューブの製造方法は、
所定の成長基板の表面に所定の触媒からなる触媒膜を形成する触媒膜形成工程（例えば、触媒膜形成装置２００、ステップＳ３０２）と、
前記触媒膜形成工程により形成された前記触媒膜を構成する前記触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、前記成長基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブを配向成長させる配向成長工程（例えば、配向成長装置３００、ステップＳ３０３）と、
前記配向成長工程により配向成長された前記カーボンナノチューブの先端部側に所定の金属膜の層を蒸着する金属膜蒸着工程（例えば、金属膜蒸着装置７００、ステップＳ３０４）と、
前記金属膜蒸着工程により形成された前記金属膜に、所定の金属層を形成する金属層形成工程（例えば、金属層メッキ装置８００、ステップＳ３０５）と、
前記カーボンナノチューブを前記成長基板から分離する基板分離工程（例えば、基板分離装置６００、ステップＳ３０６）と、
を備えることを特徴とする。
本発明の第３の形態のカーボンナノチューブの製造方法によれば、カーボンナノチューブの製造方法における触媒膜形成工程により所定の成長基板の表面に触媒膜が形成され、配向成長工程により触媒膜を構成する触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、成長膜を介して金属基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブが配向成長され、金属膜蒸着工程によりカーボンナノチューブの先端部側に所定の金属膜の層が蒸着され、金属層形成工程により金属膜に所定の金属層が形成され、基板分離工程によりカーボンナノチューブが成長基板から分離されることによって、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
つまり、触媒膜を構成する触媒と、所定の炭素含有化合物の気化ガスとを触媒反応させて、成長基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブが配向成長させて、カーボンナノチューブを製造することができるので、従来のアルコール溶液に基板を浸漬させてカーボンナノチューブを形成させるものよりも、より維持、管理が容易で、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
また、製造された複数のカーボンナノチューブは、その先端部が金属基板に埋設されて、金属基板の表面に略垂直に植設されてなるので、殆ど全てのカーボンナノチューブがその長さ方向に配向性よく、概平行に並ぶこととなる。
ここで、成長基板とは、カーボンナノチューブを好適に成長させる材料により構成された基板である。なお、カーボンナノチューブを好適に成長させる材料としては、シリコン（Ｓｉ）及びシリコン化合物、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）などがある。
また、触媒膜とは、カーボンナノチューブが配向成長する際に必要な物質であり、その成長を促進させる物質である。なお、触媒膜としては、鉄、酸化鉄、コバルト、ニッケル等の材料を用いることができる。
このように配向性よく並んだ複数のカーボンナノチューブによっては、殆ど全てのカーボンナノチューブの長さ方向に電界を加えることが可能になり、電界がカーボンナノチューブの先端に集中し、そこに電子が局所的に集中するので、高効率に電子を放出することができる。つまり、抵抗値が低く、電流が流れやすくなって、電子の放出効率を向上させることができる。
また、カーボンナノチューブの一端部は金属基板の金属膜に埋設されているので、カーボンナノチューブが金属基板の内部で固定されることとなって、カーボンナノチューブと金属基板との間の固定力が増加して、カーボンナノチューブが抜け落ちる可能性が少なくなり、耐久性が向上する。
また、成長基板上に配向成長させたカーボンナノチューブを金属基板（金属膜、金属層）に移植することにより、成長基板を再利用することができるので、高価なシリコンなどからなる成長基板を複数回に渡って使用することができることとなって、製造コストを抑えることができる。
また、本発明のカーボンナノチューブの製造方法において、
前記基板分離工程において、前記成長基板から分離した前記カーボンナノチューブを配向成長させる第２の配向成長工程（例えば、配向成長装置３００によりカーボンナノチューブを配向成長させた図１８（ｂ）、（ｄ）の工程）と、
前記第２の配向成長工程により配向成長された前記カーボンナノチューブの側面および前記カーボンナノチューブの後端部が埋設される前記金属膜の表面に、所定の金属層を形成する第２の金属層形成工程（例えば、金属層メッキ装置８００により金属層を形成させた図１８（ｃ）、（ｅ）の工程）と、
前記第２の金属層形成工程により形成され積層された前記金属層を、前記カーボンナノチューブが配向成長した方向と交わる方向に切断し、所定の厚みの切断片を形成する金属層スライス工程（例えば、図１８（ｇ）の工程）と、
前記金属層スライス工程により形成された前記切断片の金属層を、前記カーボンナノチューブが配向成長した方向に所定量除去し、前記カーボンナノチューブを所定量露出する金属層除去工程（例えば、図１８（ｈ）、（ｉ）の工程）と、
を備えるようにしてもよい。
カーボンナノチューブの配向成長と、金属層の形成を繰り返すなどして積層し形成した金属層が、金属層スライス工程によりカーボンナノチューブが配向成長した方向と交わる方向に切断されて、所定の厚みを有する切断片がとり出され、金属層除去工程によりその切断片の金属層が、カーボンナノチューブが配向成長した方向に所定量除去され、カーボンナノチューブが所定量露出されることによって、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
特に、基板分離工程において形成された、金属膜（金属層）に配設されたカーボンナノチューブをもとに、カーボンナノチューブを配向成長することにより、高価なシリコンなどからなる成長基板を使用することなく、カーボンナノチューブを製造することができ、製造コストを抑えることができる。
また、本発明のカーボンナノチューブの製造方法において、
前記配向成長工程は、
所定の炭素含有化合物の気化ガスをイオン化するイオン化工程（例えば、第１の工程）と、
前記イオン化工程により、イオン化された前記炭素含有化合物の気化ガスに電界を作用させる電界作用工程（例えば、第２の工程）と、
前記金属基板又は前記成長基板を加熱する加熱工程（例えば、第３の工程）と、を備え、
前記電界作用工程において、イオン化された前記炭素含有化合物の気化ガスに電界を作用させることで、前記炭素含有化合物の気化ガスを前記金属基板又は前記成長基板に接触させて、前記金属基板又は前記成長基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブを配向成長させるようにしてもよい。
カーボンナノチューブ製造方法における配向成長工程において、イオン化工程によりイオン化された所定の炭素含有化合物の気化ガスに対し、電界作用工程により電界を作用させることにより、所定の炭素含有化合物の気化ガスを、加熱工程により加熱した前記金属基板又は前記成長基板に接触させて、金属基板又は成長基板の表面に略垂直に複数のカーボンナノチューブを配向成長させる。
つまり、イオン化された所定の炭素含有化合物の気化ガスは、電界によるクーロン力の作用により加熱された金属基板又は成長基板に接触させられることにより、カーボンナノチューブを形成させるように反応させられる。また、形成されたカーボンナノチューブは電界の作用により電界の向きに配向成長されるので、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明にかかる第１の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造装置を示すブロック図である。
図２は、本発明にかかるカーボンナノチューブの製造装置における配向成長装置を示す模式図である。
図３は、本発明にかかる第１の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造方法の製造工程を示すフロー図である。
図４は、図３の各ステップに対応する説明図である。
図５は、配向成長装置におけるマイナスイオン発生器を示す模式図である。
図６は、配向成長装置における電界発生器を示す模式図である。
図７は、配向成長装置における高周波加熱器を示す模式図である。
図８は、カーボンナノチューブの配向成長の説明図である。
図９は、本発明にかかる第２の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造装置を示すブロック図である。
図１０は、本発明にかかる第２の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造方法の製造工程を示すフロー図である。
図１１は、図１０の各ステップに対応する説明図である。
図１２は、本発明にかかる第２の実施の形態の別の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造工程の説明図である。
図１３は、カーボンナノチューブが金属基板の両面側に貫通して突出する部材の説明図であり、図１３（ａ）は、突出前の状態、図１３（ｂ）は、突出後の状態である。
図１４は、図１３（ｂ）のカーボンナノチューブ含有部材の利用についての説明図である。
図１５は、本発明にかかる第３の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造装置を示すブロック図である。
図１６は、本発明にかかる第３の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造方法の製造工程を示すフロー図である。
図１７は、図１６の各ステップに対応する説明図である。
図１８は、本発明にかかる第４の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造方法の製造工程を示す説明図である。
図１９は、本発明にかかる第４の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造方法の製造工程を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態を図１から図１９に基づいて説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるカーボンナノチューブ製造装置を示すブロック図である。
図１に示されるように、カーボンナノチューブ製造装置１０００は、金属基板１の表面に成長膜であるシリコン層としてのシリコン膜２を形成する成長膜形成装置１００と、そのシリコン膜２の表面に触媒膜３を形成する触媒膜形成装置２００と、触媒膜３の触媒作用を利用し、シリコン膜２を介して金属基板１に複数のカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる配向成長装置３００と、シリコン膜２を除去し、カーボンナノチューブ４・・・を金属基板１の表面に配設する成長膜除去装置４００と、金属基板１を熔解し、金属基板１の表面に配設されたカーボンナノチューブ４・・・の一端部４ａを金属基板１に埋設し、カーボンナノチューブ４・・・を金属基板１に植設する基板形成装置５００等により構成されている。
成長膜形成装置１００は、例えば、蒸着化装置であり、金属基板１の表面に成長膜としてのシリコン膜２を形成する装置である。
金属基板１は、例えば、銅、アルミニウム、クロム、ステンレス鋼などの導電性物質により構成される板状部材である。
成長膜形成装置１００により金属基板１の表面に形成されるシリコン膜２は、例えば、ｎ型シリコンが数ｎｍ〜数百ｎｍの厚さに蒸着されて形成される薄膜である。
この成長膜とは、後述するカーボンナノチューブ４・・・が好適に成長するために形成される膜である。なお、カーボンナノチューブ４・・・を好適に成長させる材料としては、シリコン（Ｓｉ）の他、炭化シリコン（ＳｉＣ）などがある。
触媒膜形成装置２００は、例えば、真空蒸着装置、分子線蒸着（ＭＢＥ）装置、イオンプレーティング装置、イオンビーム蒸着装置、スパッタリング装置、メッキ装置であり、金属基板１の表面に形成されたシリコン膜２の表面に触媒膜３を形成して、成長基板５０を形成する装置である。
触媒膜形成装置２００によりシリコン膜２の表面に形成される触媒膜３は、例えば、鉄、酸化鉄、コバルト、ニッケル等が数ｎｍ〜数百ｎｍの厚さに蒸着されて形成される薄膜である。
この触媒膜３を構成する鉄、酸化鉄、コバルト、ニッケル等は、後述するカーボンナノチューブ４・・・が形成され、配向成長する際に必要な物質であり、その成長を促進させる物質である。
配向成長装置３００は、成長基板５０に複数のカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる装置であり、シリコン膜２を介して金属基板１に複数のカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる。
配向成長装置３００は、図２に示されるように、内部空間が接続部３０３を介して連通している第１室３０１と第２室３０２を備え、第１室３０１に備えられるイオン化手段としてのマイナスイオン発生器１０と、第２室３０２に備えられる電界発生手段としての電界発生器２０と、加熱手段としての高周波加熱器３０等を有している。
マイナスイオン発生器１０は、直流電源１１と、直流電源１１の負極に接続されたマイナス高圧電極１２と、直流電源１１の正極に接続された接地電極１３とにより構成されている。
マイナス高圧電極１２と接地電極１３とは所定の間隔をあけて対向するように配置されている。また、直流電源１１の正極と接地電極１３の間にアース１４が備えられている。
マイナスイオン発生器１０は、直流電源１１から供給される直流電流により、マイナス高圧電極１２と接地電極１３の間に直流電圧が加えられることによって、マイナス高圧電極１２から接地電極１３へ向けて電子を放出する。
電界発生器２０は、直流電源２１と、直流電源２１の負極に接続されたカソード電極２２と、直流電源２１の正極に接続されたアノード電極２３とにより構成されている。
カソード電極２２とアノード電極２３とは所定の間隔をあけて対向するように配置されている。
電界発生器２０は、直流電源２１から供給される直流電流により、カソード電極２２とアノード電極２３の間に直流電圧が加えられることによって、アノード電極２３の上面からカソード電極２２の下面へ向かう電界を発生させる。
また、アノード電極２３は、後述するように、高周波加熱器３０により加熱される加熱部の機能を兼ね備えており、磁性物質と導電性物質とが積層あるいは混合された材料で形成されている。
また、アノード電極２３は、後述するように、成長基板５０を載置する試料台としての機能を兼ね備えており、アノード電極２３におけるカソード電極２２に対向する面に成長基板５０が載置される。
高周波加熱器３０は、高周波電源３１と、高周波電源３１に接続されたコイル３２とにより構成されている。
高周波加熱器３０は、高周波電源３１によって供給される交流電流により、コイル３２に交流電圧を加えることによって、コイル３２に交流磁界を発生させるとともに、コイル３２の周囲に高周波数の電磁波を発生する。
この高周波加熱器３０のコイル３２は、電界発生器２０のアノード電極２３の下面側であるカソード電極２２に対する反対側において、コイル３２の中心軸をアノード電極２３の下面に垂直な向きに配置されている。この位置に配置されたコイル３２において発生した電磁波は、加熱部としてのアノード電極２３に照射されるようになっている。
アノード電極２３に照射された電磁波は、アノード電極２３に含まれる磁性物質により、その電磁波の磁束が集められることでその磁束が高速に変化する。磁束が高速に変化することに伴い、アノード電極２３に含まれる導電性物質に渦電流が発生する。この渦電流がアノード電極２３に流れることにより、アノード電極２３にはジュール熱による熱が発生し、アノード電極２３の温度が上昇する。
成長膜除去装置４００は、例えば、エッチング装置であり、エッチング装置内に貯留されたシリコン溶解液中に浸漬されたシリコン成分を溶解する装置である。シリコン溶解液はシリコンを選択的に溶解する液である。
成長膜除去装置４００は、シリコン膜２を溶解することで、シリコン膜２の表面のカーボンナノチューブ４・・・を金属基板１の表面に配設する。
基板形成装置５００は、例えば、基板を加熱し熔解したり、熔解した基板を冷却し固化させたりする装置である。
基板形成装置５００は、金属基板１を熔解し、金属基板１の表面に配設されたカーボンナノチューブ４・・・の一端部４ａを所定の深さにまで沈み込ませた後、金属基板１を冷却し固化させて、カーボンナノチューブ４・・・を金属基板１に植設する。
次に、カーボンナノチューブ製造装置１０００におけるカーボンナノチューブの製造方法について説明する。
図３は、本発明の第１の実施の形態におけるカーボンナノチューブ製造方法の製造工程を示すフロー図であり、図４は、図３の各製造工程（ステップ）に対応する説明図である。
図３に示されるように、第１の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造方法は、主に、金属基板１を用意する金属基板準備工程（ステップＳ１０１）と、金属基板１の表面に成長膜としてのシリコン膜２を形成する成長膜形成工程（ステップＳ１０２）と、形成されたシリコン膜２の表面に触媒膜３を形成する触媒膜形成工程（ステップＳ１０３）と、形成された触媒膜３を構成する触媒粒子を核として取り込みつつ、シリコン膜２を介して金属基板１の表面にカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる配向成長工程（ステップＳ１０４）と、シリコン膜２を除去しカーボンナノチューブ４・・・を金属基板１の表面に配設する成長膜除去工程（ステップＳ１０５）と、金属基板１を熔解し、金属基板１の表面に配設されたカーボンナノチューブ４・・・の一端部４ａをその熔解した金属基板１に埋設し、その後、その金属基板１を固化させる基板形成工程（ステップＳ１０６）と、の６工程（６ステップ）により構成されている。
ステップＳ１０１における金属基板準備工程は、図４（ａ）に示されるように、カーボンナノチューブ４・・・を形成する金属基板１の準備を行う工程である。
ステップＳ１０２における成長膜形成工程は、図４（ｂ）に示されるように、成長膜形成装置１００により、金属基板１の表面に成長膜としてのシリコン膜２を形成する工程である。
ステップＳ１０３における触媒膜形成工程は、図４（ｃ）に示されるように、触媒膜形成装置２００により、シリコン膜２の表面にさらに触媒膜３を形成する工程である。これにより、成長基板５０が形成される。
ステップＳ１０４における配向成長工程は、図４（ｄ）に示されるように、配向成長装置３００により、シリコン膜２の表面にカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる工程である。
なお、カーボンナノチューブ４・・・は、触媒膜３を構成する物質の粒子を核として取り込みつつ成長する。
ここで、配向成長装置３００における配向成長工程（Ｓ１０４）について、詳しく説明する。
配向成長工程は、主に、カーボンナノチューブを形成するための原料となる所定の炭素含有化合物の気化ガス（蒸気）をマイナスの電荷にチャージし、その気化ガスをマイナスイオン化する第１の工程と、マイナスの電荷にチャージされた炭素含有化合物の気化ガスを、電界がかけられたアノード電極２３とカソード電極２２の間に供給する第２の工程と、マイナスの電荷にチャージされた炭素含有化合物の気化ガスを、アノード電極２３に載置された成長基板５０に作用させて、カーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる第３の工程と、により構成されている。
カーボンナノチューブを形成するための原料となる所定の炭素含有化合物とは、例えば、カーボン（Ｃ）を含む有機物であり、例えば、メタノール、エタノール、１−ブタノール、１−オクタノールなどを用いることができる。なお、本実施の形態においては、所定の炭素含有化合物（有機物）として、メタノールを用いた例について説明する。
まず、試料台としての電界発生装置２０のアノード電極２３の上面に、ステップＳ１０３の触媒膜形成工程において触媒膜３が形成された金属基板１（成長基板５０）を載置する。
そして、図２に示される配向成長装置３００の第１室３０１と第２室３０２及び接続部３０３内の空気を真空ポンプ等で抜き取るとともに、第１室３０１と第２室３０２及び接続部３０３内へ不活性ガス（アルゴン等）を供給し、不活性ガスで装置内へ満たすようにガス置換を行う。
次いで、図示しない原料タンクに貯蔵されたメタノールを、加熱することや高真空にすることにより気化させた気化ガスであるメタノール蒸気Ｍ・・・を第１室３０１に送り込む。
第１室３０１に送り込まれたメタノール蒸気Ｍ・・・は、図５に示されるように、マイナスイオン発生装置１０のマイナス高圧電極１２と接地電極１３の間を通過する。メタノール蒸気Ｍ・・・が、マイナス高圧電極１２と接地電極１３の間を通過する際に、マイナス高圧電極１２から放出された電子がメタノール蒸気Ｍ・・・に衝突することにより、メタノール蒸気Ｍ・・・はマイナスの電荷にチャージされ、メタノールイオンＭｉ・・・となる。ここで、マイナスの電荷にチャージされたメタノールイオンＭｉ・・・は、接地電極１３へ引き付けられるが、後から送り込まれるメタノール蒸気Ｍ・・・により、押し出されるように第１室３０１から送り出される。この工程が第１の工程である。
そして、メタノールイオンＭｉ・・・は、接続部３０３を通り、第２室３０２へと送られる。
次いで、第２室３０２に送り込まれたメタノールイオンＭｉ・・・は、図６に示されるように、電界発生装置２０のカソード電極２２とアノード電極２３の間へ送られる。この際、電界発生装置２０は、アノード電極２３からカソード電極２２へ向かう電界（図６中、矢印Ａの向きの電界）をかけている。この工程が第２の工程である。
また、図７に示されるように、高周波加熱器３０が出力した高周波数の電磁波により、アノード電極２３に渦電流が発生し、アノード電極２３は加熱され高温（例えば、６００℃〜１２００℃）になる。そして、アノード電極２３の上面に載置された成長基板５０はアノード電極２３を介して加熱され、同様に高温になる。
電界発生装置２０のカソード電極２２とアノード電極２３の間へ送られたメタノールイオンＭｉ・・・は、マイナスの電荷にチャージされているので、アノード電極２３からカソード電極２２へ向かう電界の作用、クーロン力により、アノード電極２３側へ引き寄せられる。そして、アノード電極２３に載置された成長基板５０にまで引き寄せられたメタノールイオンＭｉ・・・が、成長基板５０の金属基板１に形成された触媒膜３に接触する。成長基板５０の金属基板１及び触媒膜３は、アノード電極２３を介し、高周波加熱器３０により高温（例えば、６００℃〜１２００℃）に加熱されているので、メタノールイオンＭｉ・・・は成長基板５０（触媒膜３）上で熱分解する。この熱分解を行う反応時間は３０分程度が好ましく、さらに好ましい反応時間は３０分以上である。そして、図８に示されるように、メタノールイオンＭｉ・・・に含まれるカーボンが成長基板５０の金属基板１（触媒膜３）上に残され、熱分解により発生した水（Ｈ２Ｏ）と水素（Ｈ２）は、装置外（第２室１０２）へ排気される。
なお、メタノールイオンＭｉ・・・は、成長基板５０の表面で熱分解され、カーボンナノチューブ４・・・が形成される反応速度に応じて送られることが、反応効率の上では好適な条件である。また、そのように必要以上に過剰のメタノールイオンＭｉ・・・が供給されないことは、装置の維持、管理における安全上好ましいことである。
このメタノールイオンＭｉ・・・の熱分解が繰り返されることにより、成長基板５０の金属基板１（触媒膜３）上にカーボンが蓄積される。そして、蓄積されるカーボンは、触媒膜３を構成する鉄などの粒子を触媒として取り込みつつ、カーボンナノチューブ４・・・を形成する。この工程が第３の工程である。
なお、カーボンが触媒との化学反応を起こすためには、最外郭電子の持つエネルギーが高くなる必要があるので、このような高温下での反応（カーボンナノチューブ形成工程）を行う必要がある。
カーボンナノチューブ４・・・が形成される成長基板５０のシリコン膜２はアノード電極２３を介し直流電源２１によりプラスの電荷にチャージされているため、カーボンナノチューブ４・・・もプラスの電荷にチャージされることになる。カソード電極２２とアノード電極２３の間には、アノード電極２３からカソード電極２２へ向かう電界（図６、図８中、矢印Ａの向きの電界）がかけられているので、カーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂは、カソード電極２２側の上方向に引き寄せられる。この電界の作用により、カーボンナノチューブ４・・・はその先端部４ｂが上方向に引っ張られながら形成され、成長する。そのため、カーボンナノチューブ４・・・は、成長基板５０から略垂直方向に配向成長する。この際、カーボンナノチューブ４・・・は、触媒膜３を構成する触媒粒子を取り込みつつ成長する。
なお、カーボンナノチューブ４・・・は、アノード電極２３からカソード電極２２へ向かう電界の向きに配向成長するので、成長基板５０がその電界と垂直に載置されていれば、カーボンナノチューブ４・・・は、成長基板５０の金属基板１から垂直方向に配向成長する。
このように、ステップＳ１０４において、カーボンナノチューブ４・・・が成長基板５０の金属基板１上に配向成長される。
ステップＳ１０５における成長膜除去工程は、図４（ｅ）に示されるように、成長膜除去装置４００により、成長膜としてのシリコン膜２を除去する工程である。
シリコン膜２が、成長膜除去装置４００に貯留されたシリコン溶解液により溶解されて除去されることに伴い、シリコン膜２を介して金属基板１上に形成されたカーボンナノチューブ４・・・は、金属基板１の表面に配設される。
このようなシリコン溶解液により、シリコン膜２をゆっくり溶解することにより、シリコン膜２上のカーボンナノチューブ４・・・は、徐々に金属基板１上に落とし込まれて配設されるので、配向成長された形状を維持しつつ、カーボンナノチューブ４・・・は金属基板１の表面に配設される。
ステップＳ１０６における基板形成工程は、図４（ｆ）に示されるように、基板形成装置５００により、金属基板１の表面に配設されたカーボンナノチューブ４・・・の一端部４ａを金属基板１に埋設し、金属基板１にカーボンナノチューブ４・・・を植設する工程である。
金属基板１が、例えば、銅（Ｃｕ）により構成されている場合、基板形成装置５００により金属基板１を融点（約１０８４℃）以上に加熱して熔解し、金属基板１の表面に配設されたカーボンナノチューブ４・・・の一端部４ａが、所定の深さにまで沈み込ませるように埋設する。次いで、基板形成装置５００により金属基板１を冷却し、金属基板１を固化させてカーボンナノチューブ４・・・を金属基板１に固定するように植設する。
このように、金属基板１に植設されたカーボンナノチューブ４・・・は、例えば、直径は、数ｎｍ〜十数ｎｍで、長さは、１μｍ〜数十μｍであり、１００万〜１００億本／ｍｍ２程度、形成されている。
このように、本発明にかかるカーボンナノチューブ製造装置１０００を使用したカーボンナノチューブの製造方法によれば、メタノール蒸気Ｍ・・・をマイナスイオン発生器１０によりマイナスの電荷にチャージしたメタノールイオンＭｉ・・・を、電界中に置かれた成長基板５０の表面で熱分解させることにより、カーボンナノチューブ４・・・を成長基板５０の金属基板１の表面に配向成長させて、形成、製造することができる。そして、金属基板１にカーボンナノチューブ４・・・を配向性よく配設することができる。
そして、本発明によれば、電界中でカーボンナノチューブを形成することにより、容易に配向性よくカーボンナノチューブを成長させることができる。
また、カーボンナノチューブ４・・・の原料としてのメタノールは、図示しない原料タンクに貯蔵されており、熱分解を行いカーボンナノチューブ４・・・を形成する必要分のメタノールイオンＭｉ・・・が、高温に加熱されたアノード電極２３や成長基板５０に供給されるので、供給過剰なメタノールが爆発、炎上することを防止する上で、装置の維持、管理を行いやすい。特に、装置内の気体は不活性ガスに置換されているので、メタノールが空気（酸素）と混合することがないので、より安全である。
また、成長基板５０の表面で熱分解させるメタノールイオンＭｉ・・・は、カーボンナノチューブ４・・・が形成される反応速度に応じて送られるので、生成効率よくカーボンナノチューブ４・・・を製造することができる。
また、このように製造されたカーボンナノチューブ４・・・は、その一端部４ａが金属基板１に埋設されて、金属基板１の表面に略垂直に植設されてなるので、カーボンナノチューブ４・・・がその長さ方向に配向性よく、概平行に並ぶこととなる。このように配向性よく並んだ複数のカーボンナノチューブ４・・・によっては、殆ど全てのカーボンナノチューブ４・・・の長さ方向に電界を加えることが可能になり、電界がカーボンナノチューブ４・・・の先端に集中し、そこに電子が局所的に集中するので、高効率に電子を放出することができ、抵抗値が低く、電流が流れやすくなって、電子の放出効率を向上させることができる。つまり、カーボンナノチューブ４・・・は、例えば、電子の放出を行う電子放出電極などに、好適に用いることができる。
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
図９は、本発明の第２の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造装置を示すブロック図である。
図９に示されるように、カーボンナノチューブ製造装置２０００は、シリコン層であるシリコン基板５の表面に触媒膜３を形成して成長基板５５を形成する触媒膜形成装置２００と、触媒膜３の触媒作用を利用し、成長基板５５（シリコン基板５）に複数のカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる配向成長装置３００と、熔解した金属基板１Ａに、成長基板５５（シリコン基板５）の表面に配向成長されたカーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂを挿入し、カーボンナノチューブ４・・・を金属基板１Ａに植設する基板形成装置５５０と、カーボンナノチューブ４・・・をシリコン基板５から分離する基板分離装置６００等により構成されている。
基板形成装置５５０は、例えば、金属基板１Ａを加熱し熔解したり、熔解した金属基板１Ａを冷却し固化させたりする装置であるとともに、熔解した金属基板１Ａに、シリコン基板５の表面に成長されたカーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂを埋設し、カーボンナノチューブ４・・・を金属基板１Ａに植設する装置である。
基板分離装置６００は、シリコン基板５からカーボンナノチューブ４・・・を分離する装置であり、金属基板１Ａにカーボンナノチューブ４・・・を配設する装置である。
次に、カーボンナノチューブ製造装置２０００におけるカーボンナノチューブの製造方法について説明する。
図１０は、本発明の第２の実施の形態におけるカーボンナノチューブ製造方法の製造工程を示すフロー図であり、図１１は、図１０の各製造工程（ステップ）に対応する説明図である。
図１０に示されるように、第２の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造方法は、主に、シリコン基板５を用意する成長基板準備工程（ステップＳ２０１）と、シリコン基板５の表面に触媒膜３を形成する触媒膜形成工程（ステップＳ２０２）と、形成された触媒膜３を構成する触媒粒子を核として取り込みつつ、シリコン基板５の表面にカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる配向成長工程（ステップＳ２０３）と、熔解した金属基板１Ａに、シリコン基板５の表面に配向成長されたカーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂを挿入し、その後、その金属基板１Ａを固化させる基板形成工程（ステップＳ２０４）と、カーボンナノチューブ４・・・をシリコン基板５から分離する基板分離工程（ステップＳ２０５）と、の５工程（５ステップ）により構成されている。
ステップＳ２０１における成長基板準備工程は、図１１（ａ）に示されるように、カーボンナノチューブ４・・・を形成するシリコン基板５の準備を行う工程である。
シリコン基板５は、例えば、ｎ型シリコンにより構成される板状部材である。
ステップＳ２０２における触媒膜形成工程は、図１１（ｂ）に示されるように、触媒膜形成装置２００により、シリコン基板５の表面に触媒膜３を形成して成長基板５５を形成する工程である。
ステップＳ２０３における配向成長工程は、図１１（ｃ）に示されるように、配向成長装置３００により、成長基板５５のシリコン基板５の表面にカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる工程である。
カーボンナノチューブ４・・・は、図２に示される配向成長装置３００により配向成長され、形成される。
なお、配向成長工程におけるカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる方法は、第１の実施の形態のステップＳ１０４とほぼ同様であり、また、配向成長装置３００は同様の装置であるので、説明は省略する。
ステップＳ２０４における基板形成工程は、図１１（ｄ）に示されるように、基板形成装置５５０により、熔解した金属基板１Ａに、シリコン基板５の表面に配向成長されたカーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂを挿入し、その後、その金属基板１Ａを固化させる工程である。
金属基板１Ａは、例えば、銅、アルミニウム、クロム、ステンレス鋼などの導電性物質により構成される。
金属基板１Ａが、例えば、銅により構成されている場合、基板形成装置５５０により金属基板１Ａを融点（約１０８４℃）以上に加熱して熔解し、配向成長工程（Ｓ２０３）においてシリコン基板５の表面に配向成長されたカーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂを、所定の深さにまで挿入する。次いで、基板形成装置５５０により金属基板１Ａを冷却し、金属基板１Ａを固化させてカーボンナノチューブ４・・・を金属基板１Ａに固定するように植設する。この基板形成工程は、カーボンナノチューブ植設工程ともいえ、基板形成装置５５０はカーボンナノチューブ植設装置ともいえる。
ステップＳ２０５における基板分離工程は、図１１（ｅ）に示されるように、基板分離装置６００により、シリコン基板５からカーボンナノチューブ４・・・を分離し、金属基板１Ａにカーボンナノチューブ４・・・を配設する工程である。
シリコン基板５からカーボンナノチューブ４・・・を分離する方法としては、例えば、基板分離装置６００としての加熱装置によりシリコン基板５を加熱し、熔解したシリコン基板５からカーボンナノチューブ４・・・を抜き取る方法がある。
また、シリコン基板５からカーボンナノチューブ４・・・を分離する方法として、例えば、基板分離装置６００としてのレーザ照射装置により、シリコン基板５側に近い部分でカーボンナノチューブ４・・・にレーザを照射することによりカーボンナノチューブ４・・・を切断する方法がある。
また、シリコン基板５からカーボンナノチューブ４・・・を分離する方法として、例えば、基板分離装置６００としての磁石（電磁石あるいは永久磁石）により、シリコン基板５に触媒として分布配置されている鉄或いは分離用に配置されている鉄を磁石に引き寄せることにより、シリコン基板５に力を加えてカーボンナノチューブ４・・・を分離する方法がある。
このように、金属基板１Ａに植設されたカーボンナノチューブ４・・・は、例えば、直径は、数ｎｍ〜十数ｎｍで、長さは、１μｍ〜数十μｍであり、１００万〜１００億本／ｍｍ２程度、形成されている。
このように、本実施の形態にかかるカーボンナノチューブの製造方法によれば、メタノール蒸気Ｍ・・・をマイナスイオン発生器１０によりマイナスの電荷にチャージしたメタノールイオンＭｉ・・・を、電界中に置かれた成長基板５５のシリコン基板５の表面で熱分解させることにより、カーボンナノチューブ４・・・をシリコン基板５の表面に配向成長させた後、金属基板１Ａに植設することにより、カーボンナノチューブ４・・・を形成、製造することができる。そして、本発明によれば、電界中でカーボンナノチューブを形成することにより、容易に配向性よくカーボンナノチューブを成長させることができる。
特に、シリコン基板５の表面に配向成長させたカーボンナノチューブ４・・・を金属基板１Ａに植設し、移植するので、高価なシリコン基板５を複数回にわたって使用することができることとなって、製造コストを抑えることができる。
また、成長基板５０のシリコン基板５の表面で熱分解させるメタノールイオンＭｉ・・・は、カーボンナノチューブ４・・・が形成される反応速度に応じて送られるので、生成効率よくカーボンナノチューブ４・・・を製造することができるとともに、そのようにカーボンナノチューブ４・・・を形成する必要分のメタノールイオンＭｉ・・・が、高温に加熱されたアノード電極２３や金属基板１に供給されるので、供給過剰なメタノールが爆発、炎上することを防止する上で、装置の維持、管理を行いやすく、安全である。
次に、第２の実施の形態の別の実施の形態について説明する。
図１２は、第２の実施の形態の別の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造工程の説明図である。
図１２に示されるように、第２の実施の形態の別の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造方法は、主に、シリコン基板５を用意する成長基板準備工程（図１２（ａ））と、シリコン基板５の表面に触媒膜３を形成する触媒膜形成工程（図１２（ｂ））と、形成された触媒膜３を構成する触媒粒子を核として取り込みつつ、シリコン基板５の表面にカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる配向成長工程（図１２（ｃ））と、配向成長させたカーボンナノチューブ４・・・の側面周囲を覆う金属膜１１１ａを蒸着する金属膜蒸着工程（図１２（ｄ））と、熔解した金属基板１Ａに、カーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂを挿入し、その後、その金属基板１Ａを固化させる基板形成工程（図１２ｅ））と、カーボンナノチューブ４・・・をシリコン基板５から分離する基板分離工程（図１２（ｆ））と、金属膜１１１ａを除去する金属膜除去工程（図１２（ｇ））と、の７工程により構成されている。
図１２（ａ）に示される成長基板準備工程は、カーボンナノチューブ４・・・を形成するシリコン基板５の準備を行う工程である。
シリコン基板５は、例えば、ｎ型シリコンにより構成される板状部材である。
図１２（ｂ）に示される触媒膜形成工程は、触媒膜形成装置２００により、シリコン基板５の表面に触媒膜３を形成して成長基板５５を形成する工程である。
図１２（ｃ）に示される配向成長工程は、配向成長装置３００により、成長基板５５のシリコン基板５の表面にカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる工程である。
カーボンナノチューブ４・・・は、図２に示される配向成長装置３００により配向成長され、形成される。
なお、配向成長工程におけるカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる方法は、第１の実施の形態のステップＳ１０４とほぼ同様であり、また、配向成長装置３００は同様の装置であるので、説明は省略する。
図１２（ｄ）に示される金属膜蒸着工程は、例えば、金属膜蒸着装置により、カーボンナノチューブ４・・・の側面周囲及びシリコン基板５の表面に金属膜１１１ａを蒸着する工程である。なお、金属膜蒸着装置は、触媒膜形成装置２００と同様の装置であり、例えば、真空蒸着装置、分子線蒸着（ＭＢＥ）装置、イオンプレーティング装置、イオンビーム蒸着装置、スパッタリング装置、メッキ装置である。
そして、金属膜蒸着装置は、シリコン基板５の表面側に、導電性の金属、例えば、アルミニウムや銅、銀、ニッケルなどの金属膜１１１ａを数ｎｍ〜数百ｎｍの厚さに蒸着する。
なお、この金属膜１１１ａは、カーボンナノチューブ４・・・を完全に覆うことはなく、カーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂは金属膜１１１ａ表面に突出している。
図１２（ｅ）に示される基板形成工程は、基板形成装置５５０により、熔解した金属基板１Ａに、シリコン基板５の表面に配向成長されたカーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂを挿入し、その後、その金属基板１Ａを固化させて、カーボンナノチューブ４・・・を金属基板１Ａに植設する工程である。金属基板１Ａは、例えば、銅、アルミニウム、クロム、ステンレス鋼などの導電性物質により構成される。
なお、カーボンナノチューブ４を金属膜１１１ａで覆う金属膜蒸着処理を予め行うことにより、熔解した金属基板１Ａがカーボンナノチューブ４に接合し易くなる。この現象はハンダ付けなどのいわゆるヌレ現象と同様であり、一度でも蒸着などでカーボンナノチューブ４に金属が付着すると、熔解した金属基板１Ａは容易にカーボンナノチューブ４に付着しやすくなるので、その現象を利用することにより、好適にカーボンナノチューブ４・・・を金属基板１Ａに植設する。
図１２（ｆ）に示される基板分離工程は、基板分離装置６００により、シリコン基板５からカーボンナノチューブ４・・・を分離し、金属基板１Ａにカーボンナノチューブ４・・・を配設する工程である。なお、その方法は、第２の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
図１２（ｇ）に示される金属膜除去工程は、金属膜除去装置により、金属膜１１１ａを除去する工程である。
金属膜除去装置は、例えば、金属膜１１１ａを溶解する装置であり、金属膜除去装置に貯留された金属膜溶解液（例えば、塩酸、硝酸、硫酸など）により、金属膜１１１ａを選択的に溶解する。
なお、金属膜溶解液は、金属膜１１１ａを構成する金属と、金属基板１Ａを構成する金属の組み合わせに応じて、金属膜１１１ａを選択的に溶解するものを用いることが好ましい。また、金属膜溶解液の種類に応じて、金属膜１１１ａを構成する金属と、金属基板１Ａを構成する金属の組み合わせを考慮して形成することが好ましい。
このように、金属基板１Ａに植設されたカーボンナノチューブ４・・・は、例えば、直径は、数ｎｍ〜十数ｎｍで、長さは、１μｍ〜数十μｍであり、１００万〜１００億本／ｍｍ２程度、形成されている。
このようなカーボンナノチューブの製造方法によっても、容易に配向性よくカーボンナノチューブを成長させることができる。そして、金属基板１Ａにカーボンナノチューブ４・・・を配向性よく配設することができる。
なお、図１２（ｇ）に示される金属基板１Ａには、その金属基板１Ａの片面側にカーボンナノチューブ４・・・が露出するように配設されているが、金属基板１Ａの両面側にカーボンナノチューブ４・・・が露出するように配設されるようにしてもよい。
例えば、第２の実施の形態の別の実施の形態であるカーボンナノチューブの製造工程における基板分離工程（図１２（ｆ）参照）において形成された、図１３（ａ）に示されるような、金属基板１Ａと金属膜１１１ａの２層間にわたるようにカーボンナノチューブ４・・・が埋設された部材を、所定の溶解液（例えば、塩酸、硝酸、硫酸など）に浸漬し、金属基板１Ａと金属膜１１１ａとを所定量溶解することにより、図１３（ｂ）に示されるように、金属基板１Ａの両面側にカーボンナノチューブ４・・・が露出するようにすることができる。なお、カーボンナノチューブ４・・・は、金属基板１Ａを貫通するようにその両面側に露出している。
カーボンナノチューブ４・・・が金属基板１Ａなどの表面から露出する程度は、金属基板１Ａや金属膜１１１ａを溶解する程度により調整することができる。そして、各カーボンナノチューブ４・・・は、金属基板１Ａなどの表面から適当な寸法突出し、露出するようになっている。
なお、溶解液は、金属基板１Ａと金属膜１１１ａとをともに溶解することができる溶解液でもよく、また、金属基板１Ａと金属膜１１１ａとをそれぞれ溶解する複数種類の溶解液であってもよい。
このような、図１３（ｂ）に示される、金属基板１Ａの両面側にカーボンナノチューブ４・・・が露出する部材の利用分野について説明する。
カーボンナノチューブ４は、電界中において電子ｅを放出する物質として知られており、電子放出電極として利用されることがある。
この電子を放出する現象は、一般に電界放出と呼ばれる現象であり、固体表面に強い電界がかかると、電子を固体内に閉じこめている表面のポテンシャル障壁が低く且つ薄くなり、電子がトンネル効果により真空中に放出される現象である。特に、曲率半径が小さい物質が電界中に置かれると、曲率半径が小さい尖った領域に電荷が集中し、電子の放出が容易になる。これは、電荷の先端集中現象といわれる放電工学ではよく知られた現象である。特に、ダイヤモンド構造（ｄｉａｍｏｎｄ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の物質は負性電子親和力（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ａｆｆｉｎｉｔｙ）があり、伝導電子が容易に放出される性質を有する。
このようなダイヤモンド構造的物質には、カーボンナノチューブ４のように、主に炭素原子より構成されるものが挙げられる。このカーボンナノチューブ４は直径が小さい細い物質なので電荷の先端集中現象によりカーボンナノチューブ４内の電子はクーロン力により最もプラス電位に近い領域に集中する。ここで、カーボンナノチューブ４に加えられる電界が電子放出のしきい値よりも大きい場合には、カーボンナノチューブ４の曲率半径が小さい先端部に集中した電子の一部が空間に放出される。また、このカーボンナノチューブ４は直径が数ナノメートルの極めて細いチューブ状物質であり、弱い電界でも電子の放出が起こる。
カーボンナノチューブ４の電子放出量はカーボンナノチューブ４の温度に比例して指数関数的に増加する。従って、カーボンナノチューブ４から多量に電子を放出させるには、図１４に示すように熱源Ｈを用いてカーボンナノチューブ４の温度を上昇させることによりカーボンナノチューブ４の内部の電子が持つエネルギーを増加する必要がある。カーボンナノチューブ４の中を熱は非常に高速に伝導するので、熱源Ｈからの熱エネルギーが金属膜１１１ａや金属基板１Ａを介して間接的にカーボンナノチューブ４に伝えられる場合よりも、カーボンナノチューブ４に直接的に熱が伝導される場合の方が電子放出の効率を向上させることができる。従って、電子放出電極としての最適な構造は、図１４に示すように、電極を貫通するようにその電極の両面にカーボンナノチューブ４が露出する構造である。
図１４に示すように、金属膜１１１ａ側の面に突出して配置されるカーボンナノチューブ４を熱源Ｈにより直接的に加熱し、金属基板１Ａ側の面に露出して配置されたカーボンナノチューブ４から電子を放出する場合、熱エネルギーが効率よく電子の運動エネルギーに変換される。カーボンナノチューブ４の先端から電子を持続的に放出するためには、金属基板１Ａ等を経由して電子をカーボンナノチューブ４に供給する必要がある。供給される電子は、カーボンナノチューブ４から放出された電子が、電子収集電極や負荷抵抗を経由して電子放出電極に再び帰還したものである。図１４に示す電子放出と電子供給が持続的に繰り返すならば、電子は循環することとなり消費されない。この電子が負荷抵抗を通過する際に電子の運動エネルギーが熱エネルギーとして外部に放出されるが、この放出エネルギーに相当する熱エネルギーは熱源Ｈから供給されるので、エネルギーの保存則は成立する。
例えば、熱源として自動車のエンジンから発生する熱エネルギーや、焼却炉においてゴミなどが燃焼される際に発生する熱エネルギーなど、排熱のエネルギーを有効に利用することができる。このような排熱のエネルギーを有効に利用する技術は、持続的に地球環境を保持するためには必要な技術である。
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、第１、第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
図１５は、本発明の第３の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造装置を示すブロック図である。
図１５に示されるように、カーボンナノチューブ製造装置３０００は、シリコン層であるシリコン基板５の表面に触媒膜３を形成して成長基板５５を形成する触媒膜形成装置２００と、触媒膜３の触媒作用を利用し、成長基板５５（シリコン基板５）に複数のカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる配向成長装置３００と、配向成長させたカーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂ側に金属膜１１１ａを蒸着する金属膜蒸着装置７００と、蒸着した金属膜１１１ａにさらに金属層１１１ｂをメッキする金属層メッキ装置８００と、カーボンナノチューブ４・・・をシリコン基板５から分離する基板分離装置６００等により構成されている。
このカーボンナノチューブ製造装置３０００におけるカーボンナノチューブの製造方法について説明する。
図１６は、本発明の第３の実施の形態におけるカーボンナノチューブ製造方法の製造工程を示すフロー図であり、図１７は、図１６の各製造工程（ステップ）に対応する説明図である。
図１６に示されるように、第３の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造方法は、主に、シリコン基板５を用意する成長基板準備工程（Ｓ３０１）と、シリコン基板５の表面に触媒膜３を形成する触媒膜形成工程（Ｓ３０２）と、形成された触媒膜３を構成する触媒粒子を核として取り込みつつ、シリコン基板５の表面にカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる配向成長工程（Ｓ３０３）と、配向成長させたカーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂ側に金属膜１１１ａを蒸着する金属膜蒸着工程（Ｓ３０４）と、蒸着した金属膜１１１ａにさらに金属層１１１ｂをメッキする金属層形成工程としての金属層メッキ工程（Ｓ３０５）と、カーボンナノチューブ４・・・をシリコン基板５から分離する基板分離工程（Ｓ３０６）と、の６工程（６ステップ）により構成されている。
ステップＳ３０１における成長基板準備工程は、図１７（ａ）に示されるように、カーボンナノチューブ４・・・を形成するシリコン基板５の準備を行う工程である。
シリコン基板５は、例えば、ｎ型シリコンにより構成される板状部材である。
ステップＳ３０２における触媒膜形成工程は、図１７（ｂ）に示されるように、触媒膜形成装置２００により、シリコン基板５の表面に触媒膜３を形成して成長基板５５を形成する工程である。
ステップＳ３０３における配向成長工程は、図１７（ｃ）に示されるように、配向成長装置３００により、成長基板５５のシリコン基板５の表面にカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる工程である。
カーボンナノチューブ４・・・は、図２に示される配向成長装置３００により配向成長され、形成される。
なお、配向成長工程におけるカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる方法は、第１の実施の形態のステップＳ１０４とほぼ同様であり、また、配向成長装置３００は同様の装置であるので、説明は省略する。
ステップＳ３０４における金属膜蒸着工程は、図１７（ｄ）に示されるように、金属膜蒸着装置７００により、カーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂ側に金属膜１１１ａを蒸着する工程である。なお、金属膜蒸着装置７００は、触媒膜形成装置２００と同様の装置であり、例えば、真空蒸着装置、分子線蒸着（ＭＢＥ）装置、イオンプレーティング装置、イオンビーム蒸着装置、スパッタリング装置、メッキ装置である。
そして、金属膜蒸着装置７００は、カーボンナノチューブ４・・・の先端部４ｂ側に、例えば、アルミニウムやニッケル、銅の金属膜１１１ａを数ｎｍ〜数百ｎｍの厚さに蒸着する。
ステップＳ３０５における金属層メッキ工程は、図１７（ｅ）に示されるように、金属層メッキ装置８００により、蒸着した金属膜１１１ａにさらに金属層１１１ｂをメッキする工程である。なお、金属層メッキ装置８００は、一般的なメッキ装置を適用することができる。
そして、例えば、金属層メッキ装置８００のメッキ槽中に貯留した銅メッキ用溶液（例えば、硫酸銅（ＣｕＳＯ４）５０グラム、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）１２．５ｃｃ、水（Ｈ２Ｏ）２２５ｃｃ、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）微量、の配合割合）に、シリコン基板５（表面に形成されたカーボンナノチューブ４・・・に金属膜１１１ａが蒸着されたシリコン基板５）を浸漬して、その金属膜１１１ａの表面に金属層１１１ｂ（例えば、銅で構成される金属層）を数ｎｍ〜数百ｎｍの厚さにメッキする。なお、本実施の形態においては、４０〜５０℃の銅メッキ用溶液中に浸漬したシリコン基板５の金属膜１１１ａに、０．０５〜０．１Ａの電流密度によるメッキ処理を１時間行い、金属層１１１ｂを形成した。
なお、金属層メッキ装置８００によるメッキは銅メッキに限らず、金、インジウム、銀、ニッケル合金（Ｐｕｒｅ  Ｎｉ，Ｎｉ−Ｆｅ系，Ｎｉ−Ｃｒ系，Ｎｉ−Ｃｕ系）、コバルト合金（Ｐｕｒｅ  Ｃｏ，Ｃｏ−Ｎｉ系，Ｃｏ−Ｃｒ系，Ｃｏ−Ｆｅ系）、鉄合金（Ｐｕｒｅ  Ｆｅ，Ｆｅ−Ｃｒ系，Ｆｅ−Ｔａ系）、アルミニウム合金（Ｐｕｒｅ  Ａｌ，Ａｌ−Ｃｕ系，Ａｌ−Ｔｉ系，Ａｌ−Ｎｄ系）などの金属によるメッキであってもよい。
ステップＳ３０６における基板分離工程は、図１７（ｆ）に示されるように、基板分離装置６００により、シリコン基板５からカーボンナノチューブ４・・・を分離し、金属基板（金属膜１１１ａ、金属層１１１ｂ）にカーボンナノチューブ４・・・を配設する工程である。
シリコン基板５からカーボンナノチューブ４・・・を分離する方法としては、第２の実施の形態で説明した方法の他、例えば、シリコン基板５に大電流を流してシリコン基板５を高温にして、カーボンナノチューブ４・・・が剥がれ易くして分離する方法や、超音波をシリコン基板５に作用させることによりカーボンナノチューブ４・・・を剥がれ易くして分離する方法などがある。
このように、金属膜１１１ａと金属層１１１ｂにより構成される金属基板に植設されたカーボンナノチューブ４・・・は、例えば、直径は、数ｎｍ〜十数ｎｍで、長さは、１μｍ〜数十μｍであり、１００万〜１００億本／ｍｍ２程度、形成されている。
このような装置、方法であっても、第１、第２の実施の形態と同様に、好適にカーボンナノチューブ４を形成することができる。そして、金属基板にカーボンナノチューブ４・・・を配向性よく配設することができる。
なお、図１７（ｅ）に示される金属層メッキ工程により、金属層１１１ｂが形成されたシリコン基板５のカーボンナノチューブ４を再び配向成長装置３００により成長させてもよい。
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、第１から第３の実施の形態と同一部分には同一符号を付し、異なる部分についてのみ説明する。
図１８、図１９は、本発明の第４の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造工程の説明図である。
図１８、１９に示されるように、第４の実施の形態におけるカーボンナノチューブの製造方法は、本発明の第３の実施の形態において製造された、図１７（ｆ）に示される金属膜１１１ａと金属層１１１ｂとからなる金属基板にカーボンナノチューブ４・・・が配設されたカーボンナノチューブ基板（ＣＮＴ基板）をもとに、より多くのＣＮＴ基板を製造するようにカーボンナノチューブを製造する方法である。
図１８（ａ）は、第３の実施の形態において製造されたＣＮＴ基板である。
このＣＮＴ基板を、配向成長装置３００の所定の位置（電界発生装置２０のアノード基板２３上）に載置し、第２の配向成長工程としてＣＮＴ基板に配設されたカーボンナノチューブ４・・・の先端部から、さらにカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させる（図１８（ｂ）参照）。
次いで、第２の実施の形態における金属膜蒸着工程（図１２（ｄ）参照）と同様に、例えば、金属膜蒸着装置により、第２の金属層形成工程としてカーボンナノチューブ４・・・の側面周囲及び金属膜１１１ａの表面に金属層１１１ｂを蒸着する（図１８（ｃ）参照）。
そして、さらに、配向成長装置３００によりカーボンナノチューブ４・・・を配向成長させ（図１８（ｄ）参照）、そのカーボンナノチューブ４・・・の側面周囲及び金属層１１１ｂの表面に、金属膜蒸着装置によって金属層１１１ｂを蒸着する（図１８（ｅ）参照）。
このように、カーボンナノチューブ４・・・の配向成長と、金属層１１１ｂの蒸着を繰り返すことにより、図１９（ｆ）に示されるように、カーボンナノチューブ４・・・をより長く配向成長させるとともに、厚い金属層１１１ｂにより覆ったＣＮＴ基板状のものを形成する。
そして、図１９（ｆ）に示されるＣＮＴ基板状のものの、厚い金属層１１１ｂ部分をカーボンナノチューブ４の配向成長方向と垂直に、ダイヤモンドカッターなどを有する切断装置によって、所定の厚さに切断する（図１９（ｇ）参照）。
次いで、図１９（ｇ）に示される切断片の金属層１１１ｂの切断面側を、例えば、金属層除去装置により、所定の厚み分除去する。金属層除去装置は、例えば、金属層１１１ｂを溶解する装置であり、金属層除去装置に貯留された金属層溶解液（例えば、塩酸、硝酸、硫酸など）により、金属層１１１ｂを溶解する。
そして、金属層１１１ｂを所定の厚み分溶解して除去することにより、金属層１１１ｂからカーボンナノチューブ４・・・が所定の長さ露出する（図１９（ｈ）参照）。
このように、金属層１１１ｂからカーボンナノチューブ４・・・が所定の長さ延出した、金属層１１１ｂとカーボンナノチューブ４・・・とからなる図１９（ｈ）に示されるようなＣＮＴ基板を形成することができる。
このように、金属層１１１ｂにより構成される金属基板に配設されたカーボンナノチューブ４・・・は、例えば、直径は、数ｎｍ〜十数ｎｍで、長さは、１μｍ〜数十μｍであり、１００万〜１００億本／ｍｍ２程度、形成されている。
このような方法であっても、第１から第３の実施の形態と同様に、好適にカーボンナノチューブ４を形成することができる。そして、金属基板にカーボンナノチューブ４・・・を配向性よく配設することができる。
特に、金属基板（金属膜１１１ａ、金属層１１１ｂ）にカーボンナノチューブ４・・・が配設されたＣＮＴ基板をもとに、カーボンナノチューブ４・・・の配向成長と、金属層１１１ｂの蒸着（積層）を繰り返すことにより、より多くのＣＮＴ基板（金属層１１１ｂとカーボンナノチューブ４とからなるＣＮＴ基板）を形成することができる。
また、高価なシリコン基板を製造工程に必要としないので、製造コストを抑えることができる。
また、スパッタリング装置などの触媒膜形成装置により、触媒膜を形成する工程を必要としないので、製造コストを抑えることができる。
特に、図１９（ｆ）に示されるようなＣＮＴ基板状のものを応用することにより、非常に長いカーボンナノチューブ４・・・入りの銅線（金属層１１１ｂを銅により構成した場合）を製造することができる。その銅線（導線）における送電方向にカーボンナノチューブ４・・・が配向よく配設されていることにより、超低抵抗の導線とすることができ、電力の送電損失を大幅に低下させることができる導線となる。
なお、図１９（ｇ）に示される切断片の金属層１１１ｂの切断面側を、金属層除去装置により、所定の厚み分溶解する際、図１９（ｈ）に示されるように、一方の切断面側を溶解することに限らず、図１９（ｉ）に示されるように、金属層１１１ｂの両面を溶解し、金属層１１１ｂを貫通するようにその金属層１１１ｂの両面にカーボンナノチューブ４が露出する構造のＣＮＴ基板とするようにしてもよい。
このように、本発明にかかるカーボンナノチューブの製造装置、製造方法を用いれば、生産効率よく、配向性に優れたカーボンナノチューブ４・・・を製造することができる。また、このカーボンナノチューブの製造装置は、カーボンナノチューブ４・・・の原料としてメタノールを用いる場合であっても、メタノールが爆発、炎上することを防止する上で、装置の維持、管理を行いやすい。
なお、以上の実施の形態においては、原料としての有機物をメタノールを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、有機物は、カーボン（Ｃ）を含む有機物であればよく、例えば、エタノール、１−ブタノール、１−オクタノールなどを用いてもよい。
なお、使用する有機物の種類により、様々な種類、形状のカーボンナノチューブを形成することができる。
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
例えば、カーボンナノチューブを成長させるとき、場所による不均一をなくすために、成長基板を回転させるようにしてもよい。
例えば、装置内のガス置換を不活性ガス（アルゴン）置換するのでなく、窒素ガス置換をしてもよい。
【産業上の利用可能性】  本発明のカーボンナノチューブ製造装置を用いるカーボンナノチューブ製造方法によっては、気相中、電界の作用により、カーボンナノチューブを電界の向きに成長させて、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。従って、従来のアルコール溶液にシリコン基板を浸漬させてカーボンナノチューブを形成させるものよりも、より維持、管理が容易で、配向性よくカーボンナノチューブを製造することができる。
配向性よく並んだ複数のカーボンナノチューブによっては、殆ど全てのカーボンナノチューブの長さ方向に電界を加えることが可能になり、電界がカーボンナノチューブの先端に集中し、そこに電子が局所的に集中する。そして、カーボンナノチューブの先端から高効率に電子を放出することができ、電子の放出効率を向上させることができる。
従って、カーボンナノチューブから電子を放出させる電子放出電極として利用することができ、電子放出電極から放出させた電子を循環させて、電流を発生させる発電装置に適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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