JP2005231963A - Planar carbon structure, aggregate of planar carbon structures, and manufacturing method for the aggregate - Google Patents

Planar carbon structure, aggregate of planar carbon structures, and manufacturing method for the aggregate Download PDF

Info

Publication number
JP2005231963A
JP2005231963A JP2004045287A JP2004045287A JP2005231963A JP 2005231963 A JP2005231963 A JP 2005231963A JP 2004045287 A JP2004045287 A JP 2004045287A JP 2004045287 A JP2004045287 A JP 2004045287A JP 2005231963 A JP2005231963 A JP 2005231963A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
planar
carbon
substrate
aggregate
carbon structure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004045287A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Kobashi
宏司 小橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2004045287A priority Critical patent/JP2005231963A/en
Publication of JP2005231963A publication Critical patent/JP2005231963A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a planar carbon structure, an aggregate of the planar carbon structures, and a manufacturing method for the aggregate, which give a high yield in production, form a large area domain, and are usable for a large current electron emission. <P>SOLUTION: The planar carbon structure 3 is formed by radially arranging a plurality of carbon planar bodies 2 so as to aggregate their base ends on the surface of a carbon substrate 1. The carbon planar body 2 has a sharp edge and a petal-like shape. The aggregate 4 of the planar carbon structure is formed by arranging a plurality of the planar carbon structures 3 on the surface of the carbon substrate 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電子放出源として使用された場合の電子放出特性の高効率化及び化学電極として使用された場合の高特性化等を可能にする面状炭素構造体、面状炭素構造集合体及びその製造方法に関し、特に、尖鋭な端部を有する面状の炭素構造（炭素面状体）が放射状に集合した面状炭素構造体、面状炭素構造集合体とその製造方法に関する。   The present invention relates to a planar carbon structure, a planar carbon structure aggregate, and the like that enable high efficiency of electron emission characteristics when used as an electron emission source and high characteristics when used as a chemical electrode. In particular, the present invention relates to a planar carbon structure in which planar carbon structures (carbon planar bodies) having sharp ends are gathered in a radial manner, a planar carbon structure aggregate, and a method for producing the same.

力一ボンナノチューブ等のカーボンナノ構造物質の創製については数多くの研究がなされている。例えば、特開２００３−２０６１１６号公報（特許文献１）では、一端が鋭角に尖った鋭端多層カーボンナノチューブを、複数個、その鋭端部を外方にして放射状に集合させた構造を有する炭素物質が開示されている。   Numerous studies have been conducted on the creation of carbon nanostructured materials such as bonbon nanotubes. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-206116 (Patent Document 1), a carbon having a structure in which a plurality of sharp-end multi-walled carbon nanotubes having one end sharpened at an acute angle is gathered radially with the sharp end portion outward. The substance is disclosed.

しかしながら、この特許文献１に開示された炭素物質の製造方法は、水素を添加した不活性ガス雰囲気中で発生させたプラズマ炎中に炭素棒を導入し、炭素を蒸発させることにより、炭素棒表面に鋭端多層カーボンナノチューブ放射状集合体を堆積させるものである。このため、合成プロセスの制御が容易ではないため、上記方法は製造歩留まりが低く、また上記方法は、広い領域（大面積）への合成が困難である。従って、上記方法は工業材料として実用的ではないという致命的な問題点がある。   However, the carbon substance manufacturing method disclosed in Patent Document 1 introduces a carbon rod into a plasma flame generated in an inert gas atmosphere to which hydrogen has been added, and evaporates the carbon to obtain a carbon rod surface. And a sharp multi-walled carbon nanotube radial aggregate is deposited. For this reason, since the synthesis process is not easy to control, the above method has a low manufacturing yield, and the above method is difficult to synthesize into a wide region (large area). Therefore, there is a fatal problem that the above method is not practical as an industrial material.

また、カーボンナノチューブは、電子放出効率が高いとされているが、直径が小さいので、電流量が増えると自己加熱して劣化するため、大電流の電子放出ができないという問題点がある。   Carbon nanotubes are said to have high electron emission efficiency. However, since the diameter of the carbon nanotube is small, there is a problem in that large current electrons cannot be emitted because the self-heating deteriorates as the amount of current increases.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、高製造歩留を可能とし、大面積の領域への形成が可能であり、更に大電流の電子放出に使用することができる面状炭素構造体、面状炭素構造集合体及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a problem, and enables a high manufacturing yield, can be formed in a large area, and can be used for electron emission of a large current. An object is to provide a carbon structure, a planar carbon structure aggregate, and a method for producing the same.

本発明に係る面状炭素構造体は、端部が尖鋭である複数の炭素面状体がその基端部で集合した放射状をなすことを特徴とする。この面状炭素構造体において、前記基端部から放射状に広がった炭素面状体の集合体の直径は１乃至２０μｍであることが好ましい。   The planar carbon structure according to the present invention is characterized in that a plurality of carbon planar bodies having sharp edges are gathered radially at their base ends. In this planar carbon structure, the diameter of the aggregate of carbon planar bodies that radiates from the base end is preferably 1 to 20 μm.

本発明に係る面状炭素構造集合体は、端部が尖鋭である複数の炭素面状体がその基端部で集合した放射状をなす面状炭素構造体が、複数個基板上に並んでいることを特徴とする。前記面状炭素構造体の直径は１乃至２０μｍであることが好ましい。   In the planar carbon structure aggregate according to the present invention, a plurality of carbon planar bodies each having a sharp end are gathered at the base end, and a plurality of radial planar carbon structures are arranged on the substrate. It is characterized by that. The planar carbon structure preferably has a diameter of 1 to 20 μm.

本発明に係る面状炭素構造体の製造方法は、基板上にＦｅ又はＮｉからなる金属粒子を分散蒸着させる工程と、水素で希釈した炭化水素ガス雰囲気中で前記基板を熱フィラメントにより加熱処理して前記基板上に炭素物質を析出させる工程と、前記炭素物質を酸洗して金属を溶解除去することにより面状炭素構造集合体を形成する工程とを有することを特徴とする。   A method for producing a planar carbon structure according to the present invention includes a step of dispersing and depositing metal particles made of Fe or Ni on a substrate, and heat-treating the substrate with a hot filament in a hydrocarbon gas atmosphere diluted with hydrogen. And depositing a carbon material on the substrate and forming a planar carbon structure aggregate by pickling the carbon material and dissolving and removing the metal.

この面状炭素構造集合体の製造方法において、前記熱フィラメントの温度は１０００乃至２３００℃であることが好ましい。   In this method for producing a planar carbon structure aggregate, the temperature of the hot filament is preferably 1000 to 2300 ° C.

本発明に係る他の面状炭素構造集合体の製造方法は、基板上にＦｅ又はＮｉからなる金属粒子を分散蒸着させる工程と、水素で希釈した炭化水素ガス雰囲気中で発生させたマイクロ波プラズマで前記基板を処理して前記基板上に炭素物質を析出させる工程と、前記炭素物質を酸洗して金属を溶解除去することにより面状炭素構造集合体を形成する工程とを有することを特徴とする。   Another method for producing a planar carbon structure aggregate according to the present invention includes a step of dispersing and depositing metal particles made of Fe or Ni on a substrate, and a microwave plasma generated in a hydrocarbon gas atmosphere diluted with hydrogen. And a step of precipitating a carbon material on the substrate, and a step of pickling the carbon material to dissolve and remove the metal to form a planar carbon structure aggregate. And

これらの面状炭素構造集合体の製造方法において、前記基板の温度が４００乃至１０００℃であることが好ましい。   In the method for producing these planar carbon structure aggregates, the temperature of the substrate is preferably 400 to 1000 ° C.

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）は本発明の実施形態の面状炭素構造体を示す模式図、図１（ｂ）は本発明の実施形態の面状炭素構造集合体を示す模式図である。図１（ａ）に示すように、炭素基板１の表面に、複数個の炭素面状体２がその基端部を集合させて放射状に配置されて、面状炭素構造体３を形成している。この炭素面状体２は、その端部が尖鋭であり、あたかも花弁のような形状をなしている。そして、図１（ｂ）に示すように、この面状炭素構造体３が炭素基板１上に複数個配置されて、面状炭素構造集合体４が構成されている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a planar carbon structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a schematic diagram illustrating a planar carbon structure aggregate according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1 (a), a plurality of carbon planar bodies 2 are arranged radially on the surface of the carbon substrate 1 by gathering its base ends to form a planar carbon structure 3. Yes. The carbon sheet-like body 2 has a sharp end and is shaped like a petal. As shown in FIG. 1B, a plurality of planar carbon structures 3 are arranged on the carbon substrate 1 to form a planar carbon structure aggregate 4.

図２は、この面状炭素構造集合体の走査型電子顕微鏡写真（６０００倍）である。この図２に示すように、本発明の面状炭素構造体の放射状をなす構造単位、即ち、炭素面状体２は、極薄の花弁状の構造を有する。従って、本発明の炭素面状体２は、カーボンナノチューブではない。   FIG. 2 is a scanning electron micrograph (x6000) of the planar carbon structure aggregate. As shown in FIG. 2, the structural unit forming a radial shape of the planar carbon structure of the present invention, that is, the carbon planar body 2 has an extremely thin petal-like structure. Therefore, the carbon planar body 2 of the present invention is not a carbon nanotube.

図１（ａ）に示すように、面状炭素構造体３の直径をＤとすると、この直径Ｄは１乃至２０μｍである。即ち、基端部から放射状に広がった炭素面状体２の集合体における基板１に平行な面において、炭素面状体２の最外端の包絡線を円に近似した場合に、その包絡円の直径Ｄは１乃至２０μｍである。本発明の面状炭素構造（集合）体を冷陰極電子源として使用する場合、直径Ｄが１μｍ未満であれば、突起の効果が得られず、逆に直径Ｄが２０μｍを超えると、炭素面状体２の放射状構造が歪み、電子放出効果が低下する。また、本発明の面状炭素構造（集合）体を、化学電極等に使用する場合には、直径Ｄが１μｍ未満であれば、表面積増大の効果がなく、直径Ｄが２０μｍを超えると、面状炭素構造体３の構造強度が低下する。よって、直径Ｄは１乃至２０μｍであることが好ましい。   As shown in FIG. 1A, when the diameter of the planar carbon structure 3 is D, the diameter D is 1 to 20 μm. That is, when the envelope of the outermost end of the carbon planar body 2 is approximated to a circle on a plane parallel to the substrate 1 in the aggregate of the carbon planar bodies 2 radially extending from the base end, the envelope circle The diameter D is 1 to 20 μm. When the planar carbon structure (aggregate) body of the present invention is used as a cold cathode electron source, if the diameter D is less than 1 μm, the effect of the protrusion cannot be obtained. Conversely, if the diameter D exceeds 20 μm, the carbon surface The radial structure of the rod-shaped body 2 is distorted, and the electron emission effect is reduced. Further, when the planar carbon structure (aggregate) of the present invention is used for a chemical electrode or the like, if the diameter D is less than 1 μm, there is no effect of increasing the surface area, and if the diameter D exceeds 20 μm, the surface The structural strength of the carbonaceous structure 3 decreases. Therefore, the diameter D is preferably 1 to 20 μm.

次に、上述の構造を有する面状炭素構造集合体を熱フィラメント方式により製造する方法について説明する。図３は使用する熱フィラメント装置を示す図である。反応容器１０内の基板ホルダ上に、基板１１が設置されており、基板１１の上方に、１対の電極１３に支持された熱フィラメント１２が配置されている。各電極１３は電源１４に接続されており、電源１４により熱フィラメント１２に給電することにより、熱フィラメント１２が発熱する。反応容器１０内には、基板１１と熱フィラメント１２の周囲に、放射シールド１５が配置されており、反応容器１０の上面に観察ポート１６が設けられ、反応容器１０の下部には排気部１７が設けられている。   Next, a method for producing a planar carbon structure aggregate having the above-described structure by a hot filament method will be described. FIG. 3 is a view showing a hot filament device to be used. A substrate 11 is installed on a substrate holder in the reaction vessel 10, and a hot filament 12 supported by a pair of electrodes 13 is disposed above the substrate 11. Each electrode 13 is connected to a power source 14, and when the power filament 14 supplies power to the hot filament 12, the hot filament 12 generates heat. In the reaction vessel 10, a radiation shield 15 is disposed around the substrate 11 and the hot filament 12, an observation port 16 is provided on the upper surface of the reaction vessel 10, and an exhaust unit 17 is provided at the lower part of the reaction vessel 10. Is provided.

先ず、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）等の金属粒子を蒸着等の方法で分散させた基板１１を設定し、水素で希釈した炭化水素ガス雰囲気中で、熱フィラメントにより加熱する。これにより、基板１１上に粒子状の物質が高密度に生成する。その後、酸溶液等で金属を溶解除去することにより、粒子状の物質は消え、面状炭素構造集合体が出現する。熱フィラメント方式の場合に、熱フィラメントの温度としては１０００乃至２３００℃が最適である。熱フィラメント温度が１０００℃未満では面状炭素が形成されず、２３００℃を超えるとフィラメントが急速に劣化する。面状炭素構造を形成するために、基板温度は４００乃至１０００℃とする。基板温度が４００℃未満では面状炭素構造が生成されない。また、基板温度が１０００℃を超えると炭素基板が水素でエッチングされ、面状炭素構造を生成できない。   First, the substrate 11 in which metal particles such as iron (Fe) or nickel (Ni) are dispersed by a method such as vapor deposition is set, and heated by a hot filament in a hydrocarbon gas atmosphere diluted with hydrogen. Thereby, particulate matter is generated on the substrate 11 with high density. Thereafter, by dissolving and removing the metal with an acid solution or the like, the particulate matter disappears and a planar carbon structure aggregate appears. In the case of the hot filament system, the temperature of the hot filament is optimally 1000 to 2300 ° C. If the hot filament temperature is less than 1000 ° C., planar carbon is not formed, and if it exceeds 2300 ° C., the filament rapidly deteriorates. In order to form a planar carbon structure, the substrate temperature is set to 400 to 1000 ° C. If the substrate temperature is less than 400 ° C., a planar carbon structure is not generated. On the other hand, if the substrate temperature exceeds 1000 ° C., the carbon substrate is etched with hydrogen, and a planar carbon structure cannot be generated.

上述の構造を有する面状炭素構造集合体は、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置により製造することもできる。熱フィラメント方式の場合と同様に、基板１１上に、鉄（Ｆｅ）又はニッケル（Ｎｉ）等の金属粒子を蒸着等の方法で分散させた後、水素で希釈した炭化水素ガス雰囲気中で、マイクロ波プラズマＣＶＤにより基板を加熱する。その後、酸溶液等で金属を溶解除去する。   The planar carbon structure aggregate having the above-described structure can also be manufactured by a microwave plasma CVD apparatus. As in the case of the hot filament method, metal particles such as iron (Fe) or nickel (Ni) are dispersed on the substrate 11 by a method such as vapor deposition, and then in a hydrocarbon gas atmosphere diluted with hydrogen, The substrate is heated by wave plasma CVD. Thereafter, the metal is dissolved and removed with an acid solution or the like.

マイクロ波プラズマ方式により基板を加熱する場合も、面状炭素構造を形成するための基板温度は同様に４００乃至１０００℃とする。基板温度が４００℃未満では面状炭素構造が生成されない。また、基板温度が１０００℃を超えると炭素基板が水素でエッチングされ、面状炭素構造を生成できない。   When the substrate is heated by the microwave plasma method, the substrate temperature for forming the planar carbon structure is similarly set to 400 to 1000 ° C. If the substrate temperature is less than 400 ° C., a planar carbon structure is not generated. On the other hand, if the substrate temperature exceeds 1000 ° C., the carbon substrate is etched with hydrogen, and a planar carbon structure cannot be generated.

熱フィラメント方式の場合及びマイクロ波プラズマ方式の場合のいずれの場合でも、従来技術のように高価なＡｒガス等を用いないので、本発明では従来技術より製造コストが低いことも有利である。   In both the case of the hot filament system and the case of the microwave plasma system, since expensive Ar gas or the like is not used unlike the prior art, the present invention is advantageous in that the manufacturing cost is lower than that of the prior art.

この花弁状の面状炭素構造体３は、作成条件によるが、後述する製造方法において、熱フィラメントＣＶＤの処理時間が１０乃至２０分間の場合は、その直径が２乃至１０μｍとなる。   Although the petal-like planar carbon structure 3 depends on the production conditions, the diameter becomes 2 to 10 μm when the processing time of hot filament CVD is 10 to 20 minutes in the manufacturing method described later.

このような構造を有する炭素材料は、例えば、冷陰極電子放出源として利用することができる。この場合に、特許文献１に記載のカーボンナノチューブでは、カーボンナノチューブ自体の電子放出効率は高いが、カーボンナノチューブの直径が小さいため、大電流が流れると自己破壊するという欠点がある。   The carbon material having such a structure can be used as, for example, a cold cathode electron emission source. In this case, the carbon nanotube described in Patent Document 1 has a high electron emission efficiency of the carbon nanotube itself, but has a drawback of self-destructing when a large current flows because the diameter of the carbon nanotube is small.

これに対し、本発明の面状炭素構造体３では、電子放出は１点からではなく、複数個の炭素面状体２の尖鋭な端部からほぼ一様に生ずるので、ナノチューブより大きい電流放出が可能である。また、化学電極・センサへの応用に対しても、本発明による構造単位が面状構造（炭素面状体２）を有しているため、電極反応の効率が高いという利点を有する。   On the other hand, in the planar carbon structure 3 of the present invention, the electron emission occurs not uniformly from one point but from the sharp ends of the plurality of carbon planar bodies 2, so that the current emission is larger than that of the nanotube. Is possible. Moreover, since the structural unit by this invention has planar structure (carbon planar body 2) also with respect to the application to a chemical electrode and a sensor, it has the advantage that the efficiency of an electrode reaction is high.

また、特許文献１に記載のカーボンナノチューブでは、炭素棒を蒸発させて炭素棒表面に、鋭端な多層カーボンナノチューブの放射状集合体を形成するが、このような放電方式では合成プロセスの制御が容易ではないので収率が低く、更に広域面積への合成が困難であり、工業材料として実用的ではない。   In addition, in the carbon nanotube described in Patent Document 1, the carbon rod is evaporated to form a sharp aggregate of multi-walled carbon nanotubes on the surface of the carbon rod. In such a discharge method, the synthesis process can be easily controlled. Therefore, the yield is low, the synthesis to a wide area is difficult, and it is not practical as an industrial material.

これに対し、本発明では、製造装置にダイヤモンド気相合成で使用されている熱フィラメント方式又はマイクロ波プラズマ方式を用いるので、１ｍ角以上の面積でさえも、均一に面状構造を形成することができる。従って、本発明の面状炭素構造体又は面状炭素構造集合体は、実用的な工業材料として産業上、極めて有用である。   On the other hand, in the present invention, since the manufacturing apparatus uses the hot filament method or microwave plasma method used in diamond vapor phase synthesis, a planar structure can be uniformly formed even in an area of 1 m square or more. Can do. Therefore, the planar carbon structure or planar carbon structure aggregate of the present invention is extremely useful industrially as a practical industrial material.

（実施例１）
図３に示す熱フィラメント装置により、尖鋭端部を有する炭素面状体が放射状に配置された面状炭素構造体（集合体）を形成した。基板としては炭素材料を用い、その表面にＦｅを蒸着した。これを図３の基板ホルダ上に置き、反応容器内に水素で５％に希釈したメタンガスを毎分２００ｃｃ導入し、ガス圧を３０〜４０Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ＝１３３Ｐａ）に維持した。次いで、熱フィラメント（炭化タングステン線）に電流を流し、フィラメント温度を２０００℃に設定して、１５分間維持した。基板温度は約６００℃であった。その後、試料を取り出し、希塩酸に漬けてＦｅを溶解除去した。次いで、基板を乾燥して、表面を電子顕微鏡で観察したところ、炭素基板上に均一に、図１及び図２に示す面状炭素構造集合体が形成されていることが判明した。
（実施例２）
尖鋭端部を有する炭素面状体が放射状に配置された面状炭素構造体（集合体）の形成には、ダイヤモンド気相合成に通常用いられているマイクロ波プラズマ発生装置を用いた。基板としては炭素材料を用い、その表面にＦｅを蒸着した。この基板を基板ホルダ上に置き、反応容器内に水素で５％に希釈したメタンガスを毎分１００ｃｃ導入し、ガス圧を３０〜４０Ｔｏｒｒに維持した。次いで、マイクロ波（２．４５Ｈｚ）を投入してプラズマを発生させ、基板がプラズマに接触するように基板位置を調整した。基板温度は約６００℃であった。２０分後に、試料を取り出し、希塩酸に漬けて、Ｆｅを溶解除去した。基板を乾燥して、表面を電子顕微鏡で観察したところ、炭素基板上に均一に図１に示す面状炭素構造体が形成されていることが判明した。
（実施例３）
図１の端部が尖鋭な炭素面状体を放射状に配置させた面状炭素構造集合体が形成された基板（約１ｃｍ角）を真空容器（真空度は約１０―７Ｐａ）に入れ、基板表面から約１ｍｍ離してメッシュ状の陽極（アース電位）を対向させた。次いで、試料に負電圧を印加したところ、約１ｋＶで電子放出による電流が陽極に流れ始めた。試料に３ｋＶを印加した場合の電流値は約５０μＡであった。 (Example 1)
A planar carbon structure (aggregate) in which carbon planar bodies having sharp ends are arranged radially is formed by the hot filament apparatus shown in FIG. A carbon material was used as the substrate, and Fe was evaporated on the surface. This was placed on the substrate holder of FIG. 3, 200 cc of methane gas diluted to 5% with hydrogen was introduced into the reaction vessel per minute, and the gas pressure was maintained at 30 to 40 Torr (1 Torr = 133 Pa). Next, a current was passed through the hot filament (tungsten carbide wire), the filament temperature was set to 2000 ° C., and maintained for 15 minutes. The substrate temperature was about 600 ° C. Thereafter, the sample was taken out and immersed in dilute hydrochloric acid to dissolve and remove Fe. Subsequently, when the substrate was dried and the surface was observed with an electron microscope, it was found that the planar carbon structure aggregate shown in FIGS. 1 and 2 was uniformly formed on the carbon substrate.
(Example 2)
A microwave plasma generator generally used for diamond vapor phase synthesis was used to form a planar carbon structure (aggregate) in which carbon planar bodies having sharp ends were arranged radially. A carbon material was used as the substrate, and Fe was evaporated on the surface. This substrate was placed on a substrate holder, 100 cc of methane gas diluted to 5% with hydrogen was introduced into the reaction vessel per minute, and the gas pressure was maintained at 30 to 40 Torr. Next, microwaves (2.45 Hz) were input to generate plasma, and the substrate position was adjusted so that the substrate was in contact with the plasma. The substrate temperature was about 600 ° C. After 20 minutes, the sample was taken out and immersed in dilute hydrochloric acid to dissolve and remove Fe. When the substrate was dried and the surface was observed with an electron microscope, it was found that the planar carbon structure shown in FIG. 1 was uniformly formed on the carbon substrate.
(Example 3)
Vacuum vessel a substrate on which end sharp carbon planar element was allowed to radially arranged planar carbon structure assembly of Figure 1 is formed (about 1cm square) (degree of vacuum of about 10 -7 Pa) put in, A meshed anode (ground potential) was opposed to the substrate surface at a distance of about 1 mm. Next, when a negative voltage was applied to the sample, a current due to electron emission began to flow to the anode at about 1 kV. When 3 kV was applied to the sample, the current value was about 50 μA.

無処理の炭素基板について同様の測定を行ったところ、炭素基板に１０ｋＶを印加しても電子放出は観測されなかった。   When the same measurement was performed on the untreated carbon substrate, no electron emission was observed even when 10 kV was applied to the carbon substrate.

以上により、面状炭素構造の高い電子放出効率が確認された。更に、この面状炭素構造体について、印加電圧を１０ｋＶにすると、残留ガス放電で電流値は不安定となったが、平均電流は約０．５ｍＡという高い値が得られた。更に、真空容器を１０−１０Ｐａ程度の高真空にすれば、残留ガス放電を防止できた。
（実施例４）
図１の端部が尖鋭な炭素面状体を放射状に配置させた面状炭素構造集合体が形成された基板（約１ｃｍ角）を真空容器に入れ、０．１モル／リットルの苛性ソーダ溶液に侵し、対向電極として白金線を用いた。面状炭素構造に約１Ｖの負電圧を印加したところ、わずかながら水素の発生が始まった。 From the above, high electron emission efficiency of the planar carbon structure was confirmed. Furthermore, for the planar carbon structure, when the applied voltage was 10 kV, the current value became unstable due to residual gas discharge, but the average current was as high as about 0.5 mA. Furthermore, residual gas discharge could be prevented by making the vacuum vessel a high vacuum of about 10 −10 Pa.
Example 4
A substrate (about 1 cm square) on which a planar carbon structure aggregate in which carbon planar bodies having sharp edges are arranged radially is formed in a vacuum vessel, and a 0.1 mol / liter caustic soda solution is added to the substrate. A platinum wire was used as the counter electrode. When a negative voltage of about 1 V was applied to the planar carbon structure, hydrogen generation began slightly.

これに対し、無処理の炭素基板について同様の測定を行ったところ、炭素基板に２Ｖを印加しても水素の発生は観測されなかった。   On the other hand, when the same measurement was performed on an untreated carbon substrate, generation of hydrogen was not observed even when 2 V was applied to the carbon substrate.

更に、面状炭素構造集合体の電極について、苛性ソ−ダ溶液に濃度数ｐｐｍの銅イオン、銀イオン等を添加したところ、電流値が大きく変わった。また、苛性ソーダに塩酸を混合して溶液のｐＨを１４から２まで変えたところ、ｐＨに応じて電流値も変化することが確認された。これにより、面状炭素構造集合体を化学電極・センサに適用できることが知見された。   Further, regarding the electrode of the planar carbon structure aggregate, when a copper ion, silver ion or the like having a concentration of several ppm was added to the caustic soda solution, the current value changed greatly. Moreover, when hydrochloric acid was mixed with caustic soda and the pH of the solution was changed from 14 to 2, it was confirmed that the current value also changed according to the pH. Thus, it was found that the planar carbon structure aggregate can be applied to the chemical electrode / sensor.

（ａ）は本発明の実施形態に係る面状炭素構造体を示す模式図、（ｂ）は本発明の実施形態に係る面状炭素構造集合体を示す模式図である。(A) is a schematic diagram which shows the planar carbon structure which concerns on embodiment of this invention, (b) is a schematic diagram which shows the planar carbon structure aggregate | assembly which concerns on embodiment of this invention. 面状炭素構造集合体の走査型電子顕微鏡写真である。It is a scanning electron micrograph of a planar carbon structure aggregate. 熱フィラメント装置を示す図である。It is a figure which shows a hot filament apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１：基板
２：炭素面状体
３：面状炭素構造体
４：面状炭素構造集合体
１０：反応容器
１１：基板
１２：電極
１３：熱フィラメント
１４：電源
１５：放射シールド
１６：観察部
１７：排気部
１８：原料ガス導入孔
１９：基板ホルダ 1: Substrate 2: Carbon planar body 3: Planar carbon structure 4: Planar carbon structure assembly 10: Reaction vessel 11: Substrate 12: Electrode 13: Hot filament 14: Power supply 15: Radiation shield 16: Observation unit 17 : Exhaust section 18: Source gas introduction hole 19: Substrate holder

Claims (8)

端部が尖鋭である複数の炭素面状体がその基端部で集合した放射状をなすことを特徴とする面状炭素構造体。 A planar carbon structure characterized in that a plurality of carbon planar bodies each having a sharp end form a radial shape gathered at the base end. 端部が尖鋭である複数の炭素面状体がその基端部で集合した放射状をなす面状炭素構造体が、複数個基板上に並んでいることを特徴とする面状炭素構造集合体。 A planar carbon structure aggregate, wherein a plurality of carbon planar bodies each having a sharp end are gathered at the base end, and a plurality of radial planar carbon structures are arranged on a substrate. 前記基端部から放射状に広がった炭素面状体の集合体の直径が１乃至２０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の面状炭素構造体。 2. The planar carbon structure according to claim 1, wherein a diameter of the aggregate of carbon planar bodies radially extending from the base end portion is 1 to 20 μm. 前記面状炭素構造体の直径が１乃至２０μｍであることを特徴とする請求項２に記載の面状炭素構造集合体。 The planar carbon structure aggregate according to claim 2, wherein the planar carbon structure has a diameter of 1 to 20 µm. 基板上にＦｅ又はＮｉからなる金属粒子を分散蒸着させる工程と、水素で希釈した炭化水素ガス雰囲気中で前記基板を熱フィラメントにより加熱処理して前記基板上に炭素物質を析出させる工程と、前記炭素物質を酸洗して金属を溶解除去することにより面状炭素構造集合体を形成する工程とを有することを特徴とする面状炭素構造集合体の製造方法。 A step of dispersing and depositing metal particles made of Fe or Ni on the substrate, a step of heating the substrate with a hot filament in a hydrocarbon gas atmosphere diluted with hydrogen to deposit a carbon substance on the substrate, and And a step of forming a planar carbon structure aggregate by pickling a carbon substance and dissolving and removing the metal to form a planar carbon structure aggregate. 前記熱フィラメントの温度は１０００乃至２３００℃であることを特徴とする請求項５に記載の面状炭素構造集合体の製造方法。 The method for producing a planar carbon structure aggregate according to claim 5, wherein the temperature of the hot filament is 1000 to 2300 ° C. 基板上にＦｅ又はＮｉからなる金属粒子を分散蒸着させる工程と、水素で希釈した炭化水素ガス雰囲気中で発生させたマイクロ波プラズマで前記基板を処理して前記基板上に炭素物質を析出させる工程と、前記炭素物質を酸洗して金属を溶解除去することにより面状炭素構造集合体を形成する工程とを有することを特徴とする面状炭素構造集合体の製造方法。 A step of dispersing and depositing metal particles comprising Fe or Ni on the substrate, and a step of depositing a carbon material on the substrate by treating the substrate with microwave plasma generated in a hydrocarbon gas atmosphere diluted with hydrogen. And a step of forming the planar carbon structure aggregate by pickling the carbon material and dissolving and removing the metal to remove the metal. 前記基板の温度が４００乃至１０００℃であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の面状炭素構造集合体の製造方怯。

The method for producing a planar carbon structure aggregate according to any one of claims 5 to 7, wherein the temperature of the substrate is 400 to 1000 ° C.

JP2004045287A 2004-02-20 2004-02-20 Planar carbon structure, aggregate of planar carbon structures, and manufacturing method for the aggregate Pending JP2005231963A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004045287A JP2005231963A (en) 2004-02-20 2004-02-20 Planar carbon structure, aggregate of planar carbon structures, and manufacturing method for the aggregate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004045287A JP2005231963A (en) 2004-02-20 2004-02-20 Planar carbon structure, aggregate of planar carbon structures, and manufacturing method for the aggregate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005231963A true JP2005231963A (en) 2005-09-02

Family

ID=35015307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004045287A Pending JP2005231963A (en) 2004-02-20 2004-02-20 Planar carbon structure, aggregate of planar carbon structures, and manufacturing method for the aggregate

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005231963A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024075614A1 (en) * 2022-10-06 2024-04-11 株式会社インキュベーション・アライアンス Carbon structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024075614A1 (en) * 2022-10-06 2024-04-11 株式会社インキュベーション・アライアンス Carbon structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4855758B2 (en) Method for producing diamond having acicular protrusion arrangement structure on surface
JP3819382B2 (en) Carbon nanotube matrix and growth method thereof
Terranova et al. Nanodiamonds for field emission: state of the art
JP4379247B2 (en) Method for producing carbon nanostructure
JP4963539B2 (en) Method for producing carbon nanotube and plasma CVD apparatus for carrying out the method
WO2008094465A1 (en) Synthesis of carbon nanotubes by selectively heating catalyst
JP2007533581A6 (en) Method for synthesizing small-diameter carbon nanotubes having electron field emission characteristics
KR20070061473A (en) Method of synthesizing small-diameter carbon nanotubes with electron field emission properties
Riyajuddin et al. Study of field emission properties of pure graphene-CNT heterostructures connected via seamless interface
JP2002179418A (en) Method for forming carbon nanotube
JP2006315920A (en) Electron emission source and its manufacturing method
Mauger et al. Vertically aligned carbon nanotube arrays for giant field emission displays
US20110056433A1 (en) Device for forming diamond film
JP2005231963A (en) Planar carbon structure, aggregate of planar carbon structures, and manufacturing method for the aggregate
JP5213099B2 (en) Carbon nanotube growth method and carbon nanotube emitter on carbon fiber sheet
JP2010006670A (en) Nanowire structure and method for producing the same
JP4829634B2 (en) Method for forming catalyst and method for producing carbon film using the same
US7799374B2 (en) Method for manufacturing field emission cathode
JP2014185072A (en) Method of producing recycled base material for carbon nano-tube production
Sankaran et al. Nitrogen incorporated (ultra) nanocrystalline diamond films for field electron emission applications
JP2006199582A (en) Method for manufacturing carbon nanotube using focused ion beam
JP3854295B2 (en) Field electron emitter and display device
JP2008044828A (en) Carbon nanotube forming device and carbon nanotube forming method
JP4615900B2 (en) Production method of carbon nanotube, carbon nanowire and carbon nano-onion
JP2006143496A (en) Method of producing carbon nanotube and apparatus for producing carbon nanotube