JP2008195561A - Method for controlling posture and location of carbon nanomaterial, modified carbon nanomaterial used for the method and method for modifying carbon nanomaterial - Google Patents
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Description
本発明は、カーボンナノ物体の姿勢並びに位置を制御する方法、この方法に用いられる改質されたカーボンナノ物体及びカーボンナノ物体の改質方法に関する。より詳しくは、本発明は、カーボンナノ物体にイオン伝導性あるいは絶縁性を付与し、光学的手法或いは電気的手法によりカーボンナノ物体の姿勢並びに位置の制御する方法、この方法に用いられる改質されたカーボンナノ物体及びカーボンナノ物体の改質方法に関する。 The present invention relates to a method for controlling the posture and position of a carbon nano object, a modified carbon nano object used in this method, and a method for modifying a carbon nano object. More specifically, the present invention relates to a method for imparting ion conductivity or insulation to a carbon nano object and controlling the posture and position of the carbon nano object by an optical method or an electric method, and a modification used in this method. The present invention relates to a carbon nano object and a method for modifying the carbon nano object.
カーボンナノチューブは、１９９１年に発見された比較的新しい物質であり、炭素原子のみを構成元素とするものである。
カーボンナノチューブは、炭素原子の六員環で構成されるグラフェンシートを巻いた一次元性を有する筒形状をなす。グラフェンシートが１枚の構造のカーボンナノチューブは、単層（シングルウォール）カーボンナノチューブ（SWNT: Single Wall Carbon Nano Tube）と称される。複数のグラフェンシートからなり、多層構造をなすものは、多層（マルチウォール）カーボンナノチューブ（MWNT: Multi-Wall Carbon Nano Tube）と称される。
カーボンナノチューブの電気特性は、原子配列の態様（カイラリティ）によって、欠陥を有するなどの特定の場合を除いて、一般的には金属的性質を示したり、半導体的性質を示したりする。また、機械的強度にも優れ、多くの産業分野で注目を集めている物質である。
Carbon nanotubes are a relatively new substance discovered in 1991 and contain only carbon atoms as constituent elements.
The carbon nanotube has a one-dimensional cylindrical shape in which a graphene sheet composed of a six-membered ring of carbon atoms is wound. A carbon nanotube having a single graphene sheet structure is referred to as a single-wall carbon nanotube (SWNT). A multi-wall carbon nano tube (MWNT) is a multi-wall carbon nano tube (MWNT) that includes a plurality of graphene sheets and has a multilayer structure.
The electric characteristics of carbon nanotubes generally show metallic properties or semiconducting properties, except for specific cases such as having defects, depending on the atomic arrangement (chirality). In addition, it has excellent mechanical strength and is attracting attention in many industrial fields.
産業上利用される形態として、特許文献１乃至３に開示される技術を挙げることができる。
特許文献１に開示される技術は、カーボンナノチューブセンサ並びにカーボンナノチューブセンサを製造する方法である。特許文献１に開示されるカーボンナノチューブセンサは、カーボンナノチューブが懸濁されたエタノール溶媒を、平板電極が固定された絶縁基板上に配し、平板基板に交流電圧を印加して、平板電極間にカーボンナノチューブを集積させることにより形成される。
特許文献２に開示される技術は、カーボンナノチューブを利用した電気素子を製造する方法である。特許文献２に開示される技術は、固定された電極間に交流電圧を印加し、誘電泳動法の原理によって、複数のカーボンチューブを電極端部間に一線上に配列するものである。
特許文献３に開示される技術は、電界放出エミッタ電極を製造する方法である。この方法は、多数の空隙を有するＡＡＯ膜を備えるアルミニウム基板を、カーボンナノチューブが懸濁された電解液中に浸して、電極間に交流電圧を印加し、ＡＡＯ膜に形成された孔部にカーボンナノチューブを誘導する手法を採用する。
As a form utilized industrially, the technique disclosed by
The technique disclosed in
The technique disclosed in
The technique disclosed in Patent Document 3 is a method of manufacturing a field emission emitter electrode. In this method, an aluminum substrate provided with an AAO film having a large number of voids is immersed in an electrolytic solution in which carbon nanotubes are suspended, an AC voltage is applied between the electrodes, and carbon is formed in the holes formed in the AAO film. Adopting a method of guiding nanotubes.
特許文献１乃至３に関連する技術分野に限定するものではないが、特許文献１乃至３に関連する技術分野、即ち、カーボンナノチューブセンサ、カーボンナノチューブを利用した電気素子、電界放出エミッタ電極の開発分野においては、カーボンナノチューブの姿勢制御や位置制御の技術は極めて重要である。
特許文献１乃至３に開示される技術は、電気的なアプローチによりカーボンナノチューブの姿勢制御や位置制御を行おうとするものである。
Although it is not limited to the technical field relevant to
The techniques disclosed in
カーボンナノチューブに対する姿勢制御や位置制御を行う手法として、光学的アプローチが存在する。
特許文献４は、光学的技術を用いてカーボンナノチューブの位置制御及び姿勢制御を行おうとするものである。
There is an optical approach as a method for performing attitude control and position control on the carbon nanotube.
これらの電気的手法や光学的手法によれば、化学気相成長法を利用してカーボンナノチューブを成長させる方法と比較して、比較的位置制御又は姿勢制御を行いやすいという利点がある。
しかしながら、特許文献１乃至３に開示される電気的手法では、カーボンナノチューブの配向と集積を行なうことができるけれども、カーボンナノチューブ単体或いはカーボンナノチューブ集積体の移動操作を行うことができない。
一方、特許文献４に開示される光学的手法では、カーボンナノチューブ単体での姿勢制御・位置制御を達成可能であるが、非常に複雑な光学系を有する装置が必要となる。
According to these electrical and optical techniques, there is an advantage that position control or attitude control is relatively easy as compared with a method of growing carbon nanotubes using chemical vapor deposition.
However, although the electrical methods disclosed in
On the other hand, the optical method disclosed in
上述の如く、カーボンナノチューブやその他カーボンナノ物体の姿勢制御・位置制御には多くの課題が存在する。
したがって、本発明は、電気的手法・光学的手法いずれにおいても簡便に姿勢制御並びに位置制御を行うことを可能とするカーボンナノ物体の改質方法を提供する。
更に、本発明は、電気的手法・光学的手法いずれにおいても簡便に姿勢制御並びに位置制御を行うことを可能とする改質されたカーボンナノ物体を提供する。
加えて、この改質されたカーボンナノ物体を利用して、位置制御並びに姿勢制御を行う光学的手法を提供する。
また、この改質されたカーボンナノ物体を利用して、位置制御並びに姿勢制御を行う電気的手法を提供する。
As described above, there are many problems in attitude control and position control of carbon nanotubes and other carbon nano objects.
Therefore, the present invention provides a method for modifying a carbon nano object that enables simple posture control and position control in both electrical and optical methods.
Furthermore, the present invention provides a modified carbon nano-object that enables simple posture control and position control in both electrical and optical methods.
In addition, an optical technique for performing position control and attitude control using the modified carbon nano object is provided.
In addition, an electrical method for performing position control and attitude control using the modified carbon nano object is provided.
請求項１記載の発明は、カーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程からなることを特徴とするカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項２記載の発明は、カーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記カーボンナノ物体を官能基で修飾する工程からなることを特徴とするカーボンナノ物体の改質方法である。
The invention according to
The invention according to
請求項３記載の発明は、前記液体が、水、アルコール類及び水とアルコール類の混合液からなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は２記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項４記載の発明は、前記添加されるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
The invention according to claim 3 is characterized in that the liquid is selected from the group consisting of water, alcohols, and a mixture of water and alcohols. It is.
According to a fourth aspect of the present invention, the ion conductive or insulating coating agent added is selected from the group consisting of lipids, anionic surfactants, cationic surfactants and nonionic surfactants. The method for modifying a carbon nano object according to
請求項５記載の発明は、前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程の前に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項６記載の発明は、前記カーボンナノ物体を官能基で修飾する工程の前に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項２記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項７記載の発明は、前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程の後に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項８記載の発明は、前記カーボンナノ物体を官能基で修飾する工程の後に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットを添加する工程を更に備えることを特徴とする請求項２記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
The invention according to
The invention according to
The invention according to
The invention according to claim 8 further comprises a step of adding a hydrophobic fluorescent dye or quantum dots after the step of modifying the carbon nanoobject with a functional group. This is a modification method.
請求項９記載の発明は、前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１又は２記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
請求項１０記載の発明は、前記官能基がアミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項２記載のカーボンナノ物体の改質方法である。
The invention according to claim 9 is such that the carbon nano object is selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanocoils, carbon microcoils, carbon fibers, nano-onions, fullerenes, and nanocapsules. The method for modifying a carbon nano object according to
The invention according to
請求項１１記載の発明は、カーボンナノ物体と、該カーボンナノ物体の表面の少なくとも一部を被覆してなるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤からなることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体である。
請求項１２記載の発明は、官能基で化学修飾された表面を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体である。
The invention according to
The invention according to
請求項１３記載の発明は、前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１１又は１２記載の改質されたカーボンナノ物体である。
請求項１４記載の発明は、前記カーボンナノ物体の表面の少なくとも一部に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットが付着してなることを特徴とする請求項１１又は１２記載の改質されたカーボンナノ物体である。
請求項１５記載の発明は、前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤の少なくとも一部に、疎水性の蛍光色素又は量子ドットが付着してなることを特徴とする請求項１１記載の改質されたカーボンナノ物体である。
請求項１６記載の発明は、前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１１記載の改質されたカーボンナノ物体である。
In the invention according to claim 13, the carbon nano object is selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanocoils, carbon microcoils, carbon fibers, nano-onions, fullerenes, and nanocapsules. The modified carbon nano object according to
The invention according to claim 14 is the modified carbon according to
The invention according to claim 15 is characterized in that a hydrophobic fluorescent dye or quantum dots are attached to at least a part of the ion conductive or insulating coating agent. Carbon nano object.
The invention according to claim 16 is characterized in that the ion conductive or insulating coating agent is at least selected from the group consisting of lipids, anionic surfactants, cationic surfactants and nonionic surfactants. The modified carbon nano-object according to
請求項１７記載の発明は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程を備えることを特徴とするカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
請求項１８記載の発明は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、前記光線の照射方向を変更させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
請求項１９記載の発明は、官能基で化学修飾された表面を有するカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、前記光線の照射方向を変更させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
The invention according to claim 17 provides a step of preparing a liquid in which carbon nano objects coated with an ion conductive or insulating coating are mixed, and selects at least one of the carbon nano objects in the liquid. Irradiating and condensing a light beam to the carbon nano object selected in the step and selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid, and collecting the condensing point of the light beam to the selected carbon nano object It is the attitude | position control method of the carbon nano object characterized by including the process located in this.
The invention according to claim 18 provides a step of preparing a liquid in which carbon nano objects coated with an ion conductive or insulating coating are mixed, and selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid. Irradiating and condensing a light beam to the carbon nano object selected in the step and selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid, and collecting the condensing point of the light beam to the selected carbon nano object And a method for controlling the attitude of the modified carbon nano object, comprising the step of changing the irradiation direction of the light beam.
The invention according to claim 19 provides a step of preparing a liquid in which carbon nano objects having a surface chemically modified with a functional group are mixed, and a step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid; The selected carbon nano object is irradiated with a light beam and condensed at the step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid, and the light collection point of the light beam is positioned on the selected carbon nano object. A modified carbon nano-object attitude control method comprising a step and a step of changing the irradiation direction of the light beam.
請求項２０記載の発明は、前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１８記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
請求項２１記載の発明は、前記官能基が、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項１９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
請求項２２記載の発明は、前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項１８又は１９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
The invention according to claim 20 is characterized in that the ion conductive or insulating coating is at least selected from the group consisting of lipids, anionic surfactants, cationic surfactants, and nonionic surfactants. 19. The method for controlling the attitude of a modified carbon nano object according to claim 18, wherein the method comprises controlling the attitude of the carbon nano object.
In the invention described in claim 21, the functional group is selected from the group consisting of an amide group, an alkyl group, a carboxyl group, an amine group, a mercapto group, a hydroxyl group, an aldehyde group, a maleimide group, an isocyanate group and a hydrazide group. 20. The method of controlling attitude of a modified carbon nano object according to claim 19, wherein:
The invention according to claim 22 is such that the carbon nano object is selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanocoils, carbon microcoils, carbon fibers, nano-onions, fullerenes, and nanocapsules. 20. The method for controlling the attitude of a modified carbon nano object according to claim 18 or 19, characterized in that:
請求項２３記載の発明は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、前記光線の集光点を前記液体中で移動させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法である。
請求項２４記載の発明は、官能基で化学修飾された表面を有するカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、前記光線の集光点を前記液体中で移動させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法である。
According to a twenty-third aspect of the present invention, a step of preparing a liquid in which carbon nano objects coated with an ion conductive or insulating coating are mixed, and at least one of the carbon nano objects in the liquid is selected. Irradiating and condensing a light beam to the carbon nano object selected in the step and selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid, and collecting the condensing point of the light beam to the selected carbon nano object And a method for controlling the position of the modified carbon nano object, comprising: a step of moving the light condensing point in the liquid.
The invention according to claim 24 provides a step of preparing a liquid in which carbon nano objects having a surface chemically modified with a functional group are mixed, and a step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid; The selected carbon nano object is irradiated with a light beam and condensed at the step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid, and the light collection point of the light beam is positioned on the selected carbon nano object. A method for controlling the position of a modified carbon nano object, comprising: a step; and a step of moving a condensing point of the light beam in the liquid.
請求項２５記載の発明は、前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項２３記載の改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法である。
請求項２６記載の発明は、前記官能基が、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項２４記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法である。
請求項２７記載の発明は、前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項２３又は２４記載の改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法である。
25. The invention according to claim 25, wherein the ion conductive or insulating coating is at least selected from the group consisting of lipids, anionic surfactants, cationic surfactants and nonionic surfactants. 24. The method for controlling the position of a modified carbon nano-object according to claim 23, comprising: one.
In the invention described in claim 26, the functional group is selected from the group consisting of an amide group, an alkyl group, a carboxyl group, an amine group, a mercapto group, a hydroxyl group, an aldehyde group, a maleimide group, an isocyanate group, and a hydrazide group. 25. A method for controlling the attitude of a modified carbon nano object according to claim 24.
According to a twenty-seventh aspect of the invention, the carbon nano object is selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanocoils, carbon microcoils, carbon fibers, nano-onions, fullerenes, and nanocapsules. 25. The method of controlling the position of a modified carbon nano object according to claim 23 or 24, wherein:
請求項２８記載の発明は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤で被覆されたカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体近傍に少なくとも一対の針状電極を配する工程と、前記一対の針状電極間に交流電圧を印加し、前記液体中に均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項２９記載の発明は、官能基で化学修飾された表面を有するカーボンナノ物体が混合された液体を用意する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体近傍に一対の針状電極を配する工程と、前記一対の針状電極間に交流電圧を印加し、前記液体中に均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
The invention according to claim 28 provides a step of preparing a liquid in which carbon nano objects coated with an ion conductive or insulating coating are mixed, and selects at least one of the carbon nano objects in the liquid. An alternating voltage between the pair of needle-shaped electrodes, and a step of arranging at least a pair of needle-shaped electrodes in the vicinity of the carbon nano-object selected in the step of selecting at least one of the carbon nano-objects in the liquid Is applied to generate a uniform or non-uniform electric field in the liquid.
The invention according to claim 29 provides a step of preparing a liquid in which carbon nano objects having a surface chemically modified with a functional group are mixed, and a step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid; A step of arranging a pair of needle-shaped electrodes in the vicinity of the carbon nano-object selected in the step of selecting at least one of the carbon nano-objects in the liquid; and applying an alternating voltage between the pair of needle-shaped electrodes, A method for controlling the posture position of a modified carbon nano object, comprising a step of generating a uniform or non-uniform electric field in the liquid.
請求項３０記載の発明は、前記不均一な電場を生じせしめる工程において、前記カーボンナノ物体に斥力を作用させる交流周波数を選択することを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３１記載の発明は、前記不均一な電場を生じせしめる工程において、前記カーボンナノ物体に誘引力を作用させる交流周波数を選択することを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３２記載の発明は、前記均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程において、前記カーボンナノ物体が前記一対の針状電極間を往復移動させる交流周波数を選択することを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３３記載の発明は、前記一対の針状電極を一体に移動させることを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３４記載の発明は、前記一対の針状電極を互いに独立に移動させることを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
30. The modified carbon according to claim 28 or 29, wherein in the step of generating the non-uniform electric field, an alternating frequency that causes a repulsive force to act on the carbon nano object is selected. This is a method for controlling the posture position of a nano object.
The invention according to claim 31 is characterized in that, in the step of generating the non-uniform electric field, an alternating frequency that causes an attraction force to act on the carbon nano object is selected. This is a method for controlling the posture position of a carbon nano object.
The invention according to claim 32 is characterized in that, in the step of generating the uniform or non-uniform electric field, an AC frequency at which the carbon nano object reciprocates between the pair of needle electrodes is selected. Or the modified carbon nano-object posture position control method according to 29.
A thirty-third aspect of the invention is the posture position control method for a modified carbon nano object according to the twenty-eighth or the twenty-ninth aspect, wherein the pair of needle electrodes are moved together.
A thirty-fourth aspect of the present invention is the posture position control method for a modified carbon nano object according to the twenty-eighth or the twenty-ninth aspect, wherein the pair of needle electrodes are moved independently of each other.
請求項３５記載の発明は、前記イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤が、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項２８記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３６記載の発明は、前記官能基が、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基からなる群から選択されることを特徴とする請求項２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
請求項３７記載の発明は、前記カーボンナノ物体が、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルからなる群から選択されることを特徴とする請求項２８又は２９記載の改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法である。
35. The invention according to claim 35, wherein the ion conductive or insulating coating is at least selected from the group consisting of lipids, anionic surfactants, cationic surfactants and nonionic surfactants. 29. The method of controlling the posture position of a modified carbon nano object according to claim 28, comprising one.
In the invention of claim 36, the functional group is selected from the group consisting of an amide group, an alkyl group, a carboxyl group, an amine group, a mercapto group, a hydroxyl group, an aldehyde group, a maleimide group, an isocyanate group, and a hydrazide group. 30. A method of controlling the posture position of a modified carbon nano object according to claim 29.
In the invention of claim 37, the carbon nano object is selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, carbon nanohorns, carbon nanocoils, carbon microcoils, carbon fibers, nano-onions, fullerenes, and nanocapsules. 30. A method of controlling the posture position of a modified carbon nano object according to claim 28 or 29, wherein:
請求項１及び２記載の発明によれば、電気的手法によっても、光学的手法によっても位置制御及び姿勢制御を簡便に行なうことが可能なカーボンナノ物体を作り出すことができる。
請求項３記載の発明によれば、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を好適にカーボンナノ物体表面に被覆させることが可能となるとともに、カーボンナノ物体表面への化学的修飾を好適に行なうことが可能となる。
請求項４記載の発明によれば、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤の疎水基がカーボンナノ物体の疎水表面に好適に吸着し、自己集積をすることにより、好適な被覆作用を得ることができる。
請求項５乃至８記載の発明によれば、カーボンナノ物体の姿勢や位置を観察容易になる。
請求項９記載の発明によれば、所望の用途に応じたカーボンナノ物体により所望の構造体を作り出すことが可能となる。
請求項１０記載の発明によれば、カーボンナノ物体の有する電気的特性並びに金属的特性の効果を好適に軽減させることができる。
According to the first and second aspects of the invention, it is possible to create a carbon nano object that can be easily position-controlled and posture-controlled both by an electric method and an optical method.
According to the invention described in claim 3, it is possible to suitably coat the surface of the carbon nano object with an ion conductive or insulating coating, and to suitably perform chemical modification on the surface of the carbon nano object. Is possible.
According to the invention of
According to the fifth to eighth aspects of the invention, the posture and position of the carbon nano object can be easily observed.
According to the ninth aspect of the invention, it is possible to create a desired structure with the carbon nano object corresponding to the desired application.
According to the tenth aspect of the present invention, it is possible to suitably reduce the effects of the electrical characteristics and metallic characteristics of the carbon nano object.
請求項１１及び１２記載の発明によれば、電気的手法によっても、光学的手法によっても位置制御及び姿勢制御を簡便に行なうことが可能なカーボンナノ物体となる。
請求項１３記載の発明によれば、所望の用途に応じたカーボンナノ物体により所望の構造体を作り出すことが可能となる。
請求項１４及び１５記載の発明によれば、姿勢や位置を観察容易なカーボンナノ物体となる。
請求項１６記載の発明によれば、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤の疎水基がカーボンナノ物体の疎水表面に好適に吸着し、自己集積をすることにより、電気的特性並びに金属的特性の効果が軽減されたカーボンナノ物体となる。
請求項１７記載の発明によれば、電気的特性並びに金属的特性の効果が軽減されたカーボンナノ物体となる。
According to invention of
According to the thirteenth aspect of the present invention, it is possible to create a desired structure by the carbon nano object corresponding to a desired application.
According to the fourteenth and fifteenth inventions, the carbon nano object can be easily observed in posture and position.
According to the invention described in claim 16, the hydrophobic group of the lipid, the anionic surfactant, the cationic surfactant or the nonionic surfactant is preferably adsorbed on the hydrophobic surface of the carbon nano object, and is self-assembled. By doing this, it becomes a carbon nano object with reduced effects of electrical characteristics and metallic characteristics.
According to the seventeenth aspect of the present invention, a carbon nano object with reduced effects of electrical characteristics and metallic characteristics is obtained.
請求項１８及び１９記載の発明によれば、光学的手法でカーボンナノ物体の姿勢を制御可能となる。
請求項２０記載の発明によれば、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤の疎水基がカーボンナノ物体の疎水表面に好適に吸着し、自己集積をすることにより、カーボンナノ物体の金属的特性の効果が軽減し、光学的に捕捉され、姿勢制御が可能となる。
請求項２１記載の発明によれば、カーボンナノ物体が化学的修飾により金属的特性の効果が軽減することにより、光学的に捕捉され、姿勢制御が可能となる。
請求項２２記載の発明によれば、所望の用途に応じたカーボンナノ物体により所望の構造体を作り出すことが可能となる。
According to the invention described in claims 18 and 19, the posture of the carbon nano object can be controlled by an optical method.
According to the invention described in claim 20, the hydrophobic group of the lipid, the anionic surfactant, the cationic surfactant or the nonionic surfactant is preferably adsorbed on the hydrophobic surface of the carbon nano object, and is self-assembled. By doing so, the effect of the metallic properties of the carbon nano object is reduced, and it is optically captured and the attitude can be controlled.
According to the twenty-first aspect of the present invention, the carbon nano object is optically captured and the attitude can be controlled by reducing the effect of the metallic property by chemical modification.
According to the twenty-second aspect of the present invention, it is possible to create a desired structure by using the carbon nano object corresponding to a desired application.
請求項２３及び２４記載の発明によれば、光学的手法でカーボンナノ物体の位置を制御可能となる。
請求項２５記載の発明によれば、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤の疎水基がカーボンナノ物体の疎水表面に好適に吸着し、自己集積をすることにより、カーボンナノ物体が金属的特性の効果が軽減し、光学的に捕捉され、位置制御が可能となる。
請求項２６記載の発明によれば、カーボンナノ物体が化学的修飾により金属的特性の効果が軽減することにより、光学的に捕捉され、位置制御が可能となる。
請求項２７記載の発明によれば、所望の用途に応じたカーボンナノ物体により所望の構造体を作り出すことが可能となる。
According to the invention described in claims 23 and 24, the position of the carbon nano object can be controlled by an optical method.
According to the invention described in claim 25, the hydrophobic group of the lipid, the anionic surfactant, the cationic surfactant or the nonionic surfactant is preferably adsorbed on the hydrophobic surface of the carbon nano-object and self-assembled. By doing this, the effect of the metallic properties of the carbon nano object is reduced, and the carbon nano object is optically captured and position control becomes possible.
According to the twenty-sixth aspect of the present invention, the carbon nano-object is optically captured and the position can be controlled by reducing the effect of the metallic property by chemical modification.
According to the twenty-seventh aspect of the present invention, it is possible to create a desired structure by using carbon nano objects corresponding to a desired application.
請求項２８及び２９記載の発明によれば、光学的手法でカーボンナノ物体の位置並びに位置を制御可能となる。
請求項３０記載の発明によれば、針状電極からカーボンナノ物体を遠ざける方向に移動させることが可能となる。
請求項３１記載の発明によれば、カーボンナノ物体を一対の針状電極の一方に近づける方向に移動させることができる。
請求項３２記載の発明によれば、一対の針状電極先端間で、カーボンナノ物体に往復移動動作をさせることができる。
請求項３３及び３４記載の発明によれば、カーボンナノ物体を所望の方向に移動させることができる。
請求項３５記載の発明によれば、脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤又は非イオン性界面活性剤の疎水基がカーボンナノ物体の疎水表面に好適に吸着し、自己集積をすることにより、カーボンナノ物体の操作に対する金属的特性並びに半導体的特性の効果が軽減し、光学的に捕捉され、姿勢並びに位置制御が可能となる。
請求項３６記載の発明によれば、カーボンナノ物体の操作に対する金属的特性並びに半導体的特性の効果が軽減することにより、光学的に捕捉され、位置制御が可能となる。
請求項３７記載の発明によれば、所望の用途に応じたカーボンナノ物体により所望の構造体を作り出すことが可能となる。
According to the invention described in claims 28 and 29, the position and position of the carbon nano object can be controlled by an optical method.
According to the invention of claim 30, it is possible to move the carbon nano object away from the needle electrode.
According to the invention of claim 31, the carbon nano object can be moved in a direction approaching one of the pair of needle electrodes.
According to the invention of claim 32, the carbon nano object can be reciprocated between the tips of the pair of needle electrodes.
According to the invention described in claims 33 and 34, the carbon nano object can be moved in a desired direction.
According to the invention of claim 35, the hydrophobic group of the lipid, the anionic surfactant, the cationic surfactant or the nonionic surfactant is preferably adsorbed on the hydrophobic surface of the carbon nano-object and self-assembled. By doing this, the effects of the metallic properties and the semiconductor properties on the manipulation of the carbon nano object are reduced, optically captured, and posture and position control becomes possible.
According to the thirty-sixth aspect of the present invention, the effects of the metallic characteristics and the semiconductor characteristics on the operation of the carbon nano object are reduced, so that the optical capture and the position control are possible.
According to the invention of claim 37, it becomes possible to create a desired structure by the carbon nano object corresponding to the desired application.
以下、本発明に係るカーボンナノ物体の改質方法、この改質方法により改質されたカーボンナノ物体及びこの改質されたカーボンナノ物体の姿勢並びに位置を制御する方法の実施形態について、図を参照しつつ説明する。
図１は、改質されたカーボンナノ物体を示す。図１（ａ）は、一の実施形態におけるカーボンナノ物体の概略的断面図であり、図１（ｂ）は、他の実施形態におけるカーボンナノ物体の概念図である。
図１において、表面改質を施されるカーボンナノ物体として、単層カーボンナノチューブを示しているが、本明細書中で用いられるカーボンナノ物体との用語は、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノコイル、カーボンマイクロコイル、カーボンファイバ、ナノオニオン、フラーレン、ナノカプセルなどのカーボンナノ構造体を総称した概念であり、これらカーボンナノ物体を本発明に好適に使用可能である。
Embodiments of a method for modifying a carbon nano object according to the present invention, a carbon nano object modified by the modification method, and a method for controlling the posture and position of the modified carbon nano object will be described below. This will be described with reference to FIG.
FIG. 1 shows a modified carbon nanobody. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a carbon nano object in one embodiment, and FIG. 1B is a conceptual diagram of a carbon nano object in another embodiment.
In FIG. 1, single-walled carbon nanotubes are shown as carbon nano-objects subjected to surface modification, but the term carbon nano-objects used in this specification includes single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, The concept is a generic term for carbon nanostructures such as carbon nanohorns, carbon nanocoils, carbon microcoils, carbon fibers, nano-onions, fullerenes, and nanocapsules, and these carbon nano-objects can be suitably used in the present invention.
図１（ａ）に示す改質されたカーボンナノ物体（１００）は、カーボンナノチューブ（１０１）と、カーボンナノチューブ（１０１）表面を被覆するイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）からなる。
カーボンナノチューブ（１０１）は、炭素原子の六員環で構成されるグラフェンシートを巻いた一次元性を有する筒形状をなしている。
図１（ａ）に示す例においては、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）は、脂質から構成されているが、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤のいずれかで構成されてもよい。
イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）は、カーボンナノチューブ（１０１）が本来的に備える金属的特性及び半導体的特性の効果を軽減せしめる。
The modified carbon nano object (100) shown in FIG. 1 (a) includes a carbon nanotube (101) and an ion conductive or insulating coating layer (102) covering the surface of the carbon nanotube (101).
The carbon nanotube (101) has a one-dimensional cylindrical shape in which a graphene sheet composed of a six-membered ring of carbon atoms is wound.
In the example shown in FIG. 1 (a), the ion-conductive or insulating coating layer (102) is composed of lipid, but an anionic surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant. You may be comprised with either of surfactant.
The ion conductive or insulating coating layer (102) reduces the effects of the metallic and semiconducting properties inherent to the carbon nanotube (101).
図１（ｂ）に示す改質されたカーボンナノ物体（２００）は、カーボンナノチューブ（１０１）を備える。カーボンナノチューブ（１０１）表面は、官能基で化学的に修飾される。
図１（ｂ）に示す例においては、官能基として水酸基が示されているが、アミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基なども本発明に好適に使用可能である。しかしながら、これに限定されるものではない。
図１（ｂ）に示す如く、カーボンナノチューブ（１０１）表面に存する炭素原子と水酸基が共有結合している。したがって、カーボンナノチューブ（１０１）表面は、水酸基により囲まれた状態となる。
水酸基は、カーボンナノチューブ（１０１）が本来的に備える金属的特性及び半導体的特性の効果を軽減せしめる。
尚、図１に示す例において、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）や水酸基がカーボンナノチューブ（１０１）全体を覆うように示されているが、本発明は、カーボンナノチューブ（１０１）の一部が覆われる形態も包含する。
The modified carbon nano object (200) shown in FIG. 1 (b) comprises carbon nanotubes (101). The surface of the carbon nanotube (101) is chemically modified with a functional group.
In the example shown in FIG. 1B, a hydroxyl group is shown as a functional group, but an amide group, an alkyl group, a carboxyl group, an amine group, a mercapto group, an aldehyde group, a maleimide group, an isocyanate group, a hydrazide group, etc. Can also be suitably used in the present invention. However, the present invention is not limited to this.
As shown in FIG. 1B, a carbon atom and a hydroxyl group existing on the surface of the carbon nanotube (101) are covalently bonded. Therefore, the surface of the carbon nanotube (101) is surrounded by the hydroxyl group.
The hydroxyl group reduces the effects of the metallic properties and semiconducting properties that the carbon nanotube (101) inherently has.
In the example shown in FIG. 1, the ion conductive or insulating coating layer (102) and the hydroxyl group are shown to cover the entire carbon nanotube (101). The form in which a part is covered is also included.
図２は、図１（ａ）に示す改質されたカーボンナノ物体（１００）の製造方法を示すフローチャートである。
図１（ａ）に示す改質されたカーボンナノ物体（１００）は、準備工程と、被覆工程を経て製造される。
FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing the modified carbon nano object (100) shown in FIG.
The modified carbon nano object (100) shown in FIG. 1 (a) is manufactured through a preparation process and a coating process.
図３は、図２に示すフローチャートに従う製造工程の模式図である。
まず、準備工程において、容器（１５０）が用意される。図３に示す例において、容器（１５０）内には、水が収容されているが、水の代わりにアルコール類（エタノール、メタノール、ブタノールなど）が収容されていてもよい。或いは水とアルコール類の混合液が収容されていてもよい。また、これら液体中に親水性の溶質が含まれるものであってもよい。
容器（１５０）に収容された水の中には、カーボンナノチューブ（１０１）が混合されている。
FIG. 3 is a schematic diagram of a manufacturing process according to the flowchart shown in FIG.
First, a container (150) is prepared in a preparation process. In the example shown in FIG. 3, water is accommodated in the container (150), but alcohols (ethanol, methanol, butanol, etc.) may be accommodated instead of water. Or the liquid mixture of water and alcohol may be accommodated. These liquids may contain a hydrophilic solute.
Carbon nanotubes (101) are mixed in the water stored in the container (150).
被覆工程において、容器（１５１）が用意される。図３に示す例において、容器（１５１）内には、脂質が収容されているが、脂質の代わりに、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤のいずれかが容器（１５１）に収容されていてもよい。
容器（１５１）に収容された脂質は、容器（１５０）内の水中に滴下され、容器（１５０）内で撹拌・混合が行なわれる。
撹拌・混合の過程で、脂質が有する疎水基がカーボンナノチューブ（１０１）の疎水性表面に吸着され、脂質分子がカーボンナノチューブ（１０１）表面上で自己集積化する。これにより、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０１）が形成されることとなる。
In the coating step, a container (151) is prepared. In the example shown in FIG. 3, lipid is accommodated in the container (151). Instead of the lipid, any of an anionic surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant is used. May be accommodated in the container (151).
The lipid stored in the container (151) is dropped into the water in the container (150), and is stirred and mixed in the container (150).
In the process of stirring and mixing, the hydrophobic group of the lipid is adsorbed on the hydrophobic surface of the carbon nanotube (101), and lipid molecules self-assemble on the carbon nanotube (101) surface. Thereby, an ion conductive or insulating coating layer (101) is formed.
図１（ｂ）に示す改質カーボンナノ物体（２００）は、図３に示す容器（１５１）中にアミド基、アルキル基、カルボキシル基、アミン基、メルカプト基、水酸基、アルデヒド基、マレイミド基、イソシアン酸塩基及びヒドラジド基の少なくとも１つを含む液体を収容し、この液体を容器（１５０）内の水中に滴下し、容器（１５０）内において、加熱条件下で撹拌・混合を行なうことにより得られる。
尚、容器（１５０）又は容器（１５１）中の液体に、これら官能基を用いたカーボンナノチューブ（１０１）表面への化学修飾を促進するための触媒が混合されていてもよい。これにより、好適に化学修飾を行なうことができる。
The modified carbon nano object (200) shown in FIG. 1 (b) has an amide group, alkyl group, carboxyl group, amine group, mercapto group, hydroxyl group, aldehyde group, maleimide group in the container (151) shown in FIG. Obtained by containing a liquid containing at least one of an isocyanate group and a hydrazide group, dropping this liquid into water in the container (150), and stirring and mixing in the container (150) under heating conditions. It is done.
In addition, the catalyst for accelerating | stimulating the chemical modification to the carbon nanotube (101) surface using these functional groups may be mixed with the liquid in a container (150) or a container (151). Thereby, chemical modification can be suitably performed.
図１（ａ）に示す例においては、カーボンナノチューブ（１０１）表面をイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）で覆う前に疎水性の蛍光色素或いは量子ドットを容器（１５０）中に添加してもよい。これにより、蛍光色素又は量子ドットがカーボンナノチューブ（１０１）の疎水部に吸着し、カーボンナノチューブ（１０１）が被覆層（１０２）を介して蛍光発色することとなる。これにより、光学顕微鏡を用いての改質カーボンナノ物体（１００）の観察が容易になる。
或いは、疎水性の蛍光色素又は量子ドットの添加が、カーボンナノチューブ（１０１）表面をイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）で覆った後に行われてもよい。このとき、蛍光色素又は量子ドットは、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）の疎水部に吸着し、改質カーボンナノ物体（１００）が蛍光発色することとなる。これにより、光学顕微鏡を用いての改質カーボンナノ物体（１００）の観察が容易になる。
例えば、界面活性剤として、ドデシル硫酸ナトリウムを容器（１５０）中に添加し、カーボンナノチューブ（１０１）表面上にドデシル硫酸ナトリウムからなるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）を形成する。その後、赤色の蛍光色素であるＰＫＨ２６、ナイルレッドあるいは量子ドットであるCdSe/ZnS粒子などを添加し、改質カーボンナノチューブ（１００）単体での可視化を好適に行なうことが可能である。
In the example shown in FIG. 1A, a hydrophobic fluorescent dye or quantum dot is added to the container (150) before the surface of the carbon nanotube (101) is covered with an ion conductive or insulating coating layer (102). May be. As a result, the fluorescent dye or the quantum dots are adsorbed on the hydrophobic portion of the carbon nanotube (101), and the carbon nanotube (101) is fluorescently colored through the coating layer (102). This facilitates observation of the modified carbon nano object (100) using an optical microscope.
Alternatively, the hydrophobic fluorescent dye or quantum dots may be added after the surface of the carbon nanotube (101) is covered with an ion conductive or insulating coating layer (102). At this time, the fluorescent dye or the quantum dot is adsorbed on the hydrophobic portion of the ion-conductive or insulating coating layer (102), and the modified carbon nano object (100) is fluorescently colored. This facilitates observation of the modified carbon nano object (100) using an optical microscope.
For example, sodium dodecyl sulfate is added to the container (150) as a surfactant to form an ion conductive or insulating coating layer (102) made of sodium dodecyl sulfate on the surface of the carbon nanotube (101). Thereafter, PKH26, which is a red fluorescent dye, Nile red, or CdSe / ZnS particles, which are quantum dots, can be added to suitably visualize the modified carbon nanotube (100) alone.
図１（ｂ）に示す例においては、カーボンナノチューブ（１０１）表面に化学的修飾を施す前或いは施した後に前記と同様な疎水性の蛍光色素或いは量子ドットを容器（１５０）中に添加してもよい。これにより、蛍光色素又は量子ドットがカーボンナノチューブ（１０１）の疎水部に吸着し、改質カーボンナノ物体（２００）が蛍光発色することとなる。これにより、光学顕微鏡を用いての改質カーボンナノ物体（２００）の観察が容易になる。 In the example shown in FIG. 1B, a hydrophobic fluorescent dye or quantum dot similar to that described above is added to the container (150) before or after the surface of the carbon nanotube (101) is chemically modified. Also good. As a result, the fluorescent dye or the quantum dots are adsorbed on the hydrophobic portion of the carbon nanotube (101), and the modified carbon nano object (200) is fluorescently colored. This facilitates observation of the modified carbon nano object (200) using an optical microscope.
特異結合部を有する蛍光色素や量子ドットを用いることも出来る。この場合、カーボンナノチューブ（１０１）は、蛍光色素や量子ドットが有する特異結合部を認識する官能基で修飾されるか、蛍光色素や量子ドットが有する特異結合部を認識する界面活性剤からなるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）で被覆される。
このように形成された改質カーボンナノ物体（１００）に、特異結合部を有する蛍光色素或いは量子ドットが吸着し、改質カーボンナノ物体（１００）が蛍光発色することとなる。これにより、光学顕微鏡を用いての改質カーボンナノ物体（１００）の観察が容易になる。
A fluorescent dye or a quantum dot having a specific binding part can also be used. In this case, the carbon nanotube (101) is modified with a functional group that recognizes the specific binding portion of the fluorescent dye or quantum dot, or an ion made of a surfactant that recognizes the specific binding portion of the fluorescent dye or quantum dot. It is covered with a conductive or insulating coating layer (102).
A fluorescent dye or quantum dot having a specific binding portion is adsorbed on the modified carbon nano object (100) formed in this way, and the modified carbon nano object (100) develops a fluorescent color. This facilitates observation of the modified carbon nano object (100) using an optical microscope.
図４は、光学的手法を用いた改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢制御方法のフローチャートである。
光学的手法を用いた改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢制御方法は、準備工程、選択工程、照射工程及び照射角度変更工程を実行することにより行われる。
図５は、図４に示す改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢制御方法の照射工程並びに照射角度変更工程を示す図である。図５（ａ）は、光線を照射した直後の状態を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）の後の状態を示し、図５（ｃ）は、図４に示す照射角度変更工程を示す。
FIG. 4 is a flowchart of a method for controlling the attitude of the modified carbon nano object (100, 200) using an optical method.
The posture control method of the modified carbon nano object (100, 200) using an optical technique is performed by executing a preparation process, a selection process, an irradiation process, and an irradiation angle changing process.
FIG. 5 is a diagram showing an irradiation step and an irradiation angle changing step of the attitude control method of the modified carbon nano object (100, 200) shown in FIG. FIG. 5A shows a state immediately after the irradiation of light, FIG. 5B shows a state after FIG. 5A, and FIG. 5C shows the irradiation angle change shown in FIG. A process is shown.
準備工程において、容器（２５０）が用意される。容器（２５０）内には、上述の如くして得られた改質カーボンナノ物体（１００）又は改質カーボンナノ物体（２００）が混合された水が収容されている。尚、改質カーボンナノ物体（１００，２００）が混合される液体は、水に限らず、アルコール類であってもよい。
選択工程において、容器（２５０）中を、光学顕微鏡を用いて観察しながら、改質カーボンナノ物体（１００，２００）のうち１つを選択する。図５に示す例では、容器（２５０）の中央に存する改質カーボンナノ物体（１００，２００）が選択されている。
照射工程において、容器（２５０）上方から、選択工程で選択された改質カーボンナノ物体（１００，２００）に向けて光線が照射される。光線照射には、一般に入手可能な光ピンセット装置が用いられ、光ピンセット装置が備える対物レンズ等の集光用部品（２７０）で、光線が集光され、容器（２５０）中の液体内で集光点（Ｆ）が作り出され、集光点（Ｆ）が選択された改質カーボンナノ物体（１００，２００）に合わせられる。
図５に示す例においては、光ピンセット装置はＹＡＧレーザであり、波長１０６４ｎｍの単一波長光を照射し、光ピンセット装置の出力パワーは１Ｗである。
尚、本実施例において、光ピンセット装置が用いられているが、本発明はこれに限られるものではなく、光ホログラフィトラップ装置も好適に使用可能である。
In the preparation step, a container (250) is prepared. The container (250) contains water mixed with the modified carbon nano object (100) or the modified carbon nano object (200) obtained as described above. In addition, the liquid with which the modified carbon nano object (100, 200) is mixed is not limited to water but may be alcohols.
In the selection step, one of the modified carbon nano objects (100, 200) is selected while observing the inside of the container (250) using an optical microscope. In the example shown in FIG. 5, the modified carbon nano object (100, 200) existing in the center of the container (250) is selected.
In the irradiation step, light is irradiated from above the container (250) toward the modified carbon nano object (100, 200) selected in the selection step. For light irradiation, generally available optical tweezers are used, and the light is collected by a condensing component (270) such as an objective lens provided in the optical tweezers, and collected in the liquid in the container (250). A light spot (F) is created and the focal point (F) is matched to the selected modified carbon nano-object (100, 200).
In the example shown in FIG. 5, the optical tweezer device is a YAG laser, which emits single wavelength light having a wavelength of 1064 nm, and the output power of the optical tweezer device is 1 W.
In this embodiment, an optical tweezers device is used. However, the present invention is not limited to this, and an optical holography trap device can also be suitably used.
上述の如く、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）又はカーボンナノチューブ（１０１）表面への官能基の化学修飾により、カーボンナノチューブ（１０１）が本来的に備える金属的特性の効果が軽減されている。
したがって、光ピンセット装置から照射された光線は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の金属的特性の効果が軽減された表面部分を捕捉可能である。
更に、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）が形成されている場合には、改質カーボンナノ物体（１００）の大きさは増大しているので、光ピンセットによる捕捉を容易に行なうことが可能である。
図５（ａ）に示す如く、光線照射直後において、容器（２５０）内の改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、ランダムな配向を示している。
図５（ｂ）に示す如く、集光点（Ｆ）を合わせられた改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、その後、光線の入射角度とその軸線方向を合せるようにして、その配向を変化させて集光点において捕捉される。
照射角度変更工程において、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、捕捉されたまま、さらに光線の照射方向を変えることで、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢を３次元的に制御することが可能である。
このようにして、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢を制御可能である。
As described above, the modified carbon nano object (100, 200) has a carbon nanotube (101) formed by chemical modification of functional groups on the surface of the ion-conductive or insulating coating layer (102) or carbon nanotube (101). The effects of inherent metallic properties are reduced.
Therefore, the light beam irradiated from the optical tweezers device can capture the surface portion in which the effect of the metallic property of the modified carbon nano object (100, 200) is reduced.
Furthermore, when the ion conductive or insulating coating layer (102) is formed, the size of the modified carbon nano object (100) is increased, so that it can be easily captured by optical tweezers. Is possible.
As shown in FIG. 5A, immediately after the light irradiation, the modified carbon nano objects (100, 200) in the container (250) exhibit random orientation.
As shown in FIG. 5 (b), the modified carbon nano object (100, 200) aligned with the condensing point (F) is then aligned so that the incident angle of the light beam matches the axial direction thereof. Changed and captured at the focal point.
In the irradiation angle changing step, while the modified carbon nano object (100, 200) is captured, the posture of the modified carbon nano object (100, 200) is three-dimensionally changed by changing the irradiation direction of the light beam. It is possible to control.
In this way, the posture of the modified carbon nano object (100, 200) can be controlled.
更に、光ピンセット装置を操作して、集光点（Ｆ）を、その後、容器（２５０）中の液体内で移動させてもよい。上述の如く、選択された改質カーボンナノ物体（１００，２００）は光線により捕捉されているため、集光点（Ｆ）の移動とともに容器（２５０）中を移動することとなる。
このようにして、単一の改質カーボンナノ物体（１００，２００）を所望の場所に搬送することが可能となる。
Furthermore, the optical tweezers may be operated to move the condensing point (F) within the liquid in the container (250). As described above, since the selected modified carbon nano object (100, 200) is captured by the light beam, the selected modified carbon nano object (100, 200) moves in the container (250) as the condensing point (F) moves.
In this way, a single modified carbon nano object (100, 200) can be transported to a desired location.
図６は、電気的手法により改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢並びに位置を制御するための装置の全体外略図である。
姿勢位置制御装置（１０）は、主に顕微鏡（１１）と電源（５）とモニタ装置（１２）から構成される。
顕微鏡（１１）の試料載置台（１）上に改質カーボンナノ物体（１００，２００）が混合された水或いはアルコール類が滴下され、液層（２）を構成している。液層（２）中には、一対の針状電極（４）が挿入されている。針状電極（４）は、交流電圧を発生させる電源（５）に電気的に接続されている。
電源（５）は、交流電圧の周波数や振幅や波形を変化可能であることが好ましい。また、交流電圧の波形を観察可能なように、電源（５）がオシロスコープと接続されること或いは波形表示機能を備えることが好ましい。
針状電極（４）は顕微鏡（１１）に備えられた一対の操作アーム（６）にそれぞれ固定されている。操作アーム（６）は、上下方向、左右方向及び前後方向に移動可能とされる。図６に示す例においては、一対の操作アーム（６）はそれぞれ独立して移動可能であるが、一体的に移動する形態も採用可能である。
尚、図６に示す例においては、操作アーム（６）の移動は、例えば電動モータにより行われ、針状電極（４）の精密な位置決め、回転或いは往復移動などの反復動作が可能とされることが好ましい。
液層（２）及び針状電極（４）の少なくとも先端部分は、試料載置台（１）上方の撮像装置（７）により撮像される。撮像装置（７）によって撮像された像は、モニタ（１２）上に映し出される。
FIG. 6 is an overall schematic view of an apparatus for controlling the posture and position of the modified carbon nano object (100, 200) by an electrical method.
The posture position control device (10) mainly includes a microscope (11), a power source (5), and a monitor device (12).
Water or alcohol mixed with the modified carbon nano object (100, 200) is dropped on the sample mounting table (1) of the microscope (11) to form the liquid layer (2). In the liquid layer (2), a pair of needle electrodes (4) is inserted. The acicular electrode (4) is electrically connected to a power source (5) that generates an alternating voltage.
The power source (5) is preferably capable of changing the frequency, amplitude and waveform of the AC voltage. Moreover, it is preferable that the power source (5) is connected to an oscilloscope or has a waveform display function so that the waveform of the AC voltage can be observed.
The needle electrode (4) is fixed to a pair of operation arms (6) provided in the microscope (11). The operation arm (6) is movable in the vertical direction, the horizontal direction, and the front-back direction. In the example shown in FIG. 6, the pair of operation arms (6) can be moved independently of each other, but a form of moving integrally can also be adopted.
In the example shown in FIG. 6, the operation arm (6) is moved by, for example, an electric motor, and it is possible to perform repetitive operations such as precise positioning, rotation or reciprocation of the needle electrode (4). It is preferable.
At least the tip portions of the liquid layer (2) and the needle electrode (4) are imaged by the imaging device (7) above the sample mounting table (1). The image picked up by the image pickup device (7) is displayed on the monitor (12).
図７は、電気的手法を用いた改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢位置制御方法のフローチャートである。
電気的手法を用いた改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢制御方法は、準備工程、選択工程及び電圧印加工程を実行することにより行われる。
準備工程において、試料載置台（１）上に改質カーボンナノ物体（１００，２００）が混合された液体が滴下される。
FIG. 7 is a flowchart of a method for controlling the posture position of the modified carbon nano object (100, 200) using an electrical method.
The attitude control method of the modified carbon nano object (100, 200) using an electrical method is performed by executing a preparation process, a selection process, and a voltage application process.
In the preparation step, a liquid in which the modified carbon nano objects (100, 200) are mixed is dropped on the sample mounting table (1).
図８は、図７に示す選択工程を示す図である。
図８に示す点線で囲まれた領域（Ｋ）は、撮像装置（７）で撮像される領域であり、領域（Ｋ）の像がモニタ（１２）に映し出される。
図８に示す如く、試料載置台（１）の上には、液層（２）が配される。液層（２）には、改質カーボンナノ物体（１００，２００）が混合され、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は液層（２）中でランダムな配向を示している。
選択工程において、液層（２）中の改質カーボンナノ物体（１００，２００）のうち１つを選択し、選択された改質カーボンナノ物体（１００，２００）を間に挟むように、一対の針状電極（４）が配される。
FIG. 8 is a diagram showing the selection step shown in FIG.
A region (K) surrounded by a dotted line shown in FIG. 8 is a region captured by the imaging device (7), and an image of the region (K) is displayed on the monitor (12).
As shown in FIG. 8, a liquid layer (2) is disposed on the sample mounting table (1). The liquid layer (2) is mixed with the modified carbon nano objects (100, 200), and the modified carbon nano objects (100, 200) exhibit random orientation in the liquid layer (2).
In the selection step, one of the modified carbon nano objects (100, 200) in the liquid layer (2) is selected, and a pair of the selected modified carbon nano objects (100, 200) is sandwiched therebetween. Needle-like electrode (4) is arranged.
図９は、図８に示す領域（Ｋ）の模式図である。
図４に示す電圧印加工程において、交流電圧が印加される。
電源（５）に接続された電極（４）に交流電圧を印加すると、一対の電極（４）間に不均一な電場（E）が発生し、液層中に不均一な電場が局在することとなる。この電場（E）中に存在する改質カーボンナノ物体（１００，２００）は分極する。分極した改質カーボンナノ物体（１００，２００）は電場（E）の不均一性を解消するように移動する。
改質カーボンナノ物体（１００，２００）を移動させる力Ｆｄは次式にて表される。
FIG. 9 is a schematic diagram of the region (K) shown in FIG.
In the voltage application process shown in FIG. 4, an alternating voltage is applied.
When an AC voltage is applied to the electrode (4) connected to the power source (5), a non-uniform electric field (E) is generated between the pair of electrodes (4), and the non-uniform electric field is localized in the liquid layer. It will be. The modified carbon nano objects (100, 200) existing in the electric field (E) are polarized. The polarized modified carbon nano objects (100, 200) move so as to eliminate the non-uniformity of the electric field (E).
The force Fd for moving the modified carbon nano object (100, 200) is expressed by the following equation.
ここで、ａは操作対象物を球形としたときの操作対象物の半径を表し、Ｒｅ(x)は複素数xの実数部である。εpは操作対象物の複素誘電率、εsは溶媒の複素誘電率である。またＥｍは印加される電場の振幅を表す。
上記力Ｆｄの向きは、印加される交流電圧の周波数により変化し、周波数の選択により、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を電場から離れる方向に向かわせることや一対の電極のいずれか一方に誘引させることや改質カーボンナノ物体（１００，２００）を停止させることが可能となる。また、作用する力の向きや大きさは改質カーボンナノ物体（１００，２００）や改質カーボンナノ物体（１００，２００）を取り囲む液体の種類によって異なるので、所望の移動動作をもたらすためには、改質カーボンナノ物体（１００，２００）や改質カーボンナノ物体（１００，２００）を取り囲む液体の種類に応じて周波数が調整される必要がある。
また、交流電圧の振幅を変化させることにより、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の移動速度を変化させることができる。
Here, a represents the radius of the operation object when the operation object is spherical, and Re (x) is the real part of the complex number x. ε p is the complex dielectric constant of the object to be manipulated, and ε s is the complex dielectric constant of the solvent. E m represents the amplitude of the applied electric field.
The direction of the force Fd varies depending on the frequency of the applied AC voltage. By selecting the frequency, the modified carbon nano object (100, 200) is directed away from the electric field, or one of the pair of electrodes. And the modified carbon nano object (100, 200) can be stopped. Also, the direction and magnitude of the acting force varies depending on the modified carbon nano object (100, 200) and the type of liquid surrounding the modified carbon nano object (100, 200). The frequency needs to be adjusted according to the type of the modified carbon nano object (100, 200) and the liquid surrounding the modified carbon nano object (100, 200).
Moreover, the moving speed of the modified carbon nano object (100, 200) can be changed by changing the amplitude of the AC voltage.
尚、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の軸長方向長さが電極間距離以下である場合には、電気泳動あるいは／及び電気浸透流により、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を移動させることができる。印加する交流電圧の周波数を、改質カーボンナノ物体（１００，２００）が一対の針状電極（４）間で往復移動するように設定し、電極（４）に交流電圧を印加すると、電極（４）の正負は交互に変化するので、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は一対の電極（４）間を往復移動する。 When the length of the modified carbon nano object (100, 200) in the axial length direction is equal to or less than the distance between the electrodes, the modified carbon nano object (100, 200) is removed by electrophoresis or / and electroosmotic flow. Can be moved. When the frequency of the applied AC voltage is set so that the modified carbon nano object (100, 200) reciprocates between the pair of needle electrodes (4), and the AC voltage is applied to the electrode (4), the electrode ( Since the sign of 4) changes alternately, the modified carbon nano object (100, 200) reciprocates between the pair of electrodes (4).
図１０は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢制御並びに位置制御操作の具体例を示す。
図１０に示す制御は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸を界面に対して平行になるようにして、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を界面近傍に配することを目的とする。図１０（ａ）乃至図１０（ｄ）は該操作形態を工程順に表している。
まず、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸は界面（Ｉ）に対して平行ではなく傾斜している（図１０（ａ）参照）。また針状電極（４）には交流電圧が印加される。このとき、交流電圧の周波数は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）に対して斥力を作用させるように設定されている。この結果、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は電場（E）に押し出されることとなる。
FIG. 10 shows a specific example of the posture control and position control operation of the modified carbon nano object (100, 200).
The control shown in FIG. 10 is to arrange the modified carbon nano object (100, 200) in the vicinity of the interface so that the long axis of the modified carbon nano object (100, 200) is parallel to the interface. Objective. FIG. 10A to FIG. 10D show the operation modes in the order of steps.
First, the major axis of the modified carbon nano object (100, 200) is not parallel to the interface (I) but is inclined (see FIG. 10 (a)). An alternating voltage is applied to the needle electrode (4). At this time, the frequency of the alternating voltage is set so that a repulsive force acts on the modified carbon nano object (100, 200). As a result, the modified carbon nano object (100, 200) is pushed out to the electric field (E).
針状電極（４）を界面（Ｉ）に向けて移動させると、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸端のうちの一方が電場（E）内に入る（図１０（ｂ）参照）。電場（E）内の長軸端は、電場（E）により押し出され、回転運動をする（図１０（ｂ）中、矢印方向）。
そして、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸が界面（Ｉ）に対して平行になるまで、針状電極（４）を界面（Ｉ）に向けて移動させる（図１０（ｄ）参照）。改質カーボンナノ物体（１００，２００）の短軸端が電場（E）によって押され、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の界面（Ｉ）に対する平行状態を保ったまま針状電極（４）を移動させることで、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸を界面（Ｉ）に対して平行にして、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を界面（Ｉ）近傍に配することが可能となる。
尚、図１０に示す例において、改質カーボンナノ物体（１００，２００）に対して斥力を作用させて、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢並びに位置を制御したが、一対の電極の一方に改質カーボンナノ物体（１００，２００）を引き寄せる誘引力を作用させるように交流電圧周波数を選択しても、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢並びに位置の制御を同様に行なうことが可能である。
When the needle electrode (4) is moved toward the interface (I), one of the long axis ends of the modified carbon nano object (100, 200) enters the electric field (E) (FIG. 10B). reference). The long axis end in the electric field (E) is pushed out by the electric field (E) and rotates (in the direction of the arrow in FIG. 10B).
Then, the needle-like electrode (4) is moved toward the interface (I) until the major axis of the modified carbon nano object (100, 200) is parallel to the interface (I) (FIG. 10D). reference). The short-axis end of the modified carbon nano object (100, 200) is pushed by the electric field (E), and the needle-like electrode (4) is kept parallel to the interface (I) of the modified carbon nano object (100, 200). ) Is moved so that the long axis of the modified carbon nano object (100, 200) is parallel to the interface (I) and the modified carbon nano object (100, 200) is arranged near the interface (I). It becomes possible to do.
In the example shown in FIG. 10, the repulsive force is applied to the modified carbon nano object (100, 200) to control the posture and position of the modified carbon nano object (100, 200). Even if the AC voltage frequency is selected so that an attractive force for attracting the modified carbon nano object (100, 200) is applied to one of the two, the posture and position of the modified carbon nano object (100, 200) are controlled similarly. It is possible to do.
図１１は、電気泳動あるいは／及び電気浸透流を用いた改質カーボンナノ物体（１００，２００）の姿勢位置制御方法を示す。図１１に示す姿勢位置制御形態は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を狭隘路（Ｉ）に運搬することである。図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）は該制御時の改質カーボンナノ物体（１００，２００）の移動を段階順に示している。
まず、図１１（ａ）に示す如く、一対の針状電極（４）間に改質カーボンナノ物体（１００，２００）が配される。また、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸は、針状電極（４）先端を結ぶ線に対して傾斜している。
ここで、交流電圧を針状電極（４）に印加すると、針状電極（４）の電圧の正負は交互に入れ替わる。図１１（ｂ）に示す如く、交流電圧が印加されると、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の長軸は針状電極（４）先端を結ぶ線と一致する。
交流電圧を印加すると、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は針状電極（４）間を左右に往復運動しながら移動する。改質カーボンナノ物体（１００，２００）の往復運動の間、針状電極（４）をマイクロチップ中の流路のような狭隘路（Ｉ）の入り口に向けて移動させると、改質カーボンナノ物体（１００，２００）を左右に往復移動させながら、狭隘路（Ｉ）に挿入することができる。
尚、図１１に示す例においては、１ｍＨｚの矩形波の交流電圧波形を用い、その振幅は１００Ｖ／ｃｍである。
FIG. 11 shows a posture position control method of the modified carbon nano object (100, 200) using electrophoresis or / and electroosmotic flow. The posture position control form shown in FIG. 11 is to transport the modified carbon nano object (100, 200) to the narrow path (I). FIG. 11A to FIG. 11C show the movement of the modified carbon nano object (100, 200) during the control in order of steps.
First, as shown in FIG. 11A, modified carbon nano objects (100, 200) are arranged between a pair of needle-like electrodes (4). The major axis of the modified carbon nano object (100, 200) is inclined with respect to a line connecting the tips of the needle-like electrodes (4).
Here, when an AC voltage is applied to the needle electrode (4), the positive and negative of the voltage of the needle electrode (4) are alternately switched. As shown in FIG. 11B, when an AC voltage is applied, the major axis of the modified carbon nano object (100, 200) coincides with a line connecting the tips of the needle-like electrodes (4).
When an AC voltage is applied, the modified carbon nano object (100, 200) moves while reciprocating left and right between the needle electrodes (4). During the reciprocating motion of the modified carbon nano object (100, 200), when the needle-like electrode (4) is moved toward the entrance of a narrow path (I) such as a channel in the microchip, the modified carbon nano object is obtained. The object (100, 200) can be inserted into the narrow path (I) while reciprocating left and right.
In the example shown in FIG. 11, a rectangular wave AC voltage waveform of 1 mHz is used, and its amplitude is 100 V / cm.
上述の如く、改質カーボンナノ物体（１００）の表面は、イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層（１０２）で構成され、改質カーボンナノ物体（１００）は、カーボンナノチューブ（１０１）が本来的に有する金属的特性並びに半導体的特性の効果が軽減している。また、改質カーボンナノ物体（２００）の表面は、官能基により化学的に修飾され、カーボンナノチューブ（１０１）が本来的に有する金属的特性並びに半導体的特性の効果が軽減している。
したがって、一対の針状電極（４）により液層（２）中に局在することとなる電場の作用を、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は受けやすくなり、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の上述の電気的手法による姿勢制御並びに位置制御を好適に行うことが可能となる。
また、一対の針状電極（４）が独立に或いは一体的に移動可能であるので、改質カーボンナノ物体（１００，２００）に対して、好適な位置並びに姿勢の制御を行うことが可能である。
尚、上記の例において、針状電極（４）を用いて、液層（２）中に不均一な電場を生じさせる形態を示したが、針状電極（４）を液層（２）中に平行に配して、液層（２）中に均一な電場を生じさせてもよい。
As described above, the surface of the modified carbon nano object (100) is composed of an ion conductive or insulating coating layer (102), and the carbon nanotube (101) is inherent in the modified carbon nano object (100). The effects of the metallic characteristics and the semiconducting characteristics are reduced. In addition, the surface of the modified carbon nano object (200) is chemically modified with a functional group, and the effects of the metallic characteristics and the semiconductor characteristics inherent to the carbon nanotube (101) are reduced.
Therefore, the modified carbon nano object (100, 200) is easily subjected to the action of the electric field that is localized in the liquid layer (2) by the pair of needle-like electrodes (4). 100, 200) can be suitably performed posture control and position control by the above-described electrical method.
In addition, since the pair of needle-like electrodes (4) can move independently or integrally, it is possible to control the suitable position and posture of the modified carbon nano object (100, 200). is there.
In the above example, the needle electrode (4) is used to generate a non-uniform electric field in the liquid layer (2). However, the needle electrode (4) in the liquid layer (2) is shown. May be arranged in parallel with each other to generate a uniform electric field in the liquid layer (2).
上記光学的手法並びに電気的手法による改質カーボンナノ物体（１００，２００）の位置制御及び姿勢制御の説明において、単一の改質カーボンナノ物体（１００，２００）の位置制御及び姿勢制御を行う形態を例示したが、本発明は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の集積体の位置制御及び姿勢制御に適用することも可能である。 In the description of the position control and posture control of the modified carbon nano object (100, 200) by the optical method and the electric method, the position control and posture control of the single modified carbon nano object (100, 200) are performed. Although the form has been exemplified, the present invention can also be applied to position control and attitude control of an assembly of modified carbon nano objects (100, 200).
図１２は、改質カーボンナノ物体（１００，２００）の集積体を形成する工程を示す図である。
図１２に示す如く、光学的に透明な試料載置台（１）上に改質カーボンナノ物体（１００，２００）が混合された水が滴下されている。試料載置台（１）上方には、顕微鏡（１１）が配され、顕微鏡（１１）はモニタ（１２）に接続する。光ピンセット装置は、試料載置台（１）下方からレーザ光線を照射し、対物レンズ（２７０）を介して、試料載置台（１）上の液層（２）中に集光点（Ｆ）を作り出す。
FIG. 12 is a diagram illustrating a process of forming an aggregate of modified carbon nano objects (100, 200).
As shown in FIG. 12, water in which the modified carbon nano objects (100, 200) are mixed is dropped on the optically transparent sample mounting table (1). A microscope (11) is disposed above the sample mounting table (1), and the microscope (11) is connected to a monitor (12). The optical tweezers irradiates a laser beam from below the sample mounting table (1), and places a condensing point (F) in the liquid layer (2) on the sample mounting table (1) via the objective lens (270). produce.
図１３は、顕微鏡（１１）により得られた動画データのモニタ（１２）上の表示を示す。図１３（ａ）は光線照射前の状態を示し、図１３（ｂ）は光線照射直後の状態を示し、図１３（ｃ）は光線照射後、数秒経過した状態を示す。
図１３（ａ）に示す如く、光線照射前において、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、液層（２）中でランダムな配向で分散している。そして、集光点（Ｆ）を改質カーボンナノ物体（１００，２００）が存在しない位置（図１３（ａ）点線部）に合せるように、光ピンセット装置を設定する。
図１３（ｂ）に示す如く、照射工程を開始すると、液層中に集光点（Ｆ）が現れる。集光点（Ｆ）周囲に存在する改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、一端部が集光点（Ｆ）の方向に向くようにその配向を変え、集光点（Ｆ）に向かって移動を開始する。
図１３（ｃ）に示す如く、その後、改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、その一端部が集光点（Ｆ）に達すると、停止する。集光点（Ｆ）周囲に存する改質カーボンナノ物体（１００，２００）がこのような動作をする結果、集光点（Ｆ）を中心に、改質カーボンナノ物体（１００，２００）が集積され、集光点（Ｆ）周りに集積した改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、集光点（Ｆ）を中心とした放射状の配向を示し、内部に空洞部（５０２）を備える球状の外殻体（５０１）を有する集積体（５００）を形成する。
このように改質カーボンナノ物体（１００，２００）が集積して形成された集積体（５００）の大きさは、光線の照射時間の増減により、直径１００ｎｍ以上１ｃｍ以下の範囲で調節可能である。光線の照射時間を長くすると、集積体（５００）の大きさは増大する。
FIG. 13 shows the display on the monitor (12) of the moving image data obtained by the microscope (11). FIG. 13 (a) shows a state before the light irradiation, FIG. 13 (b) shows a state immediately after the light irradiation, and FIG. 13 (c) shows a state after several seconds have passed after the light irradiation.
As shown in FIG. 13A, the modified carbon nano objects (100, 200) are dispersed in a random orientation in the liquid layer (2) before the light irradiation. Then, the optical tweezers are set so that the focal point (F) is aligned with the position where the modified carbon nano object (100, 200) does not exist (dotted line portion in FIG. 13 (a)).
As shown in FIG. 13B, when the irradiation process is started, a condensing point (F) appears in the liquid layer. The modified carbon nano object (100, 200) existing around the condensing point (F) changes its orientation so that one end thereof is directed to the condensing point (F), and is directed to the condensing point (F). To start moving.
Thereafter, as shown in FIG. 13C, the modified carbon nano object (100, 200) stops when one end thereof reaches the condensing point (F). As a result of the operation of the modified carbon nano object (100, 200) existing around the condensing point (F), the modified carbon nano object (100, 200) is accumulated around the condensing point (F). The modified carbon nano objects (100, 200) accumulated around the condensing point (F) exhibit a radial orientation centered on the condensing point (F) and have a spherical shape with a hollow portion (502) inside. An accumulation body (500) having an outer shell body (501) is formed.
The size of the aggregate (500) formed by integrating the modified carbon nano objects (100, 200) as described above can be adjusted within a range of 100 nm to 1 cm in diameter by increasing / decreasing the irradiation time of the light beam. . When the irradiation time of the light is lengthened, the size of the aggregate (500) increases.
図１４は、光学的手法により、集積体（５００）の姿勢並びに位置制御を行う形態の一例を示す。
集積体（５００）を形成した後、光ピンセット装置からのレーザ光の照射を停止し、光ピンセット装置を操作して、集光点（Ｆ）の位置設定を変更する。そして、集光点（Ｆ）の位置を集積体（５００）の外殻体（５０１）を形成する改質カーボンナノ物体（１００，２００）のうち１つに合せる。
上述の如く、集光点（Ｆ）を合せられた改質カーボンナノ物体（１００，２００）は、その長軸をレーザ光の入射方向と一致させるように移動するので、集積体（５００）は、集光点（Ｆ）を中心として、図１４中、点線で表される集積体（５００）の位置から実線で表される集積体（５００）の位置まで回転移動をする。この状態で、レーザ光の入射角度を変更すると、集積体（５００）の角度は、これに伴い変化することとなる。また、集光点（Ｆ）を移動させると、集積体（５００）の位置もこれに伴い変化することとなる。
このようにして、集積体（５００）の位置並びに姿勢の制御を行うことが可能である。
尚、上記の電気的手法によっても、集積体（５００）の位置並びに姿勢の制御を行うことも可能である。
FIG. 14 shows an example of a form in which the posture and position of the integrated body (500) are controlled by an optical method.
After forming the integrated body (500), the irradiation of the laser light from the optical tweezers is stopped, and the optical tweezers are operated to change the position setting of the condensing point (F). Then, the position of the condensing point (F) is adjusted to one of the modified carbon nano objects (100, 200) forming the outer shell (501) of the aggregate (500).
As described above, the modified carbon nano object (100, 200) with the converging point (F) is moved so that the major axis thereof coincides with the incident direction of the laser beam. , Around the condensing point (F), the rotational movement is performed from the position of the aggregate (500) represented by the dotted line to the position of the aggregate (500) represented by the solid line in FIG. When the incident angle of the laser beam is changed in this state, the angle of the integrated body (500) changes accordingly. Moreover, if the condensing point (F) is moved, the position of the accumulation body (500) will be changed accordingly.
In this way, it is possible to control the position and orientation of the assembly (500).
Note that the position and orientation of the integrated body (500) can also be controlled by the electrical method described above.
本発明は、カーボンナノ物体からなるセンサ、電気素子、電界放出エミッタ電極用材料に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for sensors, electric elements, and field emission emitter electrode materials made of carbon nano objects.
１００・・・・・改質カーボンナノ物体
１０１・・・・・カーボンナノ物体（カーボンナノチューブ）
１０２・・・・・イオン伝導性あるいは絶縁性の被覆層
２００・・・・・改質カーボンナノ物体
４・・・・・・・針状電極
Ｆ・・・・・・・集光点
100: Modified carbon nano object 101: Carbon nano object (carbon nanotube)
102... Ion conductive or insulating
Claims (37)
前記液体中にイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤を添加する工程からなることを特徴とするカーボンナノ物体の改質方法。 Preparing a liquid in which carbon nano objects are mixed;
A method for modifying a carbon nano object comprising the step of adding an ion conductive or insulating coating agent to the liquid.
前記カーボンナノ物体を官能基で修飾する工程からなることを特徴とするカーボンナノ物体の改質方法。 Preparing a liquid in which carbon nano objects are mixed;
A method for modifying a carbon nano object, comprising the step of modifying the carbon nano object with a functional group.
脂質、陰イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤及び非イオン性界面活性剤からなる群から選択される少なくとも１つからなることを特徴とする請求項１記載のカーボンナノ物体の改質方法。 The added ion conductive or insulating coating agent,
The carbon nano-object modification according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of a lipid, an anionic surfactant, a cationic surfactant, and a nonionic surfactant. Method.
該カーボンナノ物体の表面の少なくとも一部を被覆してなるイオン伝導性あるいは絶縁性の被覆剤からなることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体。 Carbon nano objects,
A modified carbon nano object comprising an ion-conductive or insulating coating agent covering at least a part of the surface of the carbon nano object.
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、
前記光線の照射方向を変更させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法。 Preparing a liquid mixed with carbon nano-objects coated with an ion conductive or insulating coating;
Selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid;
The selected carbon nano object is irradiated with a light beam and condensed at the step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid, and the light collection point of the light beam is positioned on the selected carbon nano object. Process,
A method for controlling the attitude of a modified carbon nano object, comprising the step of changing the irradiation direction of the light beam.
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、
前記光線の照射方向を変更させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢制御方法。 Preparing a liquid mixed with carbon nano objects having a surface chemically modified with a functional group;
Selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid;
The selected carbon nano object is irradiated with a light beam and condensed at the step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid, and the light collection point of the light beam is positioned on the selected carbon nano object. Process,
A method for controlling the attitude of a modified carbon nano object, comprising the step of changing the irradiation direction of the light beam.
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、
前記光線の集光点を前記液体中で移動させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法。 Preparing a liquid mixed with carbon nano-objects coated with an ion conductive or insulating coating;
Selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid;
The selected carbon nano object is irradiated with a light beam and condensed at the step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid, and the light collection point of the light beam is positioned on the selected carbon nano object. Process,
A method for controlling the position of a modified carbon nano-object, comprising the step of moving a condensing point of the light beam in the liquid.
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体に光線を照射するとともに集光し、前記光線の集光点を前記選択されたカーボンナノ物体に位置させる工程と、
前記光線の集光点を前記液体中で移動させる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の位置制御方法。 Preparing a liquid mixed with carbon nano objects having a surface chemically modified with a functional group;
Selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid;
The selected carbon nano object is irradiated with a light beam and condensed at the step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid, and the light collection point of the light beam is positioned on the selected carbon nano object. Process,
A method for controlling the position of a modified carbon nano-object, comprising the step of moving a condensing point of the light beam in the liquid.
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体近傍に少なくとも一対の針状電極を配する工程と、
前記一対の針状電極間に交流電圧を印加し、前記液体中に均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。 Preparing a liquid mixed with carbon nano-objects coated with an ion conductive or insulating coating;
Selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid;
Disposing at least a pair of needle electrodes in the vicinity of the carbon nano object selected in the step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid;
A method for controlling the posture position of a modified carbon nano object, comprising a step of applying an alternating voltage between the pair of needle-shaped electrodes to generate a uniform or non-uniform electric field in the liquid.
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程と、
前記液体中のカーボンナノ物体のうち少なくとも１つを選択する工程で選択されたカーボンナノ物体近傍に一対の針状電極を配する工程と、
前記一対の針状電極間に交流電圧を印加し、前記液体中に均一あるいは不均一な電場を生じせしめる工程を備えることを特徴とする改質されたカーボンナノ物体の姿勢位置制御方法。 Preparing a liquid mixed with carbon nano objects having a surface chemically modified with a functional group;
Selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid;
Arranging a pair of needle-like electrodes in the vicinity of the carbon nano object selected in the step of selecting at least one of the carbon nano objects in the liquid;
A method for controlling the posture position of a modified carbon nano object, comprising a step of applying an alternating voltage between the pair of needle-shaped electrodes to generate a uniform or non-uniform electric field in the liquid.
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| KR20160039498A (en) * | 2014-10-01 | 2016-04-11 | 한국전기연구원 | Conductive silicon coating agent for connector and a method of manufacturing thereof |
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