(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブの長さを数１０ｎｍのオーダーで調節するのに適し、先端部まで円筒型を保ち切削することが可能なカーボンナノチューブ切削方法と切削装置を提供する。【解決手段】切削しようとするカーボンナノチューブの一端を基材に固定し、このほかにもう１つのカーボンナノチューブを用意して電極に担持し、基材に固定したカーボンナノチューブの他端と電極に担持したカーボンナノチューブの端部とを接触させ、基材と電極との間にコンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流して、２つのカーボンナノチューブの接触部に生じるジュール発熱により基材に固定されたカーボンナノチューブの先端部分を昇華させて切削する。切削を繰り返すことで、カーボンナノチューブの長さを数１０ｎｍの間隔で微調節でき、また、先端部まで円筒型を保つことができる。【選択図】図１
2009107903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンナノチューブの切削方法であって、切削しようとするカーボンナノチューブの一端を基材に固定し、前記基材に固定したカーボンナノチューブの他端の先端部を電極に接触させ、前記基材と前記電極との間にコンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流して、カーボンナノチューブの接触部分に生じるジュール発熱により前記基材に固定したカーボンナノチューブの前記他端の部分を昇華させて切削することを特徴とするカーボンナノチューブの切削方法。
【請求項２】
カーボンナノチューブの切削方法であって、切削しようとするカーボンナノチューブのほかにもう１つのカーボンナノチューブを用意し、切削しようとするカーボンナノチューブの一端を基材に固定し、他方のカーボンナノチューブを電極に担持し、前記基材に固定したカーボンナノチューブの他端と前記電極に担持したカーボンナノチューブの先端を接触させ、前記基材と前記電極との間にコンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流して、２つのカーボンナノチューブの接触部分に生じるジュール発熱により前記基材に固定したカーボンナノチューブの前記他端の部分を昇華させて切削することを特徴とするカーボンナノチューブの切削方法。
【請求項３】
前記電極に担持するカーボンナノチューブの直径を、切削しようとするカーボンナノチューブの直径よりも大きくす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の切削方法。
【請求項４】
切削しようとするカーボンナノチューブをコーティング膜によって前記基材に固定することを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンナノチューブの切削方法。
【請求項５】
前記電極へのカーボンナノチューブの担持を、コーティング膜によって行うことを特徴とする請求項２に記載のカーボンナノチューブの切削方法。
【請求項６】
前記基材と前記電極との間にコンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流す操作を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンナノチューブの切削方法。
【請求項７】
カーボンナノチューブの切削方法であって、切削しようとするカーボンナノチューブの一端を基材に固定し他端を電極上に担持もしくは電極に担持されたカーボンナノチューブに交差させて担持し、前記基材と前記電極との間にコンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流して、前記カーボンナノチューブを任意の長さに切断した後、切断面同士を接触させて再度、コンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流し、前記基材に固定されているカーボンナノチューブの先端部分を昇華させて切削することを特徴とするカーボンナノチューブの切削方法。
【請求項８】
前記電極に担持するカーボンナノチューブをその任意の長さで切断した後にコンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流す操作を複数回繰り返すことを特徴とする請求項７に記載のカーボンナノチューブの切削方法。
【請求項９】
前記電極に担持するカーボンナノチューブを前記基材と前記電極の一方又は両方にコーティング膜によって固着することを特徴とする請求項７に記載のカーボンナノチューブの切削方法。
【請求項１０】
カーボンナノチューブの切削装置であって、一対の電極と、電荷を蓄積するためのコンデンサと、前記コンデンサに電荷を蓄積するための直流電源および、充電と放電を切り替えるスイッチを有する電気回路を備え、一対の前記電極間にカーボンナノチューブを配置して切削を行うようにしたことを特徴とするカーボンナノチューブの切削装置。
【請求項１１】
カーボンナノチューブの切削装置であって、一対の電極と、一対の前記電極間にパルス電流を流すパルス印加電源ないしは直流電源とを有する電気回路を備え、一対の前記電極間にカーボンナノチューブを配置して切削を行うようにしたことを特徴とするカーボンナノチューブの切削装置。
【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切削方法と切削装置に係り、特に通電によるジュール発熱を利用してカーボンナノチューブを昇華させて切削する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは機械的、電気的に優れた特性を有することから、走査型プローブ顕微鏡やフィールドエミッション、更には電界効果型トランジスタへの応用研究が盛んに行われている。近年では、走査型プローブの探針としてカーボンナノチューブが広く使用されるようになった。その理由としては、カーボンナノチューブの先端の曲率半径がきわめて小さく、最小曲率半径は約１ｎｍであり、また剛性が高いので探針として高アスペクト化できるということが挙げられる。
【０００３】
カーボンナノチューブの作製方法としてはアーク法、ＣＶＤ法、レーザーアブレーション法などが知られている。これらのうち、最も結晶性が高い作製方法はアーク法であり、走査型プローブ顕微鏡の探針に用いるにはアーク法で作製したものが強度の観点からは最も良いとされる。
【０００４】
しかし、アーク法でのカーボンナノチューブ作製時に直径および長さを制御する技術は、未だ見出されていない。走査型プローブ顕微鏡の中でも特に原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：ＡＦＭ）の安定した測定のためにはカーボンナノチューブ探針の剛性が非常に重要であり、そのためには直径および長さを制御する必要がある。
【０００５】
これまでにカーボンナノチューブの長さを加工によって調節する方法がいくつか提案されてきた。例えば特許文献１、２に示されるようにカーボンナノチューブ先端の研削や収束イオンビームによる切断方法がある。特許文献１ではナノチューブと鋭利な放電用針を用意し、ナノチューブと放電針との間で直流電圧もしくは、パルス電圧を印加して放電を励起させ先端形状を研削する。この方法の特徴はナノチューブが先鋭化されることである。また特許文献２では集束イオンビームを所望の箇所で走査することで切削する。この方法ではナノチューブにおける切断箇所以外への集束イオンビームの照射エネルギーを考慮する必要があるが、任意の位置で切断できる利点がある。このようにしてカーボンナノチューブの長さを調節することで、走査型プローブ顕微鏡の探針として応用されてきた。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３４７０００号公報
【特許文献２】特開２００５−３１９５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＡＦＭは主に表面形態の観察やラフネス評価に用いられることがほとんどであったが、カーボンナノチューブ探針の登場により３次元的な構造の高さや溝幅などの定量的評価にも用いられつつある。しかし、３次元形状測定では探針−試料間に働く力の影響による像の歪みやノイズが発生することによって、分解能が低下することがしばしば起こる。カーボンナノチューブ探針の場合には特に顕著であることが知られており、凹凸の大きい試料ではファンデルワールス力による側面部への凝着や探針滑り、もしくは曲げによる像への影響が問題となる。
【０００８】
そのためカーボンナノチューブプローブにおいて長さ、直径による探針の剛性の制御が重要である。例えば加工によって長さを調整する場合、長さをカーボンナノチューブの直径程度の精度で制御すれば充分制御性が良いと考えられるが、研削や切断によってカーボンナノチューブが先鋭化していると、ある値の長さと直径によって得られるべき最大のカーボンナノチューブ探針剛性が確保できなくなる。また先端形状がばらついていると、探針ごとに測定画像もばらつくため、定量評価を行おうとするＡＦＭの探針としては好ましくない。よってカーボンナノチューブ探針は長さを高精度に制御できることに加え、探針先端にかけて円筒型を保つことが探針の剛性確保のために好ましいと考えられる。
【０００９】
本発明の目的は、カーボンナノチューブ探針の長さを高精度に調整することを可能とし、しかも先端部まで円筒形を保つことが可能なカーボンナノチューブ切削方法と切削装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、切削しようとするカーボンナノチューブの一端を基材に固定し、前記基材に固定したカーボンナノチューブの他端の先端部を電極に接触させ、前記基材と前記電極との間にコンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流して、カーボンナノチューブの接触部分に生じるジュール発熱により前記基材に固定したカーボンナノチューブの前記他端部分を昇華させて切削することを特徴とするカーボンナノチューブの切削方法にある。
【００１１】
また、本発明は、切削しようとするカーボンナノチューブの一端を基材に固定し、このほかにもう一つのカーボンナノチューブを用意して電極に担持し、基材に固定したカーボンナノチューブの他端と電極に担持したカーボンナノチューブの先端を接触させ、基材と電極との間にコンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流して、２つのカーボンナノチューブの接触部分に生じるジュール発熱により、基材に固定したカーボンナノチューブの先端部分を昇華させて切削することを特徴とするカーボンナノチューブの切削方法にある。
【００１２】
この切削方法において、電極に担持するカーボンナノチューブの直径を、基材に固定するカーボンナノチューブの直径よりも大きくすることが望ましい。これらにより、基材側のカーボンナノチューブをより選択的に切削することが可能になる。
【００１３】
また、この切削方法において、基材に固定するカーボンナノチューブおよび電極に担持するカーボンナノチューブは、いずれも電子ビーム堆積により固着することが望ましく、これにより電極と基材間の導通を良くし、カーボンナノチューブを切削し易くすることができる。
【００１４】
基材と電極の間にコンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流す操作を複数回繰り返すことで、カーボンナノチューブは先端部まで円筒型を保ち切削面がより平坦形状に近づくことがわかった。
【００１５】
また本発明は、切削しようとするカーボンナノチューブの一端を基材に固定し他端を電極もしくは電極に担持されたカーボンナノチューブに交差させて担持し、前記基材と前記電極との間にコンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流して、前記カーボンナノチューブを任意の長さに切断した後、切断面同士を接触させて再度、コンデンサ放電による電流もしくはパルス電流を流し、前記基材に固定されているカーボンナノチューブの先端部分を昇華させて切削することを特徴とするカーボンナノチューブの切削方法にある。
【００１６】
この切削方法においても、先端部まで円筒型を保ち、平切削面を平坦に近づける場合には、カーボンナノチューブをその任意の部分で切断したのちに行う通電操作を複数回繰り返すことが望ましい。また、カーボンナノチューブを基材と電極の一方又は両方に電子ビーム堆積によって固着しておくことが望ましい。
【００１７】
本発明のカーボンナノチューブ切削装置は、一対の電極と、電荷を蓄積するためのコンデンサと、前記コンデンサに電荷を蓄積するための直流電源および充電と放電を切り替えるスイッチを有する電気回路を備えることを特徴とする。また、一対の電極と、一対の前記電極間にパルス電流を流すパルス印加電源ないしは直流電源とを有する電気回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のカーボンナノチューブ切削方法は、カーボンナノチューブ探針の長さを高精度に調節するのに適し、しかも先端部まで円筒形を保つため最大限の剛性を確保できるので、カーボンナノチューブ探針の長さ調整方法として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
カーボンナノチューブ探針を用いたＡＦＭ計測において、ライン＆スペース等の測定時の像歪みやノイズ、またエッジ形状の不確定性の原因は、カーボンナノチューブ探針の曲げ剛性が低いこと、および先端形状が探針ごとにばらついていることに起因する。
【００２０】
本発明の切削方法は、電子顕微鏡内で観察しながら実施することによってカーボンナノチューブを最小で約５０ｎｍの長さまで短くすることが可能であり、極力長さを短くして曲げ剛性を高めることができる。
【００２１】
また、先端部にかけて直径が一様な円筒型を保つことができるので、最大のカーボンナノチューブ探針剛性が確保でき、探針ごとの測定画像のばらつきの解消につながる。
【００２２】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。なお、図面中で、同じ部分には同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【実施例１】
【００２３】
図１はコンデンサ放電による電流を流してカーボンナノチューブを切削する際の切削装置構成を示したものである。本実施例の切削装置は、基材３と電極４よりなる一対の電極と、電荷を蓄積するためのコンデンサ６と、抵抗７と、コンデンサ６に電荷を蓄積するための直流電源９および、充電と放電を切り替えるスイッチ８を含む電気回路を有する。
【００２４】
カーボンナノチューブの切削は、切削しようとするカーボンナノチューブ１の一端を基材３に固定し、これとは別にもう一つのカーボンナノチューブ２を用意して電極４に担持し、カーボンナノチューブ１とカーボンナノチューブ２の先端部分を接触させて、基材３と電極４の間にコンデンサ放電による電流を流すことにより行う。
【００２５】
このとき、電極４に担持されているカーボンナノチューブ２と基材３に固定されたカーボンナノチューブ１との切削時の接触状態は、図３のように正面よりカーボンナノチューブの先端を接触させたり、または図４のように斜め方向よりカーボンナノチューブの先端を接触させたりしてよい。しかし、図５のように先端同士を突合せ切削することで先端形状を整える方法が、目的の長さに調整するには最も好適である。
【００２６】
コンデンサ放電時の電流によってカーボンナノチューブ１とカーボンナノチューブ２の接触部分においてジュール発熱が生じ、その部分が瞬時に昇華され、カーボンナノチューブ先端部の切削が生じる。
【００２７】
カーボンナノチューブ２の直径をカーボンナノチューブ１の直径よりも大きくすることでカーボンナノチューブ１を優先的に切削することができる。
【００２８】
コンデンサ６の容量は０．１〜１００μＦ程度で、放電電圧は１Ｖから１０Ｖの範囲の値を使用し、基材３に固定されたカーボンナノチューブ１のアスペクト比に応じて変えるのが望ましい。例えば直径２０ｎｍ、長さ１〜２μｍのカーボンナノチューブであれば２Ｖから５Ｖで切削する。コンデンサ放電による電圧の緩和時間は抵抗７とコンデンサ６によるが特に緩和時間の影響はなく、このときに用いたのは２．２Ω程度で、立ち上がりの電流値が数１０〜１００μＡ程度であれば充分に切削は生じる。
【００２９】
図１は、カーボンナノチューブ１とカーボンナノチューブ２の先端部分を接触させた状態すなわち切削前の状態を示している。切削後は、図２に示すように切削領域が一部消失する。本実施例の方法によれば、切削面よりカーボンナノチューブ１の層の厚み程度までの長さにわたって、非晶質化した非晶質領域１０が得られ、非晶質領域より中心部側で直径が一様な円筒型となる。また、カーボンナノチューブ１の切削面は、チューブの孔が閉じた状態になった。
【００３０】
従来の電流を利用したカーボンナノチューブの切削法は、導電性の基材にカーボンナノチューブの一端を固着させ、他端を導電性の基材に固着させ、電気的接触を確保した状態で行われていた。電圧を徐々に大きくしていくことでカーボンナノチューブの最外層から一層ずつ蒸発が生じ、切削するまで通電し続けると、内層になるにつれて蒸発時間が短くなるために先鋭化する。蒸発時間の遅れが各層で生じるため、カーボンナノチューブを先端まで円筒型にすることはできず、まして先端部が平坦になることはない。電子ビームの切断は先端まで円筒型が保たれる、また収束イオンビームを用いた切断も先端まで円筒型が保たれるが、カーボンナノチューブの切断ピッチの長さの精度に関する保障はない。また放電によるカーボンナノチューブ切削も一回で切削されるカーボンナノチューブの長さの精度に関する保障がない
本発明では図６に示すように切削を複数回繰り返すことにより、カーボンナノチューブ１の長さと先端形状を最小で約５０ｎｍの精度で微調整することが可能である。
【００３１】
各切削後のカーボンナノチューブ１の先端は非晶質化するために再度切削を行うと先端の非晶質部分が先ず昇華される。この方法で数１０ｎｍのピッチで切削を行うことが可能である。この方法により短時間でカーボンナノチューブ長さの制御ができる。特に直径が１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度の多層カーボンナノチューブに限定されず、単層カーボンナノチューブに適用することでも、先端部まで円筒型を保つことができる。
【００３２】
基材３の材料には、カーボンナノチューブ短針を用いたカンチレバーにおいて、探針ホルダーとして一般に用いられているシリコン、窒化シリコン、金属コートシリコン、もしくはタングステンを用いることができる。従来の切削方法の場合には、基材に半導体を用いることはなく金属コーティング等の処理を施しているものや、金属が用いられるが、本発明の切削方法では基材に半導体を用いることでも適用できる。
【００３３】
一般のカーボンナノチューブ探針カンチレバーは、従来のシリコン探針カンチレバーやタングステン探針カンチレバーにおける探針をホルダーとして使用し、そのホルダーにカーボンナノチューブ探針を固定することにより作製される。シリコン探針にはボロンや窒素をドープしたものもある。これらの探針の形状は四角錐、三角錐、または円錐形状などである。カーボンナノチューブ探針を有するカンチレバーの探針を本発明の切削方法によって切削する場合には、カーボンナノチューブ探針を固定しているホルダーを基材３とすることができる。
【００３４】
カーボンナノチューブ１の基材３への固定は、電子顕微鏡内での電子ビーム堆積を用いる方法によって行うことが望ましい。電子線照射により金属化合物ガスを分解し、生成物を堆積する方法によって、カーボンナノチューブ１と基材３との固定部５に金属コーティング膜を形成し、この金属コーティング膜によってカーボンナノチューブ１を基材３に固定し、固定部５を形成する。堆積物としてはタングステン、金、白金等を用いることができる。
【００３５】
堆積物としてタングステンを用いる場合には、カーボンナノチューブ１と基材３を接触させ、Ｗ（ＣＯ）６もしくはＷＦ２を加熱気化させたガスを真空度の高い走査型電子顕微鏡の試料室内部に導入させ、Ｗ（ＣＯ）６もしくはＷＦ２のガスを、ノズルを用いてカーボンナノチューブ１と基材３の接触部の近傍に放出させて、接触部付近に前記ガスの雰囲気を形成する。その後、前記接触部に電子ビームを照射してガスを分解し、析出したタングステンを照射領域である前記接触部に堆積させることで、タングステンを堆積物として固定部５を形成することができる。
【００３６】
電極４側に担持されるカーボンナノチューブ２についても、基材側に固定されるカーボンナノチューブ１と同様に、電子ビーム堆積により固着することができる。図４に、カーボンナノチューブ２が電子ビーム堆積により電極４に固着され、固定部１１が形成されている例を示した。
【００３７】
シリコンベースのホルダーを基材３に用いる場合には、電子ビームによるチャージアップを防止するために、反射膜のアルミニウムを基材にコートしておくことが望ましい。
【００３８】
カーボンナノチューブには、単層および多層カーボンナノチューブ、ボロンや窒素をドープしたカーボンナノチューブ等が存在する。また、金属原子を内包したナノチューブやナノチューブ先端に金属原子や金属微粒子をメッキしたナノチューブもある。本発明の切削方法は、これらのカーボンナノチューブのいずれにも適用することができる。
【００３９】
本実施例の方法は、カーボンナノチューブの先端部分を数１０ｎｍのピッチで切削することができ、これにより、走査型プローブ顕微鏡のプローブに用いた場合には、カーボンナノチューブ探針の必要な長さに調整され高い曲げ剛性を保つことができるようになり、また先端まで円筒形を保つことで、ある値の長さと直径によって得られるべき最大のカーボンナノチューブ探針剛性が確保でき、カーボンナノチューブ探針ごとの測定画像の再現性の良い測定が可能となる。
【００４０】
また、本実施例によれば、先端まで円筒形を保ったカーボンナノチューブが得られるために走査型プローブ顕微鏡のプローブに用いた場合には、凹凸のある試料の側面の微細凹凸をより忠実に捉えることも可能になる。
【実施例２】
【００４１】
図５はパルス電流を流してカーボンナノチューブを切削する場合の切削時の構成を示したものである。本実施例のカーボンナノチューブ切削装置は、基材３と電極４からなる一対の電極と、一対の電極間にパルス電流を流すパルス印加電源１２とを含む電気回路を有する。
【００４２】
切削しようとするカーボンナノチューブ１のほかに、もう１つのカーボンナノチューブ２を用意し、カーボンナノチューブ１を基材３に固定し、カーボンナノチューブ２を電極４に担持する。カーボンナノチューブ１の先端とカーボンナノチューブ２の先端を接触させ、基材と電極間にパルス印加電源１２によってパルス電流を流して切削を行う。
【００４３】
このときパルス印加電源ではなく瞬時のスイッチング可能な直流電源であっても同様の効果が得られる。
【００４４】
このとき、電極４に担持されているカーボンナノチューブ２と基材３に固定されたカーボンナノチューブ１との切削時の接触状態は、図３のように正面よりカーボンナノチューブの先端を接触させたり、または図４のように斜め方向よりカーボンナノチューブの先端を接触させたりしてよい。しかし、図５のように先端同士を突合せ切削することで先端形状を整える方法が、目的の長さに調整するには最も好適である。
【００４５】
パルス電圧は１Ｖから１０Ｖの範囲の値でよく、基材３に固定されたカーボンナノチューブ１のアスペクト比に応じて変えるのが望ましく、例えば直径２０ｎｍ、長さ１〜２μｍのカーボンナノチューブ１であれば２Ｖから５Ｖで切削する。パルス印加による電流値が数１０〜１００μＡ程度であれば充分切削は生じる。この放電時の電流によってカーボンナノチューブ１およびカーボンナノチューブ２の接触部分においてジュール発熱が生じ、全チューブ層が瞬時に昇華されることによりカーボンナノチューブ１の先端部の切削が生じる。本実施例でも、コンデンサ放電を利用する実施例１の場合と同様の効果が得られ、また充電と放電を切り替える時間を短縮できる利点がある。
【００４６】
カーボンナノチューブ２の直径をカーボンナノチューブ１の直径よりも大きくすることでも、同様にカーボンナノチューブ１を選択的に切削することができる。基材３に用いる材料、カーボンナノチューブ１の基材３への固定方法等に関しては、実施例１の場合と同様に行うことができる。例えば基材３に関しては、ボロンや窒素をドープしたシリコン探針あるいはタングステン探針で、四角錐、三角錐、または円錐形状をしたものを用いることができる。また、カーボンナノチューブ１の基材３への固定に関しても、電子顕微鏡内での電子ビーム堆積を用いる方法によって行うことができる。電極４側に担持されたカーボンナノチューブ２に関しても、図４に示したのと同様に電子ビーム堆積により固定部１１を設けて固定することができる。
【００４７】
本実施例の切削方法は、単層および多層カーボンナノチューブ、ボロンや窒素をドープしたカーボンナノチューブ、金属原子を内包したカーボンナノチューブ、ナノチューブ先端に金属原子や金属微粒子をメッキしたカーボンナノチューブなどのいずれにも適用可能である。
【００４８】
本実施例の方法でも、複数回の切削によってカーボンナノチューブの先端部分を数１０ｎｍのピッチで切削することができ、これによりカーボンナノチューブを必要な長さに調整でき、また先端まで円筒形を保つことができる。
【実施例３】
【００４９】
図６はコンデンサ放電による電流を流して切削を行う場合の他の例を示している。本実施例ではカーボンナノチューブ１の一端を基材３に固定し、他端を電極４に担持し、基材３と電極４の間にコンデンサ放電による電流を流して、まずカーボンナノチューブの半分程度の長さに切断を行い、その後、切断面同士を接触させて、再度放電することによって接触部分のカーボンナノチューブの切削を行う。
【００５０】
このとき図１１のように切削したいカーボンナノチューブを電極４に担持されたカーボンナノチューブと交差させて図１２のように切断を行っても同様の効果が得られる。特にこの場合はカーボンナノチューブ同士の接触部位で切断されるため制御性がよりよい。
【００５１】
切削面同士を接触させた後にコンデンサ放電による電流を流すと、基材側と電極側の両方のカーボンナノチューブ先端が瞬時に昇華され、両方のカーボンナノチューブの長さが短くなっていく。切削された面は非晶質層になっており、その厚さはカーボンナノチューブの層の厚み程度であり、数１０ｎｍである。この部分が瞬時に昇華される。したがって、本発明によれば数１０ｎｍ程度の精度で切削を行うことが可能である。
【００５２】
本実施例の図６の場合には、カーボンナノチューブとして、切削しようとするカーボンナノチューブのみを用意すればよく、電極側に２本目のカーボンナノチューブを用意する必要がない。
【００５３】
基材３の材料、基材および電極へのカーボンナノチューブの固定方法等に関しては、実施例１の場合と同様に行うことができる。
【実施例４】
【００５４】
図７は、パルス電圧を印加することによって切削を行う、別の実施例を示している。本実施例ではカーボンナノチューブの一端を固定部５によって基材３に固定し、他端を電極４に担持し、基材３と電極４の間にパルス印加電源１２よってパルス電流を流して、カーボンナノチューブを半分程度の長さに切断し、その後、切断面同士を接触させて、再度パルス印加電源１２によってパルス電圧を印加することによって先端部分の切削を行う。このときパルス印加電源ではなく瞬時のスイッチング可能な直流電源であっても同様の効果が得られる。
【００５５】
このとき図１１のように切削したいカーボンナノチューブを電極４に担持されたカーボンナノチューブと交差させて、図１２のように切断を行っても同様の効果が得られる。特にこの場合はカーボンナノチューブ同士の接触部位で切断されるため制御性がよりよい。
【００５６】
本実施形態でも、切削しようとするカーボンナノチューブ以外のカーボンナノチューブを用意する必要はない。切削面同士を接触させた後は、基材側と電極側の両方のカーボンナノチューブ先端が瞬時に昇華されることによって両方のカーボンナノチューブの長さが短くなっていく。また平坦な先端面を得ることが可能である。
【００５７】
本実施例でも、コンデンサ放電を利用する実施例３の場合と同様の効果が得られ、また充電と放電を切り替える時間を短縮できる利点がある。
【００５８】
基材３の材料、基材および電極へのカーボンナノチューブの固定方法等に関しては、実施例１の場合と同様である。
【実施例５】
【００５９】
図１３はコンデンサ放電による電流を流してカーボンナノチューブを切削する際の切削装置構成を示したものである。本実施例の切削装置は、基材３と電極４よりなる一対の電極と、電荷を蓄積するためのコンデンサ６と、抵抗７と、コンデンサ６に電荷を蓄積するための直流電源９および、充電と放電を切り替えるスイッチ８を含む電気回路を有する。
【００６０】
カーボンナノチューブの切削は、切削しようとするカーボンナノチューブ１の一端を基材３に固定し、電極４にカーボンナノチューブ１の先端部分を接触させて、基材３と電極４の間にコンデンサ放電による電流を流すことにより行う。このとき図１４のように先端同士を突合せ切削することで先端形状を整える方法が、目的の長さに調整するには最も好適である。
【００６１】
コンデンサ放電時の電流によってカーボンナノチューブ１と電極４の接触部分においてジュール発熱が生じ、その部分が瞬時に昇華され、カーボンナノチューブ先端部の切削が生じる。
【００６２】
図１５は切削後の様子を示している。このようにカーボンナノチューブ１先端切削領域が一部消失する。本実施例の方法によれば、カーボンナノチューブ１の切削面は、チューブの孔が閉じた状態になった。
【００６３】
本発明においても切削を複数回繰り返すことにより、カーボンナノチューブ１の長さ微調整することが可能であるが、制御性の観点からはカーボンナノチューブを用いる方法がよい。しかし、この方法により電極４側にカーボンナノチューブを用意する必要がないことから時間を短縮することが可能となる。
【００６４】
基材３の材料、基材および電極へのカーボンナノチューブの固定方法等に関しては、実施例１の場合と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】コンデンサ放電による電流を流してカーボンナノチューブを切削する、第一の実施例における切削時の構成図。
【図２】第一の実施例におけるカーボンナノチューブ切削後の構成図。
【図３】第一の実施例におけるカーボンナノチューブ先端同士の突合せ法の概略図。
【図４】第一の実施例におけるカーボンナノチューブ先端同士の突合せ法の概略図。
【図５】第一の実施例におけるカーボンナノチューブ先端同士の突合せ法の概略図。
【図６】第一の実施例において、カーボンナノチューブの切削を複数回行う時の様子を示した概略図。
【図７】第一の実施例において、電極にカーボンナノチューブを固着した状態を示す、切削時の構成図。
【図８】パルス電流を流してカーボンナノチューブを切削する、第二の実施例における切削時の構成図。
【図９】コンデンサ放電による電流を流して切削を行う他の実施例を示した、カーボンナノチューブの切削時の構成図。
【図１０】パルス電流を流して切削を行う他の実施例を示した、カーボンナノチューブの切削時の構成図。
【図１１】第三の実施例における電極担持カーボンナノチューブを用いた大まかなカーボンナノチューブの切断時の概略図。
【図１２】第三の実施例における電極担持カーボンナノチューブを用いた大まかなカーボンナノチューブの切断後の概略図。
【図１３】コンデンサ放電による電流を流してカーボンナノチューブを切削する、第五の実施例における切削時の構成図。
【図１４】第五の実施例におけるカーボンナノチューブ先端を接触せる電極の形状の概略図。
【図１５】第五の実施例におけるカーボンナノチューブ切削後の構成図。
【符号の説明】
【００６６】
１…カーボンナノチューブ、２…カーボンナノチューブ、３…基材、４…電極、５…固定部、６…コンデンサ、７…抵抗、８…スイッチ、９…直流電源、１０…非晶質領域、１１…固定部、１２…パルス印加電源。
【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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