JP6042314B2 - カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法 - Google Patents
カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6042314B2 JP6042314B2 JP2013246431A JP2013246431A JP6042314B2 JP 6042314 B2 JP6042314 B2 JP 6042314B2 JP 2013246431 A JP2013246431 A JP 2013246431A JP 2013246431 A JP2013246431 A JP 2013246431A JP 6042314 B2 JP6042314 B2 JP 6042314B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- carbon nanotube
- noble metal
- metal alloy
- nanotube growth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 124
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 122
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims description 120
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title claims description 120
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 78
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 78
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 75
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 61
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 59
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 20
- 229910005335 FePt Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 13
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 10
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 9
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 5
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001510 metal chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 2
- WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N N-Vinyl-2-pyrrolidone Chemical compound C=CN1CCCC1=O WHNWPMSKXPGLAX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 229910000923 precious metal alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
- B01J23/8906—Iron and noble metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/16—Preparation
- C01B32/162—Preparation characterised by catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
Description
本発明は、カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法に関する。
カーボンナノチューブは、複数の炭素六員環が平面状に結合してなるグラフェンシートを円筒状に巻いた構造を備える物質であり、巻き方によりアームチェア型、カイラル型、ジグザグ型の３種がある。また、前記３種のカーボンナノチューブは、それぞれ直径やカイラリティにより電気的特性が変化し、金属的性質又は半導体的性質を示す。
このため、使用目的に応じたカーボンナノチューブを得るためには、直径及びカイラリティを制御することが必要とされる。前記カーボンナノチューブの直径及びカイラリティを制御するために、触媒となる金属粒子において、該金属粒子の構成元素が三角格子状に配置されている結晶面を用いることが知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
前記結晶面を備える金属粒子を触媒とするカーボンナノチューブ成長用基板として、基板上に配置されたＳｉＯ２のナノ粒子の表面に、ＳｉＯ２膜とＣｏ膜とをこの順に形成し、熱処理することによりＳｉＯ２膜上にＣｏナノ粒子を形成させたものが知られている（例えば、非特許文献２参照）。
また、カーボンナノチューブ成長用基板として、触媒となる金属の塩化物とポリ（Ｎ−ビニル−２−ピロリドン）とのグリコール溶液を基板上に塗布し、加熱処理してなるものが知られている。前記カーボンナノチューブ成長用基板は、前記金属の塩化物としてＦｅＣｌ３とＨ２ＰｔＣｌ６・６Ｈ２Ｏとを用いることにより、ＦｅとＰｔとのナノ粒子を備える基板を得ることができ、ＦｅＣｌ３とＲｕＣｌ３・３Ｈ２Ｏとを用いることにより、ＦｅとＲｕとのナノ粒子を備える基板を得ることができる（例えば、非特許文献３参照）。
Stephanie Reich, Lan Li, and Jhon Robertson, "Control the chirality of carbon nanotubes by epitaxial growth", Chemical Physics Letters, 2006, 421, pp.469-472
Hongwei Zhu, Kazutomo Suenaga, Ayako Hashimoto, Kouki Urita, Kenji Hata, and Sumio Iijima, "Atomic-Resolution Imaging of the Nucleation Points of Single-Walled Carbon Nanotubes", Small, 2005, 1, No.12, pp.1180-1183
Xuan Wang, Wendo Yue, Maoshuai He, manhong Liu, Jin Zhang, and Zhongfan Liu, "Bimetallic Catalysts for the Efficient Growth of SWNTs on Surfaces", Chem.Mater, 2004, 16, pp.799-805
しかしながら、前記従来のカーボンナノチューブ成長用基板では、カーボンナノチューブを生成させる際の熱により触媒となる金属粒子が凝集してしまい、細径のカーボンナノチューブを高密度に成長させることができないという不都合がある。
本発明は、かかる不都合を解消して、触媒となる金属粒子が凝集することのないカーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明は、基板と該基板上に配設された触媒とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板において、ＭｇＯ（１００）単結晶からなる基板上に、Ｆｅ ｘ Ｐｔ １−ｘ （０．３≦ｘ≦０．７）からなる貴金属合金触媒と、該基板と物質として同一材料であるＭｇＯからなり、該貴金属合金触媒を分散配置する一方、該貴金属合金触媒の形態を表面に｛１１１｝面が露出した正八面体形状に規定する形態規定材料層とを備えることを特徴とする。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板は、基板上に貴金属合金触媒を分散配置する形態規定材料層を備えるので、該形態規定材料層により該貴金属合金触媒の凝集を防止することができる。従って、本発明のカーボンナノチューブ成長用基板によれば、細径のカーボンナノチューブを高密度に成長させることができる。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板によれば、前記形態規定材料層が前記貴金属合金触媒の結晶構造の面方位を制御することにより、該基板上に成長するカーボンナノチューブの直径及びカイラリティを制御することができる。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板は、前記貴金属合金触媒として、例えば、ＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．６）、好ましくはＦｅ ｘ Ｐｔ １−ｘ （０．３≦ｘ≦０．３７）からなるものを用いることができる。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法は、基板と該基板上に配設された触媒とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法において、ＭｇＯ（１００）単結晶からなる基板上にＦｅＰｔからなる貴金属合金をスパッタリングする工程と、該基板上に、Ｆｅ ｘ Ｐｔ １−ｘ （０．３≦ｘ≦０．７）からなる貴金属合金触媒を分散配置する一方、該貴金属合金触媒の形態を表面に｛１１１｝面が露出した正八面体形状に規定する、該基板と物質として同一材料であるＭｇＯからなる形態規定材料をスパッタリングする工程と、該形態規定材料上にさらに該貴金属合金をスパッタリングする工程とを備えることを特徴とする。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法によれば、まず、基板上に前記貴金属合金をスパッタリングすると共に、前記形態規定材料をスパッタリングする。そして、前記形態規定材料上にさらに該貴金属合金をスパッタリングすると、該スパッタリングの熱により該形態規定材料が再構成され、前記貴金属合金の下方に回り込んで前記基板と一体化する挙動を示す。
この結果、前記貴金属合金が粒子状となり貴金属合金触媒が形成されると共に、前記形態規定材料により、該貴金属合金触媒を分散配置する形態を規定する形態規定材料層が形成される。このとき、前記貴金属合金触媒はその一部が前記形態規定材料層中に埋設されることとなり、該貴金属合金触媒の凝集を防止することができると共に、該形態規定材料層により該貴金属合金触媒の結晶構造の面方位を制御することができる。
また、本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法は、前記基板上に該貴金属合金からなる触媒を分散配置する形態を規定する形態規定材料をスパッタリングする工程と、該形態規定材料上にさらに該貴金属合金をスパッタリングする工程とを複数回繰り返すことが好ましい。
本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法によれば、前記形態規定材料をスパッタリングする工程と、該形態規定材料上にさらに前記貴金属合金をスパッタリングする工程とを複数回繰り返すことにより、該貴金属合金触媒の組成（貴金属と遷移金属との原子数比）を制御することができる。
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
図１に示すように、本実施形態のカーボンナノチューブ成長用基板１は、基板２上に配設された貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備える。本実施形態において、貴金属合金触媒３は、貴金属と遷移金属との合金からなり、このような合金として、一般式ＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）で表されるＰｔとＦｅとの合金を挙げることができる。
貴金属合金触媒３が一般式ＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）で表される合金であるとき、基板２としてはＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）と格子定数の近いものを用いることができ、このような基板２として、ＭｇＯ（１００）単結晶を挙げることができる。また、形態規定材料層４は、基板２と物質として同一の材料であるＭｇＯからなる。
形態規定材料層４は、その中に貴金属合金触媒３の一部を埋設することにより、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定すると共に、貴金属合金触媒３の結晶構造の面方位を制御する。この結果、貴金属合金触媒３は、一般式ＦｅｘＰｔ１−ｘにおけるｘの値を０．３〜０．７の範囲、好ましくは０．３〜０．６の範囲、さらに好ましくは０．３〜０．３７の範囲で調整することにより、形態規定材料層４の表面に｛１１１｝面が露出した正八面体形状となり、形態規定材料層４から露出している部分を面取りされた四角錐台形状とすることができる。貴金属合金触媒３はＦｅＰｔ（前記一般式においてｘ＝０．５の場合）からなる場合には、形態規定材料層４から｛１１１｝面が露出する正八面体となる。
本実施形態のカーボンナノチューブ成長用基板１によれば、貴金属合金触媒３が形態規定材料層４中に一部埋設されて分散配置されているので、貴金属合金触媒３の凝集を防止することができ、カーボンナノチューブフォレストを生成させることができる。また、貴金属合金触媒３の結晶構造の面方位が形態規定材料層４により制御されているので、生成するカーボンナノチューブの直径、カイラリティ等を制御することができる。
尚、本明細書において、「カーボンナノチューブフォレスト」とは、カーボンナノチューブ成長用基板１上に高密度に垂直配向して生成したカーボンナノチューブの集合体を意味する。
次に、本実施形態のカーボンナノチューブ成長用基板１の製造方法について説明する。
本実施形態の製造方法では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、例えばＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、６５０〜８００℃の範囲の温度、例えば７４０℃の温度で、例えばＦｅＰｔからなる貴金属合金をスパッタリングする。次に、前記高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、室温付近（１００℃以下）で、例えばＭｇＯからなる形態規定材料をスパッタリングする。そして、前記形態規定材料の上にさらに、前記貴金属合金を前記と同一にしてスパッタリングする。
このようにすると、室温においてスパッタリングされた形態規定材料のＭｇＯが、次のＦｅＰｔからなる貴金属合金のスパッタリングの際の熱により再構成され、ＦｅＰｔの下方に回り込んで基板２のＭｇＯと一体化する挙動を示す。前記ＭｇＯの挙動により、前記ＦｅＰｔが粒子状となりＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．７）からなる貴金属合金触媒３が形成されると共に、前記ＭｇＯにより貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４が形成される。このとき、貴金属合金触媒３はその一部が形態規定材料層４中に埋設されることとなり、形態規定材料層４により貴金属合金触媒３の凝集を防止することができると共に、貴金属合金触媒３の結晶構造の面方位を制御することができる。
本実施形態の製造方法では、基板上に前記貴金属合金をスパッタリングした後、前記形態規定材料をスパッタリングする工程と、該形態規定材料上にさらに前記貴金属合金をスパッタリングする工程とを複数回繰り返すようにしてもよい。このとき、前記形態規定材料及び前記貴金属合金の厚さと繰り返し回数とを変えることにより、貴金属合金触媒３の組成（貴金属（例えばＰｔ）と遷移金属（例えばＦｅ）との原子数比）を制御することができる。
次に、本発明の実施例と比較例とを示す。
〔実施例１〕
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（２５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を４回繰り返した。
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（２５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を４回繰り返した。
この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図２に示す。
図２から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１は、表面に｛１１１｝面が露出した最大径５ｎｍの正八面体粒子がエピタキシャル成長していることが明らかである。また、前記正八面体粒子をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により分析したところ、Ｆｅ６０原子％、Ｐｔ４０原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を、プラズマＣＶＤ装置に配設して、基板温度を７３０℃、プラズマＣＶＤの出力を１００Ｗとし、メタン１０体積％、水素９０体積％からなるガスを供給して、３０分間カーボンナノチューブの合成を行った。得られたカーボンナノチューブの走査型顕微鏡写真を図３に示す。
図３から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いることにより、長さ５０〜１００μｍのカーボンナノチューブフォレストが生成することが明らかである。また、本実施例で得られたカーボンナノチューブについて、ラマンスペクトルのラジアルブリージングモード（ＲＢＭ）から直径を算出したところ、０．８〜１．７ｎｍの直径を備えていることが判明した。
〔実施例２〕
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を０．５ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を０．５ｎｍの厚さにスパッタリングした。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図４に示す。
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を０．５ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を０．５ｎｍの厚さにスパッタリングした。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図４に示す。
図４から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１は、表面に｛１１１｝面が露出した最大径３ｎｍの正八面体粒子がエピタキシャル成長していることが明らかである。また、前記粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ４４原子％、Ｐｔ５６原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。得られたカーボンナノチューブの走査型顕微鏡写真を図５に示す。
図５から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いることにより、長さ３〜５μｍのカーボンナノチューブフォレストが生成することが明らかである。また、本実施例で得られたカーボンナノチューブについて、ラマンスペクトルのＲＢＭから直径を算出したところ、０．８〜１．４ｎｍの直径を備えていることが判明した。
〔実施例３〕
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図６に示す。
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図６に示す。
図６から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１は、表面に｛１１１｝面が露出した最大径８ｎｍの粒子がエピタキシャル成長しており、該粒子は正八面体形状の表面に露出した部分が面取りされて四角錐台形状を備えていることが明らかである。また、前記粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ３７原子％、Ｐｔ６３原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。得られたカーボンナノチューブの走査型顕微鏡写真を図７に示す。
図７から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いることにより、長さ５〜１０μｍのカーボンナノチューブフォレストが生成することが明らかである。また、本実施例で得られたカーボンナノチューブについて、ラマンスペクトルのＲＢＭから直径を算出したところ、０．８〜１．４ｎｍの直径を備えていることが判明した。
〔実施例４〕
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を２回繰り返した。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図８に示す。
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅＰｔからなる貴金属合金を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を２回繰り返した。この結果、基板２上に、貴金属合金触媒３と、貴金属合金触媒３を分散配置する形態を規定する形態規定材料層４とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板１を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の透過型電子顕微鏡写真を図８に示す。
図８から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１は、表面に｛１１１｝面が露出した最大径６ｎｍの粒子がエピタキシャル成長しており、該粒子は正八面体形状の表面に露出した部分が面取りされて四角錐台形状を備えていることが明らかである。また、前記粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ３０原子％、Ｐｔ７０原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。得られたカーボンナノチューブの走査型顕微鏡写真を図９に示す。
図９から、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いることにより、長さ５〜１０μｍのカーボンナノチューブフォレストが生成することが明らかである。また、本実施例で得られたカーボンナノチューブについて、ラマンスペクトルのＲＢＭから直径を算出したところ、０．８〜１．４ｎｍの直径を備えていることが判明した。
〔比較例１〕
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、Ｓｉ基板上に、２５℃の温度でＡｌを５．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、２５℃の温度でＦｅを１．５ｎｍの厚さにスパッタリングし、さらに２５℃の温度でＡｌを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングすることによりカーボンナノチューブ成長用基板を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板の透過型電子顕微鏡写真を図１０に示す。
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、Ｓｉ基板上に、２５℃の温度でＡｌを５．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、２５℃の温度でＦｅを１．５ｎｍの厚さにスパッタリングし、さらに２５℃の温度でＡｌを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングすることによりカーボンナノチューブ成長用基板を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板の透過型電子顕微鏡写真を図１０に示す。
図１０から、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板は、球形状の粒子を備えていることが明らかである。また、前記粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ１００原子％の組成を備えており、ＦｅＰｔ合金とは異なることが判明した。
次に、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。しかし、得られたカーボンナノチューブは、様々な層数のカーボンナノチューブが混在したものとなり、細径のカーボンナノチューブフォレストを得ることはできなかった。
〔比較例２〕
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を４回繰り返すことにより、カーボンナノチューブ成長用基板を得た。本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板上に形成された粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ９２原子％、Ｐｔ８原子％の組成を備えることが判明した。
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を４回繰り返すことにより、カーボンナノチューブ成長用基板を得た。本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板上に形成された粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ９２原子％、Ｐｔ８原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。しかし、得られたカーボンナノチューブは、様々な層数のカーボンナノチューブや、直径の太いカーボンナノチューブが混在したものとなり、細径のカーボンナノチューブフォレストを得ることはできなかった。
〔比較例３〕
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を２回繰り返すことにより、カーボンナノチューブ成長用基板を得た。本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板上に形成された粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ８原子％、Ｐｔ９２原子％の組成を備えることが判明した。
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度で、ＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯからなる形態規定材料を１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該形態規定材料上にさらに、７４０℃の温度でＦｅとＰｔとの２種の金属を、合わせて１．０ｎｍの厚さにスパッタリングする操作を２回繰り返すことにより、カーボンナノチューブ成長用基板を得た。本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板上に形成された粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｆｅ８原子％、Ｐｔ９２原子％の組成を備えることが判明した。
次に、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行ったが、カーボンナノチューブフォレストを得ることはできなかった。
〔比較例４〕
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度でＰｔを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該ＭｇＯにさらに、７４０℃の温度でＰｔを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングすることによりカーボンナノチューブ成長用基板を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板の透過型電子顕微鏡写真を図１１に示す。
本比較例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、ＭｇＯ（１００）からなる基板２上に、７４０℃の温度でＰｔを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングした。次に、室温（６５℃）でＭｇＯを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングし、該ＭｇＯにさらに、７４０℃の温度でＰｔを１．０ｎｍの厚さにスパッタリングすることによりカーボンナノチューブ成長用基板を得た。得られたカーボンナノチューブ成長用基板の透過型電子顕微鏡写真を図１１に示す。
図１１から、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板は、球形状の粒子を備えており、面方位が規定されていないことが明らかである。また、前記粒子をＥＤＸにより分析したところ、Ｐｔ１００原子％の組成を備えており、ＦｅＰｔ合金とは異なることが判明した。
次に、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板を用いた以外は実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行ったが、カーボンナノチューブフォレストを得ることはできなかった。
１…カーボンナノチューブ成長用基板、 ２…基板、 ３…貴金属合金触媒、 ４…形態規定材料層。
Claims (5)
- 基板と該基板上に配設された触媒とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板において、
ＭｇＯ（１００）単結晶からなる基板上に、Ｆｅ ｘ Ｐｔ １−ｘ （０．３≦ｘ≦０．７）からなる貴金属合金触媒と、該基板と物質として同一材料であるＭｇＯからなり、該貴金属合金触媒を分散配置する一方、該貴金属合金触媒の形態を表面に｛１１１｝面が露出した正八面体形状に規定する形態規定材料層とを備えることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板。 - 請求項１記載のカーボンナノチューブ成長用基板において、前記貴金属合金触媒はＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．６）からなることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板。
- 請求項２記載のカーボンナノチューブ成長用基板において、前記貴金属合金触媒はＦｅｘＰｔ１−ｘ（０．３≦ｘ≦０．３７）からなることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板。
- 基板と該基板上に配設された触媒とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法において、
ＭｇＯ（１００）単結晶からなる基板上にＦｅＰｔからなる貴金属合金をスパッタリングする工程と、
該基板上に、Ｆｅ ｘ Ｐｔ １−ｘ （０．３≦ｘ≦０．７）からなる貴金属合金触媒を分散配置する一方、該貴金属合金触媒の形態を表面に｛１１１｝面が露出した正八面体形状に規定する、該基板と物質として同一材料であるＭｇＯからなる形態規定材料をスパッタリングする工程と、
該形態規定材料上にさらに該貴金属合金をスパッタリングする工程とを備えることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法。 - 請求項４記載のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法において、
前記基板上に前記形態規定材料をスパッタリングする工程と、該形態規定材料上にさらに前記貴金属合金をスパッタリングする工程とを複数回繰り返すことを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013246431A JP6042314B2 (ja) | 2012-12-04 | 2013-11-28 | カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法 |
| US14/095,426 US9056312B2 (en) | 2012-12-04 | 2013-12-03 | Substrate for carbon nanotube growth and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012265823 | 2012-12-04 | ||
| JP2012265823 | 2012-12-04 | ||
| JP2013246431A JP6042314B2 (ja) | 2012-12-04 | 2013-11-28 | カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014131952A JP2014131952A (ja) | 2014-07-17 |
| JP6042314B2 true JP6042314B2 (ja) | 2016-12-14 |
Family
ID=50826011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013246431A Expired - Fee Related JP6042314B2 (ja) | 2012-12-04 | 2013-11-28 | カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9056312B2 (ja) |
| JP (1) | JP6042314B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014120162A1 (en) * | 2013-01-30 | 2014-08-07 | Empire Technology Development, Llc | Carbon nanotube-graphene composite |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1390182A (en) * | 1971-03-16 | 1975-04-09 | Johnson Matthey Co Ltd | Catalysis |
| GB1405405A (en) * | 1971-06-25 | 1975-09-10 | Johnson Matthey Co Ltd | Platinum group metal catalysts |
| US4925824A (en) * | 1988-03-31 | 1990-05-15 | Sapienza Richard S | Iron catalyst for preparation of polymethylene from synthesis gas and method for producing the catalyst |
| EP1252360A4 (en) * | 2000-01-07 | 2006-07-26 | Univ Duke | HIGH-PERFORMANCE GAS PHASE STEAM SEPARATION METHOD FOR THE MANUFACTURE OF LARGE-FORMATED, NON-ONE-NANOPHESES |
| KR100886602B1 (ko) * | 2001-05-31 | 2009-03-05 | 도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠 | 터널자기저항소자 |
| JP3537811B2 (ja) * | 2002-03-29 | 2004-06-14 | 独立行政法人 科学技術振興機構 | 単層カーボンナノチューブの製造方法 |
| EP1578529A2 (en) * | 2002-12-20 | 2005-09-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Platinum and rhodium and/or iron containing catalyst formulations for hydrogen generation |
| US7264788B2 (en) * | 2003-11-26 | 2007-09-04 | Cabot Corporation | Fuel reformer catalyst and absorbent materials |
| KR100561856B1 (ko) * | 2004-01-07 | 2006-03-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | 촉매 담체용 짧은 탄소나노튜브, 상기 탄소나노튜브를 이용한 탄소나노튜브 담지 촉매 및 이를 채용한 연료전지 |
| JP4547935B2 (ja) * | 2004-02-24 | 2010-09-22 | 日産自動車株式会社 | 排ガス浄化用触媒、排ガス浄化触媒、及び触媒の製造方法 |
| US7449423B2 (en) * | 2005-01-14 | 2008-11-11 | Headwaters Technology Innovation, Llc | Heat treatment of anchored nanocatalysts in a non-zero oxidation state and catalysts made by such method |
| JP2006273601A (ja) * | 2005-03-28 | 2006-10-12 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | カーボンナノチューブ成長用基板及びカーボンナノチューブの形成方法 |
| JP2007015890A (ja) * | 2005-07-07 | 2007-01-25 | Univ Nagoya | カーボンナノチューブ形成用基材及びその製造方法並びにカーボンナノチューブ |
| JP4979296B2 (ja) | 2006-08-02 | 2012-07-18 | 富士通株式会社 | カーボンナノチューブの製造方法 |
| JP2009173476A (ja) * | 2008-01-22 | 2009-08-06 | Panasonic Corp | カーボンナノチューブ構造体、その製造方法、及びこれを用いたエネルギーデバイス |
| JP2009202148A (ja) * | 2008-01-30 | 2009-09-10 | Hitachi Cable Ltd | 触媒担体の製造方法及び触媒担体 |
| JP5560572B2 (ja) * | 2009-03-04 | 2014-07-30 | 東レ株式会社 | カーボンナノチューブ製造用触媒体、その製造方法およびカーボンナノチューブ含有組成物の製造方法およびカーボンナノチューブ含有組成物 |
| US8309489B2 (en) * | 2009-06-18 | 2012-11-13 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Thermally stable nanoparticles on supports |
| GB201012098D0 (en) * | 2010-07-19 | 2010-09-01 | Cambridge Entpr Ltd | Method and apparatus for forming nanoparticles |
| JP5751467B2 (ja) * | 2010-10-25 | 2015-07-22 | ニッタ株式会社 | Ｆｅ微粒子保持構造、ＣＮＴ生成用触媒およびＣＮＴ製造方法 |
| JP5610298B2 (ja) * | 2011-03-07 | 2014-10-22 | 本田技研工業株式会社 | カーボンナノチューブ成長用基板、その製造方法及び配向カーボンナノチューブの製造方法 |
-
2013
- 2013-11-28 JP JP2013246431A patent/JP6042314B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2013-12-03 US US14/095,426 patent/US9056312B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2014131952A (ja) | 2014-07-17 |
| US20140155250A1 (en) | 2014-06-05 |
| US9056312B2 (en) | 2015-06-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5368323B2 (ja) | 電極を含むカーボンナノチューブの製造方法 | |
| Kuznetsov et al. | In situ and ex situ time resolved study of multi‐component Fe Co oxide catalyst activation during MWNT synthesis | |
| RU2579075C2 (ru) | Углеродные наноструктуры и сетки, полученные химическим осаждением из паровой фазы | |
| JP5737405B2 (ja) | グラフェンナノメッシュの製造方法及び半導体装置の製造方法 | |
| Liu et al. | Synthesis and magnetic properties of Fe3C–C core–shell nanoparticles | |
| JP2009184906A (ja) | カーボンナノチューブ構造体及びその製造方法 | |
| JP2010115778A (ja) | ナノワイヤ構造体の製造方法 | |
| JP6042315B2 (ja) | カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法 | |
| JP5038349B2 (ja) | カーボンナノチューブの製造方法 | |
| Zhu et al. | DFT and tight binding Monte Carlo calculations related to single-walled carbon nanotube nucleation and growth | |
| Jaumann et al. | The synthesis of superparamagnetic cobalt nanoparticles encapsulated in carbon through high‐pressure CVD | |
| Shaikjee et al. | The use of transmission electron microscopy tomography to correlate copper catalyst particle morphology with carbon fiber morphology | |
| Ali et al. | Growth and structure of carbon nanotubes based novel catalyst for ultrafast nano-temperature sensor application | |
| Alexiadis et al. | Influence of the composition of Fe2O3/Al2O3 catalysts on the rate of production and quality of carbon nanotubes | |
| Krishna et al. | Large-scale synthesis of coiled-like shaped carbon nanotubes using bi-metal catalyst | |
| Ghaemi et al. | Bulk production of high-purity carbon nanosphere by combination of chemical vapor deposition methods | |
| JP6042314B2 (ja) | カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法 | |
| KR101313753B1 (ko) | 탄소나노플레이크의 성장 방법 및 이에 의해 형성된 탄소나노플레이크 구조물 | |
| Schäffel et al. | On the catalytic hydrogenation of graphite for graphene nanoribbon fabrication | |
| JP6192042B2 (ja) | カーボンナノチューブ集合体及びその製造方法 | |
| KR101573241B1 (ko) | 3차원 그래핀 구조체 및 이를 이용한 전극 제조방법 | |
| Fang et al. | Enhanced ferromagnetic properties of N2 plasma-treated carbon nanotubes | |
| JP2007091479A (ja) | カーボンファイバの製造方法 | |
| Man et al. | Patterned growth of vertically aligned carbon nanotube arrays using colloidal lithography and plasma enhanced chemical vapor deposition | |
| Mogera et al. | Graphene–Ni (111) synergy influencing crystalline orientation, grain morphology and magnetic properties of poly-Ni |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151126 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160715 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160726 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160921 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20161018 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161109 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6042314 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |