(57)【要約】【課題】基材への密着性に優れる炭素膜及びその製造方法、並びに該炭素膜を形成することができる繊維状炭素ナノ構造体分散液及びその製造方法の提供。【解決手段】本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、溶媒と、ｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子とを含み、該イオン粒子の濃度が０．２０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法は、溶媒と、ｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、任意にイオン粒子とを含む粗分散液を、キャビテーション効果又は解砕効果が得られる分散処理に供して、該繊維状炭素ナノ構造体と該イオン粒子とを分散させる工程を含む。本発明の炭素膜の製造方法は、本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液から溶媒を除去して、炭素膜を成膜する工程を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒と、吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子とを含み、
該イオン粒子の濃度が０．２０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、繊維状炭素ナノ構造体分散液。
【請求項２】
前記繊維状炭素ナノ構造体の前記ｔ−プロットの屈曲点が、関係式：０．２≦ｔ（ｎｍ）≦１．５を満たす範囲にある、請求項１に記載の繊維状炭素ナノ構造体分散液。
【請求項３】
前記繊維状炭素ナノ構造体の前記ｔ−プロットから得られる全比表面積Ｓ１及び内部比表面積Ｓ２が、関係式：０．０５≦Ｓ２／Ｓ１≦０．３０を満たす範囲にある、請求項１又は２に記載の繊維状炭素ナノ構造体分散液。
【請求項４】
前記繊維状炭素ナノ構造体が、カーボンナノチューブを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維状炭素ナノ構造体分散液。
【請求項５】
前記繊維状炭素ナノ構造体が、単層カーボンナノチューブを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の分散液。
【請求項６】
前記イオン粒子が、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、イオン性有機種、及びイオン性高分子からなる群より選択される少なくとも１つである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維状炭素ナノ構造体分散液。
【請求項７】
溶媒中に、吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、任意にイオン粒子とを添加してなる粗分散液を、キャビテーション効果又は解砕効果が得られる分散処理に供して、該繊維状炭素ナノ構造体と任意に該イオン粒子とを分散させる工程を含む、繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法であって、
該繊維状炭素ナノ構造体分散液中の該イオン粒子の濃度が０．２０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法。
【請求項８】
前記繊維状炭素ナノ構造体の前記ｔ−プロットの屈曲点が、関係式：０．２≦ｔ（ｎｍ）≦１．５を満たす範囲にある、請求項７に記載の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法。
【請求項９】
前記繊維状炭素ナノ構造体の前記ｔ−プロットから得られる全比表面積Ｓ１及び内部比表面積Ｓ２が、関係式：０．０５≦Ｓ２／Ｓ１≦０．３０を満たす範囲にある、請求項７又は８に記載の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法。
【請求項１０】
前記繊維状炭素ナノ構造体が、カーボンナノチューブを含む、請求項７〜９のいずれか１項に記載の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法。
【請求項１１】
前記繊維状炭素ナノ構造体が、単層カーボンナノチューブを含む、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法。
【請求項１２】
前記イオン粒子が、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、イオン性有機種、及びイオン性高分子からなる群より選択される少なくとも１つである、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜６のいずれか1項に記載の繊維状炭素ナノ構造体分散液から溶媒及び任意にイオン粒子を除去して、炭素膜を成膜する工程を含む、炭素膜の製造方法。
【請求項１４】
吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子とを含む、炭素膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維状炭素ナノ構造体分散液及びその製造方法、炭素膜の製造方法並びに炭素膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、導電性、熱伝導性及び機械的特性に優れる材料として、繊維状炭素材料、特にはカーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」と称することがある。）等の繊維状炭素ナノ構造体が注目されている。
【０００３】
しかし、ＣＮＴ等の繊維状炭素ナノ構造体は直径がナノメートルサイズの微細な構造体であるため、単体では取り扱い性や加工性が悪い。そこで、例えば、ＣＮＴを分散させた溶液（分散液）を調製し、この溶液を基材等に塗布することで、複数本のＣＮＴを膜状に集合させて、「バッキーペーパー」と称されることもあるカーボンナノチューブ膜（以下、「ＣＮＴ膜」と称することがある。）を形成し、当該ＣＮＴ膜を導電膜等として用いること等が提案されている。また、ＣＮＴを分散させた分散液としては、例えば、溶媒中にＣＮＴとイオン粒子とを分散させたナノチューブ塗布溶液が知られている（特許文献１）。当該ナノチューブ塗布溶液では、ＣＮＴ濃度とイオン粒子濃度とを制御して、形成されるチューブファブリック層内に発現されるＣＮＴのラフト化の度合いを制御することによって、チューブファブリック層及び炭素膜内のＣＮＴの密度、多孔率及び／又は間隙サイズを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１００６６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のナノチューブ塗布溶液は、使用するＣＮＴについて何ら限定しておらず、当該ナノチューブ塗布溶液を用いて得られた炭素膜は、基材への密着性が不充分であった。
【０００６】
そこで、本発明は、基材への密着性に優れる繊維状炭素ナノ構造体含有膜を形成することができる繊維状炭素ナノ構造体分散液及びその製造方法、並びに基材への密着性に優れる炭素膜の製造方法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】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った。そして、本発明者らは、特定の繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを組み合わせて用いることにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れ、更に諸特性、特に基材への密着性に優れる炭素膜を形成することができる繊維状炭素ナノ構造体分散液が得られることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、溶媒と、吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子とを含み、該イオン粒子の濃度が０．２０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする。吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子とを含み、該イオン粒子を０．２０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下の濃度で含むことにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れる分散液を得ることができる。この繊維状炭素ナノ構造体分散液を用いると、基材への密着性に優れる炭素膜を形成することができる。
【０００９】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液では、前記繊維状炭素ナノ構造体の前記ｔ−プロットの屈曲点が、関係式：０．２≦ｔ（ｎｍ）≦１．５を満たす範囲にあることが好ましい。ｔ−プロットの屈曲点が、関係式：０．２≦ｔ（ｎｍ）≦１．５を満たす範囲にある繊維状炭素ナノ構造体を使用することにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めることができ、形成される炭素膜の基材への密着性を高めることができる。
【００１０】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液では、前記繊維状炭素ナノ構造体の前記ｔ−プロットから得られる全比表面積Ｓ１及び内部比表面積Ｓ２が、関係式：０．０５≦Ｓ２／Ｓ１≦０．３０を満たす範囲にあることが好ましい。ｔ−プロットから得られる全比表面積Ｓ１及び内部比表面積Ｓ２が、関係式：０．０５≦Ｓ２／Ｓ１≦０．３０を満たす範囲にある繊維状炭素ナノ構造体を使用することにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めることができ、形成される炭素膜の基材への密着性を高めることができる。
【００１１】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液では、前記繊維状炭素ナノ構造体が、カーボンナノチューブを含むことが好ましい。カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用することにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めることができ、基材への密着性及び強度に優れる炭素膜を形成することができる。
【００１２】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液では、前記繊維状炭素ナノ構造体が、単層カーボンナノチューブを含むことがより好ましい。単層カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用することにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性をより高めることができ、形成される炭素膜の基材への密着性及び強度をより高めることができる。
【００１３】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液では、前記イオン粒子が、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、イオン性有機種、及びイオン性高分子からなる群より選択される少なくとも１つであることが好ましい。これらをイオン粒子として使用することにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性をより高めることができ、形成される炭素膜の基材への密着性をより高めることができる。
【００１４】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法は、溶媒中に、吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、任意にイオン粒子とを添加してなる粗分散液を、キャビテーション効果又は解砕効果が得られる分散処理に供して、該繊維状炭素ナノ構造体と任意に該イオン粒子とを分散させる工程を含み、該繊維状炭素ナノ構造体分散液中の該イオン粒子の濃度が０．２０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下であることを特徴とする。吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と任意にイオン粒子とを含む粗分散液に分散処理を行うことにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れる分散液を製造することができる。上記所定の濃度でイオン粒子を含み、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れる繊維状炭素ナノ構造体分散液を用いると、基材への密着性に優れる炭素膜を形成することができる。
【００１５】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法では、前記繊維状炭素ナノ構造体の前記ｔ−プロットの屈曲点が、関係式：０．２≦ｔ（ｎｍ）≦１．５を満たす範囲にあることが好ましい。ｔ−プロットの屈曲点が、関係式：０．２≦ｔ（ｎｍ）≦１．５を満たす範囲にある繊維状炭素ナノ構造体を使用することにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めることができ、基材への密着性が高められた炭素膜を形成することができる繊維状炭素ナノ構造体分散液を製造することができる。
【００１６】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法では、前記繊維状炭素ナノ構造体の前記ｔ−プロットから得られる全比表面積Ｓ１及び内部比表面積Ｓ２が、関係式：０．０５≦Ｓ２／Ｓ１≦０．３０を満たす範囲にあることが好ましい。ｔ−プロットから得られる全比表面積Ｓ１及び内部比表面積Ｓ２が、関係式：０．０５≦Ｓ２／Ｓ１≦０．３０を満たす範囲にある繊維状炭素ナノ構造体を使用することにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めることができ、基材への密着性が高められた炭素膜を形成することができる繊維状炭素ナノ構造体分散液を製造することができる。
【００１７】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法では、前記繊維状炭素ナノ構造体が、カーボンナノチューブを含むことが好ましい。カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用することにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めることができ、基材への密着性及び強度に優れる炭素膜を形成することができる繊維状炭素ナノ構造体分散液を製造することができる。
【００１８】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法では、前記繊維状炭素ナノ構造体が、単層カーボンナノチューブを含むことが好ましい。単層カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用することにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性をより高めることができ、基材への密着性及び強度が高められた炭素膜を形成することができる繊維状炭素ナノ構造体分散液を製造することができる。
【００１９】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法では、前記イオン粒子が、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、イオン性有機種、及びイオン性高分子からなる群より選択される少なくとも１つであることが好ましい。これらをイオン粒子として使用することにより、繊維状炭素ナノ構造体の分散性をより高めることができ、基材への密着性が高められた炭素膜を形成することができる繊維状炭素ナノ構造体分散液を製造することができる。
【００２０】
本発明の炭素膜の製造方法は、本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液から溶媒及び任意にイオン粒子を除去して、炭素膜を成膜する工程を含むことを特徴とする。繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れる本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液を使用することにより、基材への密着性に優れる炭素膜を製造することができる。
【００２１】
本発明の炭素膜は、吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子とを含むことを特徴とする。吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子とを含むことにより、炭素膜の導電性を制御することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基材への密着性に優れる炭素膜を形成することができる、繊維状炭素ナノ構造体分散液及びその製造方法、基材への密着性に優れる炭素膜の製造方法、並びに基材への密着性に優れる炭素膜を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、表面に細孔を有する試料のｔ−プロットの一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
（繊維状炭素ナノ構造体分散液）
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、溶媒と、吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子とを含む。
【００２６】
従来のカーボンナノチューブを用いた場合は、酸処理等による金属不純物の除去、ろ過等による粒子状不純物の除去を行った後に凝集物が発生して吸光度が低くなり、分散性に乏しかった。しかしながら、本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体を用いているため、酸処理等による金属不純物の除去、ろ過等による粒子状不純物の除去を行った後であっても、繊維状炭素ナノ構造体が凝集しにくく、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れる。
更に、本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、イオン粒子を０．２０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下の濃度で含むため、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めることができ、基材への密着性に優れる炭素膜を形成することができる。
【００２７】
＜繊維状炭素ナノ構造体＞
ここで、繊維状炭素ナノ構造体分散液に使用する繊維状炭素ナノ構造体としては、吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示すものであれば、特に限定されることなく、例えば、カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維等を用いることができる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
中でも、ｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体としては、カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体を用いることが好ましい。カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、繊維状炭素ナノ構造体が更に凝集しにくくなり、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に一層優れる分散液が得ることができる。また、導電性や強度に一層優れる炭素膜を形成することができる分散液が得られる。
なお、本明細書において、「炭素膜」とは、カーボンナノチューブ等の繊維状炭素ナノ構造体の集合体よりなる膜をいう。
【００２８】
そして、カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体としては、特に限定されることなく、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）のみからなるものを用いてもよいし、ＣＮＴと、ＣＮＴ以外の繊維状炭素ナノ構造体との混合物を用いてもよい。
なお、カーボンナノチューブを含む繊維状炭素ナノ構造体は、ＣＮＴの開口処理が施されておらず、ｔ−プロットが上に凸な形状を示すことがより好ましい。
【００２９】
ここで、一般に、吸着とは、ガス分子が気相から固体表面に取り去られる現象であり、その原因から、物理吸着と化学吸着に分類される。そして、ｔ−プロットの取得に用いられる窒素ガス吸着法では、物理吸着を利用する。なお、通常、吸着温度が一定であれば、繊維状炭素ナノ構造体に吸着する窒素ガス分子の数は、圧力が大きいほど多くなる。また、横軸に相対圧（吸着平衡状態の圧力Ｐと飽和蒸気圧Ｐ０の比）、縦軸に窒素ガス吸着量をプロットしたものを「等温線」といい、圧力を増加させながら窒素ガス吸着量を測定した場合を「吸着等温線」、圧力を減少させながら窒素ガス吸着量を測定した場合を「脱着等温線」という。
そして、ｔ−プロットは、窒素ガス吸着法により測定された吸着等温線において、相対圧を窒素ガス吸着層の平均厚みｔ（ｎｍ）に変換することにより得られる。即ち、窒素ガス吸着層の平均厚みｔを相対圧Ｐ／Ｐ０に対してプロットした、既知の標準等温線から、相対圧に対応する窒素ガス吸着層の平均厚みｔを求めて上記変換を行うことにより、繊維状炭素ナノ構造体のｔ−プロットが得られる（de Boerらによるｔ−プロット法）。
【００３０】
ここで、表面に細孔を有する試料の典型的なｔ−プロットを図１に示す。表面に細孔を有する試料では、窒素ガス吸着層の成長は、次の（１）〜（３）の過程に分類される。そして、下記の（１）〜（３）の過程によって、図１に示すようにｔ−プロットの傾きに変化が生じる。
（１）全表面への窒素分子の単分子吸着層形成過程
（２）多分子吸着層形成とそれに伴う細孔内での毛管凝縮充填過程
（３）細孔が窒素によって満たされた見かけ上の非多孔性表面への多分子吸着層形成過程
【００３１】
そして、本発明で用いる繊維状炭素ナノ構造体のｔ−プロットは、図１に示すように、窒素ガス吸着層の平均厚みｔが小さい領域では、原点を通る直線上にプロットが位置するのに対し、ｔが大きくなると、プロットが当該直線から下にずれた位置となり、上に凸な形状を示す。かかるｔ−プロットの形状は、繊維状炭素ナノ構造体の全比表面積に対する内部比表面積の割合が大きく、繊維状炭素ナノ構造体を構成する炭素ナノ構造体に多数の開口が形成されていることを示しており、その結果として、繊維状炭素ナノ構造体は、凝集しにくくなる。
【００３２】
なお、繊維状炭素ナノ構造体のｔ−プロットの屈曲点は、０．２≦ｔ（ｎｍ）≦１．５を満たす範囲にあることが好ましく、０．４５≦ｔ（ｎｍ）≦１．５を満たす範囲にあることがより好ましく、０．５５≦ｔ（ｎｍ）≦１．０を満たす範囲にあることが更に好ましい。ｔ−プロットの屈曲点の位置が上記範囲であると、繊維状炭素ナノ構造体が更に凝集しにくくなり、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に一層優れる分散液が得られる。
ここで、「屈曲点の位置」とは、前述した（１）の過程の近似直線Ａと、前述した（３）の過程の近似直線Ｂとの交点である。
【００３３】
更に、繊維状炭素ナノ構造体は、ｔ−プロットから得られる全比表面積Ｓ１に対する内部比表面積Ｓ２の比（Ｓ２／Ｓ１）が０．０５以上０．３０以下であるのが好ましい。Ｓ２／Ｓ１が０．０５以上０．３０以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体が更に凝集しにくくなり、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に一層優れる分散液が得ることができる。
また、繊維状炭素ナノ構造体の全比表面積Ｓ１及び内部比表面積Ｓ２は、特に限定されないが、個別には、Ｓ１は、６００ｍ2／ｇ以上１４００ｍ2／ｇ以下であることが好ましく、８００ｍ2／ｇ以上１２００ｍ2／ｇ以下であることが更に好ましい。一方、Ｓ２は、３０ｍ2／ｇ以上５４０ｍ2／ｇ以下であることが好ましい。
ここで、繊維状炭素ナノ構造体の全比表面積Ｓ１及び内部比表面積Ｓ２は、そのｔ−プロットから求めることができる。具体的には、図１に示すｔ−プロットにより説明すると、まず、（１）の過程の近似直線の傾きから全比表面積Ｓ１を、（３）の過程の近似直線の傾きから外部比表面積Ｓ３を、それぞれ求めることができる。そして、全比表面積Ｓ１から外部比表面積Ｓ３を差し引くことにより、内部比表面積Ｓ２を算出することができる。
【００３４】
因みに、繊維状炭素ナノ構造体の吸着等温線の測定、ｔ−プロットの作成、及び、ｔ−プロットの解析に基づく全比表面積Ｓ１と内部比表面積Ｓ２との算出は、例えば、市販の測定装置である「ＢＥＬＳＯＲＰ（登録商標）−ｍｉｎｉ」（日本ベル（株）製）を用いて行うことができる。
【００３５】
また、ＣＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体を使用する場合、繊維状炭素ナノ構造体中のＣＮＴとしては、特に限定されることなく、単層カーボンナノチューブ及び／又は多層カーボンナノチューブを用いることができるが、ＣＮＴは、単層から５層までのカーボンナノチューブであることが好ましく、単層カーボンナノチューブであることがより好ましい。単層カーボンナノチューブを使用すれば、多層カーボンナノチューブを使用した場合と比較し、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れる分散液が得ることができる。
【００３６】
また、繊維状炭素ナノ構造体としては、平均直径（Ａｖ）に対する、直径の標準偏差（σ）に３を乗じた値（３σ）の比（３σ／Ａｖ）が０．２０超０．６０未満の繊維状炭素ナノ構造体を用いることが好ましく、３σ／Ａｖが０．２５超の繊維状炭素ナノ構造体を用いることがより好ましく、３σ／Ａｖが０．４０超の繊維状炭素ナノ構造体を用いることが更に好ましい。３σ／Ａｖが０．２０超０．６０未満の繊維状炭素ナノ構造体を使用すれば、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に一層優れる分散液が得ることができる。
なお、「繊維状炭素ナノ構造体の平均直径（Ａｖ）」及び「繊維状炭素ナノ構造体の直径の標準偏差（σ：標本標準偏差）」は、それぞれ、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択した繊維状炭素ナノ構造体１００本の直径（外径）を測定して求めることができる。そして、繊維状炭素ナノ構造体の平均直径（Ａｖ）及び標準偏差（σ）は、繊維状炭素ナノ構造体の製造方法や製造条件を変更することにより調整してもよいし、異なる製法で得られた繊維状炭素ナノ構造体を複数種類組み合わせることにより調整してもよい。
【００３７】
そして、繊維状炭素ナノ構造体としては、前述のようにして測定した直径を横軸に、その頻度を縦軸に取ってプロットし、ガウシアンで近似した際に、正規分布を取るものが通常使用される。
【００３８】
更に、繊維状炭素ナノ構造体は、ラマン分光法を用いて評価した際に、Ｒａｄｉａｌ Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ（ＲＢＭ）のピークを有することが好ましい。なお、三層以上の多層カーボンナノチューブのみからなる繊維状炭素ナノ構造体のラマンスペクトルには、ＲＢＭが存在しない。
【００３９】
また、繊維状炭素ナノ構造体は、ラマンスペクトルにおけるＤバンドピーク強度に対するＧバンドピーク強度の比（Ｇ／Ｄ比）が１以上２０以下であることが好ましい。Ｇ／Ｄ比が１以上２０以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に一層優れる分散液が得ることができる。
【００４０】
更に、繊維状炭素ナノ構造体の平均直径（Ａｖ）は、０．５ｎｍ以上であることが好ましく、１ｎｍ以上であることが更に好ましく、１５ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることが更に好ましい。繊維状炭素ナノ構造体の平均直径（Ａｖ）が０．５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に一層優れる分散液が得ることができる。
【００４１】
また、繊維状炭素ナノ構造体は、合成時における構造体の平均長さが１００μｍ以上であることが好ましい。なお、合成時の構造体の長さが長いほど、分散時に繊維状炭素ナノ構造体に破断や切断等の損傷が発生し易いので、合成時の構造体の平均長さは５０００μｍ以下であることが好ましい。
そして、繊維状炭素ナノ構造体のアスペクト比（長さ／直径）は、１０を超えることが好ましい。なお、繊維状炭素ナノ構造体のアスペクト比は、透過型電子顕微鏡を用いて無作為に選択した繊維状炭素ナノ構造体１００本の直径及び長さを測定し、直径と長さとの比（長さ／直径）の平均値を算出することにより求めることができる。
【００４２】
更に、繊維状炭素ナノ構造体のＢＥＴ比表面積は、４００ｍ2／ｇ以上であることが好ましく、８００ｍ2／ｇ以上であることがより好ましく、２５００ｍ2／ｇ以下であることが好ましく、１２００ｍ2／ｇ以下であることがより好ましい。繊維状炭素ナノ構造体のＢＥＴ比表面積が４００ｍ2／ｇ以上であれば、得られる分散液を用いて形成した炭素膜の強度及び自立性を更に高めることができる。また、繊維状炭素ナノ構造体のＢＥＴ比表面積が２５００ｍ2／ｇ以下であれば、得られる分散液中の繊維状炭素ナノ構造体の分散性を一層高めることができる。
なお、本発明において、「ＢＥＴ比表面積」とは、ＢＥＴ法を用いて測定した窒素吸着比表面積を指す。
【００４３】
ここで、上述した繊維状炭素ナノ構造体は、後述のスーパーグロース法によれば、カーボンナノチューブ成長用の触媒層を表面に有する基材上に、基材に略垂直な方向に配向した集合体（配向集合体）として得られるが、当該集合体としての、繊維状炭素ナノ構造体の質量密度は、０．００２ｇ／ｃｍ3以上０．２ｇ／ｃｍ3以下であることが好ましい。質量密度が０．２ｇ／ｃｍ3以下であれば、液中での繊維状炭素ナノ構造体同士の結びつきが弱くなるので、繊維状炭素ナノ構造体分散液中で繊維状炭素ナノ構造体を均質に分散させることができる。また、質量密度が０．００２ｇ／ｃｍ3以上であれば、繊維状炭素ナノ構造体の一体性を向上させ、バラけることを抑制できるため取り扱いが容易になる。
【００４４】
更に、繊維状炭素ナノ構造体は、複数の微小孔を有することが好ましい。繊維状炭素ナノ構造体は、中でも、孔径が２ｎｍよりも小さいマイクロ孔を有するのが好ましく、その存在量は、下記の方法で求めたマイクロ孔容積で、好ましくは０．４０ｍＬ／ｇ以上、より好ましくは０．４３ｍＬ／ｇ以上、更に好ましくは０．４５ｍＬ／ｇ以上であり、上限としては、通常、０．６５ｍＬ／ｇ程度である。繊維状炭素ナノ構造体が上記のようなマイクロ孔を有することで、液中での繊維状炭素ナノ構造体の凝集が抑制され、得られる分散液中の繊維状炭素ナノ構造体の分散性を一層高めることができる。なお、マイクロ孔容積は、例えば、繊維状炭素ナノ構造体の調製方法及び調製条件を適宜変更することで調整することができる。
ここで、「マイクロ孔容積（Ｖｐ）」は、繊維状炭素ナノ構造体の液体窒素温度（７７Ｋ）での窒素吸脱着等温線を測定し、相対圧Ｐ／Ｐ０＝０．１９における窒素吸着量をＶとして、式（Ｉ）：Ｖｐ＝（Ｖ／２２４１４）×（Ｍ／ρ）より、算出することができる。なお、Ｐは吸着平衡時の測定圧力、Ｐ０は測定時の液体窒素の飽和蒸気圧であり、式（Ｉ）中、Ｍは吸着質（窒素）の分子量２８．０１０、ρは吸着質（窒素）の７７Ｋにおける密度０．８０８ｇ／ｃｍ3である。マイクロ孔容積は、例えば、「ＢＥＬＳＯＲＰ（登録商標）−ｍｉｎｉ」（日本ベル（株）製）を使用して求めることができる。
【００４５】
上記繊維状炭素ナノ構造体は、例えば、カーボンナノチューブ製造用の触媒層を表面に有する基材上に、原料化合物及びキャリアガスを供給して、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）によりＣＮＴを合成する際に、系内に微量の酸化剤（触媒賦活物質）を存在させることで、触媒層の触媒活性を飛躍的に向上させるという方法（スーパーグロース法；国際公開第２００６／０１１６５５号参照）において、基材表面への触媒層の形成をウェットプロセスにより行うことで、効率的に製造することができる。なお、以下では、スーパーグロース法により得られるカーボンナノチューブを「ＳＧＣＮＴ」と称することがある。
【００４６】
なお、スーパーグロース法により製造した繊維状炭素ナノ構造体は、ＳＧＣＮＴのみから構成されていてもよいし、ＳＧＣＮＴと、導電性を有する非円筒形状の炭素ナノ構造体とから構成されていてもよい。具体的には、繊維状炭素ナノ構造体には、内壁同士が近接又は接着したテープ状部分を全長に亘って有する単層又は多層の扁平筒状の炭素ナノ構造体（以下、「グラフェンナノテープ（ＧＮＴ）」と称することがある。）が含まれていてもよい。
【００４７】
ここで、ＧＮＴは、その合成時から内壁同士が近接又は接着したテープ状部分が全長に亘って形成されており、炭素の六員環ネットワークが扁平筒状に形成された物質であると推定される。そして、ＧＮＴの形状が扁平筒状であり、かつ、ＧＮＴ中に内壁同士が近接又は接着したテープ状部分が存在していることは、例えば、ＧＮＴとフラーレン（Ｃ６０）とを石英管に密封し、減圧下で加熱処理（フラーレン挿入処理）して得られるフラーレン挿入ＧＮＴを透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察すると、ＧＮＴ中にフラーレンが挿入されない部分（テープ状部分）が存在していることから確認することができる。
【００４８】
そして、ＧＮＴの形状は、幅方向中央部にテープ状部分を有する形状であることが好ましく、延在方向（軸線方向）に直交する断面の形状が、断面長手方向の両端部近傍における、断面長手方向に直交する方向の最大寸法が、いずれも、断面長手方向の中央部近傍における、断面長手方向に直交する方向の最大寸法よりも大きい形状であることがより好ましく、ダンベル状であることが特に好ましい。
ここで、ＧＮＴの断面形状において、「断面長手方向の中央部近傍」とは、断面の長手中心線（断面の長手方向中心を通り、長手方向線に直交する直線）から、断面の長手方向幅の３０％以内の領域をいい、「断面長手方向の端部近傍」とは、「断面長手方向の中央部近傍」の長手方向外側の領域をいう。
【００４９】
なお、非円筒形状の炭素ナノ構造体としてＧＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体は、触媒層を表面に有する基材を用いてスーパーグロース法によりＣＮＴを合成する際に、触媒層を表面に有する基材（以下、「触媒基材」と称することがある。）を所定の方法で形成することにより、得ることができる。具体的には、ＧＮＴを含む繊維状炭素ナノ構造体は、アルミニウム化合物を含む塗工液Ａを基材上に塗布し、塗布した塗工液Ａを乾燥して基材上にアルミニウム薄膜（触媒担持層）を形成した後、アルミニウム薄膜の上に、鉄化合物を含む塗工液Ｂを塗布し、塗布した塗工液Ｂを温度５０℃以下で乾燥してアルミニウム薄膜上に鉄薄膜（触媒層）を形成することで得た触媒基材を用いてスーパーグロース法によりＣＮＴを合成することで得ることができる。
【００５０】
上記繊維状炭素ナノ構造体は、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の不純物が少なくなり、また、繊維状炭素ナノ構造体の分散性が一層向上する観点から、繊維状炭素ナノ構造体に含まれる金属不純物の濃度が、１×１０18原子／ｃｍ3未満であることが好ましく、１５×１０10原子／ｃｍ3未満であることがより好ましい。
本明細書において、金属不純物の濃度は、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＡＸ）、気相分解装置及びＩＣＰ質量分析（ＶＰＤ、ＩＣＰ／ＭＳ）等により測定することができる。
ここで、金属不純物とは、繊維状炭素ナノ構造体を製造する際に用いた金属触媒等が挙げられ、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、第３〜１３族、ランタノイド族の各属する金属元素、Ｓｉ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ等の金属元素、及びこれらを含む金属化合物等が挙げられる。より具体的には、Ａｌ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｂａ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｂ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｋ、Ｎａ、Ｓｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖ、Ｚｎ、Ｚｒ等の金属元素及びこれらを含む金属化合物が挙げられる。
【００５１】
上記繊維状炭素ナノ構造体は、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の繊維状炭素ナノ構造体の分散性が一層向上する観点から、粒径が５００ｎｍ超の粒子状不純物が実質的に含まれないことが好ましく、粒径が３００ｎｍ超の粒子状不純物が実質的に含まれないことがより好ましく、粒径が１００ｎｍ超の粒子状不純物が実質的に含まれないことがさらに好ましく、粒径が４５ｎｍ超の粒子状不純物が実質的に含まれないことが特に好ましい。
なお、本明細書において、粒子状不純物の濃度は、基板上に繊維状炭素ナノ構造体分散液を塗布し、表面を、パターンなしウェーハ表面検査装置（例えば、商品名「ｓｕｒｆｓｃａｎ」ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）等を用いて測定することができる。
【００５２】
＜イオン粒子＞
繊維状炭素ナノ構造体分散液を用いて炭素膜を形成する間に、個々の繊維状炭素ナノ構造体間にファンデルワールス相互作用（繊維状炭素ナノ構造体間の原子間力）及びπ−π相互作用（繊維状炭素ナノ構造に沿ったπ軌道の自由電子の存在によるスタッキング効果）が働き、繊維状炭素ナノ構造体の凝集性が高まり得る。繊維状炭素ナノ構造体の凝集性が高まると、繊維状炭素ナノ構造体分散液によって形成される炭素膜の基材への密着性を損なう。
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液に含まれるイオン粒子は、個々の繊維状炭素ナノ構造体間に働くファンデルワールス相互作用及びπ−π相互作用を妨げることにより、分散液中の繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高めることによって、基材への密着性に優れる炭素膜を形成することができる。
【００５３】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液に用いることができるイオン粒子としては、特に限定されないが、硝酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、イオン性有機種、及びイオン性高分子からなる群より選択される少なくとも１つであることが好ましい。これらのイオン粒子を用いることにより、個々の繊維状炭素ナノ構造体間に働くファンデルワールス相互作用及びπ−π相互作用を確実に妨げて、分散液中の繊維状炭素ナノ構造体の分散性をより高め、形成される炭素膜の基材への密着性をより高めることができる。中でも、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を高める観点から、硝酸アンモニウムがより好ましい。
【００５４】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、イオン粒子の濃度が０．２０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である。繊維状炭素ナノ構造体分散液がイオン粒子を０．２０質量ｐｐｍ以上の濃度で含むことにより、個々の繊維状炭素ナノ構造体間に働くファンデルワールス相互作用及びπ−π相互作用をより一層妨げて、繊維状炭素ナノ構造体の分散性をより一層高めることができ、形成される炭素膜の基材への密着性をより一層高めることができる。形成される炭素膜の基材への密着性を高める観点から、イオン粒子の濃度が、０．２５質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、０．３０質量ｐｐｍであることがより好ましい。また、イオン粒子の濃度が１００質量ｐｐｍ以下の濃度であれば、当該繊維状炭素ナノ構造体分散液から形成された炭素膜を使用するデバイスの駆動特性に悪影響を及ぼす恐れを排除することができる。
【００５５】
＜溶媒＞
上記溶媒としては、例えば、非ハロゲン系溶媒、非水溶媒等が挙げられる。具体的には、上記溶媒としては、水；メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、ｔ−ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、ノナノール、デカノール、アミルアルコール、メトキシプロパノール、プロピレングリコール、エチレングリコール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類；酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸エチル、α−ヒドロキシカルボン酸のエステル、ベンジルベンゾエート（安息香酸ベンジル）等のエステル類；ジエチルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、モノメチルエーテル等のエーテル類；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド系極性有機溶媒；トルエン、キシレン、クロロベンゼン、オルトジクロロベンゼン、パラジクロロベンゼン、等の芳香族炭化水素類；サリチルアルデヒド、ジメチルスルホキシド、４−メチル−２−ペンタノン、Ｎ−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。中でも、分散性に特に優れる観点から、水、乳酸エチル、イソプロピルアルコール、メチルエチルケトンが好ましい。これらは１種類のみを単独で用いてもよいし、２種類以上を混合して用いてもよい。
【００５６】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液中の繊維状炭素ナノ構造体の濃度は、上記溶媒１Ｌに対して、上記繊維状炭素ナノ構造体が１ｍｇ以上含まれることが好ましく、１００ｍｇ以上含まれることがより好ましい。また、１０，０００ｍｇ以下であることが好ましい。溶媒１Ｌに対して繊維状炭素ナノ構造体が１ｍｇ以上含まれれば、導電性や強度に優れる炭素膜を形成することができる。また、溶媒１Ｌに対して含まれる繊維状炭素ナノ構造体が１０，０００ｍｇ以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体の凝集を抑制して、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に一層優れる分散液を得ることができる。
【００５７】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液中の繊維状炭素ナノ構造体の濃度は、０．００５質量％以上であることが好ましく、０．０１質量％以上であることがより好ましく、５質量％以下であることが好ましく、０．５質量％以下であることがより好ましい。繊維状炭素ナノ構造体の濃度が０．００５質量％以上であれば、導電性や強度に優れる炭素膜を形成することができる。また、繊維状炭素ナノ構造体の濃度が５質量％以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体の凝集を抑制して、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に一層優れる分散液を得ることができる。
【００５８】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、分散剤を実質的に含まないことが好ましい。本明細書において、「実質的に含まない」とは、不可避的に混入する場合を除いて能動的に配合はしないことをいい、具体的には、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の含有量が、０．０５質量％未満であることが好ましく、０．０１質量％未満であることがより好ましく、０．００１質量％未満であることが更に好ましい。
なお、上記分散剤としては、界面活性剤、合成高分子、天然高分子等が挙げられる。
また、界面活性剤としては、ドデシルスルホン酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウム、コール酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。
また、合成高分子としては、例えば、ポリエーテルジオール、ポリエステルジオール、ポリカーボネートジオール、ポリビニルアルコール、部分けん化ポリビニルアルコール、アセトアセチル基変性ポリビニルアルコール、アセタール基変性ポリビニルアルコール、ブチラール基変性ポリビニルアルコール、シラノール基変性ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−ビニルアルコール−酢酸ビニル共重合樹脂、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ系樹脂、フェノキシ樹脂、変性フェノキシ系樹脂、フェノキシエーテル樹脂、フェノキシエステル樹脂、フッ素系樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン等が挙げられる。
また、天然高分子としては、例えば、多糖類であるデンプン、プルラン、デキストラン、デキストリン、グアーガム、キサンタンガム、アミロース、アミロペクチン、アルギン酸、アラビアガム、カラギーナン、コンドロイチン硫酸、ヒアルロン酸、カードラン、キチン、キトサン、セルロース、並びに、その塩又は誘導体等が挙げられる。
【００５９】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、繊維状炭素ナノ構造体の分散性が一層向上し、これにより均一な炭素膜を形成できて、特性の安定した電子部品を作成できる観点から、個数基準のモード径が５００ｎｍより大きい粒子が実質的に含まれないことが好ましい。特に、個数基準モード径が３００ｎｍより大きい粒子が実質的に含まれないことが好ましい。
本明細書において、個数基準モード径とは、以下の方法で求めることができる。
レーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置（堀場製作所製、型式「ＬＡ−９６０」等）を用いて、繊維状炭素ナノ構造体分散液中に含まれる繊維状炭素ナノ構造体の粒子径を測定する。そして、横軸を粒子径、縦軸を繊維状炭素ナノ構造体の個数とした粒子径分布曲線を得て、その極大値における粒子径を、繊維状炭素ナノ構造体の個数基準のモード径として求める。
なお、繊維状炭素ナノ構造体分散液中に含有されている繊維状炭素ナノ構造体のモード径は、繊維状炭素ナノ構造体や繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造条件を調節することによって、任意に変更することができる。
【００６０】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の不純物が少なくなり、また、特性の安定した長寿命の電子部品を作製できる観点から、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の金属不純物の濃度が、１×１０18原子／ｃｍ3未満であることが好ましく、１５×１０10原子／ｃｍ3未満であることがより好ましい。
【００６１】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の不純物が少なくなり、また、特性の安定した長寿命の電子部品を作製できる観点から、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の重金属不純物の濃度が、１×１０18 原子／ｃｍ3未満であることが好ましく、１×１０11原子／ｃｍ3未満であることがより好ましい。
本明細書において、重金属とは、比重５ｇ／ｍＬ以上の金属をいう。
【００６２】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の不純物が少なくなり、また、特性の安定した長寿命の電子部品を作製できる観点から、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の第１属元素及び第２族元素の不純物の濃度が、１×１０18原子／ｃｍ3未満であることが好ましく、１×１０11原子／ｃｍ3未満であることがより好ましい。
【００６３】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の不純物が少なくなり、また、特性の安定した長寿命の電子部品を作製できる観点から、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の遷移金属元素の不純物の濃度が、１×１０18原子／ｃｍ3未満であることが好ましく、１×１０11原子／ｃｍ3未満であることがより好ましい。
【００６４】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、繊維状炭素ナノ構造体の分散性が一層向上する観点から、繊維状炭素ナノ構造体の沈殿物及び凝集物が実質的に含まれないことが好ましい。
なお、本明細書において、沈殿物、凝集物とは、１０，０００Ｇで２０分間遠心して沈殿する繊維状ナノ構造体をいう。
【００６５】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、繊維状炭素ナノ構造体の分散性が一層向上し、また、均一な炭素膜を形成し特性の安定した電子部品を作製できる観点から、粒径が３００ｎｍ超の粒子状不純物が実質的に含まれないことが好ましく、粒径が１００ｎｍ超の粒子状不純物が実質的に含まれないことがより好ましく、粒径が４５ｎｍ超の粒子状不純物が実質的に含まれないことがさらに好ましい。
なお、本明細書において、粒子状不純物の粒径及び濃度は、基板上に繊維状炭素ナノ構造体分散液を塗布し、表面を、パターンなしウェーハ表面検査装置（例えば、商品名「ｓｕｒｆｓｃａｎ」ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製）等を用いて測定することができる。
【００６６】
＜物性＞
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液の粘度は、０．５ｍＰａ・ｓ以上であることが好ましく、１ｍＰａ・ｓ以上であることがより好ましく、１０００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１００ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。繊維状炭素ナノ構造体分散液の粘度が０．５ｍＰａ・ｓ以上１０００ｍＰａ・ｓ以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れる。
なお、本発明において、「繊維状炭素ナノ構造体分散液の粘度」は、ＪＩＳ Ｚ８８０３に準拠して、温度２５℃で測定することができる。
【００６７】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液の、分光光度計を用いて測定した吸光度は、分散性の観点から、光路長：１ｍｍ、波長：１０００ｎｍにおいて、０．１以上であることが好ましく、０．２以上であることがより好ましく、５．０以下であることが好ましく、３．０以下であることがより好ましい。繊維状炭素ナノ構造体分散液の吸光度が０．１以上であれば、繊維状炭素ナノ構造体分散液中の繊維状炭素ナノ構造体の量を十分に確保することができる。また、繊維状炭素ナノ構造体分散液の吸光度が５．０以下であれば、繊維状炭素ナノ構造体分散液中に含まれている分散性の高い繊維状炭素ナノ構造体の割合を高め、また、導電性及び強度に優れる炭素膜を形成することができる。
【００６８】
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液の吸光度比は、凝集物が少なく高純度となり、また、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れる観点から、０．５以上であることが好ましく、０．７〜１．０であることがより好ましい。
なお、本発明において「吸光度比」は、以下の方法によって求めることができる。
まず、後述する精製処理を施す前と施した後の繊維状ナノ構造体それぞれを、乳酸エチルに添加して分散液を調製する。次いで、各分散液について、分光光度計（日本分光社製、商品名「Ｖ６７０」）等を用いて、光路長１０ｍｍ、波長５５０ｎｍでの吸光度を測定する。精製処理を施す前と施した後のサンプルの吸光度を、それぞれ「未精製分散液の吸光度」および「精製後分散液の吸光度」としたとき、吸光度比は、（精製後分散液の吸光度）／（未精製分散液の吸光度）として求められる。
【００６９】
＜用途＞
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、ロジック回路等の電子回路、ＤＲＡＭ、ＮＲＡＭ、ＳＲＡＭ等のメモリ、半導体装置、インターコネクト、相補型ＭＯＳ、バイポラートランジスタ等の電子部品；微量ガス等の検出器等の化学センサー；ＤＮＡ、タンパク質等の測定器等のバイオセンサー；太陽電池、タッチパネル等に使用される導電膜を製造する際に用いることができ、例えば、電子工学品を製造する際の塗工液や構成材料として用いることができる。中でも、基板への密着性に優れ、導電性や強度にも優れる炭素膜が得られるという観点から、半導体の構成材料として好適である。
【００７０】
（繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法）
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法は、複数本の繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子と、溶媒とを含む分散混合液を遠心分離し、複数本の繊維状炭素ナノ構造体の一部を沈殿させる工程（遠心分離工程）と、遠心分離工程で遠心分離した分散混合液から上澄み液を分取する工程（分取工程）とを含む方法等が挙げられる。また、上記遠心分離工程前に、溶媒中に、複数本の繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを添加してなる粗分散液を分散処理に供して分散混合液を得る工程（分散混合液調製工程）を設けてもよい。
本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法としては、例えば、多量の繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを溶媒中に添加して粗分散液を形成し、粗分散液を超音波等により撹拌して分散させて分散混合液を得てもよい。また、超音波処理した撹拌後の分散混合液を遠心分離して、繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを含む上澄み液を回収してもよい。また、遠心分離後の沈殿物に、再度溶媒とイオン粒子とを添加して混合し、超音波処理で分散させた後に、遠心分離をして、繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを含む上澄み液を回収してもよい。また、遠心分離後の沈殿物に溶媒とイオン粒子とを添加して混合し、超音波処理で分散させた後に、遠心分離をして上澄み液を回収する処理を、複数回繰り返してもよい。
【００７１】
上記製造方法において、遠心分離工程前の分散混合液や粗分散液にはイオン粒子を添加せず、分取工程で分取した繊維状炭素ナノ構造体を含む上澄み液にイオン粒子を添加してもよい。あるいは、上記製造方法において、分取工程で分取した繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを含む上澄み液に追加のイオン粒子を添加してもよい。
【００７２】
上述するように、本実施形態の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法において、イオン粒子を添加する段階は、特に限定されないが、繊維状炭素ナノ構造体の分散性をより向上させる観点から、遠心分離工程前の分散混合液や粗分散液にイオン粒子を添加することが好ましい。
【００７３】
上記製造方法において、遠心分離工程前の分散混合液や粗分散液には、任意により分散剤を添加することができる。しかし、安定した特性を有する炭素膜を製造する観点から、分散剤を添加しないことが好ましい。
【００７４】
上記繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法によれば、凝集した繊維状炭素ナノ構造体や不純物が少ない、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れる繊維状炭素ナノ構造体分散液が得られる。
【００７５】
＜分散混合液調製工程＞
上記分散混合液調製工程では、溶媒中に複数本の繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを添加してなる粗分散液を分散処理に供して、複数本の繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子と、溶媒とを含む分散混合液を得ることができる。
なお、上記分散混合液は、分散混合液調製工程を実施することなく、複数本の繊維状炭素ナノ構造体を溶媒に分散させてなる市販の繊維状炭素ナノ構造体の分散混合液にイオン粒子を添加したものを用いて後述する遠心分離工程を実施してもよいが、所望の分散性を有する繊維状炭素ナノ構造体分散液を容易に得る観点からは、分散混合液調製工程を実施して調製した分散混合液を用いることが好ましい。
【００７６】
溶媒に添加する繊維状炭素ナノ構造体は、添加する前に、金属や非晶性炭素等の粒子状不純物を分離し、アルカリ金属イオン、ハロゲンイオン、オリゴマー、ポリマーを減らすために、前処理を行ってもよい。
金属を分離する精製処理としては、例えば、硝酸、塩酸等の酸溶液中に繊維状炭素ナノ構造体を分散させて金属不純物を溶解させる精製処理、磁力精製処理等が挙げられる。中でも、酸溶液中に繊維状炭素ナノ構造体を分散させて金属不純物を溶解させる精製処理が好ましい。
また、粒子状不純物を分離する前処理としては、例えば、超高速遠心機等を用いた高速遠心処理；重力ろ過、クロスフローろ過、真空ろ過等を用いたフィルターろ過処理；非フラーレン炭素材料の選択的酸化；これらの組み合わせ；等の精製処理が挙げられる。
【００７７】
［粗分散液］
上記粗分散液は、特に限定されることなく、上述した繊維状炭素ナノ構造体と、任意に上述したイオン粒子と、上述した溶媒とを既知の方法で混合することにより得ることができる。なお、繊維状炭素ナノ構造体と、任意にイオン粒子と、溶媒とは、任意の順序で混合することができる。粗分散液にイオン粒子を含めず、後述の分散処理を行って得られる分散混合液にイオン粒子を添加してもよい。
イオン粒子は、イオン粒子をそのままの形態又は水その他適切な溶媒に溶解した溶液として、粗分散液、後述の分散混合液、及び／又は後述の上澄み液に添加して混合してもよい。あるいは、添加する際はイオン粒子の形態でなく、イオン粒子を形成する陽イオン及び陰イオン若しくはそれらの塩の形態で粗分散液、後述の分散混合液、及び／又は後述の上澄み液に添加し混合されて、繊維状炭素ナノ構造体分散液中でイオン粒子として存在してもよい。
なお、繊維状炭素ナノ構造体の分散性の観点からは、繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子と溶媒とを含む粗分散液に後述の分散処理を行うことが好ましい。
【００７８】
また、粗分散液には、上述した成分以外に、繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造に一般に用いられる添加剤を更に添加してもよい。
なお、分散混合液には、界面活性剤や樹脂などの高分子（イオン粒子に属するイオン性ポリマーを除く）を添加しないことが好ましい。
【００７９】
［分散処理］
上記粗分散液を分散処理に供して分散混合液を調製する際の分散処理方法としては、特に限定されることなく、繊維状炭素ナノ構造体を含む液の分散に使用されている既知の分散処理方法を用いることができる。中でも、粗分散液に施す分散処理としては、キャビテーション効果又は解砕効果が得られる分散処理が好ましい。キャビテーション効果又は解砕効果が得られる分散処理を使用すれば、繊維状炭素ナノ構造体を良好に分散させることができるので、得られる繊維状炭素ナノ構造体分散液の分散性を更に高めることができる。また、粗分散液がイオン粒子を含むものであれば、繊維状炭素ナノ構造体の分散性を一層高めることができる。
【００８０】
［［キャビテーション効果が得られる分散処理］］
ここで、キャビテーション効果が得られる分散処理は、液体に高エネルギーを付与した際、水に生じた真空の気泡が破裂することにより生じる衝撃波を利用した分散方法である。この分散方法を用いることにより、繊維状炭素ナノ構造体を良好に分散させることができる。
【００８１】
そして、キャビテーション効果が得られる分散処理の具体例としては、超音波による分散処理、ジェットミルによる分散処理及び高剪断撹拌による分散処理等が挙げられる。これらの分散処理は一つのみを行なってもよく、複数の分散処理を組み合わせて行なってもよい。より具体的には、例えば、超音波ホモジナイザー、ジェットミル及び高剪断撹拌装置が好適に用いられる。これらの装置は従来公知のものを使用すればよい。
【００８２】
繊維状炭素ナノ構造体の分散に超音波ホモジナイザーを用いる場合には、粗分散液に対し、超音波ホモジナイザーにより超音波を照射すればよい。照射する時間は、繊維状炭素ナノ構造体の量等により適宜設定すればよく、例えば、３分以上が好ましく、３０分以上がより好ましく、また、５時間以下が好ましく、２時間以下がより好ましい。また、例えば、出力は２０Ｗ以上５００Ｗ以下が好ましく、１００Ｗ以上５００Ｗ以下がより好ましく、温度は１５℃以上５０℃以下が好ましい。
【００８３】
また、ジェットミルを用いる場合、処理回数は、繊維状炭素ナノ構造体の量等により適宜設定すればよく、例えば、２回以上が好ましく、１００回以下が好ましく、５０回以下がより好ましい。また、例えば、圧力は２０ＭＰａ以上２５０ＭＰａ以下が好ましく、温度は１５℃以上５０℃以下が好ましい。
【００８４】
さらに、高剪断撹拌装置を用いる場合には、粗分散液に対し、高剪断撹拌装置により撹拌及び剪断を加えればよい。旋回速度は速ければ速いほどよい。例えば、運転時間（機械が回転動作をしている時間）は３分以上４時間以下が好ましく、周速は５ｍ／秒以上５０ｍ／秒以下が好ましく、温度は１５℃以上５０℃以下が好ましい。
【００８５】
なお、上記したキャビテーション効果が得られる分散処理は、５０℃以下の温度で行なうことがより好ましい。溶媒の揮発による濃度変化が抑制されるからである。
【００８６】
［［解砕効果が得られる分散処理］］
また、解砕効果が得られる分散処理は、繊維状炭素ナノ構造体を溶媒中に均一に分散できることは勿論、上記したキャビテーション効果が得られる分散処理に比べ、気泡が消滅する際の衝撃波による繊維状炭素ナノ構造体の損傷を抑制することができる点で有利である。
【００８７】
この解砕効果が得られる分散処理では、粗分散液にせん断力を与えて繊維状炭素ナノ構造体の凝集体を解砕・分散させ、さらに粗分散液に背圧を負荷し、また必要に応じ、粗分散液を冷却することで、気泡の発生を抑制しつつ、繊維状炭素ナノ構造体を溶媒中に均一に分散させることができる。
なお、粗分散液に背圧を負荷する場合、粗分散液に負荷した背圧は、大気圧まで一気に降圧させてもよいが、多段階で降圧することが好ましい。
【００８８】
ここに、粗分散液にせん断力を与えて繊維状炭素ナノ構造体をさらに分散させるには、例えば、以下のような構造の分散器を有する分散システムを用いればよい。
すなわち、分散器は、粗分散液の流入側から流出側に向かって、内径がｄ１の分散器オリフィスと、内径がｄ２の分散空間と、内径がｄ３の終端部と（但し、ｄ２＞ｄ３＞ｄ１である。）、を順次備える。
そして、この分散器では、流入する高圧（例えば１０〜４００ＭＰａ、好ましくは５０〜２５０ＭＰａ）の粗分散液が、分散器オリフィスを通過することで、圧力の低下を伴いつつ、高流速の流体となって分散空間に流入する。その後、分散空間に流入した高流速の粗分散液は、分散空間内を高速で流動し、その際にせん断力を受ける。その結果、粗分散液の流速が低下すると共に、繊維状炭素ナノ構造体が良好に分散する。そして、終端部から、流入した粗分散液の圧力よりも低い圧力（背圧）の流体が、繊維状炭素ナノ構造体が分散した液として流出することになる。
【００８９】
なお、粗分散液の背圧は、粗分散液の流れに負荷をかけることで粗分散液に負荷することができ、例えば、多段降圧器を分散器の下流側に配設することにより、粗分散液に所望の背圧を負荷することができる。
そして、粗分散液の背圧を多段降圧器により多段階で降圧することで、最終的に分散混合液を大気圧に開放した際に、分散混合液中に気泡が発生するのを抑制できる。
【００９０】
また、この分散器は、粗分散液を冷却するための熱交換器や冷却液供給機構を備えていてもよい。というのは、分散器でせん断力を与えられて高温になった粗分散液を冷却することにより、粗分散液中で気泡が発生するのをさらに抑制できるからである。
なお、熱交換器等の配設に替えて、粗分散液を予め冷却しておくことでも、繊維状炭素ナノ構造体を含む液中で気泡が発生することを抑制できる。
【００９１】
上記したように、この解砕効果が得られる分散処理では、キャビテーションの発生を抑制できるので、時として懸念されるキャビテーションに起因した繊維状炭素ナノ構造体の損傷、特に、気泡が消滅する際の衝撃波に起因した繊維状炭素ナノ構造体の損傷を抑制することができる。加えて、繊維状炭素ナノ構造体への気泡の付着や、気泡の発生によるエネルギーロスを抑制して、繊維状炭素ナノ構造体を均一かつ効率的に分散させることができる。
【００９２】
以上のような構成を有する分散システムとしては、特に限定されないが、例えば、製品名「ＢＥＲＹＵ  ＳＹＳＴＥＭ  ＰＲＯ」（株式会社美粒製）等の高圧乳化分散装置等を用いることができる。そして、解砕効果が得られる分散処理は、このような分散システムを用い、分散条件を適切に制御することで、実施することができる。
【００９３】
＜遠心分離工程＞
遠心分離工程では、複数本の繊維状炭素ナノ構造体と、任意にイオン粒子と、溶媒とを含む分散混合液を遠心分離し、複数本の繊維状炭素ナノ構造体の一部を沈殿させることができる。そして、遠心分離工程では、凝集性の高い繊維状炭素ナノ構造体が沈殿し、分散性に優れる繊維状炭素ナノ構造体と任意にイオン粒子とは上澄み液中に残存する。
あるいは、複数本の繊維状炭素ナノ構造体と、溶媒とを含みイオン粒子を含まない分散混合液を遠心分離し、凝集性の高い繊維状炭素ナノ構造体が沈殿し、分散性に優れる繊維状炭素ナノ構造体を上澄み液に残存させてもよい。このようにして得られた上澄み液にイオン粒子を添加してもよい。
【００９４】
分散混合液の遠心分離は、特に限定されることなく、既知の遠心分離機を用いて行うことができる。
中でも、得られる上澄み液中に分散性に優れる繊維状炭素ナノ構造体を適度に残存させ、分散性に優れる繊維状炭素ナノ構造体分散液を得る観点からは、分散混合液を遠心分離する際の遠心加速度は、２０００Ｇ以上であることが好ましく、５０００Ｇ以上であることがより好ましく、２００００Ｇ以下であることが好ましく、１５０００Ｇ以下であることがより好ましい。
また、得られる上澄み液中に分散性に優れる繊維状炭素ナノ構造体を適度に残存させ、分散性に優れる繊維状炭素ナノ構造体分散液を得る観点からは、分散混合液を遠心分離する際の遠心分離時間は、２０分間以上であることが好ましく、３０分間以上であることがより好ましく、１２０分間以下であることが好ましく、９０分間以下であることがより好ましい。
【００９５】
＜分取工程＞
分取工程では、遠心分離工程で遠心分離した分散混合液から上澄み液を分取することができる。そして、上澄み液の分取は、例えば、デカンテーションやピペッティング等により、沈殿層を残して上澄み液を回収することにより行うことができる。具体的には、例えば、遠心分離後の分散混合液の液面から５／６の深さまでの部分に存在する上澄み液を回収すればよい。
【００９６】
［上澄み液］
遠心分離に供する分散混合液又は粗分散液にイオン粒子を含む場合、遠心分離後の分散混合液から分取した上澄み液には、遠心分離により沈殿しなかった繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とが含まれている。当該上澄み液は、原則、そのまま本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液として用いることができるが、任意により追加のイオン粒子を添加してもよい。
遠心分離に供する分散混合液又は粗分散液にイオン粒子を含まない場合、遠心分離後の分散混合液から分取した上澄み液には、遠心分離により沈殿しなかった繊維状炭素ナノ構造体が含まれるが、イオン粒子は含まれていない。よって、当該上澄み液にイオン粒子を添加したものを、本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液として用いることができる。
【００９７】
（炭素膜の製造方法）
本実施形態の炭素膜の製造方法は、溶媒と、吸着等温線から得られるｔ−プロットが上に凸な形状を示す繊維状炭素ナノ構造体と、イオン粒子とを含み、該イオン粒子の濃度が０．２０質量ｐｐｍ以上１００質量ｐｐｍ以下である、本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液を用いることを特徴とする。
【００９８】
＜成膜工程＞
成膜工程では、本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液から溶媒及び任意にイオン粒子を除去して、炭素膜を成膜する。具体的には、成膜工程では、例えば下記（Ａ）及び（Ｂ）の何れかの方法を用いて、本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液から溶媒及び任意にイオン粒子を除去し、炭素膜を成膜する。
（Ａ）繊維状炭素ナノ構造体分散液を成膜基材上に塗布した後、塗布した繊維状炭素ナノ構造体分散液を乾燥させる方法。
（Ｂ）多孔質の成膜基材を用いて繊維状炭素ナノ構造体分散液をろ過し、得られたろ過物を乾燥させる方法。
【００９９】
容易かつ迅速に溶媒及び任意にイオン粒子を除去する観点からは、溶媒除去方法としては、上記方法（Ｂ）を用いることが好ましく、ろ過方法として減圧ろ過を採用した上記方法（Ｂ）を用いることが更に好ましい。
【０１００】
［成膜基材］
ここで、成膜基材としては、特に限定されることなく、製造する炭素膜の用途に応じて既知の基材を用いることができる。
具体的には、上記方法（Ａ）において繊維状炭素ナノ構造体分散液を塗布する成膜基材としては、樹脂基材、シリコン基材、ガラス基材などを挙げることができる。ここで、樹脂基材としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、アラミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、脂環式アクリル樹脂、シクロオレフィン樹脂、トリアセチルセルロースなどよりなる基材を挙げることができる。シリコン基材としては、通常のシリコンウェハーよりなる基材を挙げることができる。また、ガラス基材としては、通常のソーダガラスよりなる基材を挙げることができる。
また、上記方法（Ｂ）において繊維状炭素ナノ構造体分散液をろ過する成膜基材としては、ろ紙や、セルロース、ニトロセルロース、アルミナ等よりなる多孔質シートを挙げることができる。
これら成膜基材は、製造する炭素膜の用途に応じて、表面処理を行ったものであってもよい。
【０１０１】
［塗布］
上記方法（Ａ）において繊維状炭素ナノ構造体分散液を成膜基材上に塗布する方法としては、公知の塗布方法を採用できる。具体的には、塗布方法としては、ディッピング法、スピンコート法、ロールコート法、グラビアコート法、ナイフコート法、エアナイフコート法、ロールナイフコート法、ダイコート法、スクリーン印刷法、スプレーコート法、グラビアオフセット法などを用いることができる。
【０１０２】
［ろ過］
上記方法（Ｂ）において成膜基材を用いて繊維状炭素ナノ構造体分散液をろ過する方法としては、公知のろ過方法を採用できる。具体的には、ろ過方法としては、自然ろ過、減圧ろ過、加圧ろ過、遠心ろ過などを用いることができる。
【０１０３】
［洗浄］
成膜基材上に形成された炭素膜は、特に限定されることなく、イソプロピルアルコール等のアルコールや、水などを用いて洗浄してもよい。この洗浄により、炭素膜に残存するイオン粒子を除去してもよい。
【０１０４】
［乾燥］
上記方法（Ａ）において成膜基材上に塗布した繊維状炭素ナノ構造体分散液又は上記方法（Ｂ）において得られたろ過物を乾燥する方法としては、公知の乾燥方法を採用できる。乾燥方法としては、熱風乾燥法、真空乾燥法、熱ロール乾燥法、赤外線照射法等が挙げられる。乾燥温度は、特に限定されないが、通常、室温〜２００℃、乾燥時間は、特に限定されないが、通常、０．１〜１５０分である。
【０１０５】
なお、成膜工程では、上澄み液中の溶媒及び任意にイオン粒子は完全に除去する必要はなく、溶媒及び任意にイオン粒子の除去後に残った繊維状炭素ナノ構造体が膜状の集合体（炭素膜）としてハンドリング可能な状態であれば、多少の溶媒及び任意にイオン粒子が残留していても問題はない。また、当該炭素膜は、特に限定されることなく、エタノール等のアルコール中で成膜基材から剥離することができる。
【０１０６】
あるいは、炭素膜中にイオン粒子を残存させることによって、繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを含む炭素膜を形成することもできる。このようにして繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを含む炭素膜を形成することにより、炭素膜の導電性を制御することもできる。
【０１０７】
なお、本発明の炭素膜の製造方法では、繊維状炭素ナノ構造体の分散性に優れる繊維状炭素ナノ構造体分散液を成膜することにより、基材への密着性に優れる炭素膜が得られると推察される。
【０１０８】
＜炭素膜の後処理＞
ここで、上述のようにして成膜した炭素膜は、通常、単層繊維状炭素ナノ構造体、多層繊維状炭素ナノ構造体及びイオン粒子などの繊維状炭素ナノ構造体分散液に含まれていた成分を繊維状炭素ナノ構造体分散液と同様の比率で含有し得る。そこで、本発明の炭素膜の製造方法では、任意に、成膜工程において成膜した炭素膜を洗浄して炭素膜からイオン粒子を除去してもよい。炭素膜からイオン粒子を除去すれば、炭素膜の導電性などの特性を更に高めることができ、炭素膜を使用するデバイスの駆動特性に悪影響を及ぼす恐れを排除することもできる。
【０１０９】
なお、炭素膜の洗浄は、イオン粒子を溶解可能な溶媒と接触させ、炭素膜中のイオン粒子を溶媒中に溶出させることにより行なうことができる。そして、炭素膜中のイオン粒子を溶解可能な溶媒としては、特に限定されることなく、繊維状炭素ナノ構造体分散液の溶媒として使用し得る前述した溶媒、好ましくは繊維状炭素ナノ構造体分散液の溶媒と同じものを使用することができる。また、炭素膜と溶媒との接触は、炭素膜の溶媒中へ浸漬、又は、溶媒の炭素膜への塗布により行なうことができる。更に、洗浄後の炭素膜は、既知の方法を用いて乾燥させることができる。
【０１１０】
あるいは、炭素膜の洗浄を行わず、炭素膜中にイオン粒子を残存させることによって、繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを含む炭素膜を形成することもできる。このようにして繊維状炭素ナノ構造体とイオン粒子とを含む炭素膜を形成することによって、炭素膜の導電性を制御することもできる。
【０１１１】
また、本発明の炭素膜の製造方法では、任意に、成膜工程において成膜した炭素膜をプレス加工して密度を更に高めてもよい。繊維状炭素ナノ構造体の損傷又は破壊による特性低下を抑制する観点からは、プレス加工する際のプレス圧力は３ＭＰａ未満であることが好ましく、プレス加工を行なわないことがより好ましい。
【実施例】
【０１１２】
以下、本発明について実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、量を表す「％」、「ｐｐｍ」及び「部」は、特に断らない限り、質量基準である。
【０１１３】
＜繊維状炭素ナノ構造体の調製＞
特許第４６２１８９６号公報に記載のスーパーグロース法に従い、以下の条件において、繊維状炭素ナノ構造体としてのＳＧＣＮＴを合成した。
・原料炭素化合物：エチレン；供給速度５０ｓｃｃｍ
・雰囲気：ヘリウム／水素混合ガス；供給速度１０００ｓｃｃｍ
・圧力：１大気圧
・水蒸気添加量：３００ｐｐｍ
・反応温度：７５０℃
・反応時間：１０分
・金属触媒：鉄薄膜（厚さ１ｎｍ）
・基材：シリコンウェハー。
【０１１４】
＜ｔ−プロットの形状＞
合成した繊維状炭素ナノ構造体（ＳＧＣＮＴ）のｔ−プロットの形状を、以下の方法で確認した。
乾燥させた繊維状炭素ナノ構造体（ＳＧＣＮＴ）２０ｍｇを、１１０℃、５時間以上の熱処理で十分乾燥させ、全自動比表面積測定装置（（株）マウンテック製、製品名「Ｍａｃｓｏｒｂ（登録商標）ＨＭ  ｍｏｄｅｌ−１２１０」）専用のセル内に入れた。その後、セルを測定装置の所定の位置に備え付け、自動操作によりＢＥＴ比表面積を測定した。なお、この装置の測定原理は、液体窒素の７７Ｋでの吸着等温線を作成し、この吸着等温曲線から、ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）法にて比表面積を測定する方法に従うものである。
上述のＢＥＴ比表面積の測定で得られた吸着等温線において、相対圧を窒素ガス吸着層の平均厚みｔ（ｎｍ）に変換することにより、ｔ−プロットを作成した。作成したｔ−プロットから、ｔ−プロットの形状を観察し、ｔ−プロットの屈曲点の位置、全比表面積（ｍ2／ｇ）、内部比表面積（ｍ2／ｇ）を算出した。その結果、ｔ−プロットは上に凸な形状を示し、ｔ＝０．６ｎｍ、Ｓ２／Ｓ１＝０．２４（Ｓ１＝１０５０ｍ2／ｇ、Ｓ２＝２５０ｍ2／ｇ）であった。
なお、ｔ−プロットの測定原理は、ｄｅ Ｂｏｅｒらによるｔ−プロット法に従うものである。
【０１１５】
（実施例1）
上記の合成した繊維状炭素ナノ構造体（ＳＧＣＮＴ）１ｇを、１５ Ｍ硝酸１２５ｍＬと超純水１２５ｍＬとからなる混合液に混合した。得られた混合液を８時間撹拌した後、１２５℃で１２時間還流させ、得られた２５０ｍＬの混合液を７倍の超純水（１．７５Ｌ）で希釈した。
上記の希釈した混合液に３５質量％アンモニア水を滴下することにより、ｐＨを１．５±０．１に調整して、粗分散液を得た。この粗分散液を、４〜５℃に冷却した超音波水槽中で６０分間、超音波処理した。超音波処理後、専用の０．５ミクロン（０．５μｍ）細孔径のセラミック膜を用いてクロスフロー濾過を行った。セラミック膜を通過した液体を透過液として廃棄し、フィルターの孔を通過しない液体を保持液として回収した。回収した保持液を、ｐＨ４．０になるまで、任意の回数、セラミック膜を通過させた。このようにして濃縮した保持液を超純水で希釈し、硝酸アンモニウム濃度が１０質量ｐｐｍになるまで、クロスフロー濾過による液濃縮と超純水希釈を同様に繰り返した。その後、保持液に０．１質量％アンモニア水を添加することによって、保持液のｐＨを７．１に再調整した。硝酸アンモニウム濃度は５質量ｐｐｍであった。次に、硝酸アンモニウム濃度が３０質量ｐｐｍとなるように、保持液に硝酸アンモニウム水溶液を加えた。その後、４〜５℃の超音波水槽中で２時間、再び超音波処理し、さらに２時間浸漬した。
次いで、液中の大きな粒子を除去するために超遠心分離を２回行った。最初に、２時間２５，０００ｒｐｍで超遠心分離を行った。上方の上澄み液を別のバイアルに移し、下方の沈殿物を廃棄した。次に、その上澄み液の超遠心分離を７５分間２５，０００ｒｐｍで行って、繊維状炭素ナノ構造体分散液を得た。
得られた繊維状炭素ナノ構造体分散液を、基板上に塗布し、焼成して炭素膜を形成した。当該基板として、表面をＴｉＮ処理したシリコン基板を使用した。また、塗布は、スピンコート法によって行い、焼成は、温度３００℃の空気中において、２分間行った。
【０１１６】
（比較例１）
上記の合成した繊維状炭素ナノ構造体（ＳＧＣＮＴ）１ｇを、１５Ｍ硝酸１２５ｍＬと超純水１２５ｍＬとからなる混合液に混合した。得られた混合液を８時間撹拌した後、１２５℃で１２時間還流させ、得られた２５０ｍＬの混合液を７倍の超純水（約１．７５Ｌ）で希釈した。
上記の希釈した混合液に３５質量％アンモニア水を滴下することにより、ｐＨを１．５±０．１に調整して、粗分散液を得た。この粗分散液を、４〜５℃に冷却した超音波水槽中で６０分間、超音波処理した。超音波処理後、専用の０．５ミクロン（０．５μｍ）細孔径のセラミック膜を用いてクロスフロー濾過を行った。セラミック膜を通過した液体を透過液として廃棄し、フィルターの孔を通過しない液体を保持液として回収した。回収した保持液を、ｐＨ４．０になるまで、任意の回数、セラミック膜を通過させた。このようにして濃縮した保持液を超純水で希釈し、硝酸アンモニウム濃度が１０質量ｐｐｍになるまで、同様にクロスフロー濾過による液濃縮と超純水希釈を繰り返した。その後、保持液に０．１質量％アンモニア水を添加することによって、保持液のｐＨを７．１に再調整した。硝酸アンモニウム濃度は５質量ｐｐｍであった。保持液には、硝酸アンモニウム水溶液を加えなかった。その後、４〜５℃の超音波水槽中で２時間、再び超音波処理し、さらに２時間浸漬した。
次いで、液中の大きな粒子を除去するために超遠心分離を２回行った。最初に、２時間２５，０００ｒｐｍで超遠心分離を行った。上方の上澄み液を別のバイアルに移し、下方の沈殿物を廃棄した。次に、その上澄み液の超遠心分離を７５分間２５，０００ｒｐｍで行って、繊維状炭素ナノ構造体分散液を得た。
得られた繊維状炭素ナノ構造体分散液を、基板上に塗布し、焼成して炭素膜を形成した。当該基板として、表面をＴｉＮ処理したシリコン基板を使用した。また、塗布は、スピンコート法によって行い、焼成は、温度３００℃の空気中において、２分間行った。
【０１１７】
（密着性評価）
基板上に形成された炭素膜の表面にシルバーテープを貼り付け、該シルバーテープを剥離した際に炭素膜がはがれるかどうかによって、炭素膜の基材に対する密着性を評価した。評価基準は以下の通りとした。
○：炭素膜が剥がれなかった
△：炭素膜の一部が剥がれた
×：炭素膜が全部剥がれた
【０１１８】
【表１】
2017119586.tif 000002
【０１１９】
上記表１から、実施例の繊維状炭素ナノ構造体分散液から得られた炭素膜は、比較例の繊維状炭素ナノ構造体分散液から得られた炭素膜と比較して、基材への密着性に優れていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液は、半導体構成材料等として好適な、基材への密着性に優れる炭素膜を提供することができる。本発明の繊維状炭素ナノ構造体分散液の製造方法は、半導体構成材料等として好適な、基材への密着性に優れる炭素膜を形成することができる繊維状炭素ナノ構造体分散液を提供することができる。また、本発明の炭素膜の製造方法は、半導体構成材料等として好適な、基材への密着性に優れる炭素膜を提供することができる。本発明の炭素膜の製造方法によって製造される炭素膜は、基材への密着性に優れることから、半導体構成材料等として好適に使用することができる。
【図１】
2017119586.tif 000003