JP2009502702A - ナノ構造体の生成方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ナノ構造体の生成方法及び装置を提供する。
【解決手段】ナノ構造体の生成方法は、ナノ構造体を生成するためにナノ構造体の成分を含むガスを一つ以上の中空陰極反応装置に通す段階と、ナノ構造体を収集し、次いで副産物を、酸化ガスと一緒に一つ以上の中空陰極反応装置に通して排気ガスから除去する段階と、を含む。
【選択図】図1
【解決手段】ナノ構造体の生成方法は、ナノ構造体を生成するためにナノ構造体の成分を含むガスを一つ以上の中空陰極反応装置に通す段階と、ナノ構造体を収集し、次いで副産物を、酸化ガスと一緒に一つ以上の中空陰極反応装置に通して排気ガスから除去する段階と、を含む。
【選択図】図1
Description
本発明は、ナノ構造体の生成に関し、その好ましい実施形態では、連続バッチプロセスでカーボンナノチューブの生成の利用法を見出す。
一般的には、ナノテクノロジーという用語は、大きさが1.0ないし100.0nmの物体を示すのに用いられる。ナノテクノロジーの理論が40年以上前に提案されてから、ナノテクノロジーは、最も展開の早い科学分野の一つになった。
ナノ構造体のバッチ生産は、日用品へのナノ構造体の組込みに不可欠である。最近、多数のナノ構造体のバッチ生産方法及び装置が報告されている。これらの方法のほとんどは、プラズマ或いは非常に熱い加熱炉を用いて原子カーボン蒸気を生成し、次いで原子カーボン蒸気を適当な基板上に凝縮させる。これは、ナノチューブを含む、カーボンナノ構造体の配列を形成する。原子金属が生産の際に供給される場合には、単壁ナノチューブが主に生成され、原子金属が供給されない場合には、多層カーボンナノチューブが通常生成される。
ナノチューブと一緒にいろいろな大きさの粒子も生成される。これらの粒子のあるものは、常に原子カーボン及びそのクラスター(塊)であり、それら粒子は、環境或いは人間の健康に及ぼすそれらの未知の影響により、論争の焦点になっており、従ってそれら粒子の大気中への放出について感心がある。係る粒子を、皮膚を通して容易に吸収し或いは吸込み、癌を形成し、及び又は心臓や肺のような主要臓器を害することがあると現在信じられている。
第1の形態では、本発明は、ナノ構造体を生成する方法を提供し、該方法は、ナノ構造体の成分を含むガスをハウジングに運んでハウジング内にガス流を形成する段階と;酸素含有ガスをハウジングの中へ運ぶ段階と;ハウジング内で、ガス流内に含まれた成分からナノ構造体を生成する段階、生成されたナノ構造体を後続の収集のためにガス流から分離する段階、ナノ構造体生成の副産物を酸素含有ガスと反応させることによってガス流から副産物を除去する段階、を行う段階と;ガス流をハウジングから排気する段階と、を含む。
かくして、上記方法は、簡単且つ環境的に安全な方法でカーボンナノチューブのようなナノ構造体の大量生産のための新しい実現技術を提供し、低コスト電源及び真空成分を利用することができる。生成工程の面は、単一且つ小型のハウジングの中で行うことができ、それによって潜在的に危険な副産物、例えば、カーボンナノ粒子へのユーザの暴露を制限する。
ナノ構造体は、好ましくは、それぞれの中空陰極反応装置の中で生成され、且つ副産物は、好ましくはそれぞれの中空陰極反応装置の中でガス流から除去される。従って、第2の面では、本発明は、ナノ構造体を生成する方法を提供し、該方法は、ナノ構造体の成分を含むガスを第1の中空陰極反応装置に通してナノ構造体を生成する段階と、ナノ構造体を、収集のために第1の中空陰極反応装置からのガス排気から分離する段階と、続いて、排気ガスを酸素含有ガスと一緒に第2の中空陰極反応装置に通すことによってナノ構造体生成の副産物を排気ガスから除去する段階と、を含む。
中空陰極反応装置は、低コスト電源で賦勢されるのがよい。中空陰極反応装置は、典型的には、サイズが小さく且つ低周波数で安全に動作する。中空陰極反応装置で得られたガス温度は、ナノ構造体の生成の際に発生するガス反応及び排気ガスからのカーボンナノ粒子の除去に適する。
この方法における中空陰極材料とプロセスガスの両方のいろいろな選択は、装置のユーザに異なる種類及び品質のカーボンナノ構造体の配列を生成させる利点を与える。
第1の中空陰極反応装置は、好ましくは、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、タングステン、グラファイトの一つから形成された、中実導電性本体に平行な配列の穴からなるのが好ましく、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される。
金属含有ガスは、金属ナノ構造体を生成するために第1の中空陰極反応装置に通され、ガスに含まれる金属は、有利にはFe、Ni、Mo、Co、Pt、Pdである。金属ナノ構造体は、カーボンナノ構造体が成長することができる表面を提供する。金属含有ガスは、電子的に励起可能なガス、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素と共に第1の中空陰極反応装置に通され、電子的に励起可能なガスは、金属ナノ構造体の生成を開始し且つ高めることができる。
変形例或いは追加例として、例えば、アセチレン、メタン、エタン、一酸化炭素、二酸化炭素、メタノール、エタノール、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエサンの少なくとも一つを含む炭素含有ガスは、カーボンナノ構造体を生成するために第1の中空陰極反応装置を通されるのがよい。炭素含有ガスは、電子的に励起可能なガス、例えばアルゴン、ヘリウム、窒素の少なくとも一つと一緒に第1の中空陰極反応装置に通されるのが有利である。
ナノ構造体は、好ましくは、複数の第1の中空陰極反応装置を用いて生成される。
ナノ構造体は、同じ電圧か異なる電圧のいずれかで単一の電気集塵装置或いは電気集塵装置の配列を用いてガスから分離されるのがよいし、有利には、全ての或いはいろいろな大きさのナノ構造体の収集を可能にする。好ましくは、電気集塵装置の配列間の電圧は、配列の中を通るガス流の方向に増大する。
また、ナノ構造体は、基板上の収集によってガスから分離されてもよい。基板は、例えば、液体窒素を用いて、室温以下の温度に冷却されてもよし、或いは、例えば、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンの少なくとも一つの酸素含有ガスの存在下で室温以上に加熱されてもよい。これは、有利には、不要な反応副産物を除去し、不要な反応副産物がナノ構造体の生成からのガスからも分離される。
基板の使用は、有利には、それによって収集されたナノ構造体の除去を、例えば、負荷ロックを用いて基板の隔離によって可能にする。
第2の中空陰極反応装置は、第1の中空陰極反応装置と好ましくは同じ材料で形成された、中実導電性本体に設けられた好ましくは平行配列の穴であり、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される。酸素含有ガス、例えば、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンが、好ましくはアルゴン、窒素、ヘリウムの一つのような電子的に励起可能なガスで、好ましくは第2の中空陰極反応装置に供給される。
第3の面では、本発明は、ナノ構造体を生成するための装置を提供し、装置は、ナノ構造体の成分を含むガスを受け取るためのハウジング内にガス流を形成するための手段と、及び酸素含有ガスを受けるための手段とを備えるハウジングを含み、ハウジングは、ナノ構造体をガス流内に含まれた成分から形成するための手段と、形成されたナノ構造体を後続の収集のためにガス流から分離するための手段と、副産物を酸素含有ガスと反応させることによってナノ構造体形成の副産物をガス流から除去するための手段と、を含み、ハウジングは、ガス流を排気するための手段を更に含む。
第4の面では、本発明は、ナノ構造体を生成するための装置を提供し、装置は、第1の中空陰極反応装置と、ナノ構造体を形成するためにナノ構造体の成分を含むガスを第1の中空陰極反応装置に供給するための手段と、収集のためにナノ構造体を第1の中空陰極反応装置からの排気ガスから分離するための手段と、排気ガスを続いて受けるための第2の中空陰極反応装置と、排気ガスからのナノ構造体形成の副産物の除去のために酸素含有ガスを第2の中空陰極反応装置に供給する手段と、を含む。
本発明の方法形態に関して上述した特徴は、装置形態に同様に適用可能であり、その逆もまた同様である。
本発明の好適な特徴を、いま添付図面を参照して一例として記述する。
図1は、ナノ構造体の生成装置を概略的に示す。装置は、ハウジング或いは本体2を含み、本体2には、ナノ構造体の形成のための第1の装置8と、第1の装置8によって形成されたナノ構造体の収集のための第2の装置10と、ガス流が本体2から排気される前にナノ構造体の生成からの反応副産物の、ガス流からの除去のための第3の装置12とが配置される。本体2は、ナノ構造体の生成に使用するためのガスを受けるための入口4、14と、ガス流からの副産物の除去に使用するためのガスを受け取るための入口16とを含む。また、入口4及び14は、ガス流からの副産物の除去に使用するためのガスの受け取りに用いられてもよい。また、本体2は、排気ガスを該本体から機械的真空ポンプに向って排気ガスを排気するための排気口6も含む。
ナノ構造体の生成のための第1の装置8a、8b、8cのいろいろな実施形態が図2、図3、図4にそれぞれ詳細に示される。
図2に示した第1の実施形態では、本体2は、ほぼ円筒形の本体からなり、該本体は、本体2内にガス流を形成するガスを受けるための、本体とほぼ同軸に配置された第1の生成装置ガス入口4を有する。第1の装置8aは、本体2内に配置された非導電性内殻20を含む。内殻20は、ほぼ円筒形の導電性ブロック22を支持する。ブロック22には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻20は、またほぼリング形の陽極24を支持する。多数の有孔陽極尖端26が陽極24からブロック22のほぼ平坦面の外周方向に延びている。係る陽極尖端26は、ブロック22の穴のそれぞれにプラズマ及び中空陰極効果を維持するのを助けることができる。
電源28が、ブロック22を陰極(負)電位に帯電させ且つ陽極24を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。第1の装置8aからのガス出口は、図2に40で示され、第1の装置8aからのガス流排気がガス出口40から第2の装置10まで運ばれる。
図2に示す第1の装置8aの使用中、金属含有化合物の蒸気、例えば、メタロセン、金属スポンジ、有機金属化合物及び金属ハロゲン化物の少なくとも一つの蒸気は、第1の生成装置ガス入口4及び陽極24を経てブロック22に連続的に或いは周期的に運ばれ、プロック22の中で金属含有化合物がプラズマ(電離状態)の中で原子金属に解離される。金属含有蒸気は、電子的に励起可能なガス、例えば、窒素、アルゴン及びヘリウムの少なくと一つと一緒に或いは別に第1の生成装置ガス入口4に運ばれることがある。
金属含有蒸気及び電子的に励起可能なガスと同時に或いは別個に、カーボン含有ガス、例えばアセチレン、メタン、エタン、一酸化カーボン、二酸化カーボン、メタノール、エタノール、テトラフルオロメタン及びヘキサフルオロエタンの少なくとも一つが、第1の生成装置入口4及び陽極24を経てブロック22に連続的に或いは周期的に運ばれ、プロック22の中でガスがプラズマの中で原子カーボン及びそのクラスターに解離される。原子金属及び原子カーボンは、結合してナノ構造体12の収集のためにブロック22の穴内と第2の装置10の表面上で、ブロック22から下流のガス流の他のカーボンナノ構造体の配列と一緒に単壁ナノチューブの生成を促進する。
酸素含有ガス、例えば、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、水及びオゾンの少なくとも一つを、第1の装置入口4及び陽極24を経てブロック22に随意に運んでもよく、ブロック22の中でガスが酸素ラジカルに解離される。ブロック22の中で生成された酸素ラジカルは、第1の装置8aで生成されたカーボンナノ粒子、及び第2の装置10で生成されたいかなるカーボンナノ粒子と反応して装置2からカーボンナノ粒子を除去することができる。
第2の実施形態の第1の装置8bを図3に示す。この第2の実施形態では、本体2は、本体2とほぼ同軸に配置された第1の生成装置ガス入口4と、ガスを本体の中に実質的に半径方向に運ぶための第2の生成装置ガス入口14とを有するほぼ円筒形の本体からなる。内殻20は、二つの離間した、ほぼ円筒形の導電性ブロック22及び34を支持する。第1の実施形態のブロック22におけるように、ブロック22、34には、軸配向の複数の穴が形成されている。環状絶縁素子32がブロック22、34の間にさらなる絶縁をもたらすためにブロック22、34の間に配置される。図3に示すように、ブロック22、34は、第2の生成装置ガス入口14の両側に配置される。
第1の実施形態におけるように、内殻20は、ほぼリング形の陽極24を支持する。複数の有孔陽極尖端26は、陽極24からブロック22の略平坦面の外周の方向に延びている。係る陽極尖端26は、ブロック22、34の穴の各々のプラズマ及びホロー陰極効果を維持するのを助けることができる。第1の装置8bからのガス出口は、図3に40で示され、第1の装置8bからのガス流排気がガス出口40から第2の装置10に運ばれる。
電源28は、ブロック22を陰極(負)電位に帯電させ且つ陽極24を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。同様な電源29は、ブロック34を陰極(負)電位に帯電させ且つ陽極24を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。
図3に示す第1の装置8bの使用中、第1の実施形態におけるように金属含有化合物の蒸気は、第1の生成装置ガス入口4及び陽極24を経てブロック22及び34に連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック22及び34の中で金属含有化合物がプラズマの中で原子金属に解離される。蒸気は、電子的に励起可能なガスと一緒に或いは別個に第1の生成装置ガス入口4に運ばれることがある。
金属含有蒸気及び電子的に励起可能なガスと同時に或いは別個に、カーボン含有ガスは、第2の生成装置ガス入口14を経てブロック34に連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック34の中で、ガスがプラズマの中で原子カーボン及びそのクラスターに解離される。次いで、原子金属及び原子カーボンは、結合して、金属ブロックから下流の、及びブロック22、34の穴内の、ガス流の他のカーボンナノ構造体の配列と一緒に単一壁ナノチューブの生成を促進することができる。
酸素含有ガスを、第1の生成装置入口4及び陽極24を経てブロック22、34に、及び第2の生成装置ガス入口14を経てブロック34に随意に運んでもよし、ブロック22、34の中でガスが酸素ラジカルに解離される。その中で生成された酸素ラジカルは、装置2からカーボンナノ粒子を除去するために、第1の装置8bで生成されたカーボンナノ粒子、及び第2の装置10で生成されたいかなるカーボンナノ粒子とも反応することができる。
第3の実施形態の第1の装置8cを図4に示す。この第3の実施形態では、第1の装置8cの本体2は、二つのほぼ直交する、連結された円筒形のアーム3、5を含む。第1の生成装置ガス入口4は、第1のアーム3とほぼ同軸に配置される。第1のアーム3は、非導電性内殻20を含み、ほぼ円筒形の導電性ブロック22を支持する。ブロック22には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻20は、またほぼリング形の陽極24を支持する。複数の有孔陽極尖端26が、陽極24からブロック22の略平坦面の外周の方向に延びている。
第2のアーム5は、第2のアーム5とほぼ同軸に配置された第2の生成装置ガス入口14を含む。また、第2のアーム5は、また非導電性内殻20の一部を含み、ほぼ円筒形の導電性ブロック35を支持する。ブロック35には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻20は、また第2のアーム5内のほぼリング形の陽極25を支持する。複数の有孔陽極尖端27は、陽極25からブロック35の略平坦面の外周の方向に延びている。第1の装置8cからのガス出口は、図4に40で示される。
電源28は、ブロック22を陰極(負)電位に帯電させ且つ陽極24を陽極(正)電位に帯電させるために設けられている。同様な電源29は、ブロック35を陰極(負)電位に帯電させ且つ陽極25を陽極(正)電位に帯電させるために設けられている。
使用中、金属含有化合物の蒸気は、ブロック22に第1の生成装置ガス入口4及び陽極24を経て連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック22の中で金属含有化合物がプラズマ中の原子金属に解離される。金属含有蒸気は、電子的に励起可能なガスと一緒に或いは別個に第1の生成装置ガス入口4に運ばれてもよい。金属含有蒸気及び電子的に励起可能なガスと同時、或いは別個に、カーボン含有ガスは、ブロック35に、第2の生成装置ガス入口14及び陽極25を経て連続的に或いは周期的に運ばれ、ブロック35の中でガスがプラズマ中の電子カーボン及びそのクラスターに解離される。次いで、原子金属及び原子カーボンは、結合して、金属ブロックから下流の、ガス流の中の、他のカーボンナノ構造体の配列と一緒に、単壁ナノチューブが、ブロック22、35の穴内に、及びそのように形成されたナノ構造体の収集のために第2の装置10の表面上にカーボン生成されるのを促進する。
第1の実施形態の第1の装置8a及び第2の実施形態の第1の装置8bに関して上述したように、酸素含有ガスは、また、第1の生成装置入口4及び陽極24を経てブロック22、34に、及び第2の生成装置ガス入口14及び陽極25を経てブロック35に運ばれてもよいし、ブロック22、34、35の中でガスがカーボンナノ粒子との反応のために酸素ラジカルに解離される。
上述した各々の実施形態では、第1の装置8から出力されたガス流は、その中に含まれるナノ構造体の収集のために本体2内で第2の装置10に運ばれる。第2の装置10の二つの実施形態10a、10bを図5及び図6をそれぞれ参照して、さらに詳細にいま説明する。
図5に示す第1の実施形態では、第2の装置10aは、ナノ構造体とさらに小さいナノ粒子のようなナノ構造体の生成からの副産物とを含むガス流を第1の装置8から受けるための第1のナノ構造体収集装置ガス入口60を含む。第2の装置10aは、本体2内に配置された非導電性内殻50を含む。内殻50は、第1の電気集塵装置52を支持する。知られているように、電気集塵装置52は、適当な横支持ロッドで交互の順序に支持された、複数の平行に離間され、高電圧帯電の、ほぼ矩形のコレクタプレート54及び接地プレート56と、絶縁体と、スペーサとを含み、順序通りの各プレートが直ぐ隣のプレートと反対の極性を有し、電気集塵装置52の収集部分を形成する。また、知られているように、イオン化ワイヤ58及び延びた接地プレート56aは、延びた接地プレート56aに向って延びるコロナ電流を生じさせるように、第1の収集装置ガス入口60に近接して配置され、それにより高濃度イオンカーテンのイオン化部分を形成する。内殻50からのガス出口は、図5に65で示される。
使用中、ガス流が第1のナノ構造体収集装置ガス入口60を通って装置10aに入ると、その中に取り込まれたナノ構造体は、高濃度イオンカーテンの中へ通るときに帯電され、且つコレクタプレート54の表面への引力によりガス流から分離され、コレクタプレートは、基板の上に配置されたナノ構造体の収集のために装置2から取り除くことができる基板をなしている。ガス流に含まれたより小さいナノ粒子はコレクタプレート54の上に収集されず、従って装置10aの中を通り抜ける。
図6に示した第2の実施形態では、第2の装置10bは、ナノ構造体及びナノ粒子副産物を含むガス流を第1の装置8から受けるための第1のナノ構造体収集装置ガス入口60を含む。第1の実施形態におけるように、第2の装置10bは、本体2内に配置された非導電性内殻50を含む。この第2の実施形態では、内殻50は、各々が第1の実施形態の電気集塵装置52に類似する、実質的に等しい電気集塵装置52’の配列を支持する。第2の実施形態では、電気集塵装置52’の各々のコレクタプレート54は、好ましくは、ガス流の方向に、前の電気集塵装置に対して増大した電圧に設定される。第2の装置10bの中を通るガス流の方向に増大する電圧を生成することによって、対応するコレクタプレート54で異なる大きさのナノ構造体の分離が可能になり、より小さいナノ構造体が下流コレクタプレート54に引き寄せられる。図示した実施形態では、3つの電気集塵装置52’が示されているが、3つ以上或いは3つ以下の電気集塵装置を用いることが可能である。内殻50からのガス出口は、図6に65で示されている。
第2の装置10の上記実施形態のいずれにおいても、コレクタプレート54を、ガス流からのナノ構造体の分離を促進するために、例えば、装置10の周りに運ばれる液体窒素を用いて冷却するのがよい。ナノ構造体の組成に応じて、変形例として、ガス流からのナノ構造体の分離を、例えば、装置10の周りに延びるヒータを用いてコレクタプレート54を加熱することによって促進してもよい。また、負荷ロック装置(図示せず)を、コレクタプレート54及び該コレクタプレートの上に収集されたナノ構造体をガス流から隔絶するために設けるのがよい。これにより、真空密封を開封する必要なしにユーザは収集されたナノ構造体を除去し且つ潜在的に有害のナノ粒子への暴露の危険性を減ずる。
上述した実施形態の各々では、第2の装置10から出力されたガス流は、その中に含まれたいかなるナノ粒子副産物をもガス流から除去するために本体内2で第3の装置12に運ばれる。第3の装置12の二つの実施形態12a、12bを図7及び図8を参照していま詳細に説明する。
図7に示した第1の実施形態では、第3の装置12aは、ガス流を第2の装置10から受けるための第1の除去装置ガス入口90と、第2の除去装置ガス入口16と、を含み、酸素含有ガスはこのガス入口16から本体2の中へほぼ径方向に入る。適当な酸素含有ガスの例は、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、水及びオゾンの一つ又はそれ以上を含む。
上述した第1の装置8の実施形態と同様に、この実施形態では、第3の装置12aは、本体2内に配置された非導電性内殻70を含む。内殻70は、ほぼ円筒形の導電性ブロック76を支持する。ブロック76には、軸配向の複数の穴が形成されている。また、内殻70は、またほぼリング形の陽極80を支持する。複数の有孔性陽極尖端82は、陽極80からブロック76の略平坦面の外周の方向に延びている。係る陽極尖端82は、ブロック76の穴の各々内にプラズマ及び中空陰極効果を維持するのを助することができる。電源78は、ブロック76を陰極(負)電位に且つ陽極80を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。
使用中、副産物を含むガス流は、入口90を通って第3の装置12aの金属ブロック76に運ばれる。入口16を通って装置12aに入る酸素含有ガスは、ナノ構造体生成からの副産物を含むガス流と混合する。混合されたガス流は、ブロック76内に形成されたプラズマの中で解離され、それにより副産物は、酸素ラジカルと反応して、炭素の酸化形態の配列、例えば、二酸化炭素及び一酸化炭素を生成し、ガス流と一緒に本体2からガス出口6を経て機械的真空ポンプに排気される。
図8に示す第2の実施形態は、第1の実施形態に類似する。この第2の実施形態では、内殻70は、二つの、離間された、ほぼ円筒形の導電性ブロック74及び76を支持する。第1の実施形態におけるように、金属ブロック74、76には、軸配向の複数の穴が形成されている。環状絶縁素子72が、金属ブロック74、76間に更なる絶縁をもたらすために金属ブロック74、76の間に配置される。図8に示すように、金属ブロック74、76は、第2の除去装置ガス入口16の両側に配置される。電源78は、ブロック74を陰極(負)電位に且つ陽極80を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。同様な電源78aは、ブロック76を陰極(負)電位に且つ陽極80を陽極(正)電位に帯電させるために設けられる。
上述した第1の装置8、第2の装置10及び第3の装置12の実施形態は、装置2のいかなる組合せで用いてもよい。例えば、装置2の一つの好ましい実施形態では、第1の装置8は、図3に示したようなものであり、第2の装置10は、図6に示したようなものであり、且つ第3の装置12は、図8に示したようなものである。
上述した第1の装置8、第2の装置10及び第3の装置12のいかなる組合せでも、非導電性内殻20、50、70は、別々の殻か装置2全体にわたって連続の殻かのいずれかでもよい。
2 本体
4、14、16 入口
6 排気口
8 第1の装置
10 第2の装置
12 第3の装置
4、14、16 入口
6 排気口
8 第1の装置
10 第2の装置
12 第3の装置
Claims (37)
- ナノ構造体を生成する方法であって、
ハウジング内にガス流を形成するためにナノ構造体の成分を含むガスをハウジングに運ぶ段階と、
酸素含有ガスをハウジングの中へ運ぶ段階と、
ハウジング内で、
ガス流内に含まれた成分からナノ構造体を生成する段階、
生成されたナノ構造体を後続の収集のためにガス流から分離する段階、
副産物を酸素含有ガスと反応させることによってナノ構造体生成の副産物をガス流から除去する段階、
を行う段階と、
ガス流をハウジングから排気する段階と、
を含む、上記方法。 - ナノ構造体を第1の中空陰極反応装置で生成する、請求項1に記載の方法。
- 副産物を第2の中空陰極反応装置を用いてガス流から除去する、請求項2に記載の方法。
- ナノ構造体を生成する方法であって、
ナノ構造体を生成するためにナノ構造体の成分を含むガスを第1の中空陰極反応装置に通す段階と、
ナノ構造体を収集のために第1の中空陰極反応装置からのガス排気から分離する段階と、
続いて、排気ガスを酸素含有ガスと一緒に第2の中空陰極反応装置に通すことによってナノ構造体生成の副産物を排気ガスから除去する段階と、
を含む、上記方法。 - 第1の中空陰極反応装置は、中実導電性本体に設けられた平行配列の穴からなり、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される、請求項2から4のいずれかに記載の方法。
- 本体は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、タングステン、グラファイトの一つから形成される、請求項5に記載の方法。
- 金属ナノ構造体を生成するために金属含有ガスを第1の中空陰極反応装置に通す、請求項2から6のいずれかに記載の方法。
- 金属は、Fe、Ni、Mo、Co、Pt、Pdの少なくとも一つからなる、請求項7に記載の方法。
- 金属含有ガスを電子的に励起可能なガスと一緒に第1の中空陰極反応装置に通す、請求項7又は8に記載の方法。
- 電子的に励起可能なガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素の少なくとも一つからなる、請求項9に記載の方法。
- カーボンナノ構造体を生成するためにカーボン含有ガスを第1の中空陰極反応装置に通す、請求項2から10のいずれかに記載の方法。
- カーボン含有ガスは、アセチレン、メタン、エタン、一酸化炭素、二酸化炭素、メタノール、エタノール、テトラフルオロメタン、ヘキサフルオロエサンの少なくとも一つからなる、請求項11に記載の方法。
- カーボン含有ガスを電子的に励起可能なガスと一緒に第1の中空陰極反応装置に通す、請求項11又は12に記載の方法。
- 電子的に励起可能なガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素の少なくとも一つからなる、請求項13に記載の方法。
- ナノ構造体を、複数の第1の中空陰極装置を用いて生成する、請求項2から14のいずれかに記載の方法。
- ナノ構造体を、電気集塵装置を用いてガスから分離する、請求項1から15のいずれかに記載の方法。
- ナノ構造体を、電気集塵装置の配列を用いてガスから分離する、請求項16に記載の方法。
- 電気集塵装置は、同じ電圧である、請求項17に記載の方法。
- 電気集塵装置は、異なる電圧である、請求項17に記載の方法。
- 電気集塵装置の配列間の電圧は、配列の中を通るガス流の方向に増す、請求項19に記載の方法。
- ナノ構造体を、基板上での収集によりガスから分離する、請求項1から20のいずれかに記載の方法。
- 基板を室温以下の温度に冷却する、請求項21に記載の方法。
- 基板を、液体窒素を用いて冷却する、請求項22に記載の方法。
- 基板を室温以上の温度に加熱する、請求項21に記載の方法。
- 基板を酸素含有ガスの存在下で加熱する、請求項24に記載の方法。
- 基板を、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンの少なくとも一つの存在下で加熱する、請求項24又は請求項25に記載の方法。
- 収集されたナノ構造体の除去のために基板をガスから隔離する、請求項21から26のいずれかに記載の方法。
- 基板を、負荷ロックを用いて隔離する、請求項27に記載の方法。
- 第2の中空陰極反応装置は、中実導電性本体に設けられた平行配列の穴であり、穴に通されたガスでプラズマが穴の中に形成される、請求項3から28のいずれかに記載の方法。
- 中実導電性本体を、アルミニウム、銅、グラファイト、ステンレス鋼、タングステンの一つから形成する、請求項29に記載の方法。
- 酸素含有ガスは、酸素、空気、エタノール、メタノール、過酸化水素、オゾンの少なくとも一つからなる、請求項1から30のいずれかに記載の方法。
- 酸素含有ガスに、電子的に励起可能なガスが供給される、請求項1から31のいずれかに記載の方法。
- 電子的に励起可能なガスは、アルゴン、窒素、ヘリウムの一つからなる、請求項32に記載の方法。
- ナノ構造体を製造するための装置であって、
ハウジング内にガス流を形成するためにナノ構造体の成分を含むガスを受けるための手段と、及び酸素含有ガスを受けるための手段とを備えたハウジングを含み、
ハウジングは、ナノ構造体をガス流内に含まれた成分から生成するための手段と、後続の収集のために生成されたナノ構造体をガス流から分離するための手段と、副産物を酸素含有ガスと反応させることによってナノ構造体生成の副産物をガス流から除去するための手段と、を含み、
ハウジングは、ガス流を排気するための手段を更に含む、上記装置。 - ナノ構造体生成手段は、中空陰極反応装置からなる、請求項34に記載の装置。
- 副産物除去手段は、中空陰極反応装置からなる、請求項34又は請求項35に記載の装置。
- ナノ構造体を製造するための装置であって、
第1の中空陰極反応装置と、
ナノ構造体を生成するためにナノ構造体の成分を含むガスを第1の中空陰極反応装置に供給するための手段と、
ナノ構造体を、収集のために第1の中空陰極反応装置からのガス排気から分離するための手段と、
排気ガスを続いて受けるための第2の中空陰極反応装置と、
排気ガスからのナノ構造体生成の副産物の除去のために酸素含有ガスを第2の中空陰極反応装置に供給する手段と、
を含む、上記装置。
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