JP2004035962A - 金属ナノチューブの製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】直径がナノメートルオーダーの金属ナノチューブの製造方法を提供する。
【解決手段】両端部が開口されているカーボンナノチューブに、金属をスパッタリング法によって蒸着する。さらに、金属が蒸着されたカーボンナノチューブから、カーボンナノチューブを、酸化することによって除去する。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数十ｎｍ以下の内径及び外径を有する金属チューブ（以下「金属ナノチューブ」という。）の製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ナノテクノロジー、ナノ材料がきわめて大きな注目を集めている。特にカーボンナノチューブの発見に端を発し、ナノファイバー、ナノケーブル等は、電子デバイス等のエレクトロニクス分野等への応用が期待できることから、さかんに研究が行われている。
【０００３】
カーボンナノチューブと金属等の複合材料についての研究も行われており、例えば、特開平８−３２５１９５号公報には、エレクトロニクス分野への応用を目的として、表面を金属で被覆したカーボンナノチューブが開示されている。また、特開平１０−７２２０１号公報には、水素貯蔵を目的として、貴金属で被覆したカーボンナノチューブが開示されている。特開２０００−２０７９５３号公報には、導体層又は半導体層のコア部を有する微細な同軸ケーブル、及びその製造法が開示されている。
【０００４】
ところで、上記の各技術を含め、公知技術により製造される微小材料は、いずれも炭素材料又は絶縁体材料を含んでいるものに限られており、直径がナノメートルオーダーの微細な金属ナノチューブは、電子デバイス等への応用が期待できるが、その有効な製造方法は知られていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、金属ナノチューブの有効な製造方法を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の金属ナノチューブの製造法は、スパッタリング法により、カーボンナノチューブに金属を蒸着し、さらに燃焼することによってカーボンナノチューブを除去することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、カーボンナノチューブに、各種の金属をスパッタリング法によって蒸着することができ、かつ、これら金属を蒸着したカーボンナノチューブから、カーボンナノチューブを酸化条件下で燃焼・除去することによって、カーボンナノチューブに蒸着されていた金属が、直径がナノメートルオーダーの金属チューブとなって残ることを見出し、完成したものである。
【０００８】
カーボンナノチューブには、単層カーボンナノチューブと多層カーボンナノチューブが知られている。本発明では、上記の金属を蒸着するための材料として、単層、多層のいずれのカーボンナノチューブも用いることができる。カーボンナノチューブの製造法は公知であり、アーク放電法、レーザーアブレーション法、炭化水素触媒分解法が知られている。本発明には、いずれの製造法によるカーボンナノチューブでも用いることができる。本発明に用いるカーボンナノチューブとして、特に好ましいものは、高純度である点から、レーザー法によって製造された、単層カーボンナノチューブである。
【０００９】
カーボンナノチューブには、外径、内径が種々のものが知られ、製造条件を選択することによってカーボンナノチューブの内径・外径を制御できることから、特定の内径及び外径を有するカーボンナノチューブを用いること、及び蒸着する金属量を調節することによって、最終的に得られる金属ナノチューブの内径・外径を制御することができる。
【００１０】
本発明において用いるカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブの両端部が閉じていない状態、すなわち、両端部が開口しているものが好ましい。端部が開口していないカーボンナノチューブを用いると、カーボンナノチューブの外表面全体に金属が担持された場合に、その後、金属が担持されたカーボンナノチューブの端部を選択的に開口し、かつ内部のカーボンナノチューブを酸化により除去しなければ金属チューブを得ることができず、実質的に金属チューブを得ることが困難になるからである。
【００１１】
カーボンナノチューブは一般に端部が閉じており、この閉じた構造はキャップ構造とよばれる。カーボンナノチューブの端部のキャップ構造を壊して開口させるため、酸化による開口方法や、超音波をかける開口方法、硝酸−硫酸混合液中で超音波処理をする開口方法等が知られており、例えば、特開２００２−９７００８号公報に、反応性ガス中で２００〜６００℃に加熱する方法が開示されている。これら公知の方法によって、カーボンナノチューブの端部を開口させることができる。さらに、この端部の開口のための反応条件によっては、カーボンナノチューブの端部の開口とともに、カーボンナノチューブが切断されたものが生成することも知られ、切断されたカーボンナノチューブも本発明の原料として用いることができる。
【００１２】
本発明においては、まず両端部が開口しているカーボンナノチューブに、金属をスパッタリング法によって蒸着する。スパッタリング法は、当業者に周知の手法であり、スパッタリングターゲットとして用いる金属の種類を変えることによって、原理的には、いずれの所望の金属でもカーボンナノチューブに蒸着することができる可能性がある。カーボンナノチューブに蒸着する金属は、本質的に単一の元素からなる金属、又は合金から任意に選ぶことができるが、特に、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｇが好ましい。さらに複数種類の金属を、順次スパッタリングすることによって、異なる金属を多層状に積層することもでき、これによって、複数金属による層状構造を有するチューブを作成することもできる。
【００１３】
カーボンナノチューブにスパッタリングする金属の厚さは、任意に設定できる。スパッタリングする金属の厚さは、０．１〜１ｎｍであることが、高温での構造安定性の点から好ましい。
【００１４】
上記スパッタリングの条件は、真空中で行なうことが好ましく、特に、１．０×１０^−６Ｐａ以下で行なうことが偏りなく金属を蒸着できる点から好ましい。
【００１５】
ところで、端部が開口されたカーボンナノチューブの管の内側にフラーレンが入りこみ、その状態が安定であることが知られていることから、端部が開口されたカーボンナノチューブ内側のポテンシャルは低く、カーボンナノチューブの管の内側に物質が入りやすいと考えられる。カーボンナノチューブへのスパッタリングによる金属の蒸着においても、金属はカーボンナノチューブの内部に入ると考えられる。すなわち、両端部が開口されたカーボンナノチューブにスパッタリングで金属を蒸着すると、カーボンナノチューブの内側に金属が蒸着されることになる。
【００１６】
次に、金属を蒸着したカーボンナノチューブを燃焼し、カーボンナノチューブを除去する。カーボンナノチューブの燃焼は、特に、炭素を二酸化炭素等に酸化することができる酸化性気体の存在下に、加熱することによって行うことが好ましい。酸化性気体としては、酸素、オゾン、二酸化炭素等を用いることが好ましく、特に酸素を用いることが好ましい。例えば、１００％酸素雰囲気下で、金属を蒸着したカーボンナノチューブを燃焼させる場合、燃焼温度は、６５０℃以上、８００℃以下が好ましく６８０℃以上、７５０℃以下にすることがさらに好ましい。カーボンナノチューブに蒸着した金属の種類によっては、上記酸化条件下で、酸化される場合があり得るが、金属が酸化された場合は、次に、水素雰囲気中で加熱することによって、還元して金属に戻すことが好ましい。金属酸化物を金属に水素還元する場合の反応条件は、水素雰囲気下に３５０℃〜４５０℃に加熱することが好ましい。
【００１７】
このようにして製造された金属チューブは、マイクロマシン用部品、電子部品等に使用することができる。
【００１８】
以下、具体例に基づいて本発明をさらに説明する。
レーザー法によって製造した単層カーボンナノチューブ（平均外径４ｎｍ、平均内径３ｎｍ、平均長１０μｍ）に、スパッタリング法により、Ｐｄを蒸着した。スパッタリングは、３．０×１０^−７Ｐｄ，Ａｒイオンビームを使用した条件で行った。蒸着した金属の平均の厚みは、平均約１ｎｍであった。
【００１９】
次にこの金属が蒸着されたカーボンナノチューブを、酸素雰囲気下、７００℃に、５時間加熱することによって、炭素を除去した。得られた生成物を、水素雰囲気下、４００℃に、１時間加熱した。得られた金属ナノチューブは、平均外径３ｎｍ、平均内径１ｎｍであった。
【００２０】
【発明の効果】
カーボンナノチューブにスパッタリング法によって金属を蒸着し、次にカーボンナノチューブを燃焼・除去することにより、金属ナノチューブが得られ、この金属ナノチューブは、マイクロマシン用部品、電子部品等に有用である。

Claims (1)

1. スパッタリング法により、カーボンナノチューブに金属を蒸着し、さらに燃焼することによってカーボンナノチューブを除去することを特徴とする、金属ナノチューブの製造法。