【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ナノワイヤーを合成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直径が１０ｎｍから１００ｎｍ程度の金属ナノワイヤーは、ナノエレクトロニクス用配線材料として期待されている（非特許文献１参照）。また、物質の大きさがｎｍオーダーである金属ナノワイヤーは、所謂、量子サイズ効果が顕著であり、種々の量子効果を利用することができる。また、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属は触媒として広く使用されているが、これらの金属のナノワイヤーは体積に比し表面積が極めて大きいので、触媒効果が格段に大きくなる。
このように、金属ナノワイヤーは様々な産業分野で有用性が期待されているが、いまだ工業的に使用できるコストで生産できる製造方法が確立していない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の金属ナノワイヤーの製造方法は、鋳型法と呼ばれる方法である。例えば、アーク放電等でカーボンナノチューブを合成し、生成したチューブは末端が閉じているので開口処理を施し、その後、目的の金属の金属塩を担持後、焼成することでカーボンナノチューブを鋳型とした金属ナノワイヤーを合成していた（非特許文献２参照）。また、アルミナの細孔やシリカの細孔を鋳型としてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、光合成で合成する方法も試みられている（非特許文献３，４，５参照）が、これらの方法は、いずれも、高コストの装置を必要とし、かつ複数の工程を必要とするため、工業的に使用できるコストで生産できない。
【０００４】
【非特許文献１】
“ナノテクノロジーの全て”川合 知二監修 株式会社工業調査会 １４３頁
【非特許文献２】
Ｐ．Ｍ．Ａｊａｙａｎ，Ｓ．Ｉｉｊｉｍａ，Ｎａｔｕｒｅ，３６１，３３３（１９９３）
【非特許文献３】
触媒 Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．７ ５１５−５２１（１９９８）
【非特許文献４】
Ｂｈａｂｅｎｄｒａ Ｋ．Ｐｒａｄｈａｎ，Ｔａｋａｓｈｉ Ｋｙｏｔａｎｉａｎｄ Ａｋｉｒａ Ｔｏｍｉｔａ “Ｎｉｃｋｅｌ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ｏｆ ４ｎｍ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｃａｖｉｔｙ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ
【非特許文献５】
触媒 Ｖｏｌ．４３ Ｎｏ．８ ６０９−６１４（２００１）
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、極めて低コストで製造できる金属ナノワイヤーの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の金属ナノワイヤーの第１の製造方法は、有機金属錯体を溶解した有機液体中で、基板を加熱することにより、カーボンナノチューブを合成し、同時にカーボンナノチューブの内部に有機金属錯体の金属を析出させて金属ナノワイヤーを合成することを特徴とする。
また、本発明の金属ナノワイヤーの第２の製造方法は、有機液体中で、金属を含有する触媒層が積層された基板を加熱することにより、カーボンナノチューブを合成し、同時にカーボンナノチューブの内部に触媒層の金属を析出させて金属ナノワイヤーを合成することを特徴とする。
好ましくは、第１の製造方法における有機金属錯体は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、または、Ｎｉの有機金属錯体である。また、Ｆｅを金属とする有機金属錯体は、フェロセンまたは鉄カルボニルであれば好ましい。
また好ましくは、第２の製造方法における触媒層が含有する金属は、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、または、Ｎｉである。
さらに、第１及び第２の製造方法における有機液体はアルコールであり、メタノール、エタノール、またはオクタノールであれば好ましい。
また、好ましくは、第１及び第２の製造方法における基板はＳｉである。
また、基板の加熱温度は、好ましくは、８００℃以上である。
【０００７】
上記第１の製造方法によれば、有機液体中で基板を高温に加熱することによって、基板近傍の有機液体中の有機金属錯体が分解して金属元素が生成し、この金属元素が触媒となって基板近傍の有機液体を分解してカーボン原子が生成し、このカーボン原子によるカーボンナノチューブが基板上で成長すると共にカーボンナノチューブ内に金属元素が析出して金属ナノワイヤーが合成される。
この方法によれば、有機金属錯体を溶解させた有機液体中で基板を加熱するという工程だけで、カーボンナノチューブ内に金属ナノワイヤーを合成でき、酸化雰囲気中で加熱すれば容易にカーボンナノチューブを取り去ることができるので、極めて容易に、かつ低コストで合成することができる。
原料は、半導体工業で大量に使用されている有機液体や有機金属錯体を使用でき、低コストである。
また、合成装置は、基板を加熱する装置、例えば、導電性基板を使用した場合には基板に電流を流して加熱する電源、有機液体を保持する容器、及び有機液体の温度を制御する水冷装置があればよいので、装置コストが低い。
【０００８】
上記第２の製造方法によれば、有機液体中で基板を高温に加熱することによって、基板に積層された触媒層の金属が触媒となり基板近傍の有機液体を分解してカーボン原子が生成し、このカーボン原子によるカーボンナノチューブが基板上で成長すると共にカーボンナノチューブ内に触媒層の金属元素が析出して金属ナノワイヤーが合成される。
この方法によれば、金属を含有した触媒層を積層した基板を、有機液体中で加熱するという工程だけで、カーボンナノチューブ内に金属ナノワイヤーを合成でき、酸化雰囲気中で加熱すれば容易にカーボンナノチューブを取り去ることができるので、極めて容易に、かつ低コストで合成することができる。原料は、半導体工業で大量に使用されている有機液体や金属元素を使用することができ、低コストである。
また、合成装置は、基板を加熱する装置、例えば、導電性基板を使用した場合には基板に電流を流して加熱する電源、有機液体を保持する容器、及び有機液体の温度を制御する水冷装置があればよいので、装置コストが低い。
【０００９】
上記のように、本発明の方法によれば、金属ナノワイヤーを、工業上の使用が可能なコストで製造することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
本発明の金属ナノワイヤーの製造方法に使用する合成装置を説明し、この装置に基づいて本発明の製造方法を説明する。なお、実質的に同一の部材は同一の符号を付して説明する。
図１は、本発明の金属ナノワイヤーの製造方法に使用する合成装置の構成を示す図である。この合成装置は、液体槽１の外側に液体槽１を冷却するための水冷手段２と、基板３を保持し、かつ、基板３に電流を流すための電極４を有する基板ホルダー５と、液体槽１から蒸発する有機液体蒸気を冷却凝縮して液体槽１に戻す水冷パイプ６からなる凝縮手段７と、基板ホルダー５と凝縮手段７とＮ2 ガスを導入するバルブ８とを保持する蓋９を有し、液体槽１と蓋９で有機液体１０を密閉して保持する構成である。
【００１１】
この装置によれば、有機液体１０の温度を沸点未満に保持することができると共に、基板３の温度を高温に保持でき、金属ナノワイヤーの合成が可能になる。また、有機液体１０の気相が凝縮されてもどるため原料の有機液体を無駄にすることがなく、さらに有機気相と空気との混合による爆発、炎上の危険がない。また、不活性ガス導入手段としてのバルブ８を有するから、液体槽１中での有機気相と空気との混合による爆発、炎上の危険がない。
【００１２】
次に、本発明の第１の金属ナノワイヤーの合成方法を図１の装置を使用し、基板に導電性のＳｉを使用する場合を例にとって説明する。
有機液体１０は、例えば、メタノール（ＣＨ3 ＯＨ）、エタノール（Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ）やオクタノール（Ｃ8 Ｈ17ＯＨ）等のアルコールであり、有機液体１０に有機金属錯体、例えば、フェロセン（Ｆｅ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ）、または鉄カルボニル（Ｆｅ（ＣＯ）5 ）、Ｆｅ3 （ＣＯ）12）を溶解する。有機金属錯体の溶解量は多くても少なくてもかまわない。
そして、電極４を介してＳｉ基板３に電流を流して加熱する。基板温度が８００℃以上の所定の温度になる電流を流し、合成中もこの電流値に保つ。Ｓｉ基板表面からアルコールのガスからなる気泡が発生すると共に、Ｓｉ基板表面がこの気泡によって覆われる。この際、アルコール１０の温度をアルコールの沸点以下に保つことが必要であり、水冷手段２を用いて冷却する。また気相のアルコールを凝縮手段７により液体に戻し、液体槽１に戻す。
カーボンナノチューブが所望の長さになる一定時間、合成装置を上記の状態に保つことにより、カーボンナノチューブに覆われた所望の長さの金属ナノワイヤーが合成される。
【００１３】
次に、本発明の第２の金属ナノワイヤーの製造方法を説明する。この方法は、第１の金属ナノワイヤーの製造方法と比べると、有機液体１０がアルコールのみであって、有機金属錯体を含まないこと、及び、基板が基板表面に触媒層を有していることのみが異なり、他は同一である。
基板表面の触媒層は、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の金属層を蒸着等の薄膜形成手段で基板上に積層しても良く、あるいは、基体となる物質にこれらの金属元素を含浸させた厚膜を基板に塗布しても良い。
【００１４】
本発明の金属ナノワイヤーの合成メカニズムは、以下のように考えられる。 図２は、本発明の金属ナノワイヤーの合成メカニズムを示す図である。図において、基板３の表面は約８００℃以上の高温であり、この高温によって有機液体１０中の有機金属錯体が分解し、基板３上に金属液体微粒子２２が析出する。一方、基板３の表面に隣接する有機液体１０は有機液体の沸点以下の温度、例えばメタノールの場合６０℃以下である。また、基板３の表面は、有機液体のガス（Ｃn Ｈm ）２１で覆われており、基板３の表面から有機液体１０に向かって急激な温度勾配が存在する。この急激な温度勾配と金属液体微粒子２２の触媒作用とにより、有機液体１０中で特異な熱分解反応が生じ、金属液体微粒子２２に溶け込むカーボン原子が生成するものと考えられる。すなわち、非熱平衡状態における金属の触媒反応によりカーボン原子が生成する。
【００１５】
生成したカーボン原子は金属液体微粒子２２に過飽和に溶け込み、基板３の表面の温度勾配により、金属液体微粒子２２中のカーボン原子が金属液体微粒子２２の表面に析出して成長核を形成する。この成長核に金属液体微粒子２２中からカーボン原子が連続的に供給されてカーボンナノチューブ２３が成長すると共にカーボンナノチューブ２３中に金属液体微粒子２２の金属２４が析出し、金属ナノワイヤー２４を内包したカーボンナノチューブ２３が成長する。なお、基板３上の金属液体微粒子２２は、金属２４がカーボンナノチューブ２３に析出することによって減少するが、同時に有機液体１０中の有機金属錯体が分解して金属原子が供給され、基板３上で一定の大きさを保つと考えられる。
第２の金属ナノワイヤーの製造方法においては、基板上の触媒層の金属元素が同様の作用をすると考えられる。
【００１６】
次に、実施例を示す。
この実施例は本発明の第１の金属ナノワイヤーの製造方法を用いて合成した。高純度メタノール（９９．７％）を有機液体として用い、このメタノールに、フェロセン（Ｆｅ（Ｃ2 Ｈ5 ）2 ）をモル比で約１％溶解した。基板には、低抵抗（０．００２Ωｃｍ）Ｓｉ（１００）面方位、寸法１０×２０×１ｍｍ3 を用いた。Ｓｉ基板は、アセトン中で超音波洗浄し、３％フッ酸溶液でエッチングして洗浄した。
このＳｉ基板を、図１の基板ホルダー３に配置し、直流電流を流し、９３０℃に加熱した。多数の泡が生成してメタノール液表面に上昇し、Ｓｉ基板表面はこの泡で覆われた。液体槽１中のメタノールの温度は約６０℃に上昇した。メタノールの温度を沸騰点よりも低くするため冷却手段２を用いて冷却した。また、蒸発したメタノールは凝縮手段７で回収した。Ｓｉ基板温度は、光学放射温度計を使用し、焦点を基板表面に合わせて測定した。Ｓｉ基板に流す電流は成長中一定に保った。基板温度は、カーボンナノチューブの長さが長くなるに従ってゆっくりと減少することが観測された。
【００１７】
図３は、合成した金属ナノワイヤーの透過電子顕微鏡像を示す図である。図において、上部中央やや右から、左に曲がりながら、下部中央やや左に伸びているものが合成された金属ナノワイヤーを内包したカーボンナノチューブであり、カーボンナノチューブの中央に黒く見えるものがＦｅナノワイヤーである。図のスケールと比較すると、この金属ナノワイヤーは、径が約２０〜６０ｎｍであることがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
上記説明から理解されるように、本発明の金属ナノチューブの合成方法は、有機金属錯体を溶解した有機液体中で基板を加熱するか、あるいは金属を含有した触媒層を積層した基板を有機液体中で加熱するという工程だけで、カーボンナノチューブ内に金属ナノワイヤーを合成でき、酸化雰囲気中で加熱すれば容易にカーボンナノチューブを取り去ることができるので、極めて容易に、かつ低コストで合成することができる。原料は、半導体工業で大量に使用されている有機液体や有機金属錯体を使用でき、低コストである。また、合成装置は、基板を加熱する装置、例えば、導電性基板を使用した場合には基板に電流を流して加熱する電源、有機液体を保持する容器、及び有機液体の温度を制御する水冷装置があればよいので、装置コストが低い。
従って、本発明の方法によれば、金属ナノワイヤーを、工業上の使用が可能なコストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の金属ナノワイヤーの製造方法に用いる装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の金属ナノワイヤーの製造方法の金属ナノワイヤーの合成メカニズムを説明する図である。
【図３】合成した金属ナノワイヤーの透過電子顕微鏡像を示す図である。
【符号の説明】
１ 液体槽
２ 水冷手段
３ 基板
４ 電極
５ 基板ホルダー
６ 水冷管
７ 凝縮手段
８ バルブ
９ 蓋
１０ 有機液体
１１ 冷却水
２１ 有機液体のガス（Ｃn Ｈm ）
２２ 金属液体微粒子
２３ カーボンナノチューブ
２４ 金属ナノワイヤー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for synthesizing metal nanowires.
[0002]
[Prior art]
Metal nanowires having a diameter of about 10 nm to 100 nm are expected as wiring materials for nanoelectronics (see Non-Patent Document 1). In addition, metal nanowires having a substance size of the order of nanometers have a so-called quantum size effect and can use various quantum effects. Metals such as Pd, Pt, Fe, Co, and Ni are widely used as catalysts. However, since the nanowires of these metals have an extremely large surface area compared to the volume, the catalytic effect is remarkably increased.
Thus, although the metal nanowire is expected to be useful in various industrial fields, a manufacturing method that can be produced at a cost that can be used industrially has not yet been established.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
A conventional method for producing metal nanowires is a method called a mold method. For example, carbon nanotubes are synthesized by arc discharge, etc., and the generated tube is closed at the end, so that it is subjected to opening treatment, and then the metal salt of the target metal is supported and then fired to form a metal using carbon nanotubes as a template. Nanowires were synthesized (see Non-Patent Document 2). Also, CVD (Chemical Vapor Deposition) methods using alumina pores and silica pores as templates and methods of synthesizing by photosynthesis (see Non-Patent Documents 3, 4, and 5) have been tried. In either case, a high-cost apparatus is required and a plurality of processes are required, so that it cannot be produced at a cost that can be used industrially.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
“All about Nanotechnology” supervised by Tomoji Kawai, page 143 of Industrial Research Co., Ltd. [Non-patent Document 2]
P. M.M. Ajayan, S .; Iijima, Nature, 361, 333 (1993)
[Non-Patent Document 3]
Catalyst Vol. 40 No. 7 515-521 (1998)
[Non-Patent Document 4]
Bhabendra K.B. Pradhan, Takashi Kyotaniand Akira Tomita “Nickel nanowires of 4nm diameter in the cavity of carbon nanotubes
[Non-Patent Document 5]
Catalyst Vol. 43 No. 8 609-614 (2001)
[0005]
An object of this invention is to provide the manufacturing method of the metal nanowire which can be manufactured at a very low cost in view of the said subject.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first method for producing metal nanowires according to the present invention synthesizes carbon nanotubes by heating a substrate in an organic liquid in which an organometallic complex is dissolved, and at the same time, A metal nanowire is synthesized by depositing a metal of an organometallic complex therein.
Moreover, the second method for producing metal nanowires of the present invention synthesizes carbon nanotubes by heating a substrate on which a metal-containing catalyst layer is laminated in an organic liquid, and at the same time, inside the carbon nanotubes. Metal nanowires are synthesized by depositing metal in the catalyst layer.
Preferably, the organometallic complex in the first production method is an organometallic complex of Pd, Pt, Fe, Co, or Ni. The organometallic complex containing Fe as a metal is preferably ferrocene or iron carbonyl.
Preferably, the metal contained in the catalyst layer in the second production method is Pd, Pt, Fe, Co, or Ni.
Furthermore, the organic liquid in the first and second production methods is an alcohol, preferably methanol, ethanol, or octanol.
Preferably, the substrate in the first and second manufacturing methods is Si.
Further, the heating temperature of the substrate is preferably 800 ° C. or higher.
[0007]
According to the first manufacturing method, by heating the substrate to a high temperature in the organic liquid, the organometallic complex in the organic liquid in the vicinity of the substrate is decomposed to produce a metal element, and this metal element serves as a catalyst. Then, the organic liquid in the vicinity of the substrate is decomposed to generate carbon atoms. Carbon nanotubes based on the carbon atoms grow on the substrate, and metal elements are deposited in the carbon nanotubes to synthesize metal nanowires.
According to this method, the metal nanowire can be synthesized in the carbon nanotube only by heating the substrate in an organic liquid in which the organometallic complex is dissolved, and the carbon nanotube can be easily removed by heating in an oxidizing atmosphere. Therefore, it can be synthesized very easily and at low cost.
As the raw material, organic liquids and organometallic complexes used in large quantities in the semiconductor industry can be used, and the cost is low.
In addition, the synthesizer is a device that heats the substrate, for example, when a conductive substrate is used, a power source that heats the substrate by heating, a container that holds the organic liquid, and a water cooling device that controls the temperature of the organic liquid Therefore, the apparatus cost is low.
[0008]
According to the second manufacturing method, by heating the substrate to a high temperature in the organic liquid, the metal in the catalyst layer laminated on the substrate becomes a catalyst to decompose the organic liquid in the vicinity of the substrate to generate carbon atoms, The carbon nanotubes by the carbon atoms grow on the substrate, and the metal element of the catalyst layer is deposited in the carbon nanotubes to synthesize metal nanowires.
According to this method, metal nanowires can be synthesized in carbon nanotubes only by heating the substrate on which the metal-containing catalyst layer is laminated in an organic liquid. Since the nanotubes can be removed, they can be synthesized very easily and at low cost. The raw material can be an organic liquid or a metal element used in large quantities in the semiconductor industry, and is low in cost.
In addition, the synthesizer is a device that heats the substrate, for example, when a conductive substrate is used, a power source that heats the substrate by heating, a container that holds the organic liquid, and a water cooling device that controls the temperature of the organic liquid Therefore, the apparatus cost is low.
[0009]
As described above, according to the method of the present invention, metal nanowires can be produced at a cost that allows industrial use.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The synthesis apparatus used for the manufacturing method of the metal nanowire of this invention is demonstrated, and the manufacturing method of this invention is demonstrated based on this apparatus. Note that substantially the same members will be described with the same reference numerals.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a synthesis apparatus used in the method for producing metal nanowires of the present invention. This synthesizer includes a water cooling means 2 for cooling the liquid tank 1 outside the liquid tank 1, a substrate holder 5 that holds the substrate 3 and has an electrode 4 for passing a current through the substrate 3, a liquid A lid 9 holding a condensing means 7 comprising a water-cooled pipe 6 that cools and condenses the organic liquid vapor evaporating from the tank 1 and returns it to the liquid tank 1, a substrate holder 5, the condensing means 7, and a valve 8 for introducing N 2 gas. The organic liquid 10 is hermetically sealed and held by the liquid tank 1 and the lid 9.
[0011]
According to this apparatus, the temperature of the organic liquid 10 can be maintained below the boiling point, the temperature of the substrate 3 can be maintained at a high temperature, and metal nanowires can be synthesized. Moreover, since the vapor phase of the organic liquid 10 is condensed, the raw organic liquid is not wasted, and there is no danger of explosion and flame due to mixing of the organic vapor phase and air. Further, since the valve 8 as the inert gas introduction means is provided, there is no danger of explosion and flame due to mixing of the organic gas phase and air in the liquid tank 1.
[0012]
Next, the method for synthesizing the first metal nanowire of the present invention will be described by taking the case of using conductive Si for the substrate by using the apparatus of FIG.
The organic liquid 10 is, for example, an alcohol such as methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), octanol (C 8 H 17 OH), or the like, and an organic metal complex such as ferrocene (Fe (C 2 H 5 ) 2 ), or iron carbonyl (Fe (CO) 5 ), Fe 3 (CO) 12 ) is dissolved. The amount of the organometallic complex dissolved may be large or small.
Then, the Si substrate 3 is heated by passing an electric current through the electrode 4. A current that causes the substrate temperature to reach a predetermined temperature of 800 ° C. or higher is passed, and this current value is maintained during synthesis. Bubbles made of alcohol gas are generated from the surface of the Si substrate, and the surface of the Si substrate is covered with the bubbles. At this time, it is necessary to keep the temperature of the alcohol 10 below the boiling point of the alcohol, and the water cooling means 2 is used for cooling. The vapor phase alcohol is returned to the liquid by the condensing means 7 and returned to the liquid tank 1.
By maintaining the synthesizer in the above state for a certain period of time when the carbon nanotubes have a desired length, metal nanowires with a desired length covered with the carbon nanotubes are synthesized.
[0013]
Next, the manufacturing method of the 2nd metal nanowire of this invention is demonstrated. Compared with the manufacturing method of the 1st metal nanowire, this method is that the organic liquid 10 is only alcohol, does not contain an organometallic complex, and that the substrate has a catalyst layer on the substrate surface. Only the difference is the others.
As the catalyst layer on the substrate surface, for example, a metal layer such as Pd, Pt, Fe, Co, or Ni may be laminated on the substrate by a thin film forming means such as vapor deposition, or these metal elements may be used as a base material. A thick film impregnated with may be applied to the substrate.
[0014]
The synthesis mechanism of the metal nanowire of the present invention is considered as follows. FIG. 2 is a view showing a synthesis mechanism of the metal nanowire of the present invention. In the figure, the surface of the substrate 3 is at a high temperature of about 800 ° C. or higher, and the organometallic complex in the organic liquid 10 is decomposed by this high temperature, and the metal liquid fine particles 22 are deposited on the substrate 3. On the other hand, the organic liquid 10 adjacent to the surface of the substrate 3 has a temperature not higher than the boiling point of the organic liquid, for example, 60 ° C. or lower in the case of methanol. Further, the surface of the substrate 3 is covered with an organic liquid gas (C n H m ) 21, and a steep temperature gradient exists from the surface of the substrate 3 toward the organic liquid 10. It is considered that due to this rapid temperature gradient and the catalytic action of the metal liquid fine particles 22, a specific thermal decomposition reaction occurs in the organic liquid 10, and carbon atoms that dissolve in the metal liquid fine particles 22 are generated. That is, carbon atoms are generated by the catalytic reaction of the metal in a non-thermal equilibrium state.
[0015]
The generated carbon atoms are supersaturated in the metal liquid fine particles 22, and the carbon atoms in the metal liquid fine particles 22 are deposited on the surfaces of the metal liquid fine particles 22 due to the temperature gradient of the surface of the substrate 3 to form growth nuclei. Carbon atoms are continuously supplied from the metal liquid fine particles 22 to the growth nuclei to grow the carbon nanotubes 23, and the metal 24 of the metal liquid fine particles 22 is precipitated in the carbon nanotubes 23. Nanotubes 23 grow. Note that the metal liquid fine particles 22 on the substrate 3 decrease as the metal 24 precipitates on the carbon nanotubes 23, but at the same time, the organometallic complex in the organic liquid 10 is decomposed and supplied with metal atoms. It is thought to maintain a certain size.
In the second method for producing metal nanowires, the metal element of the catalyst layer on the substrate is considered to have the same action.
[0016]
Next, an example is shown.
This example was synthesized using the first method for producing metal nanowires of the present invention. High-purity methanol (99.7%) was used as an organic liquid, and ferrocene (Fe (C 2 H 5 ) 2 ) was dissolved in this methanol at a molar ratio of about 1%. The substrate used was a low resistance (0.002 Ωcm) Si (100) plane orientation with dimensions of 10 × 20 × 1 mm 3 . The Si substrate was cleaned by ultrasonic cleaning in acetone and etched with a 3% hydrofluoric acid solution.
This Si substrate was placed on the substrate holder 3 in FIG. 1, a direct current was passed, and it was heated to 930 ° C. A large number of bubbles were generated and rose to the surface of the methanol liquid, and the surface of the Si substrate was covered with the bubbles. The temperature of methanol in the liquid tank 1 rose to about 60 ° C. In order to make the temperature of methanol lower than the boiling point, the cooling means 2 was used for cooling. The evaporated methanol was recovered by the condensing means 7. The Si substrate temperature was measured by using an optical radiation thermometer and focusing on the substrate surface. The current passed through the Si substrate was kept constant during growth. The substrate temperature was observed to decrease slowly as the length of the carbon nanotubes increased.
[0017]
FIG. 3 is a diagram showing a transmission electron microscope image of the synthesized metal nanowires. In the figure, the carbon nanotubes containing the synthesized metal nanowires that turn left from the upper center slightly to the left while extending to the left center are the carbon nanotubes containing the synthesized metal nanowires, and those that appear black in the center of the carbon nanotubes are Fe nanowires It is. Compared with the scale of the figure, it can be seen that this metal nanowire has a diameter of about 20-60 nm.
[0018]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, the method for synthesizing metal nanotubes of the present invention involves heating a substrate in an organic liquid in which an organometallic complex is dissolved, or a substrate in which a metal-containing catalyst layer is laminated in an organic liquid. It is possible to synthesize metal nanowires in carbon nanotubes only by heating in a carbon nanotube, and can easily synthesize carbon nanotubes by heating in an oxidizing atmosphere. . As the raw material, organic liquids and organometallic complexes used in large quantities in the semiconductor industry can be used, and the cost is low. Also, the synthesizer is a device that heats the substrate, for example, when a conductive substrate is used, a power source that heats the substrate by heating, a container that holds the organic liquid, and a water cooling device that controls the temperature of the organic liquid Therefore, the apparatus cost is low.
Therefore, according to the method of the present invention, metal nanowires can be produced at a cost that allows industrial use.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an apparatus used in a method for producing metal nanowires according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a synthesis mechanism of metal nanowires in the method for producing metal nanowires of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a transmission electron microscope image of a synthesized metal nanowire.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid tank 2 Water cooling means 3 Substrate 4 Electrode 5 Substrate holder 6 Water cooling pipe 7 Condensing means 8 Valve 9 Lid 10 Organic liquid 11 Cooling water 21 Organic liquid gas (C n H m )
22 Metal liquid fine particles 23 Carbon nanotubes 24 Metal nanowires
