JP2001062299A - Catalytic liquid for synthesis of carbon nanotube - Google Patents

Catalytic liquid for synthesis of carbon nanotube

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JP2001062299A
JP2001062299A JP24510399A JP24510399A JP2001062299A JP 2001062299 A JP2001062299 A JP 2001062299A JP 24510399 A JP24510399 A JP 24510399A JP 24510399 A JP24510399 A JP 24510399A JP 2001062299 A JP2001062299 A JP 2001062299A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a catalyst liquid used in the synthesis of carbon nanotubes by the thermal decomposition of a carbon-containing material, to obtain a catalytic substrate formed by using the catalytic liquid, to obtain a method for producing the catalytic substrate using the catalytic fluid and to obtain a method for synthesizing carbon nanotubes using the catalytic substrate. SOLUTION: This catalytic liquid for the synthesis of carbon nanotubes comprises a micro-emulsion prepared by dispersing hyperfine catalyst particles for the synthesis of carbon nanotubes in a solvent. The catalytic substrate for the synthesis of carbon nanotubes has hyperfine catalyst particles formed from the catalytic liquid on the surface. A carbon-containing material is thermally decomposed in the presence of the catalytic substrate of form carbon nanotubes on the substrate.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、含炭素材料を熱分
解させてカーボンナノチューブを合成する際に用いられ
る触媒液、該触媒液を用いて形成された触媒基材及び該
触媒基材の存在下で含炭素材料を熱分解させるカーボン
ナノチューブの合成方法に関するものである。
[0001] The present invention relates to a catalyst solution used for synthesizing carbon nanotubes by thermally decomposing a carbon-containing material, a catalyst substrate formed using the catalyst solution, and the existence of the catalyst substrate. The present invention relates to a method for synthesizing carbon nanotubes by thermally decomposing a carbon-containing material below.

【0002】[0002]

【従来の技術】カーボンナノチューブを合成するため
に、カーボンナノチューブ合成用触媒微粒子を表面に有
する基材の存在下で含炭素材料を熱分解し、その基材上
にカーボンナノチューブを成長させる方法〔化学蒸着法
(CVD法)〕は知られている。この場合の基材の作製
方法としては、(i)基材に微細な細孔を作り、そこに
触媒粒子を埋め込む方法及び(ii)金属板のエッチング
により微小な触媒粒子を基材上に形成する方法等が知ら
れている。このような触媒基材を用いるときには、その
基材上に垂直で密に詰まったカーボンナノチューブ膜が
得られるが、その基材の作製に大きな困難を要するとい
う問題がある。
2. Description of the Related Art In order to synthesize carbon nanotubes, a method comprising thermally decomposing a carbon-containing material in the presence of a substrate having catalyst fine particles for synthesizing carbon nanotubes on its surface and growing carbon nanotubes on the substrate [Chemical Evaporation method (CVD method)] is known. In this case, the method of manufacturing the base material includes (i) a method of forming fine pores in the base material and embedding catalyst particles therein, and (ii) forming fine catalyst particles on the base material by etching a metal plate. There are known methods. When such a catalyst substrate is used, a vertically dense carbon nanotube film can be obtained on the substrate, but there is a problem that the production of the substrate requires great difficulty.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、含炭素材料
を熱分解させてカーボンナノチューブを合成する際に用
いられる触媒液、該触媒液を用いて形成された触媒基
材、該触媒液を用いる触媒基材の作製方法及び該触媒基
材を用いるカーボンナノチューブの合成方法を提供する
ことをその課題とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a catalyst solution used for synthesizing carbon nanotubes by thermally decomposing a carbon-containing material, a catalyst substrate formed using the catalyst solution, and a catalyst solution. An object of the present invention is to provide a method for producing a catalyst substrate to be used and a method for synthesizing carbon nanotubes using the catalyst substrate.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、溶媒中にカーボンナ
ノチューブ合成用触媒超微粒子を分散させたマイクロエ
マルジョンからなるカーボンナノチューブ合成用触媒液
が提供される。また、本発明によれば、前記触媒液から
形成された触媒超微粒子を表面に有することを特徴とす
るカーボンナノチューブ合成用触媒基材が提供される。
さらに、本発明によれば、前記触媒液を用いて基材上に
触媒超微粒子を付着させることを特徴とする触媒基材の
作製方法が提供される。さらにまた、本発明によれば、
前記触媒基材の存在下で含炭素材料を熱分解させて該基
材上にカーボンナノチューブを生成させることを特徴と
するカーボンナノチューブの合成方法が提供される。
Means for Solving the Problems The present inventors have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, have completed the present invention. That is, according to the present invention, there is provided a catalyst solution for carbon nanotube synthesis comprising a microemulsion in which ultrafine catalyst particles for carbon nanotube synthesis are dispersed in a solvent. Further, according to the present invention, there is provided a catalyst base material for synthesizing carbon nanotubes, which has catalyst ultrafine particles formed from the catalyst solution on the surface.
Further, according to the present invention, there is provided a method for producing a catalyst substrate, wherein the catalyst liquid is attached to the substrate using the catalyst liquid. Furthermore, according to the present invention,
There is provided a method for synthesizing carbon nanotubes, comprising thermally decomposing a carbon-containing material in the presence of the catalyst substrate to form carbon nanotubes on the substrate.

【0005】[0005]

【発明の実施の形態】本発明の触媒液は、含炭素材料を
熱分解してカーボンナノチューブを合成する際の触媒と
なる触媒超微粒子を溶媒中に分散させたマイクロエマル
ジョンからなる。この触媒液において、その触媒として
は、通常、遷移金属が用いられる。この触媒金属として
は、特にVからVIII族の金属、例えば、ニッケル、コバ
ルト、モリブデン、Fe、Cu、V、Pd等が挙げられ
る。本発明で用いる触媒は、金属であることができる
他、金属の化合物、例えば金属ホウ化物、金属酸化物等
であることができ、カーボンナノチューブの合成に触媒
作用を有するものであればどのようなものでもよい。そ
の触媒は溶媒中に超微粒子状で分散し、その平均粒径
は、通常、1〜20nm程度である。その触媒超微粒子
の液中濃度は0.1〜10重量%、好ましくは1〜5重
量%である。その溶媒としては、水及び各種の有機溶媒
が用いられる。有機溶媒には、アルコール、ケトン、エ
ステル、炭化水素等が包含される。その具体例として
は、例えば、メタノール、プロピルアルコール、アミル
アルコール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、ヘプ
タノール、オクチルアルコール、シクロヘキサン、メチ
ルエチルケトン、ジエチルケトン、シクロヘプタン、n
−ヘキサン、n−ヘプタン、イソオクタン、n−デカ
ン、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。本
発明では、その沸点が50〜200℃の範囲にある有機
溶媒の使用が好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The catalyst solution of the present invention comprises a microemulsion in which ultrafine catalyst particles, which serve as a catalyst for synthesizing carbon nanotubes by pyrolyzing a carbon-containing material, are dispersed in a solvent. In this catalyst liquid, a transition metal is usually used as the catalyst. Examples of the catalyst metal include metals in the V to VIII groups, such as nickel, cobalt, molybdenum, Fe, Cu, V, and Pd. The catalyst used in the present invention can be a metal, a metal compound, for example, a metal boride, a metal oxide, or the like. It may be something. The catalyst is dispersed in a solvent in the form of ultrafine particles, and the average particle size is usually about 1 to 20 nm. The concentration of the ultrafine catalyst particles in the liquid is 0.1 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight. Water and various organic solvents are used as the solvent. Organic solvents include alcohols, ketones, esters, hydrocarbons, and the like. Specific examples thereof include, for example, methanol, propyl alcohol, amyl alcohol, hexanol, cyclohexanol, heptanol, octyl alcohol, cyclohexane, methyl ethyl ketone, diethyl ketone, cycloheptane, n
-Hexane, n-heptane, isooctane, n-decane, benzene, toluene, xylene and the like. In the present invention, it is preferable to use an organic solvent having a boiling point in the range of 50 to 200 ° C.

【0006】本発明の触媒液の調製方法としては、触媒
超微粒子を溶媒中に均一に分散し得る方法であればよ
く、任意の方法を用いることができる。その好ましい調
製方法においては、先ず、有機溶媒に界面活性剤を加え
て溶解させる。次に、この界面活性剤を含む有機溶媒に
対して、その有機溶媒に可溶性の触媒金属化合物を添加
し、溶解させる。次いで、この有機溶媒中の触媒金属化
合物を還元し、超微粒子状の不溶性触媒金属を生成させ
ることにより、触媒金属超微粒子を含むマイクロエマル
ジョンが得られる。前記界面活性剤としては、イオン性
界面活性剤、好ましくはカチオン性界面活性剤やアニオ
ン界面活性剤が用いられる。この場合、カチオン性界面
活性剤としては、炭素数8〜22、好ましくは12〜2
0の長鎖アルキル基やアルケニル基を有する第4級アン
モニウム塩を用いることができる。カチオン性界面活性
剤の具体例としては、ジデシルジメチルアンモニウムブ
ロマイド、ジデシルジメチルアンモニウムクロライド、
ジドデシルジメチルアンモニウムブロマイド(又はクロ
ライド)、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド
(又はクロライド)、ドデシルトリメチルアンモニウム
ブロマイド(又はクロライド)等を挙げることができ
る。アニオン性界面活性剤の具体例としては、ジオクチ
ルスルホサッシネートナトリウム塩等が挙げられる。界
面活性剤の使用割合は、溶液中、1〜20重量%、好ま
しくは7〜15重量%である。前記可溶性触媒金属化合
物としては、触媒金属のハロゲン化物(塩化物、臭化物
等)、有機酸塩(酢酸塩等)、有機錯塩(アセチルアセ
テート塩等)、硝酸塩等が挙げられる。
As a method for preparing the catalyst solution of the present invention, any method can be used as long as it can uniformly disperse the catalyst ultrafine particles in a solvent, and any method can be used. In the preferred preparation method, first, a surfactant is added to an organic solvent and dissolved. Next, a catalytic metal compound soluble in the organic solvent is added to and dissolved in the organic solvent containing the surfactant. Next, the catalyst metal compound in the organic solvent is reduced to generate ultrafine insoluble catalyst metal, whereby a microemulsion containing ultrafine catalyst metal particles is obtained. As the surfactant, an ionic surfactant, preferably a cationic surfactant or an anionic surfactant is used. In this case, the cationic surfactant has 8 to 22 carbon atoms, preferably 12 to 2 carbon atoms.
A quaternary ammonium salt having 0 long-chain alkyl group or alkenyl group can be used. Specific examples of the cationic surfactant include didecyldimethylammonium bromide, didecyldimethylammonium chloride,
Didodecyldimethylammonium bromide (or chloride), cetyltrimethylammonium bromide (or chloride), dodecyltrimethylammonium bromide (or chloride) and the like can be mentioned. Specific examples of the anionic surfactant include dioctyl sulfosuccinate sodium salt. The usage ratio of the surfactant is 1 to 20% by weight, preferably 7 to 15% by weight in the solution. Examples of the soluble catalyst metal compound include a halide (chloride, bromide, etc.), an organic acid salt (acetate, etc.), an organic complex salt (acetyl acetate salt, etc.), a nitrate, etc. of the catalyst metal.

【0007】溶液中の触媒金属化合物の還元法として
は、水素ガスを用いる還元法の他、ヒドラジンや水素化
ホウ素ナトリウム等の化学的還元剤を用いる方法が挙げ
られるが、化学的還元剤の使用が好ましい。この化学的
還元剤を用いる還元方法は、常温において、理論量の1
モル倍以上、好ましくは2〜10モル倍の化学的還元剤
を溶液に攪拌下で添加することによって実施される。こ
の場合、その化学的還元剤は、水溶液や有機溶媒溶液の
形態で添加することができる。
As a method for reducing a catalytic metal compound in a solution, a method using a chemical reducing agent such as hydrazine or sodium borohydride may be used in addition to a method using hydrogen gas. Is preferred. This reduction method using a chemical reducing agent is performed at room temperature at a theoretical amount of 1%.
It is carried out by adding a chemical reducing agent at a molar ratio of at least 2 times, preferably 2 to 10 times, to the solution with stirring. In this case, the chemical reducing agent can be added in the form of an aqueous solution or an organic solvent solution.

【0008】前記のようにして得られる触媒超微粒子を
含むマイクロエマルジョンは、そのまま触媒液として使
用することができるが、このものはカーボンナノチュー
ブの合成及び微粒子膜の作製に好ましくない界面活性剤
を含むことから、その界面活性剤を除去して用いるのが
好ましい。マイクロエマルジョンからの界面活性剤の除
去は、そのマイクロエマルジョンを遠心処理して、触媒
相と溶媒相とに分離し、その溶媒相を除去した後、その
触媒相を溶媒中に再び分散させてマイクロエマルジョン
とする。このような操作を複数回、通常、2〜8回、好
ましくは3〜5回繰返すことにより、界面活性剤濃度が
1重量%以下、好ましくは0.1重量%以下の触媒液を
得る。その他の方法として、ウルトラフィルターを用い
た透析法により、超微粒子を抽出濃縮することも可能で
ある。
The microemulsion containing ultrafine catalyst particles obtained as described above can be used as a catalyst solution as it is, but contains a surfactant which is not preferable for the synthesis of carbon nanotubes and the preparation of a fine particle film. Therefore, it is preferable to use the surfactant after removing it. Removal of the surfactant from the microemulsion is performed by centrifuging the microemulsion to separate it into a catalyst phase and a solvent phase, removing the solvent phase, and then dispersing the catalyst phase in the solvent again. Emulsion. By repeating such an operation a plurality of times, usually 2 to 8 times, preferably 3 to 5 times, a catalyst solution having a surfactant concentration of 1% by weight or less, preferably 0.1% by weight or less is obtained. As another method, ultrafine particles can be extracted and concentrated by a dialysis method using an ultrafilter.

【0009】本発明による他の好ましい触媒液の調製方
法においては、水溶性の触媒金属化合物をあらかじめ水
溶液とし、この水溶液を界面活性剤の存在下で有機溶媒
中に超微粒子状で分散させ、得られたマイクロエマルジ
ョンを前記と同様にして後処理することにより実施され
る。水溶液中の触媒金属化合物の濃度は、0.05モル
/リットル以下、好ましくは0.02モル/リットル以
下であり、その下限値は特に制約されないが、通常、
0.0001モル/リットル程度である。
In another preferred method for preparing a catalyst solution according to the present invention, a water-soluble catalytic metal compound is previously prepared as an aqueous solution, and this aqueous solution is dispersed in the form of ultrafine particles in an organic solvent in the presence of a surfactant. The microemulsion thus obtained is post-treated in the same manner as described above. The concentration of the catalytic metal compound in the aqueous solution is 0.05 mol / L or less, preferably 0.02 mol / L or less, and the lower limit is not particularly limited.
It is about 0.0001 mol / liter.

【0010】前記においては、液中に溶解する触媒金属
化合物を還元し、金属状態に還元する方法を示したが、
この還元法による金属への還元に代えて、金属水酸化物
や、金属酸化物、金属硫化物等の不溶性金属化合物の沈
殿を生成させる通常の沈殿法も採用することができる。
In the above, a method has been described in which a catalytic metal compound dissolved in a liquid is reduced to a metallic state.
Instead of the reduction to the metal by the reduction method, an ordinary precipitation method for generating a precipitate of an insoluble metal compound such as a metal hydroxide, a metal oxide, and a metal sulfide can also be employed.

【0011】本発明の触媒液を用いて触媒基材を作製す
るには、基材上に触媒液を塗布し、乾燥する。基材とし
ては、従来公知の各種のものを用いることができる。こ
の基材としては、シリコーンや、セラミックス、ステン
レス等の耐熱性の材料であればよく、特に制約されない
が、疎水性表面を有するものが好ましい。本発明では、
このような材料を少なくともその表面に有するものが用
いられる。その形状は、シート状、板体状、柱状、筒状
等であることができる。本発明では、平板状の大面積基
材を有利に用いることができる。この大面積基材は、平
面ディスプレイに用いられるフィールドエミッション用
電子源を作製する際の触媒基材として有利に用いられ
る。基材上に触媒液を塗布する方法としては、従来公知
の各種の方法を用いることができる。このような方法と
しては、ハケ塗り法、ロール塗布法、スプレー塗布法、
スピンコート法、表面改質した基材への含浸法等が包含
される。本発明では、スクリーン印刷等の印刷法や、微
小ノズルから液体を噴出させるインクジェット法等を好
ましく採用することができる。触媒液を基材上に塗布す
る場合、その触媒液は、基材に対して、その全面に均一
に塗布することができる他、線状、帯状、格子状、ドッ
ト状、その他の任意のパターン状に塗布することができ
る。触媒液の塗布された基材は、これを乾燥することに
より、表面に触媒超微粒子の付着した触媒基材を得るこ
とができる。基材上の触媒粒子は、カーボンナノチュー
ブの生成を促進させる状態であればよく、金属状態の
他、金属硫化物や金属ホウ化物、金属酸化物、金属水酸
化物等の状態であることができる。金属硫化物の場合に
は、その基材上の金属状態の超微粒子に対して、硫化水
素等の硫化剤を反応させることによって得ることができ
る。基材上の触媒超微粒子の付着量は、100cm2
り10-10〜10-1モルの割合である。
To prepare a catalyst substrate using the catalyst solution of the present invention, the catalyst solution is applied on the substrate and dried. As the substrate, various conventionally known substrates can be used. The substrate is not particularly limited as long as it is a heat-resistant material such as silicone, ceramics, and stainless steel, but is preferably a material having a hydrophobic surface. In the present invention,
A material having such a material at least on its surface is used. The shape can be a sheet, a plate, a column, a tube, or the like. In the present invention, a flat large-area substrate can be advantageously used. This large-area substrate is advantageously used as a catalyst substrate when producing an electron source for field emission used for a flat panel display. As a method for applying the catalyst liquid on the substrate, various conventionally known methods can be used. Such methods include brush coating, roll coating, spray coating,
A spin coating method, a method of impregnating a surface-modified substrate, and the like are included. In the present invention, a printing method such as screen printing, an ink jet method in which a liquid is ejected from a minute nozzle, or the like can be preferably employed. When the catalyst liquid is applied on the base material, the catalyst liquid can be uniformly applied to the entire surface of the base material, and may be in a linear, band, grid, dot, or any other pattern. It can be applied in a shape. By drying the substrate coated with the catalyst liquid, a catalyst substrate having ultrafine catalyst particles adhered to the surface can be obtained. The catalyst particles on the substrate may be in a state that promotes the generation of carbon nanotubes, and may be in a metal state, a metal sulfide, a metal boride, a metal oxide, a metal hydroxide, or the like. . In the case of a metal sulfide, it can be obtained by reacting a sulfurizing agent such as hydrogen sulfide with the ultrafine metal particles on the base material. The attached amount of the ultrafine catalyst particles on the substrate is in a ratio of 10 -10 to 10 -1 mol per 100 cm 2 .

【0012】本発明の触媒基材を用いてカーボンナノチ
ューブを製造するには、その触媒基材の存在下で含炭素
材料を気体状で熱分解させる。
To produce carbon nanotubes using the catalyst substrate of the present invention, a carbon-containing material is thermally decomposed in a gaseous state in the presence of the catalyst substrate.

【0013】本発明で用いる含炭素材料は特に制約され
ず、高温で炭素化されるものであればよい。このような
ものとしては、一酸化炭素の他、メタン、エタン、プロ
パン、ブタン等の飽和炭化水素;エチレン、プロピレ
ン、ブテン、イソブテン等の不飽和炭化水素;アセチレ
ン等のアセチレン系化合物;ベンゼン、トルエン、キシ
レン、ナフタレン等の芳香族炭化水素、これらの混合物
(例えば、ナフサや軽油等)等が包含される。本発明で
は、取扱いの容易さや、価格の点、炭素含有率等の点か
ら、有機炭素材料、特に、沸点が80〜144℃の液状
芳香族炭化水素、例えば、ベンゼル、トルエン、キシレ
ン、それらの混合物の使用が好ましい。
[0013] The carbon-containing material used in the present invention is not particularly limited as long as it can be carbonized at a high temperature. Examples of such compounds include, in addition to carbon monoxide, saturated hydrocarbons such as methane, ethane, propane, and butane; unsaturated hydrocarbons such as ethylene, propylene, butene, and isobutene; acetylene-based compounds such as acetylene; , Xylene, naphthalene, and other aromatic hydrocarbons, and mixtures thereof (for example, naphtha, light oil, and the like). In the present invention, in terms of ease of handling, price, carbon content, etc., organic carbon materials, particularly liquid aromatic hydrocarbons having a boiling point of 80 to 144 ° C., such as benzene, toluene, xylene, and the like, The use of a mixture is preferred.

【0014】含炭素材料を熱分解させる方法としては、
従来公知の方法が用いられる。このような方法には、電
気炉等による通常の加熱方法、マイクロ波による加熱方
法、レーザ加熱方法等が包含される。通常の加熱方法の
場合、その加熱温度は、600〜1000℃、好ましく
は700〜900℃である。前記含炭素材料を熱分解す
る場合、その含炭素材料の気体中に水素ガスをキャリア
ーガスとして混入することができる。また、含炭素材料
には、硫化水素やメルカプタン等のイオウ化合物を適量
加えることができる。これにより、基材上に真っ直ぐな
カーボンナノチューブを得ることができる。
As a method for thermally decomposing a carbon-containing material,
A conventionally known method is used. Such methods include a normal heating method using an electric furnace or the like, a heating method using a microwave, a laser heating method, and the like. In the case of a normal heating method, the heating temperature is 600 to 1000C, preferably 700 to 900C. When the carbon-containing material is thermally decomposed, hydrogen gas can be mixed as a carrier gas into the gas of the carbon-containing material. Further, an appropriate amount of a sulfur compound such as hydrogen sulfide or mercaptan can be added to the carbon-containing material. Thereby, straight carbon nanotubes can be obtained on the base material.

【0015】[0015]

【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0016】実施例1 (1)触媒液の調製 トルエン9g中にカチオン性界面活性剤であるジデシル
ジメチルアンモニウムブロマイド(DDAB)を1g溶
かし1時間攪拌する。次に塩化コバルト六水和物12m
gを溶液中に導入し、さらに1時間攪拌する。この溶液
は透明な水色を示す。その後、10Mの水素化ホウ素ナ
トリウム水溶液を15μl滴下して塩化コバルトを還元
する。滴下後、溶液は黒く懸濁し銀白色の沈殿物を生じ
る。次に、この沈殿物を含む溶液を12000rpmで
10分間遠心分離機にかけ、上澄みを除去した後、トル
エンを追加して再分散し、遠心処理する工程を4回繰り
返すことにより、余分な界面活性剤を除去し、コバルト
粒子を精製する。このようにして得られた触媒液におい
て、そのコバルト粒子の平均粒径は、約4nmである。
また、その界面活性剤濃度は、実質上ゼロ%1wt%以
下)である。
Example 1 (1) Preparation of Catalyst Solution In 9 g of toluene, 1 g of didecyldimethylammonium bromide (DDAB) as a cationic surfactant was dissolved and stirred for 1 hour. Next, cobalt chloride hexahydrate 12m
g are introduced into the solution and stirred for a further hour. This solution shows a clear light blue color. Thereafter, 15 μl of a 10 M aqueous sodium borohydride solution is added dropwise to reduce cobalt chloride. After the addition, the solution is suspended in black and forms a silver-white precipitate. Next, the solution containing the precipitate is centrifuged at 12,000 rpm for 10 minutes, and after removing the supernatant, toluene is added and re-dispersed. And the cobalt particles are purified. In the catalyst solution thus obtained, the average particle size of the cobalt particles is about 4 nm.
Further, the surfactant concentration is substantially zero% or less by weight.

【0017】(2)触媒基材の作製 前記(1)で得た触媒液を、5mm四方のシリコン基材
上に滴下して、均一な触媒液膜を形成した後、これを室
温で乾燥してその基材面にコバルト粒子を付着させた。
これにより、表面にコバルト粒子が均一に付着した触媒
基材を得ることができた。次に、この触媒基材のコバル
ト粒子に対して、硫化水素/水素混合ガス(硫化水素濃
度:10モル%)を400℃で2時間流通接触させて、
硫化水素の還元とコバルト粒子の硫化を同時に行って、
硫化コバルト粒子が表面に付着した触媒基材を得た。
(2) Preparation of Catalyst Substrate The catalyst solution obtained in the above (1) was dropped on a 5 mm-square silicon substrate to form a uniform catalyst liquid film, which was then dried at room temperature. Then, cobalt particles were attached to the substrate surface.
As a result, a catalyst substrate having cobalt particles uniformly adhered to the surface was obtained. Next, a hydrogen sulfide / hydrogen mixed gas (hydrogen sulfide concentration: 10 mol%) was brought into flowing contact with the cobalt particles of the catalyst substrate at 400 ° C. for 2 hours,
Simultaneous reduction of hydrogen sulfide and sulfurization of cobalt particles
A catalyst substrate having cobalt sulfide particles adhered to the surface was obtained.

【0018】(3)カーボンナノチューブの合成 前記(2)で得た触媒基材を反応管に入れ、窒素気流中
で900℃まで昇温した後、アセチレン/N2混合ガス
(アセチレン濃度:1モル%)を900℃で1時間流通
させて反応を行った。この場合、その全流通ガス量は、
150cm3である。この反応により、基材上にカーボ
ンナノチューブが生成した。このカーボンナノチューブ
は、走査型電子顕微鏡(SEM)により、シリコン基材
上に垂直に配向した真っ直ぐなチューブであり、直径2
0〜50nm、長さ0.5〜5μmのチューブを主体と
するものであることが確認された。
(3) Synthesis of carbon nanotubes The catalyst base material obtained in the above (2) is placed in a reaction tube, heated to 900 ° C. in a nitrogen stream, and then mixed with an acetylene / N 2 gas (acetylene concentration: 1 mol. %) Was passed at 900 ° C. for 1 hour to carry out the reaction. In this case, the total flowing gas amount is
150 cm 3 . This reaction produced carbon nanotubes on the substrate. This carbon nanotube is a straight tube that is vertically oriented on a silicon substrate by a scanning electron microscope (SEM) and has a diameter of 2
It was confirmed that the tube was mainly composed of a tube having a length of 0 to 50 nm and a length of 0.5 to 5 μm.

【0019】実施例2 実施例1において、未硫化の触媒基材を用いた以外は同
様にして実験を行った。この場合にも、その基材上にカ
ーボンナノチューブが生成されることが確認された。
Example 2 An experiment was conducted in the same manner as in Example 1 except that an unsulfurized catalyst substrate was used. Also in this case, it was confirmed that carbon nanotubes were generated on the base material.

【0020】[0020]

【発明の効果】本発明の触媒液を用いることにより、触
媒基材の製作は容易になり、かつその基材上に付着させ
る触媒超微粒子のパターンも任意の形状にすることがで
きる。さらに、大面積基材を得ることも容易である。本
発明の触媒基材の存在下で含炭素材料を熱分解させるこ
とにより、その基材上に、任意のパターン状にカーボン
ナノチューブを生成させることができる。
The use of the catalyst liquid of the present invention makes it easy to produce a catalyst substrate, and the pattern of the catalyst ultrafine particles to be deposited on the substrate can be made into any shape. Furthermore, it is easy to obtain a large-area substrate. By thermally decomposing the carbon-containing material in the presence of the catalyst substrate of the present invention, carbon nanotubes can be formed on the substrate in an arbitrary pattern.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597045538 大嶋 哲 千葉県我孫子市並木5−2−17 (71)出願人 597045550 栗木 安則 茨城県つくば市並木2−142−102 (74)上記4名の代理人 100074505 弁理士 池浦 敏明 (72)発明者 吾郷 浩樹 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 湯村 守雄 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 大嶋 哲 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 (72)発明者 栗木 安則 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術院 物質工学工業技術研究所内 Fターム(参考) 4G046 CA02 CB01 CC01 CC08 4G069 AA01 AA03 AA08 BB09B BC67B BD08B CD10 DA06 EA11  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (71) Applicant 597045538 Tetsu Oshima 5-2-17 Namiki, Abiko-shi, Chiba (71) Applicant 597045550 Yasunori Kuriki 2-142-102 Namiki, Tsukuba-shi, Ibaraki (74) Agent 100074505 Patent Attorney Ikeura Toshiaki (72) Inventor Hiroki Ago 1-1-1, Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref. Within the Institute of Engineering, Industrial Technology (72) Inventor Tetsu Oshima 1-1-1, Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref. F-term in Technical Research Institute (reference) 4G046 CA02 CB01 CC01 CC08 4G069 AA01 AA03 AA08 BB09B BC67B BD08B CD10 DA06 EA11

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶媒中にカーボンナノチューブ合成用触
媒超微粒子を分散させたマイクロエマルジョンからなる
カーボンナノチューブ合成用触媒液。
1. A catalyst solution for carbon nanotube synthesis comprising a microemulsion in which ultrafine particles of catalyst for carbon nanotube synthesis are dispersed in a solvent.
【請求項2】 請求項1の触媒液から形成された触媒超
微粒子を表面に有することを特徴とするカーボンナノチ
ューブ合成用触媒基材。
2. A catalyst base material for synthesizing carbon nanotubes, comprising ultrafine catalyst particles formed from the catalyst solution according to claim 1 on the surface.
【請求項3】 請求項1の触媒液を用いて基材上に触媒
超微粒子を付着させることを特徴とする触媒基材の作製
方法。
3. A method for producing a catalyst base, comprising using the catalyst liquid according to claim 1 to deposit ultrafine catalyst particles on the base.
【請求項4】 請求項2の触媒基材の存在下で含炭素材
料を熱分解させて該基材上にカーボンナノチューブを生
成させることを特徴とするカーボンナノチューブの合成
方法。
4. A method for synthesizing carbon nanotubes, comprising thermally decomposing a carbon-containing material in the presence of a catalyst substrate according to claim 2 to form carbon nanotubes on the substrate.
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