JP2003277029A - カーボンナノチューブ及びその製造方法 - Google Patents
カーボンナノチューブ及びその製造方法Info
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
Abstract
(57)【要約】
【課題】 直径及び／又は層数が制御されたカーボンナ
ノチューブを効率良く製造することができるカーボンナ
ノチューブの製造方法を提供する。 【解決手段】 カーボンナノチューブの成長の種原料と
してナノ炭素材料を用いるカーボンナノチューブの製造
方法である。基板上にナノ炭素材料を配置し、カーボン
ナノチューブを前記基板に対して略垂直に選択成長させ
る態様、選択成長がＣＶＤ法により行われる態様、ナノ
炭素材料が、触媒金属によってコーティングされてなる
態様、触媒金属によってコーティングされてなるナノ炭
素材料の該触媒金属層の厚みを制御することによって多
層カーボンナノチューブの層数を制御する態様、ナノ炭
素材料がフラーレンである態様などが好ましい。
ノチューブを効率良く製造することができるカーボンナ
ノチューブの製造方法を提供する。 【解決手段】 カーボンナノチューブの成長の種原料と
してナノ炭素材料を用いるカーボンナノチューブの製造
方法である。基板上にナノ炭素材料を配置し、カーボン
ナノチューブを前記基板に対して略垂直に選択成長させ
る態様、選択成長がＣＶＤ法により行われる態様、ナノ
炭素材料が、触媒金属によってコーティングされてなる
態様、触媒金属によってコーティングされてなるナノ炭
素材料の該触媒金属層の厚みを制御することによって多
層カーボンナノチューブの層数を制御する態様、ナノ炭
素材料がフラーレンである態様などが好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、直径及び／又は層
数が制御されたカーボンナノチューブを効率良く製造す
ることができるカーボンナノチューブの製造方法、及び
該製造方法により得られ、均一な直径及び／又は層数を
有し、電気的特性が均一な単層又は多層のカーボンナノ
チューブに関する。
数が制御されたカーボンナノチューブを効率良く製造す
ることができるカーボンナノチューブの製造方法、及び
該製造方法により得られ、均一な直径及び／又は層数を
有し、電気的特性が均一な単層又は多層のカーボンナノ
チューブに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、カーボンナノチューブの作成
方法としては、アーク放電法、レーザー蒸発法、熱ＣＶ
Ｄ法、プラズマＣＶＤ法などが知られている。前記アー
ク放電法及びレーザー蒸発法により得られるカーボンナ
ノチューブには、グラフェンシートが一層のみの単層カ
ーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｌ
ｌ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）と、複数のグラフェンシートか
らなる多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ：Ｍａｌｕ
ｔｉ Ｗａｌｌ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）とが存在する。ま
た、熱ＣＶＤ法及びプラズマＣＶＤ法では、主としてＭ
ＷＮＴが作成できる。前記ＳＷＮＴは、炭素原子同士が
ＳＰ２結合と呼ばれる最も強い結合により６角形状につ
ながったグラフェンシート一枚が筒状に巻かれた構造を
有し、カーボンナノチューブの直径は最小０．４ｎｍ、
長さは数１００μｍに達する。
方法としては、アーク放電法、レーザー蒸発法、熱ＣＶ
Ｄ法、プラズマＣＶＤ法などが知られている。前記アー
ク放電法及びレーザー蒸発法により得られるカーボンナ
ノチューブには、グラフェンシートが一層のみの単層カ
ーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｌ
ｌ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）と、複数のグラフェンシートか
らなる多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ：Ｍａｌｕ
ｔｉ Ｗａｌｌ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）とが存在する。ま
た、熱ＣＶＤ法及びプラズマＣＶＤ法では、主としてＭ
ＷＮＴが作成できる。前記ＳＷＮＴは、炭素原子同士が
ＳＰ２結合と呼ばれる最も強い結合により６角形状につ
ながったグラフェンシート一枚が筒状に巻かれた構造を
有し、カーボンナノチューブの直径は最小０．４ｎｍ、
長さは数１００μｍに達する。
【０００３】前記カーボンナノチューブは、炭素原子が
自己組織的に成長したナノ構造体であるため、寸法ゆら
ぎは極めて少ないという特長がある。また、巻き方（カ
イラリティ）の違いによって電気伝導度が半導体的なも
のから金属的なものまで、幅広く変化することも知られ
ている。金属的な電気伝導度を持つカーボンナノチュー
ブの場合、格子欠陥などがないと、電荷はカーボンナノ
チューブ内で無散乱（バリステック）伝導を示し、抵抗
はその長さに依存しない量子抵抗値（６．５Ω）を示す
ことが知られている。
自己組織的に成長したナノ構造体であるため、寸法ゆら
ぎは極めて少ないという特長がある。また、巻き方（カ
イラリティ）の違いによって電気伝導度が半導体的なも
のから金属的なものまで、幅広く変化することも知られ
ている。金属的な電気伝導度を持つカーボンナノチュー
ブの場合、格子欠陥などがないと、電荷はカーボンナノ
チューブ内で無散乱（バリステック）伝導を示し、抵抗
はその長さに依存しない量子抵抗値（６．５Ω）を示す
ことが知られている。
【０００４】しかしながら、アーク放電法やレーザー蒸
発法で成長するＳＷＮＴは煤状で大量の不純物を含有し
ているため高純度化が困難であり、パターニングされた
基板への選択成長は不可能である。一方、熱ＣＶＤ法や
プラズマＣＶＤ法ではパターニングされた基板上に選択
成長が可能であり、カーボンナノチューブの触媒金属と
して遷移金属類（例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅなど）の蒸
着膜、スパッタ膜、超微粒子などが用いられる。
発法で成長するＳＷＮＴは煤状で大量の不純物を含有し
ているため高純度化が困難であり、パターニングされた
基板への選択成長は不可能である。一方、熱ＣＶＤ法や
プラズマＣＶＤ法ではパターニングされた基板上に選択
成長が可能であり、カーボンナノチューブの触媒金属と
して遷移金属類（例えば、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅなど）の蒸
着膜、スパッタ膜、超微粒子などが用いられる。
【０００５】これらの触媒金属上に熱ＣＶＤ法やプラズ
マＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを成長させる
と、その直径は触媒金属薄膜の粒界、膜厚等に影響を受
ける。このため、アニールによる触媒金属の微粒子化に
よりカーボンナノチューブ直径の制御を行っていたが、
この方法による微粒子化プロセスにおいては触媒金属の
直径が数ｎｍ程度までしか微小化できないという問題が
ある。
マＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを成長させる
と、その直径は触媒金属薄膜の粒界、膜厚等に影響を受
ける。このため、アニールによる触媒金属の微粒子化に
よりカーボンナノチューブ直径の制御を行っていたが、
この方法による微粒子化プロセスにおいては触媒金属の
直径が数ｎｍ程度までしか微小化できないという問題が
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以下の目的
を達成することを課題とする。即ち、本発明は、直径及
び／又は層数が制御されたカーボンナノチューブを効率
良く製造することができるカーボンナノチューブの製造
方法、及び該製造方法により得られ、均一な直径及び／
又は層数を有し、電気的特性が均一な単層又は多層のカ
ーボンナノチューブを提供することを目的とする。
を達成することを課題とする。即ち、本発明は、直径及
び／又は層数が制御されたカーボンナノチューブを効率
良く製造することができるカーボンナノチューブの製造
方法、及び該製造方法により得られ、均一な直径及び／
又は層数を有し、電気的特性が均一な単層又は多層のカ
ーボンナノチューブを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段としては、以下の通りである。 ＜１＞ カーボンナノチューブの成長の種原料としてナ
ノ炭素材料を用いることを特徴とするカーボンナノチュ
ーブの製造方法である。前記＜１＞に記載のカーボンナ
ノチューブの製造方法においては、種原料として直径が
均一なナノ炭素材料を用いる。この種原料からカーボン
ナノチューブを成長させることにより、直径及び／又は
層数の均一なカーボンナノチューブを効率良く製造する
ことができる。該直径及び／又は層数の均一なカーボン
ナノチューブは電気的特性が均一であるため、電解放出
型ディスプレイ、蛍光表示ランプ等の電子材料、燃料電
池、リチウムイオン電池等のエネルギー材料、強化プラ
スチック、帯電防止材、強化プラスチック等の複合材
料、ナノデバイス、走査型プローブ顕微鏡の探針、ＤＮ
Ａチップ等のナノテクノロジー材料として幅広い分野に
用いることができる。
の手段としては、以下の通りである。 ＜１＞ カーボンナノチューブの成長の種原料としてナ
ノ炭素材料を用いることを特徴とするカーボンナノチュ
ーブの製造方法である。前記＜１＞に記載のカーボンナ
ノチューブの製造方法においては、種原料として直径が
均一なナノ炭素材料を用いる。この種原料からカーボン
ナノチューブを成長させることにより、直径及び／又は
層数の均一なカーボンナノチューブを効率良く製造する
ことができる。該直径及び／又は層数の均一なカーボン
ナノチューブは電気的特性が均一であるため、電解放出
型ディスプレイ、蛍光表示ランプ等の電子材料、燃料電
池、リチウムイオン電池等のエネルギー材料、強化プラ
スチック、帯電防止材、強化プラスチック等の複合材
料、ナノデバイス、走査型プローブ顕微鏡の探針、ＤＮ
Ａチップ等のナノテクノロジー材料として幅広い分野に
用いることができる。
【０００８】＜２＞ 基板上にナノ炭素材料を配置し、
カーボンナノチューブを前記基板に対して略垂直に選択
成長させる前記＜１＞に記載のカーボンナノチューブの
製造方法である。前記＜２＞に記載のカーボンナノチュ
ーブの製造方法によれば、直径及び／又は層数の均一な
カーボンナノチューブを基板上に直接作成することがで
き、精製等の操作が不要である。また、カーボンナノチ
ューブを基板上に該基板に対して垂直に配向させて作成
することが可能である。更に、基板上の任意の位置に選
択的に高密度かつ高精度にカーボンナノチューブを作成
することが可能である。
カーボンナノチューブを前記基板に対して略垂直に選択
成長させる前記＜１＞に記載のカーボンナノチューブの
製造方法である。前記＜２＞に記載のカーボンナノチュ
ーブの製造方法によれば、直径及び／又は層数の均一な
カーボンナノチューブを基板上に直接作成することがで
き、精製等の操作が不要である。また、カーボンナノチ
ューブを基板上に該基板に対して垂直に配向させて作成
することが可能である。更に、基板上の任意の位置に選
択的に高密度かつ高精度にカーボンナノチューブを作成
することが可能である。
【０００９】＜３＞ 選択成長がＣＶＤ法により行われ
る前記＜１＞又は＜２＞に記載のカーボンナノチューブ
の製造方法である。前記＜３＞に記載のカーボンナノチ
ューブの製造方法においては、ＣＶＤ法を採用すること
で、基板上の任意の位置に該基板に対して垂直方向にカ
ーボンナノチューブを選択成長させることができる。
る前記＜１＞又は＜２＞に記載のカーボンナノチューブ
の製造方法である。前記＜３＞に記載のカーボンナノチ
ューブの製造方法においては、ＣＶＤ法を採用すること
で、基板上の任意の位置に該基板に対して垂直方向にカ
ーボンナノチューブを選択成長させることができる。
【００１０】＜４＞ ナノ炭素材料が、触媒金属によっ
てコーティングされてなる前記＜１＞から＜３＞のいず
れかに記載のカーボンナノチューブの製造方法である。
前記＜４＞に記載のカーボンナノチューブの製造方法に
おいては、種原料であるナノ炭素材料に金属を化学修飾
又はコーティングすることにより、その触媒作用によ
り、カーボンナノチューブの成長が効率良く行われる。
てコーティングされてなる前記＜１＞から＜３＞のいず
れかに記載のカーボンナノチューブの製造方法である。
前記＜４＞に記載のカーボンナノチューブの製造方法に
おいては、種原料であるナノ炭素材料に金属を化学修飾
又はコーティングすることにより、その触媒作用によ
り、カーボンナノチューブの成長が効率良く行われる。
【００１１】＜５＞ 触媒金属が、遷移金属及び遷移金
属化合物の少なくともいずれかである前記＜４＞に記載
のカーボンナノチューブの製造方法である。前記＜５＞
に記載のカーボンナノチューブの製造方法においては、
触媒金属が化学修飾又はコーティングされたナノ炭素材
料の金属が繊維金属又は繊維金属化合物であると、その
触媒作用により、該金属含有ナノ炭素材料を種原料とし
てカーボンナノチューブの成長を効率良く行うことがで
きる。
属化合物の少なくともいずれかである前記＜４＞に記載
のカーボンナノチューブの製造方法である。前記＜５＞
に記載のカーボンナノチューブの製造方法においては、
触媒金属が化学修飾又はコーティングされたナノ炭素材
料の金属が繊維金属又は繊維金属化合物であると、その
触媒作用により、該金属含有ナノ炭素材料を種原料とし
てカーボンナノチューブの成長を効率良く行うことがで
きる。
【００１２】＜６＞ ナノ炭素材料の直径を制御するこ
とによってカーボンナノチューブの直径を制御する前記
＜１＞から＜５＞のいずれかに記載のカーボンナノチュ
ーブの製造方法である。前記＜６＞に記載のカーボンナ
ノチューブの製造方法においては、種原料であるナノ炭
素材料の直径を制御することにより、該種原料から成長
するカーボンナノチューブの直径及び／又は層数を制御
することができる。
とによってカーボンナノチューブの直径を制御する前記
＜１＞から＜５＞のいずれかに記載のカーボンナノチュ
ーブの製造方法である。前記＜６＞に記載のカーボンナ
ノチューブの製造方法においては、種原料であるナノ炭
素材料の直径を制御することにより、該種原料から成長
するカーボンナノチューブの直径及び／又は層数を制御
することができる。
【００１３】＜７＞ 触媒金属によってコーティングさ
れてなるナノ炭素材料の該触媒金属層の厚みを制御する
ことによって多層カーボンナノチューブの層数を制御す
る前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載のカーボンナ
ノチューブの製造方法である。前記＜６＞に記載のカー
ボンナノチューブの製造方法においては、基板上に種原
料であるナノ炭素原料を周期的に配列し、この配列した
種原料からカーボンナノチューブを成長させることによ
り、直径及び／又は層数が均一であり、かつ周期的に高
精度に配列したカーボンナノチューブが得られる。
れてなるナノ炭素材料の該触媒金属層の厚みを制御する
ことによって多層カーボンナノチューブの層数を制御す
る前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載のカーボンナ
ノチューブの製造方法である。前記＜６＞に記載のカー
ボンナノチューブの製造方法においては、基板上に種原
料であるナノ炭素原料を周期的に配列し、この配列した
種原料からカーボンナノチューブを成長させることによ
り、直径及び／又は層数が均一であり、かつ周期的に高
精度に配列したカーボンナノチューブが得られる。
【００１４】＜８＞ ナノ炭素材料がフラーレンである
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載のカーボンナノ
チューブの製造方法である。前記＜６＞に記載のカーボ
ンナノチューブの製造方法においては、ナノ炭素材料と
してフラーレンを用いる。このフラーレンはナノ炭素材
料の中でも、純度が高く、直径が小さいので、均一な直
径及び／層数のカーボンナノチューブを製造するのに適
している。
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載のカーボンナノ
チューブの製造方法である。前記＜６＞に記載のカーボ
ンナノチューブの製造方法においては、ナノ炭素材料と
してフラーレンを用いる。このフラーレンはナノ炭素材
料の中でも、純度が高く、直径が小さいので、均一な直
径及び／層数のカーボンナノチューブを製造するのに適
している。
【００１５】＜９＞ 前記＜１＞から＜８＞のいずれか
の製造方法により得られ、単層構造を有することを特徴
とするカーボンナノチューブである。前記＜９＞に記載
の単層カーボンナノチューブは、直径が均一である。こ
のため、電気的特性も均一となる。
の製造方法により得られ、単層構造を有することを特徴
とするカーボンナノチューブである。前記＜９＞に記載
の単層カーボンナノチューブは、直径が均一である。こ
のため、電気的特性も均一となる。
【００１６】＜１０＞ 前記＜１＞から＜８＞のいずれ
かの製造方法により得られ、多層構造を有することを特
徴とするカーボンナノチューブである。前記＜１０＞に
記載の多層カーボンナノチューブは、直径及び／又は層
数が均一である。このため、電気的特性も均一となる。
かの製造方法により得られ、多層構造を有することを特
徴とするカーボンナノチューブである。前記＜１０＞に
記載の多層カーボンナノチューブは、直径及び／又は層
数が均一である。このため、電気的特性も均一となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】（カーボンナノチューブの製造方
法）本発明のカーボンナノチューブの製造方法において
は、カーボンナノチューブの成長の種原料としてナノ炭
素材料を用いる。本発明のカーボンナノチューブの製造
方法においては、基板上にナノ炭素材料を配置し、該ナ
ノ炭素材料を種原料としてカーボンナノチューブを前記
基板に対して垂直に選択成長させる。
法）本発明のカーボンナノチューブの製造方法において
は、カーボンナノチューブの成長の種原料としてナノ炭
素材料を用いる。本発明のカーボンナノチューブの製造
方法においては、基板上にナノ炭素材料を配置し、該ナ
ノ炭素材料を種原料としてカーボンナノチューブを前記
基板に対して垂直に選択成長させる。
【００１８】−ナノ炭素材料−
前記ナノ炭素材料としては、カーボンナノチューブの成
長の種原料となる限り特に制限はなく、目的に応じて公
知の炭素材料の中から適宜選択することができ、例え
ば、フラーレン、カーボンブラック、アセチレンブラッ
ク、ケッチェンブラック、天然黒鉛（鱗状黒鉛、鱗片状
黒鉛、土状黒鉛など）、人工黒鉛、などが挙げられ、こ
れらの中でも、フラーレン、カーボンブラックが好まし
い。なお、このナノ炭素材料の平均粒径は、特に制限さ
れないが、０．４〜１００ｎｍが好ましい。
長の種原料となる限り特に制限はなく、目的に応じて公
知の炭素材料の中から適宜選択することができ、例え
ば、フラーレン、カーボンブラック、アセチレンブラッ
ク、ケッチェンブラック、天然黒鉛（鱗状黒鉛、鱗片状
黒鉛、土状黒鉛など）、人工黒鉛、などが挙げられ、こ
れらの中でも、フラーレン、カーボンブラックが好まし
い。なお、このナノ炭素材料の平均粒径は、特に制限さ
れないが、０．４〜１００ｎｍが好ましい。
【００１９】前記フラーレンとしては、例えば、
Ｃ３６、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８０、Ｃ
８２、Ｃ８４などが挙げられ、これらの中でも、純度が
高く均一な直径を有するものが得られ、取扱いが容易で
ある等の点でＣ６０が好ましい。なお、前記フラーレン
は、公知の炭素電極を用いたアーク放電法などにより大
量に合成することができる。
Ｃ３６、Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６、Ｃ７８、Ｃ８０、Ｃ
８２、Ｃ８４などが挙げられ、これらの中でも、純度が
高く均一な直径を有するものが得られ、取扱いが容易で
ある等の点でＣ６０が好ましい。なお、前記フラーレン
は、公知の炭素電極を用いたアーク放電法などにより大
量に合成することができる。
【００２０】前記ナノ炭素材料は、触媒金属を含有する
化合物で化学修飾するか、又は触媒金属によって外側か
らコーティングして用いられることが、カーボンナノチ
ューブの成長に該触媒金属による触媒作用を発揮し得る
点で好ましい。
化合物で化学修飾するか、又は触媒金属によって外側か
らコーティングして用いられることが、カーボンナノチ
ューブの成長に該触媒金属による触媒作用を発揮し得る
点で好ましい。
【００２１】前記触媒金属を含有する化合物で化学修飾
する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜
選択することができ、例えば、ナノ炭素材料を、金属イ
オン、界面活性剤等を添加した溶液と接触させて、金属
イオンをナノ炭素材料の表面に吸着、担持させる方法、
などが挙げられる。前記溶媒としては、特に制限はな
く、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ト
ルエン、ベンゼン、二硫化炭素、水、などが好適に挙げ
られる。前記界面活性剤としては、例えば、シクロデキ
ストリン、レシチン、ポリビニルピロリドン、などが挙
げられる。
する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜
選択することができ、例えば、ナノ炭素材料を、金属イ
オン、界面活性剤等を添加した溶液と接触させて、金属
イオンをナノ炭素材料の表面に吸着、担持させる方法、
などが挙げられる。前記溶媒としては、特に制限はな
く、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ト
ルエン、ベンゼン、二硫化炭素、水、などが好適に挙げ
られる。前記界面活性剤としては、例えば、シクロデキ
ストリン、レシチン、ポリビニルピロリドン、などが挙
げられる。
【００２２】前記ナノ炭素材料を外側から触媒金属でコ
ーティングする方法については、膜厚を制御することが
できる方法であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜
選定することができ、例えば、蒸着法、スパッタリン
グ、などが挙げられる。この場合、ナノ炭素材料にコー
ティングする触媒金属層の厚みを制御すること、即ち、
触媒金属層を含むナノ炭素材料の直径を制御することに
より、カーボンナノチューブの直径及び／又は層数を制
御することができる。前記触媒金属層の厚み（触媒金属
の量）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選
択することができるが、例えば、１ｎｍ〜１００ｎｍで
ある。
ーティングする方法については、膜厚を制御することが
できる方法であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜
選定することができ、例えば、蒸着法、スパッタリン
グ、などが挙げられる。この場合、ナノ炭素材料にコー
ティングする触媒金属層の厚みを制御すること、即ち、
触媒金属層を含むナノ炭素材料の直径を制御することに
より、カーボンナノチューブの直径及び／又は層数を制
御することができる。前記触媒金属層の厚み（触媒金属
の量）としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選
択することができるが、例えば、１ｎｍ〜１００ｎｍで
ある。
【００２３】また、前記ナノ炭素材料にコーティングす
る前記触媒金属層の厚み（即ち、触媒金属層の厚みを含
むナノ炭素材料全体の直径）を制御することでカーボン
ナノチューブの層数を制御することができる。例えば、
前記触媒金属層の厚みが３ｎｍ以下の場合には単層のカ
ーボンナノチューブを製造することができる。また、前
記触媒金属層の厚みが１０ｎｍを超えると２層以上の多
層のカーボンナノチューブを製造することができる。
る前記触媒金属層の厚み（即ち、触媒金属層の厚みを含
むナノ炭素材料全体の直径）を制御することでカーボン
ナノチューブの層数を制御することができる。例えば、
前記触媒金属層の厚みが３ｎｍ以下の場合には単層のカ
ーボンナノチューブを製造することができる。また、前
記触媒金属層の厚みが１０ｎｍを超えると２層以上の多
層のカーボンナノチューブを製造することができる。
【００２４】前記触媒金属としては、触媒能を有するも
のであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択でき
るが、遷移金属又は遷移金属化合物が好適である。前記
遷移金属としては、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ，Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｗ、
Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ又はこれら金属元素を含む合金
などが挙げられ、これらの中でも高触媒活性を有する点
でＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉが好ましい。前記遷移金属化合物と
しては、前記遷移金属の酸化物、前記遷移金属のハロゲ
ン化物、前記遷移金属の水酸化物、前記遷移金属の硫酸
塩、前記遷移金属の硝酸塩、などが挙げられる。なお、
前記触媒金属の平均粒径としては、特に制限はなく、目
的に応じて適宜選択することができ、通常１〜１００ｎ
ｍ程度である。
のであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択でき
るが、遷移金属又は遷移金属化合物が好適である。前記
遷移金属としては、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ，Ｃｒ、Ｍ
ｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒ
ｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｗ、
Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ又はこれら金属元素を含む合金
などが挙げられ、これらの中でも高触媒活性を有する点
でＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉが好ましい。前記遷移金属化合物と
しては、前記遷移金属の酸化物、前記遷移金属のハロゲ
ン化物、前記遷移金属の水酸化物、前記遷移金属の硫酸
塩、前記遷移金属の硝酸塩、などが挙げられる。なお、
前記触媒金属の平均粒径としては、特に制限はなく、目
的に応じて適宜選択することができ、通常１〜１００ｎ
ｍ程度である。
【００２５】前記基板としては、特に制限はなく通常使
用されているものを用いることができ、例えば、Ｓｉ基
板、ガラス基板、石英基板、アルミナ基板、ポーラスシ
リカ基板、アルミナの陽極酸化板、などが挙げられる。
なお、カーボンナノチューブの製造の際には、基板表面
を十分に清浄化することが望ましい。クリーニング方法
としては、溶剤洗浄の他、コロナ処理、プラズマ処理、
プラズマ灰化などの放電処理が好適に用いられる。ま
た、いくつかのクリーニング方法を組合せて、洗浄効果
を上げることもできる。
用されているものを用いることができ、例えば、Ｓｉ基
板、ガラス基板、石英基板、アルミナ基板、ポーラスシ
リカ基板、アルミナの陽極酸化板、などが挙げられる。
なお、カーボンナノチューブの製造の際には、基板表面
を十分に清浄化することが望ましい。クリーニング方法
としては、溶剤洗浄の他、コロナ処理、プラズマ処理、
プラズマ灰化などの放電処理が好適に用いられる。ま
た、いくつかのクリーニング方法を組合せて、洗浄効果
を上げることもできる。
【００２６】前記種原料であるナノ炭素材料を基板上に
配置する方法としては、特に制限はなく目的に応じて適
宜選択することができ、例えば、種原料を含む塗布液を
基板上に塗布し、リソグラフィー法によりパターニング
して、基板上の任意の位置に種原料を配置することがで
きる。また、種原料を基板上に周期的に配列することに
より高密度で、しかも高精度に配列されたカーボンナノ
チューブを得ることもできる。
配置する方法としては、特に制限はなく目的に応じて適
宜選択することができ、例えば、種原料を含む塗布液を
基板上に塗布し、リソグラフィー法によりパターニング
して、基板上の任意の位置に種原料を配置することがで
きる。また、種原料を基板上に周期的に配列することに
より高密度で、しかも高精度に配列されたカーボンナノ
チューブを得ることもできる。
【００２７】本発明のカーボンナノチューブの製造方法
において、前記基板上に配置された種原料からカーボン
ナノチューブを選択成長させる方法としては、特に制限
はなく、目的に応じて適宜選択できるが、特にＣＶＤ法
（化学的気相成長法）が基板に対してカーボンナノチュ
ーブを垂直に選択成長可能である点で好ましい。
において、前記基板上に配置された種原料からカーボン
ナノチューブを選択成長させる方法としては、特に制限
はなく、目的に応じて適宜選択できるが、特にＣＶＤ法
（化学的気相成長法）が基板に対してカーボンナノチュ
ーブを垂直に選択成長可能である点で好ましい。
【００２８】前記ＣＶＤ法（化学的気相成長法）として
は、例えば、熱ＣＶＤ（単にＣＶＤとも呼ばれる）、ホ
ットフィラメントＣＶＤ、プラズマエンハンストＣＶＤ
（プラズマアシステッドＣＶＤ、プラズマＣＶＤとも呼
ばれる）、プラズマエンハンストホットフィラメントＣ
ＶＤ、レーザーエンハンストＣＶＤ（レーザーＣＶＤと
も呼ばれる）、などが挙げられる。これらの中でも、熱
ＣＶＤ、プラズマＣＶＤが好ましい。
は、例えば、熱ＣＶＤ（単にＣＶＤとも呼ばれる）、ホ
ットフィラメントＣＶＤ、プラズマエンハンストＣＶＤ
（プラズマアシステッドＣＶＤ、プラズマＣＶＤとも呼
ばれる）、プラズマエンハンストホットフィラメントＣ
ＶＤ、レーザーエンハンストＣＶＤ（レーザーＣＶＤと
も呼ばれる）、などが挙げられる。これらの中でも、熱
ＣＶＤ、プラズマＣＶＤが好ましい。
【００２９】前記熱ＣＶＤは、フィラメント温度が５０
０〜２０００℃程度であり、フィラメントの熱により原
料ガスの分解を促進するものである。前記プラズマＣＶ
Ｄは、プラズマの励起には通常高周波（ＲＦ）が好適に
用いられるが、低周波、マイクロ波（ＭＷ）又は直流
（ＤＣ）を用いることもできる。このプラズマにより原
料ガスの分解を促進するものである。高周波プラズマの
出力は０．１〜１０００Ｗ／ｃｍ３程度である。
０〜２０００℃程度であり、フィラメントの熱により原
料ガスの分解を促進するものである。前記プラズマＣＶ
Ｄは、プラズマの励起には通常高周波（ＲＦ）が好適に
用いられるが、低周波、マイクロ波（ＭＷ）又は直流
（ＤＣ）を用いることもできる。このプラズマにより原
料ガスの分解を促進するものである。高周波プラズマの
出力は０．１〜１０００Ｗ／ｃｍ３程度である。
【００３０】前記ＣＶＤ法によるカーボンナノチューブ
の選択成長における条件は、特に制限はなく、通常のＣ
ＶＤ法によるカーボンナノチューブの製造方法と同様の
条件を適宜採用することができる。この場合、原料ガス
の流量を制御して行うことが好ましく、該原料ガスとし
ては、炭素供給ガスと導入ガスとの混合ガスが好適に用
いられる。前記炭素供給ガスとしては、例えば、メタ
ン、エチレン、アセチレン、ベンゼン、ブタン、イソプ
ロパノール、Ｃ１０Ｈ１６、ＣＳ２、Ｃ６０、などが挙
げられる。前記導入ガスとしては、水素、ＮＨ３、など
が挙げられる。この場合、混合ガスの混合割合は、特に
制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、例え
ば、炭素供給ガスとしてメタンガスを用い、導入ガスと
して水素ガスを用いた場合には、流量比でメタンガス：
水素ガス＝１〜５：９〜５の範囲であることが好まし
い。また、真空チャンバの圧力としては、１〜１０Ｔｏ
ｒｒであることが好ましい。
の選択成長における条件は、特に制限はなく、通常のＣ
ＶＤ法によるカーボンナノチューブの製造方法と同様の
条件を適宜採用することができる。この場合、原料ガス
の流量を制御して行うことが好ましく、該原料ガスとし
ては、炭素供給ガスと導入ガスとの混合ガスが好適に用
いられる。前記炭素供給ガスとしては、例えば、メタ
ン、エチレン、アセチレン、ベンゼン、ブタン、イソプ
ロパノール、Ｃ１０Ｈ１６、ＣＳ２、Ｃ６０、などが挙
げられる。前記導入ガスとしては、水素、ＮＨ３、など
が挙げられる。この場合、混合ガスの混合割合は、特に
制限はなく目的に応じて適宜選択することができ、例え
ば、炭素供給ガスとしてメタンガスを用い、導入ガスと
して水素ガスを用いた場合には、流量比でメタンガス：
水素ガス＝１〜５：９〜５の範囲であることが好まし
い。また、真空チャンバの圧力としては、１〜１０Ｔｏ
ｒｒであることが好ましい。
【００３１】本発明のカーボンナノチューブの製造方法
の具体例としては、図１に示すように、フラーレンをメ
タノール、ＩＰＡ、トルエン等の溶媒に分散させて。そ
の溶液中に触媒金属を含む化合物を混入することでフラ
ーレンにＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の触媒金属を化学修飾して
種原料とする。この種原料をＳｉ等の基板に配置し、プ
ラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチューブの選択成長
を行う。その結果、プラズマＣＶＤ法では前記触媒金属
は先端部分に残留する。このように前記触媒金属で化学
修飾されたフラーレンを用いることで、直径が均一に制
御されたカーボンナノチューブを選択成長させることが
できる。また、種原料であるナノ炭素材料が周期的に配
列している基板を用いることにより、基板上に周期性を
もって高精度かつ高密度に配列したカーボンナノチュー
ブが得られる（図５参照）。
の具体例としては、図１に示すように、フラーレンをメ
タノール、ＩＰＡ、トルエン等の溶媒に分散させて。そ
の溶液中に触媒金属を含む化合物を混入することでフラ
ーレンにＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の触媒金属を化学修飾して
種原料とする。この種原料をＳｉ等の基板に配置し、プ
ラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチューブの選択成長
を行う。その結果、プラズマＣＶＤ法では前記触媒金属
は先端部分に残留する。このように前記触媒金属で化学
修飾されたフラーレンを用いることで、直径が均一に制
御されたカーボンナノチューブを選択成長させることが
できる。また、種原料であるナノ炭素材料が周期的に配
列している基板を用いることにより、基板上に周期性を
もって高精度かつ高密度に配列したカーボンナノチュー
ブが得られる（図５参照）。
【００３２】また、本発明のカーボンナノチューブの製
造方法では、フラーレンにコーティングする触媒金属層
の厚みを制御することにより、カーボンナノチューブの
直径及び多層のカーボンナノチューブの層数を制御する
ことができる。例えば、図４（Ａ）に示すように、フラ
ーレンに触媒金属を蒸着法やスパッタなどによりコーテ
ィングする。この際、コーティングする触媒金属層の厚
みを３ｎｍ以下に制御したフラーレンＡ（種原料）を基
板に配置し、プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチュ
ーブを成長させると、単層のカーボンナノチューブが得
られる。また、図４（Ｂ）に示すように、触媒金属層の
厚みを１０ｎｍに制御したフラーレンＢ（種原料）を基
板に配置し、プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチュ
ーブを成長させると、多層のカーボンナノチューブが得
られる。
造方法では、フラーレンにコーティングする触媒金属層
の厚みを制御することにより、カーボンナノチューブの
直径及び多層のカーボンナノチューブの層数を制御する
ことができる。例えば、図４（Ａ）に示すように、フラ
ーレンに触媒金属を蒸着法やスパッタなどによりコーテ
ィングする。この際、コーティングする触媒金属層の厚
みを３ｎｍ以下に制御したフラーレンＡ（種原料）を基
板に配置し、プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチュ
ーブを成長させると、単層のカーボンナノチューブが得
られる。また、図４（Ｂ）に示すように、触媒金属層の
厚みを１０ｎｍに制御したフラーレンＢ（種原料）を基
板に配置し、プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチュ
ーブを成長させると、多層のカーボンナノチューブが得
られる。
【００３３】（カーボンナノチューブ）本発明のカーボ
ンナノチューブの製造方法により得られる単層のカーボ
ンナノチューブは、直径が均一なものであり、その直径
としては０．４〜３ｎｍ程度であり、長さとして１０ｎ
ｍ〜１０μｍ程度である。
ンナノチューブの製造方法により得られる単層のカーボ
ンナノチューブは、直径が均一なものであり、その直径
としては０．４〜３ｎｍ程度であり、長さとして１０ｎ
ｍ〜１０μｍ程度である。
【００３４】本発明のカーボンナノチューブの製造方法
により得られる多層のカーボンナノチューブは、直径及
び／又は層数が均一なものであり、その直径としては３
〜１００ｎｍ程度であり、長さとしては１０ｎｍ〜１０
μｍ程度であり、層数としては２〜１００層程度であ
る。
により得られる多層のカーボンナノチューブは、直径及
び／又は層数が均一なものであり、その直径としては３
〜１００ｎｍ程度であり、長さとしては１０ｎｍ〜１０
μｍ程度であり、層数としては２〜１００層程度であ
る。
【００３５】本発明のカーボンナノチューブの製造方法
により得られるカーボンナノチューブは、直径及び／又
は層数が均一であり、基板上に周期的に高密度かつ高精
度に配列することができる。このため、電気的特性が均
一となり、例えば、電解放出型ディスプレイ、蛍光表示
ランプ等の電子材料、燃料電池、リチウムイオン電池等
のエネルギー材料、強化プラスチック、帯電防止材、強
化プラスチック等の複合材料、ナノデバイス、走査型プ
ローブ顕微鏡の探針、ＤＮＡチップ等のナノテクノロジ
ー材料として幅広い分野に用いることができる。
により得られるカーボンナノチューブは、直径及び／又
は層数が均一であり、基板上に周期的に高密度かつ高精
度に配列することができる。このため、電気的特性が均
一となり、例えば、電解放出型ディスプレイ、蛍光表示
ランプ等の電子材料、燃料電池、リチウムイオン電池等
のエネルギー材料、強化プラスチック、帯電防止材、強
化プラスチック等の複合材料、ナノデバイス、走査型プ
ローブ顕微鏡の探針、ＤＮＡチップ等のナノテクノロジ
ー材料として幅広い分野に用いることができる。
【００３６】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００３７】（実施例１）実施例１では、図１に示す方
法で、触媒金属で化学修飾されたフラーレンを種原料と
して用いプラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ
を成長させた。
法で、触媒金属で化学修飾されたフラーレンを種原料と
して用いプラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ
を成長させた。
【００３８】まず、フラーレンを水に分散し、その溶液
中にＮｉイオンと界面活性剤（シクロデキストリン）を
添加してフラーレンにＮｉを化学修飾した。
中にＮｉイオンと界面活性剤（シクロデキストリン）を
添加してフラーレンにＮｉを化学修飾した。
【００３９】次に、Ｓｉ基板（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ
×厚み０．５ｍｍ）上に、Ｎｉを化学修飾したフラーレ
ン溶液を塗布し、リソグラフィー法によりパターニング
して基板上の任意の位置にＮｉで化学修飾されたフラー
レンを配置し、プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチ
ューブを成長させた。
×厚み０．５ｍｍ）上に、Ｎｉを化学修飾したフラーレ
ン溶液を塗布し、リソグラフィー法によりパターニング
して基板上の任意の位置にＮｉで化学修飾されたフラー
レンを配置し、プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチ
ューブを成長させた。
【００４０】プラズマＣＶＤ法は、図２に示すようなプ
ラズマＣＶＤ装置１０を用いて、励起源として２．４５
ＧＨｚのマイクロ波電源７を用い、真空チャンバ３内に
基板８を配置し、圧力２Ｔｏｒｒ、Ｈ２流量／ＣＨ４流
量＝８０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍの条件で、直流バイア
ス１６０Ｖを基板８に印加し、５〜３０分間成長させて
行った。
ラズマＣＶＤ装置１０を用いて、励起源として２．４５
ＧＨｚのマイクロ波電源７を用い、真空チャンバ３内に
基板８を配置し、圧力２Ｔｏｒｒ、Ｈ２流量／ＣＨ４流
量＝８０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍの条件で、直流バイア
ス１６０Ｖを基板８に印加し、５〜３０分間成長させて
行った。
【００４１】得られたカーボンナノチューブの形成状態
を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、図１
に示すように、基板上に配置したＮｉで化学修飾された
フラーレン位置に対応して単層のカーボンナノチューブ
が基板に対して垂直に均一な直径（３ｎｍ）で立設して
いることが認められた。なお、Ｎｉで化学修飾されたフ
ラーレンは、カーボンナノチューブの先端部分に残留し
ていた（先端成長）。
を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、図１
に示すように、基板上に配置したＮｉで化学修飾された
フラーレン位置に対応して単層のカーボンナノチューブ
が基板に対して垂直に均一な直径（３ｎｍ）で立設して
いることが認められた。なお、Ｎｉで化学修飾されたフ
ラーレンは、カーボンナノチューブの先端部分に残留し
ていた（先端成長）。
【００４２】（比較例１）比較例１は、図３に示す従来
のカーボンナノチューブの製造方法であり、この製造方
法では、基板としてＮｉ多結晶基板を用いたこと以外
は、実施例１と同様にしてプラズマＣＶＤ法によりカー
ボンナノチューブを成長させた。なお、プラズマＣＶＤ
法の条件は実施例１と同様である。
のカーボンナノチューブの製造方法であり、この製造方
法では、基板としてＮｉ多結晶基板を用いたこと以外
は、実施例１と同様にしてプラズマＣＶＤ法によりカー
ボンナノチューブを成長させた。なお、プラズマＣＶＤ
法の条件は実施例１と同様である。
【００４３】得られたカーボンナノチューブの形成状態
をＳＥＭで観察したところ、図３に示すように、Ｎｉ多
結晶基板の結晶粒界の大きさに応じて高さ、直径の異な
る不均一な単層のカーボンナノチューブが基板に対して
垂直方向に立設していることが認められた。
をＳＥＭで観察したところ、図３に示すように、Ｎｉ多
結晶基板の結晶粒界の大きさに応じて高さ、直径の異な
る不均一な単層のカーボンナノチューブが基板に対して
垂直方向に立設していることが認められた。
【００４４】（実施例２）実施例２では、図４に示す方
法で、フラーレンにコーティングする触媒金属の膜厚を
制御することにより、成長するカーボンナノチューブの
直径と層数を制御した例である。
法で、フラーレンにコーティングする触媒金属の膜厚を
制御することにより、成長するカーボンナノチューブの
直径と層数を制御した例である。
【００４５】図４（Ａ）に示すように、フラーレンにＮ
ｉをスパッタリングにより膜厚３ｎｍにコーティング
し、これをフラーレンＡとした。このフラーレンＡをＳ
ｉ基板（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．５ｍｍ）上
に、Ｎｉをコーティングしたフラーレン溶液を塗布し、
リソグラフィー法によりパターニングして基板上の任意
の位置にフラーレンＡを配置した。このフラーレンＡを
配置した基板を用いてプラズマＣＶＤ法によりカーボン
ナノチューブを成長させた。なお、プラズマＣＶＤ法の
条件は実施例１と同様である。
ｉをスパッタリングにより膜厚３ｎｍにコーティング
し、これをフラーレンＡとした。このフラーレンＡをＳ
ｉ基板（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．５ｍｍ）上
に、Ｎｉをコーティングしたフラーレン溶液を塗布し、
リソグラフィー法によりパターニングして基板上の任意
の位置にフラーレンＡを配置した。このフラーレンＡを
配置した基板を用いてプラズマＣＶＤ法によりカーボン
ナノチューブを成長させた。なお、プラズマＣＶＤ法の
条件は実施例１と同様である。
【００４６】得られたカーボンナノチューブの形成状態
をＳＥＭで観察したところ、図３（Ａ）に示すように、
基板上に配置したＮｉをコーティングしたフラーレン位
置に対応して単層のカーボンナノチューブが基板に対し
て垂直に均一な直径（３ｎｍ）で選択成長していること
が認められた。なお、Ｎｉをコーティングしたフラーレ
ンＡは、カーボンナノチューブの先端部分に残留した
（先端成長）。
をＳＥＭで観察したところ、図３（Ａ）に示すように、
基板上に配置したＮｉをコーティングしたフラーレン位
置に対応して単層のカーボンナノチューブが基板に対し
て垂直に均一な直径（３ｎｍ）で選択成長していること
が認められた。なお、Ｎｉをコーティングしたフラーレ
ンＡは、カーボンナノチューブの先端部分に残留した
（先端成長）。
【００４７】また、図４（Ｂ）に示すように、フラーレ
ンにＮｉをスパッタリングにより膜厚２０ｎｍにコーテ
ィングし、これをフラーレンＢとした。このフラーレン
ＢをＳｉ基板（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．５ｍ
ｍ）上に、Ｎｉをコーティングしたフラーレン溶液を塗
布し、リソグラフィー法によりパターニングして基板上
の任意の位置にフラーレンＢを配置した。このフラーレ
ンＢを配置した基板を用いてプラズマＣＶＤ法によりカ
ーボンナノチューブを選択成長させた。なお、プラズマ
ＣＶＤ法の条件は、実施例１と同様である。
ンにＮｉをスパッタリングにより膜厚２０ｎｍにコーテ
ィングし、これをフラーレンＢとした。このフラーレン
ＢをＳｉ基板（縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．５ｍ
ｍ）上に、Ｎｉをコーティングしたフラーレン溶液を塗
布し、リソグラフィー法によりパターニングして基板上
の任意の位置にフラーレンＢを配置した。このフラーレ
ンＢを配置した基板を用いてプラズマＣＶＤ法によりカ
ーボンナノチューブを選択成長させた。なお、プラズマ
ＣＶＤ法の条件は、実施例１と同様である。
【００４８】得られたカーボンナノチューブの形成状態
をＳＥＭで観察したところ、図３（Ｂ）に示すように、
基板上に配置したＮｉをコーティングしたフラーレンＢ
位置に対応して１０層のカーボンナノチューブが基板に
対して垂直に均一な直径（２０ｎｍ）で選択成長してい
ることが認められた。なお、Ｎｉをコーティングしたフ
ラーレンＢはカーボンナノチューブの先端部分に残留し
た（先端成長）。
をＳＥＭで観察したところ、図３（Ｂ）に示すように、
基板上に配置したＮｉをコーティングしたフラーレンＢ
位置に対応して１０層のカーボンナノチューブが基板に
対して垂直に均一な直径（２０ｎｍ）で選択成長してい
ることが認められた。なお、Ｎｉをコーティングしたフ
ラーレンＢはカーボンナノチューブの先端部分に残留し
た（先端成長）。
【００４９】以上の結果から、フラーレンにコーティン
グする触媒金属層の厚み（即ち、フラーレンの直径）を
制御することにより、該触媒金属をコーティングしたフ
ラーレンを種原料とするカーボンナノチューブの直径を
制御できることが確認できた。また、触媒金属層の厚み
を厚くすることにより、単層から２層以上の多層カーボ
ンナノチューブを得ることができ、前記触媒金属層の厚
み（即ち、フラーレンの直径）を制御することにより、
該触媒金属をコーティングしたフラーレンを種原料とす
るカーボンナノチューブの層数を制御できることが確認
できた。
グする触媒金属層の厚み（即ち、フラーレンの直径）を
制御することにより、該触媒金属をコーティングしたフ
ラーレンを種原料とするカーボンナノチューブの直径を
制御できることが確認できた。また、触媒金属層の厚み
を厚くすることにより、単層から２層以上の多層カーボ
ンナノチューブを得ることができ、前記触媒金属層の厚
み（即ち、フラーレンの直径）を制御することにより、
該触媒金属をコーティングしたフラーレンを種原料とす
るカーボンナノチューブの層数を制御できることが確認
できた。
【００５０】（実施例３）実施例３では、図５に示す方
法で、触媒金属で化学修飾されたフラーレンを種原料と
して用い熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを選択
成長させた。
法で、触媒金属で化学修飾されたフラーレンを種原料と
して用い熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを選択
成長させた。
【００５１】実施例１と同様にしてフラーレンにＮｉを
化学修飾し、このＮｉを化学修飾したフラーレンを、Ｓ
ｉ基板（図示せず；縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．
５ｍｍ）にリソグラフィー法で図５に示したように周期
的に配置し、熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを
選択成長させた。
化学修飾し、このＮｉを化学修飾したフラーレンを、Ｓ
ｉ基板（図示せず；縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み０．
５ｍｍ）にリソグラフィー法で図５に示したように周期
的に配置し、熱ＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを
選択成長させた。
【００５２】熱ＣＶＤ法は、通常使用される熱ＣＶＤ装
置を用いて、温度８００℃、圧力２Ｔｏｒｒ、Ｈ２流量
／ＣＨ４流量＝８０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍの条件で、
直流バイアス１６０Ｖを基板に印加し、５〜３０分間成
長させて行った。
置を用いて、温度８００℃、圧力２Ｔｏｒｒ、Ｈ２流量
／ＣＨ４流量＝８０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍの条件で、
直流バイアス１６０Ｖを基板に印加し、５〜３０分間成
長させて行った。
【００５３】得られたカーボンナノチューブの形成状態
をＳＥＭで観察したところ、図５に示すように、基板上
に周期的に配置したＮｉで化学修飾されたフラーレン位
置に対応して単層カーボンナノチューブが基板に対して
垂直に均一な直径（３ｎｍ）で立設していることが認め
られた。なお、熱ＣＶＤ法ではＮｉで化学修飾されたフ
ラーレンはカーボンナノチューブの根元部分に残留した
（根元成長）。
をＳＥＭで観察したところ、図５に示すように、基板上
に周期的に配置したＮｉで化学修飾されたフラーレン位
置に対応して単層カーボンナノチューブが基板に対して
垂直に均一な直径（３ｎｍ）で立設していることが認め
られた。なお、熱ＣＶＤ法ではＮｉで化学修飾されたフ
ラーレンはカーボンナノチューブの根元部分に残留した
（根元成長）。
【００５４】実施例３の結果から、本発明のカーボンナ
ノチューブの製造方法によれば、基板上の所望の位置に
高精度に配列された直径及び／又は層数が均一なカーボ
ンナノチューブを得ることができる。
ノチューブの製造方法によれば、基板上の所望の位置に
高精度に配列された直径及び／又は層数が均一なカーボ
ンナノチューブを得ることができる。
【００５５】ここで、本発明の好ましい態様を付記する
と、以下の通りである。 （付記１） カーボンナノチューブの成長の種原料とし
てナノ炭素材料を用いることを特徴とするカーボンナノ
チューブの製造方法。 （付記２） 基板上にナノ炭素材料を配置し、カーボン
ナノチューブを前記基板に対して略垂直に選択成長させ
る付記１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。 （付記３） 選択成長がＣＶＤ法により行われる付記２
に記載のカーボンナノチューブの製造方法。 （付記４） ＣＶＤ法がプラズマＣＶＤ法及び熱ＣＶＤ
法から選択される付記３に記載のカーボンナノチューブ
の製造方法。 （付記５） ナノ炭素材料が、触媒金属を含有する化合
物で化学修飾されている付記１から４のいずれかに記載
のカーボンナノチューブの製造方法。 （付記６） ナノ炭素材料が、触媒金属によってコーテ
ィングされてなる付記１から４のいずれかに記載のカー
ボンナノチューブの製造方法。 （付記７） 触媒金属が、遷移金属及び遷移金属化合物
の少なくともいずれかである付記５又は６に記載のカー
ボンナノチューブの製造方法。 （付記８） 遷移金属が、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選択
される付記７に記載のカーボンナノチューブの製造方
法。 （付記９） ナノ炭素材料の直径を制御することによっ
てカーボンナノチューブの直径を制御する付記１から８
のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製造方法。 （付記１０） 触媒金属によってコーティングされてな
るナノ炭素材料の該触媒金属層の厚みを制御することに
よって多層カーボンナノチューブの層数を制御する付記
１から８のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製
造方法。 （付記１１） ナノ炭素材料を基板上に周期的に配列さ
せる付記１から１０のいずれかに記載のカーボンナノチ
ューブの製造方法。 （付記１２） ナノ炭素材料がフラーレンである付記１
から１１のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製
造方法。 （付記１３） フラーレンがＣ６０である付記１２に記
載のカーボンナノチューブの製造方法。 （付記１４） 付記１から１３のいずれかの製造方法に
より得られ、単層構造を有することを特徴とするカーボ
ンナノチューブ。 （付記１５） 直径が均一である付記１４に記載のカー
ボンナノチューブ。 （付記１６） 付記１から１３のいずれかの製造方法に
より得られ、多層構造を有することを特徴とするカーボ
ンナノチューブ。 （付記１７） 直径及び層数の少なくとも一方が均一で
ある付記１６に記載のカーボンナノチューブ。
と、以下の通りである。 （付記１） カーボンナノチューブの成長の種原料とし
てナノ炭素材料を用いることを特徴とするカーボンナノ
チューブの製造方法。 （付記２） 基板上にナノ炭素材料を配置し、カーボン
ナノチューブを前記基板に対して略垂直に選択成長させ
る付記１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。 （付記３） 選択成長がＣＶＤ法により行われる付記２
に記載のカーボンナノチューブの製造方法。 （付記４） ＣＶＤ法がプラズマＣＶＤ法及び熱ＣＶＤ
法から選択される付記３に記載のカーボンナノチューブ
の製造方法。 （付記５） ナノ炭素材料が、触媒金属を含有する化合
物で化学修飾されている付記１から４のいずれかに記載
のカーボンナノチューブの製造方法。 （付記６） ナノ炭素材料が、触媒金属によってコーテ
ィングされてなる付記１から４のいずれかに記載のカー
ボンナノチューブの製造方法。 （付記７） 触媒金属が、遷移金属及び遷移金属化合物
の少なくともいずれかである付記５又は６に記載のカー
ボンナノチューブの製造方法。 （付記８） 遷移金属が、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選択
される付記７に記載のカーボンナノチューブの製造方
法。 （付記９） ナノ炭素材料の直径を制御することによっ
てカーボンナノチューブの直径を制御する付記１から８
のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製造方法。 （付記１０） 触媒金属によってコーティングされてな
るナノ炭素材料の該触媒金属層の厚みを制御することに
よって多層カーボンナノチューブの層数を制御する付記
１から８のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製
造方法。 （付記１１） ナノ炭素材料を基板上に周期的に配列さ
せる付記１から１０のいずれかに記載のカーボンナノチ
ューブの製造方法。 （付記１２） ナノ炭素材料がフラーレンである付記１
から１１のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製
造方法。 （付記１３） フラーレンがＣ６０である付記１２に記
載のカーボンナノチューブの製造方法。 （付記１４） 付記１から１３のいずれかの製造方法に
より得られ、単層構造を有することを特徴とするカーボ
ンナノチューブ。 （付記１５） 直径が均一である付記１４に記載のカー
ボンナノチューブ。 （付記１６） 付記１から１３のいずれかの製造方法に
より得られ、多層構造を有することを特徴とするカーボ
ンナノチューブ。 （付記１７） 直径及び層数の少なくとも一方が均一で
ある付記１６に記載のカーボンナノチューブ。
【００５６】
【発明の効果】本発明によると、直径及び／又は層数が
制御されたカーボンナノチューブを効率良く製造するこ
とができるカーボンナノチューブの製造方法、及び該製
造方法により得られ、均一な直径及び／又は層数を有
し、電気的特性が均一な単層又は多層のカーボンナノチ
ューブを提供することができる。
制御されたカーボンナノチューブを効率良く製造するこ
とができるカーボンナノチューブの製造方法、及び該製
造方法により得られ、均一な直径及び／又は層数を有
し、電気的特性が均一な単層又は多層のカーボンナノチ
ューブを提供することができる。
【図１】図１は、実施例１におけるカーボンナノチュー
ブの製造方法の一例を段階的に示す概略説明図である。
ブの製造方法の一例を段階的に示す概略説明図である。
【図２】図２は、実施例１で用いたプラズマＣＶＤ装置
の一例を示す概略図である。
の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、比較例１における従来のカーボンナノ
チューブの製造方法を示す概略説明図である。
チューブの製造方法を示す概略説明図である。
【図４】図４は、実施例２におけるカーボンナノチュー
ブの製造方法を示し、（Ａ）は単層カーボンナノチュー
ブの製造方法、（Ｂ）は多層カーボンナノチューブの製
造方法をそれぞれ示す概略説明図である。
ブの製造方法を示し、（Ａ）は単層カーボンナノチュー
ブの製造方法、（Ｂ）は多層カーボンナノチューブの製
造方法をそれぞれ示す概略説明図である。
【図５】図５は、実施例３におけるカーボンナノチュー
ブの製造方法を示す概略説明図である。
ブの製造方法を示す概略説明図である。
３ チャンバー
５ ガスボンベ
７ マイクロ波電源
８ 基板
１０ カーボンナノチューブ
Claims (10)
- 【請求項１】 カーボンナノチューブの成長の種原料と
してナノ炭素材料を用いることを特徴とするカーボンナ
ノチューブの製造方法。 - 【請求項２】 基板上にナノ炭素材料を配置し、カーボ
ンナノチューブを前記基板に対して略垂直に選択成長さ
せる請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方
法。 - 【請求項３】 選択成長がＣＶＤ法により行われる付記
２に記載のカーボンナノチューブの製造方法。 - 【請求項４】 ナノ炭素材料が、触媒金属によってコー
ティングされてなる請求項１から３のいずれかに記載の
カーボンナノチューブの製造方法。 - 【請求項５】 触媒金属が、遷移金属及び遷移金属化合
物の少なくともいずれかである請求項４に記載のカーボ
ンナノチューブの製造方法。 - 【請求項６】 ナノ炭素材料の直径を制御することによ
ってカーボンナノチューブの直径を制御する請求項１か
ら５のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製造方
法。 - 【請求項７】 触媒金属によってコーティングされてな
るナノ炭素材料の該触媒金属層の厚みを制御することに
よって多層カーボンナノチューブの層数を制御する請求
項１から６のいずれかに記載のカーボンナノチューブの
製造方法。 - 【請求項８】 ナノ炭素材料がフラーレンである請求項
１から７のいずれかに記載のカーボンナノチューブの製
造方法。 - 【請求項９】 請求項１から８のいずれかの製造方法に
より得られ、単層構造を有することを特徴とするカーボ
ンナノチューブ。 - 【請求項１０】 請求項１から８のいずれかの製造方法
により得られ、多層構造を有することを特徴とするカー
ボンナノチューブ。
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- 2002-03-19 JP JP2002077036A patent/JP3913583B2/ja not_active Expired - Fee Related
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