JP2001146409A - 炭素ナノチューブのチップオープン方法及び精製方法 - Google Patents

炭素ナノチューブのチップオープン方法及び精製方法

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JP2001146409A JP2000301893A JP2000301893A JP2001146409A JP 2001146409 A JP2001146409 A JP 2001146409A JP 2000301893 A JP2000301893 A JP 2000301893A JP 2000301893 A JP2000301893 A JP 2000301893A JP 2001146409 A JP2001146409 A JP 2001146409A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 物理的エネルギーを用いた炭素ナノチューブ
のチップオープン方法及び精製方法を提供する。 【解決手段】 基板１０上に未精製の炭素ナノチューブ
１２を垂直に立てて整列する。次いで、整列されている
未精製の炭素ナノチューブ１２の所定の高さレベルで、
基板１０の主面に対して平行した方向に未精製の炭素ナ
ノチューブ１２に物理的エネルギーを印加し、未精製の
炭素ナノチューブ１２のチップ部分を除去し、未精製の
炭素ナノチューブ１２のチップ部分及び外壁に存在する
不要な物質を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は炭素ナノチューブ
（carbon nanotubes）の製造方法に係り、特に炭素ナ
ノチューブのチップ（tip）オープン方法及び精製方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、炭素ナノチューブはその直径が数
nmほどと極小で、横縦比（aspect ratio）が１０〜１０
００ほどと極細な円筒形の材料である。炭素ナノチュー
ブにおいて１つの炭素原子は３つの他の炭素原子と結合
しており、六角形の蜂の巣紋をなしている。炭素ナノチ
ューブはその構造に応じて金属的な導電性または半導体
的な導電性を有する材料であって、多様な技術分野に幅
広く応用できると期待される物質である。
【０００３】炭素ナノチューブは非常に大きな強度を有
し、優れた電子放出能力を有するものと知られている。
炭素ナノチューブのこのような性質によって平板ディス
プレーなど多様な素子の製造に応用できる限り最も理想
的な材料として評価されている。
【０００４】電子（electron）は炭素ナノチューブの側
面でない端部から主に放出される。従って、炭素ナノチ
ューブが電子素子に応用されるためには炭素ナノチュー
ブにおける電子放出特性を向上させるために炭素ナノチ
ューブはこれらが成長される基板上に垂直に整列される
べきである。
【０００５】最近、炭素ナノチューブを垂直に整列させ
て成長させるための大量合成方法が多様に提案された。
そのうち、触媒を用いるCVD（Chemical Vapor Depositi
on）技術によって成長される炭素ナノチューブはチップ
部分で配向角度と長さが多様に形成されてこれを調節す
る必要がある。また、炭素ナノチューブのチップ部分で
は炭素ナノチューブの内部の空間に触媒金属粒子が入る
と合成後にそのまま残留してしまうのでこれを除去する
必要がある。
【０００６】また、炭素ナノチューブの外壁のうち側壁
は六角形（hexagons）のグラファイト（graphite）のみ
で構成されているが、炭素ナノチューブの外壁のうちチ
ップ部分は単純な円筒形を始めとして円錐形または多面
体に至るまで多様に変形された閉管（closed tube）形
態よりなる。その結果、炭素ナノチューブのチップ部分
では原子レベルにおけるトポロジー欠陥（topological
defects）が発生されて歪曲が生じる。
【０００７】また、いままで開発された炭素ナノチュー
ブの合成方法では炭素ナノチューブの成長と共に炭素ナ
ノ粒子または非晶質炭素粒子のような炭素質材料が副産
物として常に生成され、これら副産物は炭素ナノチュー
ブの外壁に多く存在する。
【０００８】従って、炭素ナノチューブの電子放出特性
を用いて炭素ナノチューブを電子素子に適用するために
は炭素ナノチューブの合成後に炭素ナノチューブの長さ
調節及びチップ形態調節と共に粗生成物の精製過程を経
るべきである。
【０００９】従来の技術では前述したような問題を解決
するために、大気、酸素雰囲気またはアンモニア雰囲気
下で熱処理を行ったり、プラズマ雰囲気で表面処理を行
う方法を用いた。これら方法は炭素ナノチューブの表面
に付いている炭素粒子の除去には比較的効率的である
が、炭素ナノチューブの長さは調節しにくく、また炭素
ナノチューブのチップ部分にある触媒金属粒子の除去に
は別に効率的でない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、単純
な工程によって炭素ナノチューブの長さ調節及びチップ
形態調節が可能な炭素ナノチューブのチップオープン方
法を提供することである。本発明の他の目的は、単純な
工程によって炭素ナノチューブのチップ部分にある触媒
金属粒子及び炭素ナノチューブの外壁に存在する炭素粒
子のような副産物を効率よく除去しうる精製方法を提供
することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明に係る炭素ナノチューブのチップオープン方法
では、基板上に未精製の炭素ナノチューブを垂直に立て
て整列する。次いで、整列されている未精製の炭素ナノ
チューブの所定の高さレベルで、基板の主面に対して平
行した方向に未精製の炭素ナノチューブに物理的エネル
ギーを印加し、未精製の炭素ナノチューブのチップ部分
を除去する。
【００１２】望ましくは、物理的エネルギーを印加する
とき、電流が流れる熱線を使用しうる。このために、さ
きに熱線の高さを微細調整することによって熱線の高さ
を所定の高さレベルに合せた後、所定の高さレベルで未
精製の炭素ナノチューブと熱線とを接触させる。
【００１３】未精製の炭素ナノチューブと熱線とを接触
させるために、物理的エネルギーを印加するとき、熱線
を基板の主面に対して平行に移動させたり、または基板
を移動させる。熱線はクロム、タングステン、または耐
熱合金よりなる。
【００１４】物理的エネルギーを印加するとき、レーザ
ービームを使用しうる。このために、まずレーザービー
ムが照射される高さを微細調整して所定の高さレベルに
合せた後、所定の高さレベルでレーザービームを未精製
の炭素ナノチューブに照射する。レーザービームの光源
として、例えばＫｒＦレーザー、ＡｒＦレーザー、ルビ
ーレーザー、アルゴンレーザー、Ｈｅ−Ｎｅレーザーま
たはＣＯ2レーザーを使用しうる。
【００１５】本発明に係る炭素ナノチューブの精製方法
では基板上に未精製の炭素ナノチューブを垂直に立てて
整列する。その後、整列されている未精製の炭素ナノチ
ューブの所定の高さレベルで、基板の主面に対して平行
した方向に未精製の炭素ナノチューブに物理的エネルギ
ーを印加し、未精製の炭素ナノチューブのチップ部分及
び外壁に存在する不要な物質を除去する。物理的エネル
ギーを印加するとき、電流が流れる熱線を未精製の炭素
ナノチューブに接触させたり、レーザービームを未精製
の炭素ナノチューブに照射する。
【００１６】本発明に係る炭素ナノチューブのチップオ
ープン方法及び精製方法では比較的簡単で単純な方法に
よって炭素ナノチューブのチップ形態及び長さを精度よ
く、効率よく調節でき、未精製の炭素ナノチューブのチ
ップ部分に残っていた触媒金属粒子とその外壁に付いて
いた炭素ナノ粒子または非晶質炭素のような副産物が効
率よく除去される。
【００１７】
【発明の実施の形態】次いで、本発明の望ましい実施例
について添付した図面に基づいて詳しく説明する。しか
し、次に例示する本発明の実施例は多様な形態に変形で
き、本発明の範囲が後述する実施例に限定されることで
はない。本発明の実施例は当業者に本発明をさらに完全
に説明するために提供されるものである。
【００１８】図１から図３は本発明の望ましい実施例に
係る炭素ナノチューブのチップオープン方法及び精製方
法を説明するために工程順序通り示した断面図である。
まず、図１に示すように、水平方向に延びている大面積
基板１０上に未精製の炭素ナノチューブ１２を垂直に立
てて整列させる。
【００１９】基板１０上に垂直に整列された未精製の炭
素ナノチューブ１２は通常の炭素ナノチューブ合成方法
を用いて基板１０上に炭素ナノチューブを直接成長させ
る方法で得られる。さらに他の方法として、伝導性高分
子または微細孔を用いる通常の方法などを用いて、既に
合成された炭素ナノチューブを基板１０上に垂直に立て
る方法で未精製の炭素ナノチューブ１２を整列させう
る。
【００２０】図２を参照すれば、整列されている未精製
の炭素ナノチューブ１２の所定の高さレベルで、未精製
の炭素ナノチューブ１２の長手方向に垂直に、即ち基板
１０の主面に対して平行した方向に物理的エネルギー２
０を印加し、未精製の炭素ナノチューブ１２から物理的
エネルギー２０が印加された部分を燃焼させる。
【００２１】その結果、図３に示すように、未精製の炭
素ナノチューブ１２のチップ部分が除去され、各炭素ナ
ノチューブ１２の長さが一定になることによって、所望
の長さを有する炭素ナノチューブ１２ａが得られる。ま
た、物理的エネルギー２０の印加によって、未精製の炭
素ナノチューブ１２のチップ部分に残っていた触媒金属
粒子も除去され、その外壁に付いていた炭素ナノ粒子ま
たは非晶質炭素のような副産物も共に除去される。従っ
て、物理的エネルギー２０の印加後にはチップ部分がよ
く精製された炭素ナノチューブ１２ａが得られる。
【００２２】図４及び図５は各々未精製の炭素ナノチュ
ーブ１２に物理的エネルギー２０を印加する方法を例示
したものである。以下、これらについてさらに具体的に
説明する。図４は物理的エネルギー２０の印加手段とし
て電流の流れる熱線３０を使用する場合を示す図面であ
る。両端部が電極３２に連結されている熱線３０が基板
１０の主面に対して平行に延長された状態、即ち水平を
保った状態で、電極高さ調節装置３４を用いた微細調整
によって熱線３０を上下方向に微細に移動させ、熱線３
０の高さを未精製の炭素ナノチューブ１２の所望の高さ
に合せる。その後、熱線３０に電流が流れる状態で、熱
線３０が所望の高さで前記整列されている未精製の炭素
ナノチューブ１２と接触されるように熱線３０を基板１
０の主面に対して平行に移動させる。これにより、未精
製の炭素ナノチューブ１２の熱線３０に接触されている
部分が燃焼される。
【００２３】本実施例では、熱線３０を移動させて熱線
３０と未精製の炭素ナノチューブ１２とを接触させる場
合について説明したが、逆に熱線３０の位置を固定させ
た状態で上面に未精製の炭素ナノチューブ１２が整列さ
れている基板１０を移動させることによって、熱線３０
と未精製の炭素ナノチューブ１２とを接触させることも
できる。
【００２４】熱線３０は微細な直径を有する金属、例え
ばクロム、タングステン、または耐熱合金よりなる。熱
線３０には必要に応じて多様に調節された電流量を印加
しうる。図２において、回路には電流計３６、電圧計３
８が配設されている。
【００２５】図３は、物理的エネルギー２０の印加手段
として高エネルギーを有するレーザービーム４０を使用
する場合を示す図である。支持台４６に固定されている
レーザー発振器４４に連結されたレーザー銃４２からレ
ーザービーム４０を基板１０の主面に対して平行した経
路、即ち水平方向の経路に沿って照射する。この際、例
えば、微細調整が可能なレバーのような高さ調節装置
（図示せず）を微細に調整することによって、支持台４
６上のレーザー発振器４４を上下方向に微細に移動さ
せ、レーザービーム４０を未精製の炭素ナノチューブ１
２の所望の高さに照射することができる。レーザービー
ム４０が未精製の炭素ナノチューブ１２を貫通して照射
されることによって、未精製の炭素ナノチューブ１２の
チップ部分がレーザービーム４０によって再び除去され
る。
【００２６】レーザービーム４０の照射に用いられるレ
ーザー光源として、例えばＫｒＦ（２４８ｎｍ）レーザ
ー、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）レーザー、ルビーレーザー、
アルゴンレーザー、Ｈｅ−ＮｅレーザーまたはＣＯ2レ
ーザーを使用することができる。
【００２７】本明細書及び添付図面には最適の実施例を
開示した。ここには特定の用語が使われたが、これは単
に本発明を説明するために使われたものであって、意味
の限定や発明の範囲を制限するために使われたものでは
ない。
【００２８】本発明に係る炭素ナノチューブのチップオ
ープン方法及び精製方法では、大面積基板上に垂直方向
に立てて整列した未精製の炭素ナノチューブに対して所
望の高さ部分に物理的エネルギーを前記未精製の炭素ナ
ノチューブが整列された基板と平行した方向に印加して
前記未精製の炭素ナノチューブのチップ部分を燃焼して
オープンさせると同時にその長さを調節する。
【００２９】
【発明の効果】本発明に係る炭素ナノチューブのチップ
オープン方法及び精製方法によれば、比較的に簡単で単
純な方法によって炭素ナノチューブのチップ形態及び長
さを精密で効率よく調節でき、同時に未精製の炭素ナノ
チューブのチップ部分に残っていた触媒金属粒子とその
外壁に付いていた炭素ナノ粒子または非晶質炭素のよう
な副産物も共に除去されて効率的な精製効果が得られ
る。
【００３０】以上、本発明を望ましい実施例に基づいて
詳しく説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、
本発明の技術的な思想の範囲内で当業者によって多様に
変形されうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による炭素ナノチューブのチ
ップオープン方法を説明するためにその工程を示す模式
図である。
【図２】本発明の一実施例による炭素ナノチューブのチ
ップオープン方法を説明するためにその工程を示す模式
図である。
【図３】本発明の一実施例による炭素ナノチューブのチ
ップオープン方法を説明するためにその工程を示す模式
図である。
【図４】本発明の一実施例による炭素ナノチューブのチ
ップオープン方法及び精製方法に用いられる物理的エネ
ルギーの印加手段として熱線を使用する場合を示す模式
図である。
【図５】本発明の一実施例による炭素ナノチューブのチ
ップオープン方法及び精製方法に用いられる物理的エネ
ルギーの印加手段としてレーザービームを使用する場合
を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 基板 １２ 炭素ナノチューブ ２０ 熱線 ４０ レーザービーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳 在銀 大韓民国ソウル特別市城北区貞陵１洞1015 番地慶南アパート106棟1001号

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に未精製の炭素ナノチューブを垂
    直に立てて整列する段階と、 前記整列されている未精製の炭素ナノチューブの所定の
    高さレベルで、前記基板の主面に対して平行な方向に前
    記未精製の炭素ナノチューブに物理的エネルギーを印加
    し、前記未精製の炭素ナノチューブのチップ部分を除去
    する段階と、 を含むことを特徴とする炭素ナノチューブのチップオー
    プン方法。
  2. 【請求項２】 前記物理的エネルギーを印加するとき、
    電流が流れる熱線を使用することを特徴とする請求項１
    に記載の炭素ナノチューブのチップオープン方法。
  3. 【請求項３】 前記物理的エネルギーを印加する前に、
    前記熱線の高さを微細に調整することによって前記熱線
    の高さを前記所定の高さレベルに合せる段階をさらに含
    むことを特徴とする請求項２に記載の炭素ナノチューブ
    のチップオープン方法。
  4. 【請求項４】 前記物理的エネルギーを印加するとき、
    前記所定の高さレベルで前記未精製の炭素ナノチューブ
    と前記熱線とを接触させることを特徴とする請求項２ま
    たは３に記載の炭素ナノチューブのチップオープン方
    法。
  5. 【請求項５】 前記物理的エネルギーを印加するとき、
    前記熱線を前記基板の主面に対して平行に移動させるこ
    とによって、前記未精製の炭素ナノチューブと前記熱線
    とを接触させることを特徴とする請求項４に記載の炭素
    ナノチューブのチップオープン方法。
  6. 【請求項６】 前記物理的エネルギーを印加するとき、
    前記基板を移動させることによって、前記未精製の炭素
    ナノチューブと前記熱線とを接触させることを特徴とす
    る請求項４に記載の炭素ナノチューブのチップオープン
    方法。
  7. 【請求項７】 前記熱線は、クロム、タングステン、ま
    たは耐熱合金よりなることを特徴とする請求項２に記載
    の炭素ナノチューブのチップオープン方法。
  8. 【請求項８】 前記物理的エネルギーを印加するとき、
    レーザービームを使用することを特徴とする請求項１に
    記載の炭素ナノチューブのチップオープン方法。
  9. 【請求項９】 前記物理的エネルギーを印加する前に、
    前記レーザービームが照射される高さを微細に調整し、
    前記所定の高さレベルに合せる段階をさらに含むことを
    特徴とする請求項８に記載の炭素ナノチューブのチップ
    オープン方法。
  10. 【請求項１０】 前記物理的エネルギーを印加すると
    き、前記所定の高さレベルで前記レーザービームを前記
    未精製の炭素ナノチューブに照射することを特徴とする
    請求項８または９に記載の炭素ナノチューブのチップオ
    ープン方法。
  11. 【請求項１１】 前記レーザービームの光源は、ＫｒＦ
    レーザー、ＡｒＦレーザー、ルビーレーザー、アルゴン
    レーザー、Ｈｅ−ＮｅレーザーまたはＣＯ2レーザーの
    いずれかを使用することを特徴とする請求項８に記載の
    炭素ナノチューブのチップオープン方法。
  12. 【請求項１２】 基板上に未精製の炭素ナノチューブを
    垂直に立てて整列する段階と、 前記整列されている未精製の炭素ナノチューブの所定の
    高さレベルで、前記基板の主面に対して平行な方向に前
    記未精製の炭素ナノチューブに物理的エネルギーを印加
    し、前記未精製の炭素ナノチューブのチップ部分及び外
    壁に存在する不要な物質を除去する段階と、 を含むことを特徴とする炭素ナノチューブの精製方法。
  13. 【請求項１３】 前記物理的エネルギーを印加すると
    き、電流が流れる熱線を前記未精製の炭素ナノチューブ
    に接触させることを特徴とする請求項１２に記載の炭素
    ナノチューブの精製方法。
  14. 【請求項１４】 前記熱線は、クロム、タングステン、
    または耐熱合金よりなることを特徴とする請求項１３に
    記載の炭素ナノチューブの精製方法。
  15. 【請求項１５】 前記物理的エネルギーを印加すると
    き、レーザービームを前記未精製の炭素ナノチューブに
    照射することを特徴とする請求項１２に記載の炭素ナノ
    チューブの精製方法。
  16. 【請求項１６】 前記レーザービームの光源は、ＫｒＦ
    レーザー、ＡｒＦレーザー、ルビーレーザー、アルゴン
    レーザー、Ｈｅ−ＮｅレーザーまたはＣＯ2レーザーの
    いずれかを使用することを特徴とする請求項１５に記載
    の炭素ナノチューブの精製方法。
JP2000301893A 1999-10-11 2000-10-02 炭素ナノチューブのチップオープン方法及び精製方法 Pending JP2001146409A (ja)

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