JP2000203820A - Method and device for producing carbon nanotube - Google Patents
Method and device for producing carbon nanotubeInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、グラファイトの
層が円筒状に閉じた形状のカーボンナノチューブの製造
方法および製造装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing carbon nanotubes in which a graphite layer is closed in a cylindrical shape.
【０００２】[0002]
【従来の技術】カーボンナノチューブは、例えば図２に
示すように、完全にグラファイト化して筒状をなし、そ
の直径は４〜５０ｎｍ程度であり、その長さは１〜１０
μｍオーダである。このカーボンナノチューブは、図２
では模式的に示したように、グラファイトの単層（グラ
フェン）が円筒状に閉じた形状と、複数のグラフェンが
入れ子構造的に積層し、それぞれのグラフェンが円筒状
に閉じた同軸多層構造となっている形状とがある。そし
て、それら円筒状のグラフェンの中心部分は、空洞とな
っている。また、その先端部は五員環が入ることにより
閉じている。なお、おれることで先端が閉じていない場
合もある。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 2, for example, carbon nanotubes are completely graphitized to form a cylindrical shape, the diameter of which is about 4 to 50 nm, and the length of which is 1 to 10 nm.
It is on the order of μm. This carbon nanotube is shown in FIG.
As shown schematically, a single layer of graphite (graphene) is closed in a cylindrical shape, and multiple graphenes are stacked in a nested structure, forming a coaxial multilayer structure in which each graphene is closed in a cylindrical shape. There are shapes. The central part of the cylindrical graphene is hollow. The tip is closed by the five-membered ring. Note that the tip may not be closed due to being on.
【０００３】それらのような独特の形状を持つカーボン
ナノチューブは、その電子物性を利用して新規な電子材
料やナノテクノロジーへの応用が考えられている。例え
ば、電子放出のエミッターとして用いることが可能であ
る。固体表面に強い電場をかけると、その固体内に電子
を閉じこめている表面のポテンシャル障壁が低くなりま
た薄くなる。この結果、閉じこめられていた電子がトン
ネル効果により外部に放出されるようになる。これらの
現象が電界放出といわれている。[0003] Carbon nanotubes having such a unique shape are considered to be applied to new electronic materials and nanotechnology by utilizing their electronic properties. For example, it can be used as an emitter for electron emission. When a strong electric field is applied to the surface of a solid, the potential barrier on the surface that traps electrons in the solid becomes lower and thinner. As a result, the trapped electrons are emitted to the outside due to the tunnel effect. These phenomena are called field emission.
【０００４】この電界放出を観測するためには、１０7
Ｖ／ｃｍもの強い電界を固体表面にかけなければならな
いが、これを実現するための一手法として先端を鋭くと
がらせた金属針を用いるようにしている。そのような針
を用いて電界をかければ、尖った先端に電界が集中し、
必要とされる高電界が得られる。前述したカーボンナノ
チューブは、先端の曲率半径が１ｎｍオーダと非常に鋭
利であり、しかも化学的に安定で機械的にも強靭である
など、電界放出のエミッタ材料として適した物理的性質
を有している。In order to observe this field emission, 10 7
A strong electric field as high as V / cm must be applied to the solid surface. One method for achieving this is to use a metal needle having a sharp pointed tip. If an electric field is applied using such a needle, the electric field concentrates on the sharp tip,
The required high electric field is obtained. The carbon nanotubes described above have physical properties suitable for a field emission emitter material, such as a very sharp tip with a radius of curvature of the order of 1 nm, as well as being chemically stable and mechanically tough. I have.
【０００５】このカーボンナノチューブは、ヘリウムガ
ス中で２本の炭素電極を１〜２ｍｍ程度離した状態で直
流アーク放電を起こしたときに、陽極側の炭素が蒸発し
て陰極側の炭素電極先端に凝集した堆積物中に形成され
る。より詳細に説明すると、まず、図３に示すような、
密閉容器３０１中に陽極側の炭素電極３０２と陰極側の
炭素電極３０３とを配置する。なお、炭素電極３０２は
電流導入端子３０２ａに接続し、炭素電極３０３は電流
導入端子３０３ａに接続している。また、炭素電極３０
２は、直線運動を可能とする微動機構３０４により、図
３の紙面左右方向に移動可能となっている。そして、密
閉容器３０１内には、低圧のヘリウムガスが導入されて
いる。[0005] When a DC arc discharge occurs in a helium gas with two carbon electrodes separated by about 1 to 2 mm, the carbon on the anode side evaporates and the carbon nanotubes on the tip of the carbon electrode on the cathode side. Formed in aggregated sediments. To explain in more detail, first, as shown in FIG.
An anode-side carbon electrode 302 and a cathode-side carbon electrode 303 are arranged in a sealed container 301. Note that the carbon electrode 302 is connected to the current introduction terminal 302a, and the carbon electrode 303 is connected to the current introduction terminal 303a. In addition, the carbon electrode 30
Numeral 2 is movable in the horizontal direction on the paper of FIG. 3 by a fine movement mechanism 304 capable of linear movement. Then, a low-pressure helium gas is introduced into the closed vessel 301.
【０００６】以上の構成において、電流導入端子３０２
ａに（＋），電流導入端子３０３ａに（−）を接続し、
電極３０２と電極３０３との間隔を１ｍｍ程度とし、直
流電流を流しアーク放電を起こす。すると、図３（ａ）
に示すように、陽極側の炭素電極３０２の炭素が蒸発
し、この蒸発した炭素が再結晶化することにより、陰極
側の炭素電極３０３先端に堆積物柱３０５が形成され
る。そして、堆積物柱３０５と炭素電極３０２との間を
常に１ｍｍ程度と一定に保つように、堆積物柱３０５の
成長とともに微動機構３０４により電極３０２を移動さ
せていく。この結果、図３（ｂ）に示すように、炭素電
極３０３先端には、堆積物柱３０６が成長していく。In the above configuration, the current introduction terminal 302
Connect (+) to a and (-) to the current introduction terminal 303a,
The distance between the electrode 302 and the electrode 303 is set to about 1 mm, and a direct current is applied to cause arc discharge. Then, FIG.
As shown in (2), the carbon of the carbon electrode 302 on the anode side evaporates, and the evaporated carbon is recrystallized, thereby forming a deposit column 305 at the tip of the carbon electrode 303 on the cathode side. Then, the electrode 302 is moved by the fine movement mechanism 304 together with the growth of the deposit column 305 so that the distance between the deposit column 305 and the carbon electrode 302 is always kept constant at about 1 mm. As a result, as shown in FIG. 3B, a deposit column 306 grows at the tip of the carbon electrode 303.
【０００７】以上のようにして形成した堆積物柱３０６
は、図３（ｃ）に示すように、外側の固い殻３０６ａ
と、その内側のもろくて黒い芯３０６ｂとの２つの領域
から構成されている。その内側の芯３０６ｂは、堆積物
柱３０６の長さ方向にのびた繊維状の組織をもってい
る。そして、その繊維状の組織が、前述したカーボンナ
ノチューブの集合体である柱状グラファイトである。そ
の柱状グラファイトにおいて、カーボンナノチューブ
は、炭素の多面体微粒子（ナノポリヘドロン：nanopoly
hedoron）とともに複数が集合している。なお、外側の
固い殻３０６ａは、グラファイトの多結晶体である。The deposit column 306 formed as described above
The outer hard shell 306a, as shown in FIG.
And a fragile black core 306b on the inner side. The inner core 306b has a fibrous structure extending in the longitudinal direction of the sediment column 306. The fibrous structure is columnar graphite, which is an aggregate of the carbon nanotubes described above. In the columnar graphite, carbon nanotubes are made of carbon polyhedral fine particles (nanopolyhedron: nanopolyhedron).
hedoron). The outer hard shell 306a is a graphite polycrystal.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ここで、上述したよう
にカーボンナノチューブを製造する場合、カーボンナノ
チューブ以外にグラファイトの多結晶体からなる外側の
固い殻も形成され、形成された堆積物柱全てがカーボン
ナノチューブでなく、無駄があった。上述したようにカ
ーボンナノチューブを製造する場合、原料は陽極側の炭
素電極になるが、これをなるべく無駄なく用いようとす
る場合、陰極側に堆積する堆積物柱におけるカーボンナ
ノチューブの割合をなるべく大きくする必要がある。ま
た、堆積物柱におけるカーボンナノチューブの割合が大
きくなれば、単位時間当たりのカーボンナノチューブの
製造量を増加させることができるようになる。Here, when carbon nanotubes are manufactured as described above, an outer solid shell made of graphite polycrystal is formed in addition to the carbon nanotubes, and all of the formed sediment columns are formed. There was no waste, not carbon nanotubes. When producing carbon nanotubes as described above, the raw material is a carbon electrode on the anode side, but if this is to be used with as little waste as possible, the ratio of carbon nanotubes in the deposit columns deposited on the cathode side should be as large as possible. There is a need. In addition, if the ratio of carbon nanotubes in the sediment column increases, the amount of carbon nanotubes produced per unit time can be increased.
【０００９】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、効率よくカーボンナノチ
ューブが製造できるようにすることを目的とする。[0009] The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to enable efficient production of carbon nanotubes.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】この発明のカーボンナノ
チューブの製造方法は、密閉容器中を所定の真空度とし
た状態でこの密閉容器中にガスを導入し、その密閉容器
中に先端部を所定の間隔で対向して配置された陰極とな
る第１の炭素電極と陽極となる第２の炭素電極との周囲
を所定の温度に加熱し、そして、第１の炭素電極と第２
の炭素電極との間に電圧を印加して第１の炭素電極と第
２の炭素電極との間にアーク放電を発生させるようにし
た。このように製造するようにしたので、アーク放電に
より第２の炭素電極から蒸発した炭素が、加温された雰
囲気で第１の炭素電極と第２の炭素電極の間の第１の炭
素電極先端に蒸着していく。また、そのガスにヘリウム
ガスを用いる。また、ヘリウムガスと炭素と反応する物
質のガスとから構成する。ここで、炭素と反応する物質
は水素または酸素である。また、アーク放電を発生させ
ている間は、第２の炭素電極に対向している第１の炭素
電極の面に堆積している堆積物柱の先端と第２の炭素電
極の先端との距離を一定の間隔とする。また、周囲を加
熱する温度は、５００℃以上とする。According to the method for producing carbon nanotubes of the present invention, a gas is introduced into a hermetically sealed container in a state where the inside of the hermetically sealed container is kept at a predetermined degree of vacuum, and a tip portion of the gas is introduced into the hermetically sealed container. The circumference of a first carbon electrode serving as a cathode and a second carbon electrode serving as an anode, which are disposed to face each other at an interval of, is heated to a predetermined temperature, and then the first carbon electrode and the second
A voltage was applied between the first carbon electrode and the second carbon electrode to generate an arc discharge between the first carbon electrode and the second carbon electrode. Since it is manufactured in this manner, the carbon evaporated from the second carbon electrode by the arc discharge is charged in the heated carbon atmosphere between the first carbon electrode and the second carbon electrode in a heated atmosphere. To be deposited. Helium gas is used as the gas. Further, it is composed of helium gas and a gas of a substance which reacts with carbon. Here, the substance that reacts with carbon is hydrogen or oxygen. In addition, during the arc discharge, the distance between the tip of the deposit column deposited on the surface of the first carbon electrode facing the second carbon electrode and the tip of the second carbon electrode Is a fixed interval. The temperature for heating the surroundings is 500 ° C. or higher.
【００１１】また、この発明のカーボンナノチューブの
製造装置は、内部が真空排気可能な密閉容器中に配置さ
れた陰極となる第１の炭素電極と、密閉容器中で第１の
炭素電極と所定の間隔で対向して配置された陽極となる
第２の炭素電極と、第１および第２の炭素電極周囲に配
置されたヒータと、密閉容器中に所定のガスを導入する
ガス導入手段と、第１および第２の炭素電極に接続さ
れ、第１の炭素電極と第２の炭素電極との間にアーク放
電を起こさせるためのアーク電源とを備えるようにし
た。このように構成したので、アーク放電が発生する雰
囲気を加熱することができる。また、第１および第２の
炭素電極間隔を可変する電極移動手段を備える。また、
ヒータは、第１および第２の炭素電極の中心線を同心と
した円筒形状とする。[0011] Further, the apparatus for producing carbon nanotubes of the present invention comprises a first carbon electrode serving as a cathode, which is disposed in a closed container capable of evacuating the inside, and a first carbon electrode in the closed container, A second carbon electrode serving as an anode disposed to face at an interval, a heater disposed around the first and second carbon electrodes, gas introducing means for introducing a predetermined gas into the closed container, An arc power source connected to the first and second carbon electrodes for causing arc discharge between the first and second carbon electrodes was provided. With this configuration, it is possible to heat the atmosphere in which arc discharge occurs. Further, an electrode moving means for changing the distance between the first and second carbon electrodes is provided. Also,
The heater has a cylindrical shape with the center lines of the first and second carbon electrodes concentric.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。はじめに、この発明の実施の形態に
おけるカーボンナノチューブの製造装置に関して説明す
る。この製造装置は、図１に示すように、密閉容器１０
１を備え、その中に陽極側の炭素電極１０２と陰極側の
炭素電極１０３とが配置されている。この炭素電極１０
２は直径６ｍｍであり、炭素電極１０３は直径１０ｍｍ
である。また、炭素電極１０３は直線運動を可能とする
微動機構（電極移動手段）１０４を備え、炭素電極１０
２と炭素電極１０３の配置方向に移動可能とされてい
る。この移動方向は、図１の紙面上下方向である。な
お、炭素電極１０２は固定され、炭素電極１０２が移動
できるように構成してもよい。そして、炭素電極１０２
と炭素電極１０３は、アーク電源１０５に接続して高電
圧が印加できるようにされている。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, an apparatus for producing carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG.
1 in which an anode-side carbon electrode 102 and a cathode-side carbon electrode 103 are arranged. This carbon electrode 10
2 has a diameter of 6 mm, and the carbon electrode 103 has a diameter of 10 mm.
It is. Further, the carbon electrode 103 includes a fine movement mechanism (electrode moving means) 104 that enables linear movement, and the carbon electrode 10
2 and the carbon electrode 103 can be moved in the arrangement direction. This moving direction is a vertical direction on the paper surface of FIG. Note that the carbon electrode 102 may be fixed, and the carbon electrode 102 may be configured to be movable. Then, the carbon electrode 102
The carbon electrode 103 is connected to an arc power supply 105 so that a high voltage can be applied.
【００１３】また、密閉容器１０１は排気管１０６を備
え、図示していないが、排気管１０６は真空排気手段に
連通している。そして、その真空排気手段により、密閉
容器１０１内が真空排気できるようにされている。ま
た、密閉容器１０１はガス導入管１０７を備え、真空排
気状態とされている密閉容器１０１内に、所定の流量で
ヘリウムガスなどが導入できるように構成されている。
そして、この実施の形態では、内径３０ｍｍで高さ１０
０ｍｍ程度の円筒形状のカーボンヒータ１１０を、炭素
電極１０２，１０３を覆って配置するようにした。ま
た、そのカーボンヒータ１１０の周囲には、カーボンフ
ェルト製の内径１２０ｍｍ程度で高さ１５０ｍｍとされ
た熱シールド筒１１１を備えるようにした。The closed vessel 101 has an exhaust pipe 106, which is not shown, but communicates with a vacuum exhaust means. The inside of the sealed container 101 can be evacuated by the evacuation means. The hermetic container 101 is provided with a gas introduction pipe 107, and is configured so that helium gas or the like can be introduced at a predetermined flow rate into the hermetic container 101 that has been evacuated.
In this embodiment, the inner diameter is 30 mm and the height is 10 mm.
A carbon heater 110 having a cylindrical shape of about 0 mm was arranged so as to cover the carbon electrodes 102 and 103. Around the carbon heater 110, a heat shield cylinder 111 made of carbon felt and having an inner diameter of about 120 mm and a height of 150 mm was provided.
【００１４】また、そのカーボンヒータ１１０には、出
力２．５ｋＷ程度のカーボンヒータ用電源１１０ａが接
続されており、カーボンヒータ１１０の温度を２０００
℃程度にすることができる。以上のように構成したの
で、この実施の形態のカーボンナノチューブの製造装置
では、炭素電極１０２と炭素電極１０３の間のアーク放
電が得られる領域が、カーボンヒータ１１０で囲われた
状態となっている。なお、熱シールド筒１１１を備える
ことで、カーボンヒータ１１０からの放熱の損失を抑制
でき、また、カーボンヒータ１１０の放熱により、密閉
容器１０１が必要以上に加熱されないようにできる。The carbon heater 110 is connected to a carbon heater power supply 110a having an output of about 2.5 kW.
° C. With the configuration described above, in the carbon nanotube manufacturing apparatus according to the present embodiment, the region where the arc discharge is obtained between the carbon electrode 102 and the carbon electrode 103 is in a state surrounded by the carbon heater 110. . By providing the heat shield tube 111, the loss of heat radiation from the carbon heater 110 can be suppressed, and the heat radiation of the carbon heater 110 can prevent the closed container 101 from being heated more than necessary.
【００１５】次に、上述した製造装置を用いたカーボン
ナノチューブの製造方法について説明する。まず、密閉
容器１０１内を１０-3〜１０-4Ｐａ程度の真空度とす
る。ついで、ガス導入管１０７よりヘリウムガスを導入
し、密閉容器１０１内の真空度が１０4 Ｐａ程度となる
ようにする。なお、ヘリウムガスに限るものではなく、
Ａｒガスなどの不活性ガスや、窒素ガスまたはに酸化炭
素ガスを用いるようにしても良い。次に、上述した状態
を保ちながら、カーボンヒータ用電源１１０ａによりカ
ーボンヒータ１１０に電源を印加し、カーボンヒータ１
１０の温度が５００〜２０００℃の間の適当な値となる
ようにする。Next, a method for producing carbon nanotubes using the above-described production apparatus will be described. First, the inside of the sealed container 101 is set to a degree of vacuum of about 10 −3 to 10 −4 Pa. Next, helium gas is introduced from the gas introduction pipe 107 so that the degree of vacuum in the closed vessel 101 is about 10 4 Pa. In addition, it is not limited to helium gas,
An inert gas such as an Ar gas, a nitrogen gas, or a carbon oxide gas may be used. Next, while maintaining the above-described state, power is applied to the carbon heater 110 by the carbon heater power supply 110a, and the carbon heater 1 is turned on.
The temperature of 10 is set to a suitable value between 500 and 2000 ° C.
【００１６】次に、その高温状態となったら、今度は、
炭素電極１０２が（＋）で炭素電極１０３が（−）に接
続された状態でアーク電源１０５より直流電圧を印加
し、炭素電極１０２と炭素電極１０３との間にアーク放
電を生じさせる。このことにより、陽極側の炭素電極１
０２の炭素が蒸発し、この蒸発した炭素が再結晶化する
ことにより、陰極側の炭素電極１０３先端に堆積物柱１
２０が形成される。そしてこのとき、この実施の形態で
は、生成している堆積物柱１２０およびその周囲をカー
ボンヒータ１１０で加熱するようにした。この加熱温度
としては、例えばカーボンヒータ１１０の放熱温度が５
００〜２０００℃の間の適当な値となるようにする。Next, when the high temperature state is reached,
With the carbon electrode 102 connected to (+) and the carbon electrode 103 connected to (−), a DC voltage is applied from the arc power supply 105 to cause an arc discharge between the carbon electrode 102 and the carbon electrode 103. As a result, the carbon electrode 1 on the anode side
02 is evaporated, and the evaporated carbon is recrystallized, so that the deposit column 1 is formed at the tip of the carbon electrode 103 on the cathode side.
20 are formed. At this time, in this embodiment, the generated sediment pillar 120 and its surroundings are heated by the carbon heater 110. As the heating temperature, for example, the heat radiation temperature of the carbon heater 110 is 5
It is adjusted to an appropriate value between 00 and 2000 ° C.
【００１７】また、堆積物柱１２０と炭素電極１０２と
の間を常に１ｍｍ程度と一定に保つように、堆積物柱１
２０の成長とともに微動機構１０４により炭素電極１０
２を移動させていく。この結果、炭素電極１０３先端に
は、堆積物柱１２０が柱状に成長していく。このとき、
柱状に成長する堆積物柱１２０の直径は、炭素電極１０
２の直径にほぼ等しく、７ｍｍ程度になる。そのとき、
堆積物柱１２０の成長とともに、グラファイトからなる
外側の固い殻の内側にカーボンナノチューブが形成され
ていく。この後、所望の大きさにまで堆積物柱１２０を
成長させた後、放電を停止し、カーボンヒータ１１０に
よる加熱された状態を冷却させ、密閉容器１０１内の真
空度を低下させて大気圧に開放し、陰極側の炭素電極１
０３先端に成長した堆積物柱１２０を取り出し、その中
央部分のカーボンナノチューブを取り出せば、多量のカ
ーボンナノチューブを得ることができる。The distance between the deposit column 120 and the carbon electrode 102 is kept constant at about 1 mm.
With the growth of 20, the carbon electrode 10 is
Move 2 As a result, at the tip of the carbon electrode 103, the deposit pillar 120 grows in a pillar shape. At this time,
The diameter of the sediment column 120 growing in a columnar shape depends on the carbon electrode 10.
2, which is about 7 mm. then,
As the sediment pillars 120 grow, carbon nanotubes are formed inside the outer hard shell made of graphite. Thereafter, after the deposit pillar 120 is grown to a desired size, the discharge is stopped, the state heated by the carbon heater 110 is cooled, and the degree of vacuum in the closed vessel 101 is reduced to atmospheric pressure. Open the carbon electrode 1 on the cathode side
If the sediment pillar 120 that has grown at the tip of 03 is taken out and the carbon nanotube at the center is taken out, a large amount of carbon nanotubes can be obtained.
【００１８】そして、この実施の形態では、カーボンヒ
ータ１１０によりその成長雰囲気を加熱するようにして
いるので、外側の固い殻があまり厚く形成されず、内側
に形成されるカーボンナノチューブの量が増加する。ヒ
ータを用いない従来の場合、外側の固い殻は厚さが２ｍ
ｍ程度であったが、この実施の形態の場合、その厚さが
１ｍｍ程度と減少する。この結果、この実施の形態によ
れば、単位時間当たりのカーボンナノチューブの生成割
合が、約２．８倍に増加したことになる。In this embodiment, since the growth atmosphere is heated by the carbon heater 110, the outer hard shell is not formed so thick, and the amount of carbon nanotubes formed inside increases. . In the conventional case without a heater, the outer hard shell has a thickness of 2 m.
m, but in the case of this embodiment, the thickness is reduced to about 1 mm. As a result, according to this embodiment, the generation ratio of carbon nanotubes per unit time is increased by about 2.8 times.
【００１９】この効果は、上述の構成の場合、カーボン
ヒータ１１０の温度を５００℃以上としたときに得られ
た。カーボンヒータ１１０の温度を、５００℃未満とし
たときには、あまり効果が得られなかった。また、ヒー
タを用いない場合、アーク放電を発生しているときに、
異常放電が起きたり放電が停止してしまうことがあった
が、ヒータを用いることにより、その異常状態も抑制さ
れるようになる。また、ヒータ１１０による加熱は、炭
素電極１０２，１０３を中心としてなるべく均一となる
ようにした方が、加熱の状態が均一となり上述した効果
が均一な状態で得られるようになる。例えば、上述した
ように、ヒータ１１０は、炭素電極１０２，１０３の中
心の同心円上にある円筒形状とすれば、堆積物およびそ
の雰囲気を均一に加熱することができる。This effect was obtained when the temperature of the carbon heater 110 was set to 500 ° C. or more in the case of the above configuration. When the temperature of the carbon heater 110 was set at less than 500 ° C., no significant effect was obtained. In addition, when a heater is not used, when arc discharge is occurring,
In some cases, abnormal discharge occurs or discharge stops, but by using a heater, the abnormal state is suppressed. Further, if the heating by the heater 110 is made as uniform as possible around the carbon electrodes 102 and 103, the heating state becomes uniform and the above-mentioned effect can be obtained in a uniform state. For example, as described above, if the heater 110 has a cylindrical shape that is concentric with the center of the carbon electrodes 102 and 103, the deposit and its atmosphere can be uniformly heated.
【００２０】ここで、カーボンナノチューブの生成割合
の増加効果に関して考察する。カーボンナノチューブの
製造において、炭素電極１０２と炭素電極１０３の間に
高電圧を印加してアーク放電を起こしているときは、そ
の放電部分が３０００℃以上の高温となっている。した
がって、堆積物柱１２０の堆積が起こっている先端部は
３０００℃もの高温状態となっている。ところが、従来
では、周囲のヘリウムガスなどによりその温度が急激に
冷却される状態であった。このように、急激に温度が低
下することで、堆積物柱の外周部にはグラファイトの層
が形成されるものと考えられる。Here, the effect of increasing the production ratio of carbon nanotubes will be considered. In the production of carbon nanotubes, when a high voltage is applied between the carbon electrode 102 and the carbon electrode 103 to cause an arc discharge, the discharge portion has a high temperature of 3000 ° C. or higher. Therefore, the tip of the sediment column 120 where deposition occurs is in a high temperature state of 3000 ° C. However, conventionally, the temperature has been rapidly cooled by surrounding helium gas or the like. As described above, it is considered that the graphite layer is formed on the outer peripheral portion of the sediment column due to the rapid decrease in temperature.
【００２１】これに対し、この実施の形態では、アーク
放電により生成している堆積物柱１２０およびその周囲
のガスが、カーボンヒータ１１０からの熱により加熱さ
れているので、堆積物柱１２０の表面温度があまり低下
しない状態が得られる。すなわち、この実施の形態で
は、生成している堆積物柱１２０の外側が急激に冷却さ
れることが抑制されるようになる。このように、堆積物
柱１２０周囲の急激な温度低下が抑制されることによ
り、前述したように、堆積物柱１２０の外側の固い殻の
厚さが薄くなるものと考えられる。そして、堆積物柱１
２０の外側におけるグラファイトの生成が抑制され、そ
の分内側において形成されるカーボンナノチューブの量
が大幅に増加するため、上述したように、カーボンナノ
チューブの生成割合が増加するものと考えられる。On the other hand, in this embodiment, since the deposit column 120 generated by the arc discharge and the surrounding gas are heated by the heat from the carbon heater 110, the surface of the deposit column 120 is heated. A state where the temperature does not decrease so much is obtained. That is, in this embodiment, the outside of the generated sediment column 120 is suppressed from being rapidly cooled. As described above, it is considered that the thickness of the hard shell outside the sediment column 120 is reduced by suppressing the rapid temperature decrease around the sediment column 120 as described above. And sediment pillar 1
It is considered that the production rate of carbon nanotubes is increased as described above because the production of graphite on the outer side of 20 is suppressed and the amount of carbon nanotubes formed on the inner side is considerably increased accordingly.
【００２２】ところで、上述では、密閉容器１０１中に
ヘリウムガスを導入してアーク放電を起こさせるように
したが、これに限るものではない。ヘリウムガス中に水
素ガス，酸素ガスなどの炭素と反応するガスを添加する
ようにしてもよい。これらのガスの添加により、堆積物
柱におけるカーボンナノチューブの品質を向上させるこ
とができる。前述したように、炭素電極間のアーク放電
により得られる円柱状の堆積物は、外側の固い殻と、そ
の内側のもろくて黒い芯との２つの領域から構成されて
いる。その外側の固い殻は、グラファイトの多結晶体で
あり、前述したようにヒータを用いることで薄くするこ
とができる。In the above description, helium gas is introduced into the closed vessel 101 to cause arc discharge, but the invention is not limited to this. A gas that reacts with carbon, such as hydrogen gas or oxygen gas, may be added to helium gas. The addition of these gases can improve the quality of carbon nanotubes in the sediment column. As described above, the columnar deposit obtained by the arc discharge between the carbon electrodes is composed of two regions: a hard outer shell and a fragile black core inside. The outer hard shell is made of graphite polycrystal and can be thinned by using a heater as described above.
【００２３】一方、内側の芯は、堆積物柱の長さ方向に
のびた繊維状の組織をもっている。その繊維状の組織
が、カーボンナノチューブの集合体である柱状グラファ
イトであり、堆積物柱を切り出すことなどにより、柱状
グラファイトを得ることができる。その柱状グラファイ
トにおいて、カーボンナノチューブは、炭素の多面体微
粒子（ナノポリヘドロン）とともに複数が集合した状態
となっている。そして、カーボンナノチューブに着目し
た場合、カーボンナノチューブの集合体である柱状グラ
ファイト中においては、そのナノポリヘドロンは不純物
である。On the other hand, the inner core has a fibrous structure extending in the longitudinal direction of the sediment column. The fibrous structure is columnar graphite which is an aggregate of carbon nanotubes, and columnar graphite can be obtained by cutting out a sediment column. In the columnar graphite, a plurality of carbon nanotubes are aggregated together with carbon polyhedral fine particles (nanopolyhedron). When attention is paid to carbon nanotubes, the nanopolyhedron is an impurity in columnar graphite, which is an aggregate of carbon nanotubes.
【００２４】ところで、このナノポリヘドロンはカーボ
ンナノチューブのような結晶構造を持たず、化学的物理
的にカーボンナノチューブに比較して不安定な物質であ
る。したがって、前述したように、炭素電極間にアーク
放電を発生させて堆積物柱を生成させている環境中に水
素や酸素が存在すると、生成しているカーボンナノチュ
ーブ周囲のナノポリヘドロンが先にそれらと反応し、炭
化水素化合物や二酸化炭素などになり、ガス化して除去
されていくものと考えられる。この結果、ヘリウムガス
中に水素ガスや酸素ガスなどの炭素と反応するガスを添
加することで、堆積物柱におけるカーボンナノチューブ
の品質を向上させることができる。By the way, this nanopolyhedron does not have a crystal structure like a carbon nanotube, and is a chemically and physically unstable substance as compared with a carbon nanotube. Therefore, as described above, if hydrogen or oxygen is present in the environment where an arc discharge is generated between the carbon electrodes to form the deposit columns, the nanopolyhedron around the generated carbon nanotubes first And becomes hydrocarbon compounds and carbon dioxide, which are considered to be gasified and removed. As a result, by adding a gas that reacts with carbon, such as hydrogen gas or oxygen gas, to the helium gas, the quality of carbon nanotubes in the sediment column can be improved.
【００２５】[0025]
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、密
閉容器中を所定の真空度とした状態でこの密閉容器中に
ガスを導入し、その密閉容器中に所定の間隔で対向して
配置された陰極となる第１の炭素電極および陽極となる
第２の炭素電極の周囲を所定の温度に加熱し、そして、
第１の炭素電極と第２の炭素電極との間に電圧を印加し
て第１の炭素電極と第２の炭素電極との間にアーク放電
を発生させるようにした。このように製造するようにし
たので、アーク放電により第２の炭素電極から蒸発した
炭素が、加温された雰囲気内で第１の炭素電極と第２の
炭素電極の間の第１の炭素電極先端に蒸着していく。こ
の結果、第１の炭素電極先端に堆積成長する堆積物柱に
おけるカーボンナノチューブの割合が増加するので、こ
の発明によれば、効率よくカーボンナノチューブが製造
できるようになるという優れた効果が得られる。As described above, according to the present invention, a gas is introduced into a closed vessel with the inside of the closed vessel kept at a predetermined degree of vacuum, and the gas is introduced into the closed vessel at a predetermined interval. Heating the surroundings of the first carbon electrode serving as the cathode and the second carbon electrode serving as the anode to a predetermined temperature; and
A voltage was applied between the first carbon electrode and the second carbon electrode to generate an arc discharge between the first carbon electrode and the second carbon electrode. Since it is manufactured in this manner, the carbon evaporated from the second carbon electrode due to the arc discharge is charged in the heated atmosphere by the first carbon electrode between the first carbon electrode and the second carbon electrode. Deposit on the tip. As a result, the ratio of the carbon nanotubes in the deposit pillars deposited and grown on the tip of the first carbon electrode is increased. Therefore, according to the present invention, an excellent effect that carbon nanotubes can be efficiently manufactured can be obtained.
【００２６】また、この発明のカーボンナノチューブの
製造装置は、内部が真空排気可能な密閉容器中に配置さ
れた陰極となる第１の炭素電極と、密閉容器中で第１の
炭素電極と所定の間隔で対向して配置された陽極となる
第２の炭素電極と、第１および第２の炭素電極周囲に配
置されたヒータと、密閉容器中に所定のガスを導入する
ガス導入手段と、第１および第２の炭素電極に接続さ
れ、第１の炭素電極と第２の炭素電極との間にアーク放
電を起こさせるためのアーク電源とを備えるようにし
た。このように構成したので、アーク放電が発生する雰
囲気を加熱することができる。この結果、第１の炭素電
極と第２の炭素電極の間にアーク放電を発生させると
き、その雰囲気をヒータで加熱できるので、アーク放電
により第２の炭素電極から蒸発した炭素を、加温された
雰囲気内で第１の炭素電極と第２の炭素電極の間の第１
の炭素電極先端に蒸着させることができる。この結果、
第１の炭素電極先端に堆積成長する堆積物柱におけるカ
ーボンナノチューブの割合を増加させることができるの
で、この発明によれば、効率よくカーボンナノチューブ
が製造できるようになるという優れた効果が得られる。Further, the apparatus for producing carbon nanotubes of the present invention comprises a first carbon electrode serving as a cathode, which is disposed in a closed container capable of evacuating the inside, and a first carbon electrode in the closed container, A second carbon electrode serving as an anode disposed to face at an interval, a heater disposed around the first and second carbon electrodes, gas introducing means for introducing a predetermined gas into the closed container, An arc power source connected to the first and second carbon electrodes for causing arc discharge between the first and second carbon electrodes was provided. With this configuration, it is possible to heat the atmosphere in which arc discharge occurs. As a result, when an arc discharge is generated between the first carbon electrode and the second carbon electrode, the atmosphere can be heated by the heater, so that the carbon evaporated from the second carbon electrode by the arc discharge is heated. Between the first carbon electrode and the second carbon electrode in an atmosphere
At the tip of the carbon electrode. As a result,
Since the ratio of carbon nanotubes in the deposit pillars deposited and grown on the tip of the first carbon electrode can be increased, the present invention provides an excellent effect that carbon nanotubes can be manufactured efficiently.
【図１】 この発明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の構成を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a carbon nanotube manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図２】 カーボンナノチューブの構成を示す構成図で
ある。FIG. 2 is a configuration diagram showing a configuration of a carbon nanotube.
【図３】 従来よりあるカーボンナノチューブの製造装
置の構成を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of a conventional carbon nanotube manufacturing apparatus.
１０１…密閉容器、１０２，１０３…炭素電極、１０４
…微動機構（電極移動手段）、１０５…アーク電源、１
０６…排気管、１０７…ガス導入管、１１０…カーボン
ヒータ、１１０ａ…カーボンヒータ用電源、１１１…熱
シールド筒。101: closed container, 102, 103: carbon electrode, 104
... fine movement mechanism (electrode moving means), 105 ... arc power supply, 1
06: exhaust pipe, 107: gas introduction pipe, 110: carbon heater, 110a: power supply for carbon heater, 111: heat shield cylinder.
フロントページの続き (72)発明者 趙 新洛 愛知県名古屋市天白区塩釜口１丁目501番 地 名城大学理工学部一般教養科 物理教 室内 (72)発明者 長廻 武志 三重県伊勢市上野町字和田700番地 伊勢 電子工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G046 CC01 CC02 CC03 CC06 CC09 4L037 CS03 CS04 FA04 PA03 PA26 PA28 Continuing on the front page (72) Inventor Zhao Shinraku 1-501 Shiogamaguchi, Tenpaku-ku, Nagoya-shi, Aichi Japan Address F-term in Ise Electronics Industry Co., Ltd. (reference) 4G046 CC01 CC02 CC03 CC06 CC09 4L037 CS03 CS04 FA04 PA03 PA26 PA28
Claims (10)
この密閉容器中にガスを導入する工程と、 前記密閉容器中に所定の間隔で対向して配置された陰極
となる第１の炭素電極および陽極となる第２の炭素電極
の周囲を所定の温度に加熱する工程と、 前記第１の炭素電極と第２の炭素電極との間に電圧を印
加して第１の炭素電極と第２の炭素電極との間にアーク
放電を発生させる工程とを備えたことを特徴とするカー
ボンナノチューブの製造方法。1. A step of introducing a gas into a closed vessel with a predetermined degree of vacuum in the closed vessel, and a first cathode serving as a cathode disposed opposite to the closed vessel at a predetermined interval. Heating the periphery of the carbon electrode and the second carbon electrode serving as the anode to a predetermined temperature; and applying a voltage between the first carbon electrode and the second carbon electrode to form a first carbon electrode. Generating an arc discharge between the second carbon electrode and the second carbon electrode.
製造方法において、 前記ガスはヘリウムガスであることを特徴とするカーボ
ンナノチューブの製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the gas is helium gas.
製造方法において、 前記ガスはヘリウムガスと炭素と反応する物質のガスと
から構成されたことを特徴とするカーボンナノチューブ
の製造方法。3. The method according to claim 1, wherein the gas comprises helium gas and a gas that reacts with carbon.
製造方法において、 前記炭素と反応する物質は水素であることを特徴とする
カーボンナノチューブの製造方法。4. The method for producing a carbon nanotube according to claim 3, wherein the substance reacting with carbon is hydrogen.
製造方法において、 前記炭素と反応する物質は酸素であることを特徴とする
カーボンナノチューブの製造方法。5. The method for producing a carbon nanotube according to claim 3, wherein the substance that reacts with carbon is oxygen.
ンナノチューブの製造方法において、 前記アーク放電を発生させている間は、 前記第２の炭素電極に対向している前記第１の炭素電極
の面に堆積している堆積物柱の先端と前記第２の炭素電
極の先端との距離を一定の間隔とすることを特徴とする
カーボンナノチューブの製造方法。6. The method for producing a carbon nanotube according to claim 1, wherein the first carbon facing the second carbon electrode while the arc discharge is being generated. A method for producing carbon nanotubes, wherein a distance between a tip of a deposit pillar deposited on a surface of an electrode and a tip of the second carbon electrode is set to a constant distance.
ンナノチューブの製造方法において、 前記温度は、５００℃以上であることを特徴とするカー
ボンナノチューブの製造方法。7. The method for producing a carbon nanotube according to claim 1, wherein the temperature is 500 ° C. or higher.
された陰極となる第１の炭素電極と、 前記密閉容器中で前記第１の炭素電極に所定の間隔で対
向して配置された陽極となる第２の炭素電極と、 前記第１および第２の炭素電極周囲に配置されたヒータ
と、 前記密閉容器中に所定のガスを導入するガス導入手段
と、 前記第１および第２の炭素電極に接続され、前記第１の
炭素電極と第２の炭素電極との間にアーク放電を起こさ
せるためのアーク電源とを備えたことを特徴とするカー
ボンナノチューブの製造装置。8. A first carbon electrode serving as a cathode, which is disposed in a closed container capable of evacuating the inside, and is disposed opposite to the first carbon electrode at a predetermined interval in the closed container. A second carbon electrode serving as an anode; a heater disposed around the first and second carbon electrodes; a gas introduction unit for introducing a predetermined gas into the closed container; An apparatus for producing carbon nanotubes, comprising: an arc power supply connected to a carbon electrode for causing an arc discharge between the first carbon electrode and the second carbon electrode.
製造装置において、 前記第１および第２の炭素電極間隔を可変する電極移動
手段を備えたことを特徴とするカーボンナノチューブの
製造方法。9. The method for producing a carbon nanotube according to claim 8, further comprising an electrode moving means for varying the distance between the first and second carbon electrodes.
チューブの製造装置において、 前記ヒータは、前記第１および第２の炭素電極の中心線
を同心とした円筒形状であることを特徴とするカーボン
ナノチューブの製造方法。10. The carbon nanotube manufacturing apparatus according to claim 8, wherein the heater has a cylindrical shape with the center lines of the first and second carbon electrodes concentric. Manufacturing method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11008392A JP2000203820A (en) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | Method and device for producing carbon nanotube |
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| JP11008392A JP2000203820A (en) | 1999-01-14 | 1999-01-14 | Method and device for producing carbon nanotube |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000203820A true JP2000203820A (en) | 2000-07-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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|---|---|
| JP (1) | JP2000203820A (en) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020017164A (en) * | 2000-08-29 | 2002-03-07 | 김성근 | Apparatus and method of producing nanotube |
| KR20020090976A (en) * | 2002-10-30 | 2002-12-05 | 이영희 | A method for carbon nanotube synthesis using arc gun |
| WO2004002889A1 (en) * | 2002-07-01 | 2004-01-08 | Jfe Engineering Corporation | Tapelike material containing carbon nanotube and production method for carbon nanotube and electric field emission type electrode containing the tapelike material and production method therefor |
| US6740224B1 (en) * | 2001-06-11 | 2004-05-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method of manufacturing carbon nanotubes |
| KR100475699B1 (en) * | 2000-11-23 | 2005-03-10 | 주식회사 새 한 | Producing method of the backlight for liquid crystal display |
| AU2003207030B2 (en) * | 2002-11-12 | 2005-07-14 | Hokkaido University | Fibrous solid carbon manifold assembly and method for producing the same |
| JP2007084377A (en) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Nippon Prm Kk | Apparatus and method for manufacturing carbon nanotube |
| JP2013228378A (en) * | 2012-03-28 | 2013-11-07 | Nippon Soken Inc | Carbon soot generator |
| JP2015096848A (en) * | 2013-10-07 | 2015-05-21 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | Carbon soot generator and carbon soot generation method |
| US9067793B2 (en) | 2005-11-29 | 2015-06-30 | Meijo University | Method for production of carbon nanotube and method for purification of the same |
-
1999
- 1999-01-14 JP JP11008392A patent/JP2000203820A/en active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020017164A (en) * | 2000-08-29 | 2002-03-07 | 김성근 | Apparatus and method of producing nanotube |
| KR100475699B1 (en) * | 2000-11-23 | 2005-03-10 | 주식회사 새 한 | Producing method of the backlight for liquid crystal display |
| US6740224B1 (en) * | 2001-06-11 | 2004-05-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method of manufacturing carbon nanotubes |
| WO2004002889A1 (en) * | 2002-07-01 | 2004-01-08 | Jfe Engineering Corporation | Tapelike material containing carbon nanotube and production method for carbon nanotube and electric field emission type electrode containing the tapelike material and production method therefor |
| US7625545B2 (en) | 2002-07-01 | 2009-12-01 | Jfe Engineering Corporation | Process for producing carbon nanotubes by arc discharge |
| KR20020090976A (en) * | 2002-10-30 | 2002-12-05 | 이영희 | A method for carbon nanotube synthesis using arc gun |
| AU2003207030B2 (en) * | 2002-11-12 | 2005-07-14 | Hokkaido University | Fibrous solid carbon manifold assembly and method for producing the same |
| JP2007084377A (en) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Nippon Prm Kk | Apparatus and method for manufacturing carbon nanotube |
| US9067793B2 (en) | 2005-11-29 | 2015-06-30 | Meijo University | Method for production of carbon nanotube and method for purification of the same |
| JP2013228378A (en) * | 2012-03-28 | 2013-11-07 | Nippon Soken Inc | Carbon soot generator |
| JP2015096848A (en) * | 2013-10-07 | 2015-05-21 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | Carbon soot generator and carbon soot generation method |
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