JP7315913B2 - Adsorption device and analysis device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、吸着装置及び分析装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to adsorption devices and analytical devices.
ガス分析装置として、カーボンナノチューブを備えた装置が知られている。このような装置の一例として、特定の分子を選択的に吸着する性質を有する金属錯体でカーボンナノチューブを表面修飾した装置がある。そのような装置によると、ガス中における特定の分子の濃度を測定することが可能である。 A device equipped with carbon nanotubes is known as a gas analyzer. An example of such a device is a device in which a carbon nanotube is surface-modified with a metal complex having a property of selectively adsorbing specific molecules. With such a device it is possible to measure the concentration of specific molecules in the gas.
例えば、或るマンガンフタロシアニンは、アセトンに対する吸着能が高い。カーボンナノチューブは、このマンガンフタロシアニンで表面修飾すると、マンガンフタロシアニンのアセトン吸着量に応じて電気伝導度が変化する。従って、このマンガンフタロシアニンで表面修飾したカーボンナノチューブを備えた装置は、ガス中のアセトン濃度の測定に利用可能である。 For example, certain manganese phthalocyanines have a high adsorption capacity for acetone. When carbon nanotubes are surface-modified with this manganese phthalocyanine, the electrical conductivity changes according to the amount of acetone adsorbed on the manganese phthalocyanine. Therefore, this device with manganese phthalocyanine surface-modified carbon nanotubes can be used to measure the concentration of acetone in gas.
本発明が解決しようとする課題は、吸着性に優れた吸着装置を提供することにある。 A problem to be solved by the present invention is to provide an adsorption device having excellent adsorption properties.
実施形態によれば、基材と、前記基材の一方の主面上に設けられた接着剤層と、前記接着剤層を介して前記基材に各々の一端が支持され、互いから離間した複数のカーボンナノチューブ束であって、前記外部空間から前記貫通孔を介して前記内部空間へと導かれた流体に含まれる１以上の物質を吸着する複数のカーボンナノチューブ束とを備え、前記カーボンナノチューブ束の長さは２０μｍ乃至２００μｍの範囲内にあり、前記接着剤層の厚さは３μｍ乃至２０μｍの範囲内にある吸着装置が提供される。 According to an embodiment, a base material, an adhesive layer provided on one main surface of the base material, and one end of each supported by the base material via the adhesive layer and spaced apart from each other a plurality of carbon nanotube bundles, the plurality of carbon nanotube bundles adsorbing one or more substances contained in a fluid guided from the outer space to the inner space via the through-hole, wherein the carbon nanotube bundles The adsorption device is provided , wherein the length of the bundle is in the range of 20 μm to 200 μm and the thickness of said adhesive layer is in the range of 3 μm to 20 μm.
他の実施形態によれば、前記吸着装置と、前記吸着装置へ流体を導いて、前記流体に含まれる１以上の物質を前記複数のカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路と、前記複数のカーボンナノチューブ束に前記１以上の物質を脱着させる脱着装置と、前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を定量する測定装置と、前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を前記吸着装置から前記測定装置へと導く第２流路とを備えた分析装置が提供される。 According to another embodiment, the adsorption device, a first channel that guides a fluid to the adsorption device to cause the plurality of carbon nanotube bundles to adsorb one or more substances contained in the fluid, and the plurality of carbon nanotube bundles. A desorption device for desorbing the one or more substances from the carbon nanotube bundles, a measuring device for quantifying the one or more substances desorbed from the plurality of carbon nanotube bundles, and the one or more substances desorbed from the plurality of carbon nanotube bundles. and a second flow path for guiding the above substances from the adsorption device to the measurement device.
以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Components having the same or similar functions are denoted by the same reference numerals throughout the drawings, and overlapping descriptions are omitted.
図１に示す分析装置１は、流体に含まれる特定成分を分析するための装置である。流体は、例えば、空気などの雰囲気、呼気、排気ガス、上水、又は下水である。流体が気体である場合、流体に含まれる特定成分は、例えば揮発性有機化合物である。揮発性有機化合物としては、例えばエタン、ペンタン、オクタン、ウンデカン又はアセトン等が挙げられる。 An analysis device 1 shown in FIG. 1 is a device for analyzing a specific component contained in a fluid. The fluid is, for example, an atmosphere such as air, breath, exhaust gases, tap water or sewage. When the fluid is gas, the specific component contained in the fluid is, for example, a volatile organic compound. Volatile organic compounds include, for example, ethane, pentane, octane, undecane, or acetone.
分析装置１は、吸着装置２と、支持体３と、脱着装置４と、導管５ａ及び５ｂと、測定装置６とを含んでいる。 The analytical device 1 comprises an adsorption device 2 , a support 3 , a desorption device 4 , conduits 5 a and 5 b and a measurement device 6 .
吸着装置２は、複数のカーボンナノチューブ束を収容した中空構造を有している。これらカーボンナノチューブ束は、流体中の１以上の物質、即ち、上記成分を物理吸着する。吸着装置２には、その内部空間と外部空間とを連絡する一対の貫通孔が設けられている。吸着装置２の詳細な構造については、後で説明する。 The adsorption device 2 has a hollow structure containing a plurality of carbon nanotube bundles. These carbon nanotube bundles physisorb one or more substances in the fluid, ie the constituents mentioned above. The adsorption device 2 is provided with a pair of through-holes connecting the internal space and the external space. A detailed structure of the adsorption device 2 will be described later.
支持体３は、吸着装置２を支持している。支持体３は、吸着装置２を着脱可能に支持していてもよく、着脱不可能に支持していてもよい。 The support 3 supports the adsorption device 2 . The support 3 may detachably support the adsorption device 2 or may support it non-detachably.
脱着装置４は、上記物質のカーボンナノチューブ束からの脱着を生じさせる。脱着装置４は、例えば、カーボンナノチューブ束又は吸着装置２への加熱、加振若しくは光照射、カーボンナノチューブ束が収容された空間に対する減圧若しくは気体及び液体などの流体の流通、又はそれらの２以上の組み合わせにより、上記物質のカーボンナノチューブ束からの脱着を生じさせる。ここでは、一例として、脱着装置４は抵抗加熱器であるとする。 A desorption device 4 causes desorption of the substance from the carbon nanotube bundle. The desorption device 4 may, for example, heat, vibrate, or irradiate the carbon nanotube bundle or the adsorption device 2, depressurize the space in which the carbon nanotube bundle is accommodated, or circulate fluid such as gas and liquid, or two or more of these. The combination results in the desorption of said substances from the carbon nanotube bundles. Here, as an example, the desorption device 4 is assumed to be a resistance heater.
導管５ａの一端は、吸着装置２の一方の貫通孔に接続されている。導管５ａは、分析装置１の外部から吸着装置２へと流体を導いて、流体に含まれる上記１以上の物質をカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路を構成している。 One end of the conduit 5 a is connected to one through hole of the adsorption device 2 . The conduit 5a constitutes a first flow path that guides the fluid from the outside of the analysis device 1 to the adsorption device 2 and causes the carbon nanotube bundles to adsorb the one or more substances contained in the fluid.
導管５ｂの一端は、吸着装置２の他方の貫通孔に接続されている。導管５ｂの他端は、測定装置６に接続されている。導管５ｂは、カーボンナノチューブ束から脱着させた上記１以上の物質を吸着装置２から測定装置６へと導く第２流路を構成している。 One end of the conduit 5 b is connected to the other through hole of the adsorption device 2 . The other end of conduit 5b is connected to measuring device 6 . The conduit 5 b constitutes a second flow path that guides the one or more substances desorbed from the carbon nanotube bundle from the adsorption device 2 to the measurement device 6 .
測定装置は、カーボンナノチューブ束から脱着させた上記１以上の物質を定量する。測定装置は、例えば、ガスクロマトグラフである。 The measuring device quantifies the one or more substances desorbed from the carbon nanotube bundle. The measuring device is, for example, a gas chromatograph.
この分析装置１による分析では、先ず、導管５ａを介して吸着装置２の内部空間へ流体を供給するとともに、吸着装置２の内部空間から導管５ｂを介して流体を排出する。流体が吸着装置２の内部空間を流通すると、カーボンナノチューブ束は、流体中に含まれる物質の一部を吸着する。カーボンナノチューブ束が十分な量の物質を吸着した後、吸着装置２の内部空間への流体の供給及び吸着装置２の内部空間からの流体の排出を停止する。 In the analysis by the analysis device 1, first, the fluid is supplied to the internal space of the adsorption device 2 through the conduit 5a, and the fluid is discharged from the internal space of the adsorption device 2 through the conduit 5b. When the fluid flows through the internal space of the adsorption device 2, the carbon nanotube bundles adsorb some of the substances contained in the fluid. After the carbon nanotube bundles have adsorbed a sufficient amount of substances, the supply of fluid to the interior space of the adsorption device 2 and the ejection of fluid from the interior space of the adsorption device 2 are stopped.
次いで、脱着装置４を作動させる。カーボンナノチューブ束は、上記物質を化学吸着している訳ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、脱着装置４を作動させると、カーボンナノチューブ束は、吸着している上記物質のほぼ全量を脱着する。この脱着を生じさせると、吸着装置２の内部空間内のガス中での上記物質の濃度は、流体中の上記物質の濃度と比較して高くなる。 Then, the desorption device 4 is operated. The carbon nanotube bundle does not chemisorb the above substances, but only physically adsorbs them. Therefore, when the desorption device 4 is operated, the carbon nanotube bundle desorbs substantially all of the adsorbed substances. When this desorption takes place, the concentration of said substance in the gas within the interior space of the adsorption device 2 is increased compared to the concentration of said substance in the fluid.
その後、吸着装置２の内部空間内のガスを、導管５ｂを介して測定装置６へと供給する。例えば、導管５ａを介して吸着装置２の内部空間へ不活性ガスを供給して、高い濃度で上記物質を含有したガスを、吸着装置２の内部空間から導管５ｂへ介して測定装置６へと送り出す。測定装置６は、上記ガスが含んでいる上記物質を定量する。 The gas in the interior space of adsorption device 2 is then fed to measuring device 6 via conduit 5b. For example, an inert gas is supplied to the interior space of the adsorption device 2 via the conduit 5a, and the gas containing the substance at a high concentration is passed from the interior space of the adsorption device 2 to the measurement device 6 via the conduit 5b. send out. A measuring device 6 quantifies the substance contained in the gas.
例えば、流体が呼気である場合、呼気が含んでいる成分の多くは窒素、酸素、二酸化炭素及び水蒸気であり、呼気中の揮発性有機化合物の濃度は１％以下に過ぎない。従って、呼気をそのままの状態でガスクロマトグラフを用いた分析に供しても、高い精度で定量分析することはできない。 For example, if the fluid is exhaled breath, most of the constituents of exhaled breath are nitrogen, oxygen, carbon dioxide and water vapor, and the concentration of volatile organic compounds in exhaled breath is only 1% or less. Therefore, even if exhaled breath is directly subjected to analysis using a gas chromatograph, it cannot be quantitatively analyzed with high accuracy.
これに対し、この分析装置１では、上記物質の濃度を高めたガスを測定装置６へ供給する。そのため、例えば、測定装置６の分析精度が低くても、十分に高い精度で定量分析することができる。また、測定装置６は、精度が低くてもよいので、寸法が小さく、安価なものを使用することができる。 On the other hand, in this analyzer 1 , the gas in which the concentration of the substance is increased is supplied to the measuring device 6 . Therefore, for example, even if the analysis accuracy of the measuring device 6 is low, quantitative analysis can be performed with sufficiently high accuracy. In addition, since the measuring device 6 may have low accuracy, a small size and inexpensive device can be used.
また、カーボンナノチューブ束は、上記物質を化学吸着している訳ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、吸着装置２は、繰り返し使用することができる。なお、吸着装置２は、１回の分析毎に新品に交換してもよい。 In addition, the carbon nanotube bundle does not chemisorb the above substances, but only physically adsorbs them. Therefore, the adsorption device 2 can be used repeatedly. Note that the adsorption device 2 may be replaced with a new one for each analysis.
更に、吸着装置２では、金属錯体などによる化学吸着ではなく、カーボンナノチューブ束による物理吸着を利用するので、金属錯体による表面修飾などに起因した不均一を生じない。それ故、分析精度がこの不均一性の影響を受けることはない。 Furthermore, since the adsorption device 2 utilizes physical adsorption by carbon nanotube bundles instead of chemical adsorption by metal complexes, non-uniformity caused by surface modification by metal complexes does not occur. Therefore, analytical accuracy is not affected by this non-uniformity.
次に、吸着装置２について詳細に説明する。
図２乃至図４に示すように、吸着装置２は、吸着装置本体２１と、封止部材２２とを含んでいる。
Next, the adsorption device 2 will be described in detail.
As shown in FIGS. 2 to 4, the adsorption device 2 includes an adsorption device main body 21 and a sealing member 22. As shown in FIGS.
吸着装置本体２１は、図５に示すように、基材２１１と、複数のカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄと、接着剤層２１３とを含んでいる。 The adsorption device main body 21 includes a substrate 211, a plurality of carbon nanotube bundles 212a to 212d, and an adhesive layer 213, as shown in FIG.
基材２１１は、一主面に第１領域と第２領域とを含んでいる。第１領域は、基材２１１の一方の主面のうち、接着剤層２１３を介してカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを支持している領域である。第１領域の一例としては、後述するサブ領域が挙げられる。第２領域は、基材２１１の上記主面のうち、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを支持していない領域である。 Base material 211 includes a first region and a second region on one main surface. The first region is a region of one main surface of the base material 211 that supports the carbon nanotube bundles 212 a to 212 d via the adhesive layer 213 . An example of the first area is a sub-area described later. The second region is a region of the main surface of the substrate 211 that does not support the carbon nanotube bundles 212a to 212d.
基材２１１は、例えば薄板状である。基材２１１は、硬質であってもよく、可撓性であってもよい。基材２１１の材料としては、例えば、金属などの導体を使用してもよく、シリコンなどの半導体を使用してもよく、ガラス、酸化マグネシウム、サファイア、及び酸化アルミニウムなどの絶縁体を使用してもよい。 The base material 211 is, for example, a thin plate. Substrate 211 may be rigid or flexible. As the material of the base material 211, for example, a conductor such as metal may be used, a semiconductor such as silicon may be used, and an insulator such as glass, magnesium oxide, sapphire, and aluminum oxide may be used. good too.
基材２１１は、絶縁体からなることが好ましい。例えば、基材２１１が鉄などの導体からなる場合、水分を多く含む流体を使用すると、基材２１１が腐食する可能性がある。これに対し、基材２１１がガラスなどの絶縁体からなる場合、水分を多く含む流体を使用しても、基材２１１の腐食は生じ難い。 Base material 211 is preferably made of an insulator. For example, if the base material 211 is made of a conductor such as iron, the base material 211 may corrode if a fluid containing a large amount of moisture is used. On the other hand, if the base material 211 is made of an insulator such as glass, the base material 211 is less likely to corrode even if a fluid containing a large amount of water is used.
接着剤層２１３は、基材２１１の主面上に設けられている。接着剤層２１３は、例えば、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂からなる。 The adhesive layer 213 is provided on the main surface of the base material 211 . The adhesive layer 213 is made of, for example, epoxy resin or acrylic resin.
接着剤層２１３の厚さは、３μｍ乃至２０μｍの範囲内にあることが好ましく、５μｍ乃至１０μｍの範囲内にあることがより好ましい。接着剤層２１３が厚すぎると、コスト高となる。接着剤層２１３が薄すぎると、後述する転写の際に、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ又はカーボンナノチューブの一部が転写され難い。 The thickness of the adhesive layer 213 is preferably in the range of 3 μm to 20 μm, more preferably in the range of 5 μm to 10 μm. If the adhesive layer 213 is too thick, the cost will be high. If the adhesive layer 213 is too thin, the carbon nanotube bundles 212a to 212d or part of the carbon nanotubes will be difficult to transfer during the transfer described later.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの一端は、第１領域の位置で、接着剤層２１３を介して基材２１１に支持されている。ここでは、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、基材２１１の一方の主面に対して略垂直な方向に延びている。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、真っ直ぐに伸びていてもよく、撓んでいてもよい。 One ends of the carbon nanotube bundles 212a to 212d are supported by the substrate 211 via the adhesive layer 213 at the position of the first region. Here, carbon nanotube bundles 212 a to 212 d extend in a direction substantially perpendicular to one main surface of substrate 211 . Each of the carbon nanotube bundles 212a-212d may be straight or bent.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、図６に示すように、その長さ方向に各々が伸びた多数のカーボンナノチューブ２１２１からなる。カーボンナノチューブ２１２１は、例えば、シングルウォールチューブである。カーボンナノチューブ２１２１は、アームチェアチューブ、ジグザグチューブ、及びカイラルチューブの何れであってもよい。 Each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d consists of a large number of carbon nanotubes 2121 each extending in its length direction, as shown in FIG. Carbon nanotubes 2121 are, for example, single-wall tubes. Carbon nanotubes 2121 may be armchair tubes, zigzag tubes, or chiral tubes.
カーボンナノチューブ２１２１の長さは、例えば、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さとほぼ等しい。カーボンナノチューブ２１２１の直径は、例えば、１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内にある。また、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々において、カーボンナノチューブ２１２１間の距離は、例えば、１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内にある。 The length of the carbon nanotube 2121 is approximately equal to the height of the carbon nanotube bundles 212a-212d, for example. The diameter of the carbon nanotube 2121 is, for example, within the range of 10 nm to 100 nm. Also, in each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d, the distance between the carbon nanotubes 2121 is within the range of 10 nm to 100 nm, for example.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々の径は、例えば、１μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さは、２０μｍ乃至２００μｍの範囲内にあることが好ましく、５０μｍ乃至１００μｍの範囲内にあることがより好ましい。 The diameter of each of the carbon nanotube bundles 212a-212d is, for example, within the range of 1 μm to 100 μm. The height of the carbon nanotube bundles 212a-212d is preferably in the range of 20 μm to 200 μm, more preferably in the range of 50 μm to 100 μm.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、互いから離れて位置している。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ間の距離は、例えば、１μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。 Carbon nanotube bundles 212a-212d are spaced apart from each other. The distance between the carbon nanotube bundles 212a-212d is, for example, in the range of 1 μm to 100 μm.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、基材２１１上の複数の単位領域から伸びている。これら単位領域の各々は、放射状に配置された複数のサブ領域からなる。具体的には、単位領域の各々は、複数のサブ領域からなり、典型的には回転対称性を有している。各サブ領域は、回転軸から外側へ向けて伸びた形状を有している。 Carbon nanotube bundles 212 a - 212 d extend from multiple unit areas on substrate 211 . Each of these unit areas consists of a plurality of sub-areas arranged radially. Specifically, each unit region consists of a plurality of sub-regions and typically has rotational symmetry. Each subregion has a shape extending outward from the axis of rotation.
ここでは、図７に示すように、単位領域２１１０の各々は、放射状に配置された複数のサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄからなる。サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの各々は、単位領域２１１０の中心から外側へ向けて伸びた形状、具体的には、単位領域２１１０の中心側の端が反対側の端と比較して曲率半径がより小さい液滴形状を有している。サブ領域２１１０ａの長さ方向Ｄａは、サブ領域２１１０ｃの長さ方向Ｄｃに対して平行である。サブ領域２１１０ｂの長さ方向Ｄｂは、サブ領域２１１０ｄの長さ方向Ｄｄに対して平行である。方向Ｄａ及びＤｃは、方向Ｄｂ及びＤｄに対して垂直である。 Here, as shown in FIG. 7, each unit region 2110 is composed of a plurality of sub-regions 2110a to 2110d arranged radially. Each of the sub-regions 2110a to 2110d has a shape extending outward from the center of the unit region 2110, specifically, the center-side end of the unit region 2110 has a smaller radius of curvature than the opposite end. It has a droplet shape. Length direction Da of sub-region 2110a is parallel to length direction Dc of sub-region 2110c. Length direction Db of sub-region 2110b is parallel to length direction Dd of sub-region 2110d. Directions Da and Dc are perpendicular to directions Db and Dd.
方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いている。この場合、方向Ｄａが直線Ｌに対して成す角度θａは、例えば、０°より大きく且つ９０°未満の範囲内とする。また、この場合、方向Ｄｂが直線Ｌに対して成す角度θｂは、例えば、９０°より大きく且つ１８０°未満の範囲内とする。更に、この場合、方向Ｄｃが直線Ｌに対して成す角度θｃは、例えば、１８０°より大きく且つ２７０°未満の範囲内とする。そして、この場合、方向Ｄｄが直線Ｌに対して成す角度θｄは、例えば、２７０°より大きく且つ３６０°未満の範囲内とする。ここでは、角度θａ、θｂ、θｃ及びθｄは、それぞれ、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°である。 Directions Da to Dd are inclined with respect to straight line L when viewed from a direction perpendicular to sub-regions 2110a to 2110d, respectively. In this case, the angle θa formed by the direction Da with respect to the straight line L is, for example, greater than 0° and less than 90°. Also, in this case, the angle θb formed by the direction Db with respect to the straight line L is, for example, greater than 90° and less than 180°. Furthermore, in this case, the angle θc formed by the direction Dc with respect to the straight line L is, for example, greater than 180° and less than 270°. In this case, the angle θd formed by the direction Dd with respect to the straight line L is, for example, greater than 270° and less than 360°. Here, the angles θa, θb, θc and θd are 45°, 135°, 225° and 315° respectively.
なお、直線Ｌは、図２乃至図４に示す貫通孔ＴＨ１及びＴＨ２の開口のうち、吸着装置２の内部空間側に位置した開口の中心を通る直線である。方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いていなくてもよい。また、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄは、単位領域２１１０の中心から外側へ向けて伸びた形状を有していなくてもよい。 The straight line L is a straight line passing through the center of the opening positioned on the inner space side of the adsorption device 2 among the openings of the through holes TH1 and TH2 shown in FIGS. The directions Da to Dd do not have to be inclined with respect to the straight line L when viewed from a direction perpendicular to the sub-regions 2110a to 2110d, respectively. Moreover, the sub-regions 2110a to 2110d do not have to have a shape extending outward from the center of the unit region 2110. FIG.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、それらの高さ全体に亘り、高さ方向に垂直な断面の形状が、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの形状とそれぞれほぼ等しい。図７に示す単位領域２１１０は、基材２１１上で縦横に配列している。図２乃至図４に示すように、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄから各々がなる単位構造２１２も、単位領域２１１０の配列に対応して基材２１１上で縦横に配列している。 The carbon nanotube bundles 212a-212d have cross-sectional shapes perpendicular to the height direction that are approximately equal to the shapes of the sub-regions 2110a-2110d, respectively, over their entire height. The unit regions 2110 shown in FIG. 7 are arranged vertically and horizontally on the substrate 211 . As shown in FIGS. 2 to 4, the unit structures 212 each composed of the carbon nanotube bundles 212a to 212d are also arranged vertically and horizontally on the substrate 211 corresponding to the arrangement of the unit regions 2110. FIG.
ここでは、単位領域２１１０の各々を４つのサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄで構成しているが、単位領域２１１０の各々は、２つ、３つ、又は５つ以上のサブ領域で構成してもよい。或いは、単位領域２１１０の各々は、連続した１つの領域であってもよい。 Here, each unit region 2110 is composed of four sub-regions 2110a to 2110d, but each unit region 2110 may be composed of two, three, or five or more sub-regions. Alternatively, each of the unit regions 2110 may be one continuous region.
封止部材２２は、例えば薄板状である。封止部材２２は、硬質であってもよく、可撓性であってもよい。ここでは、一例として、封止部材２２はガラス板であるとする。封止部材２２としてガラス板を使用した場合、後述する凹部や貫通孔の形成が容易である。 The sealing member 22 is, for example, a thin plate. The sealing member 22 may be rigid or flexible. Here, as an example, the sealing member 22 is assumed to be a glass plate. When a glass plate is used as the sealing member 22, it is easy to form recesses and through holes, which will be described later.
図４に示すように、封止部材２２は、その一方の主面に、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３と、溝ＧＲ１及びＧＲ２とを有している。凹部ＲＳ３は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ２との間に位置している。溝ＧＲ１は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡している。溝ＧＲ２は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ２とを連絡している。 As shown in FIG. 4, the sealing member 22 has recesses RS1 to RS3 and grooves GR1 and GR2 on one main surface. The recess RS3 is positioned between the recess RS1 and the recess RS2. The groove GR1 connects the recess RS1 and the recess RS3. The groove GR2 connects the recess RS1 and the recess RS2.
ここでは、２つの溝ＧＲ１で凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡しているが、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡する溝ＧＲ１の数は、１であってもよく、３以上であってもよい。また、ここでは、２つの溝ＧＲ２で凹部ＲＳ２と凹部ＲＳ３とを連絡しているが、凹部ＲＳ２と凹部ＲＳ３とを連絡する溝ＧＲ２の数は、１であってもよく、３以上であってもよい。 Here, two grooves GR1 connect the recesses RS1 and RS3, but the number of grooves GR1 connecting the recesses RS1 and RS3 may be one, or three or more. . Further, here, two grooves GR2 connect the recess RS2 and the recess RS3, but the number of grooves GR2 connecting the recess RS2 and the recess RS3 may be one, or three or more. good too.
封止部材２２は、凹部ＲＳ３の底面が単位構造２１２と向き合うように基材２１１に接合されている。封止部材２２は、図３に示すように、基材２１１とともに中空構造を形成している。具体的には、この中空構造において、図４に示す凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３は、それぞれ、図２及び図３に示すチャンバＣＨ１乃至ＣＨ３を形成している。図４に示す溝ＧＲ１及びＧＲ２は、それぞれ、図２に示すように、チャンバＣＨ１及びＣＨ３を連絡する流路ＦＰ１、及び、チャンバＣＨ２及びＣＨ３を連絡する流路ＦＰ２を構成している。なお、単位構造２１２は、チャンバＣＨ３内に位置している。 The sealing member 22 is joined to the base material 211 so that the bottom surface of the recess RS3 faces the unit structure 212 . The sealing member 22 forms a hollow structure together with the base material 211, as shown in FIG. Specifically, in this hollow structure, the recesses RS1 to RS3 shown in FIG. 4 form the chambers CH1 to CH3 shown in FIGS. 2 and 3, respectively. The grooves GR1 and GR2 shown in FIG. 4 constitute a channel FP1 connecting the chambers CH1 and CH3 and a channel FP2 connecting the chambers CH2 and CH3, respectively, as shown in FIG. Note that the unit structure 212 is located inside the chamber CH3.
図４に示すように、封止部材２２は、凹部ＲＳ１及びＲＳ２の底部に対応した位置に、第１貫通孔ＴＨ１及び第２貫通孔ＴＨ２を有している。貫通孔ＴＨ１は、チャンバＣＨ１を吸着装置２の外部空間と連絡している。貫通孔ＴＨ２は、チャンバＣＨ２を吸着装置２の外部空間と連絡している。貫通孔ＴＨ１の数は２以上であってもよい。また、貫通孔ＴＨ２の数も２以上であってもよい。 As shown in FIG. 4, the sealing member 22 has a first through hole TH1 and a second through hole TH2 at positions corresponding to the bottoms of the recesses RS1 and RS2. The through hole TH1 communicates the chamber CH1 with the external space of the adsorption device 2 . The through hole TH2 communicates the chamber CH2 with the external space of the adsorption device 2 . The number of through holes TH1 may be two or more. Also, the number of through holes TH2 may be two or more.
封止部材２２には、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３並びに溝ＧＲ１及びＧＲ２を設けなくてもよい。即ち、封止部材２２の基材２１１と向き合う面は、平坦であってもよい。この場合、例えば、基材２１１の封止部材２２と向き合う面に、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３並びに溝ＧＲ１及びＧＲ２を設ける。そして、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、凹部ＲＳ３の底面に配置する。 The sealing member 22 may not have the recesses RS1 to RS3 and the grooves GR1 and GR2. That is, the surface of the sealing member 22 facing the base material 211 may be flat. In this case, for example, recesses RS1 to RS3 and grooves GR1 and GR2 are provided on the surface of the base material 211 facing the sealing member 22 . The carbon nanotube bundles 212a to 212d are arranged on the bottom surface of the recess RS3.
封止部材２２は省略することができる。例えば、図１に示す分析装置１が、吸着装置本体２１を収容し且つ吸着装置２について上述した中空構造と同様の機能を有している容器を含んでいる場合、封止部材２２は省略してもよい。或いは、図１に示す分析装置１が、封止部材２２と同様の機能を有している部材、即ち、基材２１１と組み合わせることによりカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを収容する中空構造を形成する部材を含んでいる場合、封止部材２２は省略してもよい。 The sealing member 22 can be omitted. For example, if the analyzer 1 shown in FIG. 1 includes a container that houses the adsorption device main body 21 and has the same function as the hollow structure described above for the adsorption device 2, the sealing member 22 is omitted. may Alternatively, the analysis apparatus 1 shown in FIG. 1 may be a member having the same function as the sealing member 22, that is, a member that forms a hollow structure that accommodates the carbon nanotube bundles 212a to 212d by combining with the base material 211. , the sealing member 22 may be omitted.
この吸着装置２は、例えば、以下の方法によって製造する。
先ず、図８に示すように、シリコン基板２３２を準備する。次に、シリコン基板２３２上に、下地層２３１を形成する。具体的には、シリコン基板２３２上に、下地層２３１としてバリア層２３１ａ及び触媒層２３１ｂをこの順に形成する。バリア層２３１ａ及び触媒層２３１ｂの各々は、例えば、マスクを用いたスパッタリング法により形成する。
This adsorption device 2 is manufactured, for example, by the following method.
First, as shown in FIG. 8, a silicon substrate 232 is prepared. Next, a base layer 231 is formed on the silicon substrate 232 . Specifically, a barrier layer 231a and a catalyst layer 231b are formed in this order as the base layer 231 on the silicon substrate 232 . Each of the barrier layer 231a and the catalyst layer 231b is formed by, for example, a sputtering method using a mask.
バリア層２３１ａは、触媒層２３１ｂを構成している材料がシリコン基板２３２へと拡散するのを抑制する。バリア層２３１ａは、例えば、アルミナ、二酸化シリコン、五酸化タンタル、又は酸化ハフニウムからなる。 The barrier layer 231 a suppresses diffusion of the material forming the catalyst layer 231 b into the silicon substrate 232 . The barrier layer 231a is made of alumina, silicon dioxide, tantalum pentoxide, or hafnium oxide, for example.
触媒層２３１ｂは、カーボンナノチューブ生成のシード及びその成長を促進する触媒としての役割を果たす。触媒層２３１ｂは、シリコン基板２３２上に離間して形成する。触媒層２３１ｂは、例えば、鉄などの金属からなる。 The catalyst layer 231b serves as a seed for carbon nanotube generation and a catalyst that promotes the growth thereof. The catalyst layer 231b is formed on the silicon substrate 232 with a space therebetween. The catalyst layer 231b is made of metal such as iron, for example.
次に、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）法により、カーボンナノチューブ２１２１を生成及び成長させる。触媒層２３１ｂの存在により、カーボンナノチューブ２１２１の生成及び成長は、触媒層２３１ｂの位置で選択的に生じる。その結果、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄが得られる。 Carbon nanotubes 2121 are then generated and grown, for example, by chemical vapor deposition (CVD). Due to the existence of the catalyst layer 231b, the generation and growth of the carbon nanotubes 2121 occur selectively at the position of the catalyst layer 231b. As a result, carbon nanotube bundles 212a to 212d are obtained.
次に、一方の主面に接着剤層２１３を設けた基材２１１を準備する。そして、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄをシリコン基板２３２から接着剤層上に転写する。なお、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄと触媒層２３１ｂとの間の接合強度は、バリア層２３１ａと触媒層２３１ｂとの間の接合強度及びバリア層２３１ａとシリコン基板２３２との間の接合強度よりも弱い。従って、転写の際に、バリア層２３１ａ及び触媒層２３１ｂはシリコン基板２３２上に残留する。 Next, a substrate 211 having an adhesive layer 213 provided on one main surface is prepared. Then, the carbon nanotube bundles 212a to 212d are transferred from the silicon substrate 232 onto the adhesive layer. The bonding strength between the carbon nanotube bundles 212a to 212d and the catalyst layer 231b is weaker than the bonding strength between the barrier layer 231a and the catalyst layer 231b and the bonding strength between the barrier layer 231a and the silicon substrate 232. . Therefore, the barrier layer 231a and the catalyst layer 231b remain on the silicon substrate 232 during transfer.
なお、基材２１１が可撓性であると、これを転写の際に撓ませることができる。それ故、接着剤層２１３を、シリコン基板２３２上のカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄへ容易に接触させることができる。また、基材２１１が可撓性である場合、これを、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄとともに、シリコン基板２３２から剥離することも容易である。 If the base material 211 is flexible, it can be bent during transfer. Therefore, the adhesive layer 213 can be easily brought into contact with the carbon nanotube bundles 212 a - 212 d on the silicon substrate 232 . Also, if the base material 211 is flexible, it can be easily separated from the silicon substrate 232 together with the carbon nanotube bundles 212a to 212d.
次に、このようにして得られた吸着装置本体２１と、別途用意した封止部材２２とを、図３に示すように接合する。吸着装置本体２１と封止部材２２とは、例えば、表面活性化接合法により直接接合することができる。或いは、吸着装置本体２１と封止部材２２とは、接着剤を使用して接合することもできる。前者の場合、接着剤に含まれる成分が測定に影響を及ぼすことがない。
以上のようにして、図２乃至図４に示す吸着装置２を得る。
Next, the suction device main body 21 thus obtained and the separately prepared sealing member 22 are joined together as shown in FIG. The adsorption device main body 21 and the sealing member 22 can be directly bonded by, for example, a surface activated bonding method. Alternatively, the adsorption device main body 21 and the sealing member 22 can be joined using an adhesive. In the former case, the components contained in the adhesive do not affect the measurement.
As described above, the adsorption device 2 shown in FIGS. 2 to 4 is obtained.
なお、上述した製造方法では、バリア層２３１ａは、シリコン基板２３２の主面の一部に設けられているが、基材２１１の主面全体を覆うように設けてもよい。バリア層２３１ａは省略することができる。 In addition, in the manufacturing method described above, the barrier layer 231 a is provided on a part of the main surface of the silicon substrate 232 , but may be provided so as to cover the entire main surface of the base material 211 . The barrier layer 231a can be omitted.
次に、この吸着装置２における流体の流れ等について説明する。
吸着時には、図２などに示す貫通孔ＴＨ１を介して、吸着装置２の内部空間へ流体を供給する。
Next, the flow of fluid, etc. in this adsorption device 2 will be described.
At the time of adsorption, fluid is supplied to the internal space of the adsorption device 2 through the through holes TH1 shown in FIG. 2 and the like.
貫通孔ＴＨ１を通過した流体は、先ず、チャンバＣＨ１に到達する。チャンバＣＨ１とチャンバＣＨ３とは複数の流路ＦＰ１によって接続しているので、流体の流れは、流路ＦＰ１によって複数の流れへと分けられる。チャンバＣＨ３には複数個所から流体を供給するので、チャンバＣＨ３のうちチャンバＣＨ１近傍の領域において、流速に大きなばらつきを生じることはない。 The fluid that has passed through the through hole TH1 first reaches the chamber CH1. Since the chambers CH1 and CH3 are connected by a plurality of channels FP1, the fluid flow is divided into a plurality of flows by the channels FP1. Since the fluid is supplied to the chamber CH3 from a plurality of locations, there is no large variation in flow velocity in the region of the chamber CH3 near the chamber CH1.
これら流れは、チャンバＣＨ３において合流する。流体がチャンバＣＨ３を通過する過程で、単位構造２１２を構成しているカーボンナノチューブ束は、流体が含んでいる１以上の物質を吸着する。 These streams join in chamber CH3. As the fluid passes through the chamber CH3, the carbon nanotube bundles forming the unit structure 212 adsorb one or more substances contained in the fluid.
その後、この流体の流れは、流路ＦＰ２によって複数の流れへと分けられ、チャンバＣＨ２において合流する。チャンバＣＨ３からは複数個所から流体を排出するので、チャンバＣＨ３のうちチャンバＣＨ２近傍の領域において、流速に大きなばらつきを生じることはない。 This fluid flow is then split into a plurality of flows by flow path FP2 and joins in chamber CH2. Since the fluid is discharged from the chamber CH3 from a plurality of locations, there is no large variation in flow velocity in the region of the chamber CH3 near the chamber CH2.
チャンバＣＨ２に到達した流体は、貫通孔ＴＨ２を介して、吸着装置２の外部へと排出する。 The fluid that has reached the chamber CH2 is discharged to the outside of the adsorption device 2 via the through hole TH2.
脱着時には、図１に示す脱着装置４を作動させる。図５に示すカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、上記物質を化学吸着ではなく、物理吸着しているだけであるので、図１に示す脱着装置４を作動させると、図５に示すカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、吸着している上記物質のほぼ全量を脱着する。この脱着を生じさせると、図２及び図３に示す吸着装置２の内部空間内のガス中での上記物質の濃度は、流体中の上記物質の濃度と比較して高くなる。 At the time of attachment/detachment, the attachment/detachment device 4 shown in FIG. 1 is operated. Since the carbon nanotube bundles 212a to 212d shown in FIG. 5 are not chemically adsorbed but only physically adsorbed, when the desorption device 4 shown in FIG. 1 is operated, the carbon nanotube bundle 212a shown in FIG. 212d desorb substantially all of the adsorbed substances. When this desorption takes place, the concentration of the substance in the gas within the interior space of the adsorption device 2 shown in FIGS. 2 and 3 is increased compared to the concentration of the substance in the fluid.
その後、例えば、貫通孔ＴＨ１を介して吸着装置２の内部空間へ不活性ガスを供給することにより、上記物質を高い濃度で含んだガスを、貫通孔ＴＨ２を介して吸着装置２の外部へと排出する。なお、吸着時と同様に、チャンバＣＨ３内では流速に大きなばらつきを生じることはない。従って、比較的少量の不活性ガスを流通させるだけで、上記物質を高い濃度で含んだガスを排出することができる。 Thereafter, for example, by supplying an inert gas into the internal space of the adsorption device 2 through the through-hole TH1, the gas containing the substance at a high concentration is discharged to the outside of the adsorption device 2 through the through-hole TH2. Discharge. It should be noted that there is no large variation in the flow velocity within the chamber CH3, as in the case of adsorption. Therefore, by circulating a relatively small amount of inert gas, the gas containing the above substances at a high concentration can be discharged.
上記の通り、図５に示すカーボンナノチューブ束は、多数のカーボンナノチューブ２１２１からなる。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々において、カーボンナノチューブ２１２１間には隙間がある。それ故、流体の一部は、チャンバＣＨ３を通過する際に、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの何れかの内部を通過する。従って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、その表面だけでなく、内部においても、流体中の１以上の物質を吸着する。そして、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々の内部では、その表面と比較して、吸着した物質の脱着は生じ難い。従って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、高い吸着効率を示す。 As described above, the carbon nanotube bundle shown in FIG. 5 consists of many carbon nanotubes 2121 . There are gaps between the carbon nanotubes 2121 in each of the carbon nanotube bundles 212a-212d. Therefore, some of the fluid passes through any of the carbon nanotube bundles 212a-212d as it passes through chamber CH3. Accordingly, each of the carbon nanotube bundles 212a-212d adsorbs one or more substances in the fluid not only on its surface but also inside. Further, inside each of the carbon nanotube bundles 212a to 212d, desorption of adsorbed substances is less likely to occur than on the surface thereof. Therefore, each of the carbon nanotube bundles 212a-212d exhibits high adsorption efficiency.
また、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、互いから離れて位置させている。即ち、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ間に隙間を設けている。それ故、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、流体の流れを過剰に妨げることがない。 Also, the carbon nanotube bundles 212a-212d are spaced apart from each other. That is, gaps are provided between the carbon nanotube bundles 212a to 212d. Therefore, carbon nanotube bundles 212a-212d do not excessively impede fluid flow.
また、上記の通り、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、それらの高さ方向に垂直な断面の形状が、それぞれ、図７に示すサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの形状とほぼ等しい。図７の方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いている。そして、図２のチャンバＣＨ３における流体の平均的な流れの方向は、図７の直線Ｌに対して平行である。このような構造を採用すると、流体の流れが最適化され、高い吸着効率を達成できる。 Moreover, as described above, the carbon nanotube bundles 212a to 212d have substantially the same cross-sectional shape as the sub-regions 2110a to 2110d shown in FIG. 7, respectively. Directions Da to Dd in FIG. 7 are inclined with respect to straight line L when viewed from a direction perpendicular to sub-regions 2110a to 2110d, respectively. The average flow direction of the fluid in the chamber CH3 in FIG. 2 is parallel to the straight line L in FIG. Adopting such a structure optimizes fluid flow and achieves high adsorption efficiency.
そして、上記の通り、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、上記物質を化学吸着ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、それらが吸着している上記物質のほぼ全量を脱着させることは容易である。 Then, as described above, the carbon nanotube bundles 212a to 212d merely physically adsorb the substance, not chemically adsorb it. Therefore, it is easy to desorb almost all of the substances they are adsorbing.
従って、この吸着装置２を使用すると、上記物質の濃度を十分に高めたガスを得ることができる。そのため、例えば、測定装置の分析精度が低くても、十分に高い精度で定量分析することができる。また、測定装置は、精度が低くてもよいので、寸法が小さく、安価なものを使用することができる。 Therefore, by using this adsorption device 2, it is possible to obtain a gas with a sufficiently high concentration of the above substances. Therefore, for example, even if the analysis accuracy of the measuring device is low, quantitative analysis can be performed with sufficiently high accuracy. In addition, since the measuring device may have low accuracy, it is possible to use a small-sized, inexpensive device.
また、この吸着装置２は、以下に説明するように、吸着性の低下を生じ難い。
シリコンからなる基材２１１上に下地層２３１を形成し、そこでカーボンナノチューブ２１２１を生成及び成長させてなる吸着装置は、その使用に伴い、吸着性が低下する。これは、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１と下地層２３１との間の接合強度が低いことに起因して、吸着装置の使用に伴って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１が基材２１１から脱落するためである。
In addition, as described below, the adsorption device 2 is less susceptible to deterioration in adsorption.
The adsorption device, in which the base layer 231 is formed on the base material 211 made of silicon, and the carbon nanotubes 2121 are generated and grown there, decreases in adsorption performance as the device is used. This is because the bonding strength between the carbon nanotube bundles 212a to 212d and the carbon nanotube 2121 and the base layer 231 is low, and the carbon nanotube bundles 212a to 212d and the carbon nanotube 2121 are not formed with the use of the adsorption device. This is because it falls off from the base material 211 .
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１が基材２１１から脱落すると、流体に含まれる成分を吸着する面積が減少する。また、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１が基材２１１から脱落すると、その位置で流体の流速が大きくなり、カーボンナノチューブ２１２１と流体に含まれる成分とが接触する時間が短くなる。従って、吸着装置の吸着性が低下する。 When the carbon nanotube bundles 212a to 212d and the carbon nanotube 2121 fall off from the substrate 211, the area for adsorbing components contained in the fluid decreases. Further, when the carbon nanotube bundles 212a to 212d and the carbon nanotubes 2121 drop off from the base material 211, the flow velocity of the fluid increases at that position, and the contact time between the carbon nanotubes 2121 and the components contained in the fluid is shortened. Therefore, the adsorption performance of the adsorption device is lowered.
上記の吸着装置２では、接着剤層２１３を介してカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１を基材２１１へ固定している。それ故、この吸着装置２では、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１と基材２１１との間の接合強度が高く、吸着性の低下を生じ難い。即ち、この吸着装置２は吸着性に優れている。 In the adsorption device 2 described above, the carbon nanotube bundles 212 a to 212 d and the carbon nanotube 2121 are fixed to the substrate 211 via the adhesive layer 213 . Therefore, in this adsorption device 2, the bonding strength between the carbon nanotube bundles 212a to 212d or the carbon nanotube 2121 and the base material 211 is high, and adsorption is less likely to deteriorate. That is, this adsorption device 2 has excellent adsorption properties.
接着剤層２１３の厚さは、上述した数値範囲の下限値以上であることが好ましい。転写を利用してカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを基材２１１上に設ける場合、一部のカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ又は一部のカーボンナノチューブ２１２１は、シリコン基板２３２から基材２１１上へ転写されないことがある。これらが転写されないと、流体に含まれる成分を吸着する面積が減少する。また、これらが転写されないと、転写されなかった位置で流体の流速が大きくなるため、カーボンナノチューブ２１２１と流体に含まれる成分とが接触する時間が短くなる。従って、設計通りの吸着性を達成することが難しい。 The thickness of the adhesive layer 213 is preferably equal to or greater than the lower limit of the numerical range described above. When the carbon nanotube bundles 212a to 212d are provided on the substrate 211 using transfer, some of the carbon nanotube bundles 212a to 212d or some of the carbon nanotubes 2121 should not be transferred from the silicon substrate 232 onto the substrate 211. There is If these are not transferred, the area for adsorbing components contained in the fluid is reduced. Further, if these are not transferred, the flow velocity of the fluid increases at the positions where they are not transferred, so the contact time between the carbon nanotubes 2121 and the components contained in the fluid is shortened. Therefore, it is difficult to achieve the designed adsorptivity.
カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの一部やカーボンナノチューブ２１２１の一部が転写されないのは、それらの高さや長さがばらついていることに起因している。即ち、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さやカーボンナノチューブ２１２１の長さがばらついていると、転写の際に、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの一部やカーボンナノチューブ２１２１の一部が接着剤層２１３と接触できないことがある。これらは、接着剤層２１３と接触できないと、シリコン基板２３２上に残留する可能性がある。 Part of the carbon nanotube bundles 212a to 212d and part of the carbon nanotube 2121 are not transferred because their heights and lengths vary. That is, if the heights of the carbon nanotube bundles 212a to 212d and the length of the carbon nanotube 2121 are not uniform, part of the carbon nanotube bundles 212a to 212d and part of the carbon nanotube 2121 will not adhere to the adhesive layer 213 during transfer. I may not be able to contact you. These may remain on the silicon substrate 232 if they cannot contact the adhesive layer 213 .
接着剤層２１３の厚さが十分に厚ければ、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さやカーボンナノチューブ２１２１の長さがばらついていたとしても、ほぼ全てのカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１を接着剤層２１３に接触させることができる。従って、ほぼ全てのカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１を接着剤層２１３上へと転写することができる。従って、設計通りの吸着性を達成することができる。 If the thickness of the adhesive layer 213 is sufficiently thick, even if the heights of the carbon nanotube bundles 212a to 212d and the length of the carbon nanotubes 2121 are varied, almost all the carbon nanotube bundles 212a to 212d and the carbon nanotubes 2121 can be removed. It can be in contact with adhesive layer 213 . Therefore, almost all of the carbon nanotube bundles 212 a to 212 d and carbon nanotube 2121 can be transferred onto the adhesive layer 213 . Therefore, the designed adsorptivity can be achieved.
なお、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さが高くなるほど、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さ又はカーボンナノチューブ２１２１の長さのばらつきは大きくなる。従って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さが上述した範囲内にある場合、接着剤層２１３の厚さを上記範囲内とすることが特に好ましい。 Note that the higher the height of the carbon nanotube bundles 212a to 212d, the greater the variation in the height of the carbon nanotube bundles 212a to 212d or the length of the carbon nanotube 2121. FIG. Therefore, when the height of the carbon nanotube bundles 212a to 212d is within the above range, it is particularly preferable to set the thickness of the adhesive layer 213 within the above range.
図９は、上記の分析装置１にサンプルガスを供給し続けた後に、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を用いて、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄが吸着した成分を分析して得られた結果を示すグラフである。サンプルガスとしては、ペンタン、オクタン及びウンデカンを含むガスを使用した。図９に示すように、ペンタン、オクタン及びウンデカンの存在を示すピークが検出され、この分析装置１の吸着装置２は、設計通りの性能を有していることを確認できた。 FIG. 9 shows the results obtained by analyzing the components adsorbed by the carbon nanotube bundles 212a to 212d using a flame ionization detector (FID) after continuously supplying the sample gas to the analysis apparatus 1 described above. It is a graph showing. Gases containing pentane, octane and undecane were used as sample gases. As shown in FIG. 9, peaks indicating the presence of pentane, octane and undecane were detected, confirming that the adsorption device 2 of this analysis device 1 had performance as designed.
以上、吸着装置２を流体の分析に利用することを説明したが、吸着装置２は分析以外の目的で使用することも可能である。例えば、吸着装置２は、空気清浄器に利用して、空気中に存在するＰＭ２．５又は浮遊カビなどの大きさが例えば１００μｍ以下の汚れを吸着させることもできる。或いは、吸着装置２は、脱臭剤として使用することもできる。例えば、吸着装置２は、インクジェット記録装置及び電子写真装置などの画像形成装置の筐体内に設置する脱臭剤として使用することができる。なお、吸着装置２を分析以外の目的、例えば、脱臭の目的で使用する場合においても、封止部材２２は省略することができる。 Although the use of the adsorption device 2 for fluid analysis has been described above, the adsorption device 2 can also be used for purposes other than analysis. For example, the adsorption device 2 can be used in an air purifier to adsorb dirt with a size of 100 μm or less, such as PM2.5 or floating mold present in the air. Alternatively, the adsorption device 2 can also be used as a deodorant. For example, the adsorption device 2 can be used as a deodorant installed in the housing of an image forming apparatus such as an inkjet recording apparatus and an electrophotographic apparatus. The sealing member 22 can be omitted even when the adsorption device 2 is used for purposes other than analysis, such as deodorization.
吸着装置２には、流体を強制的に送り込んでカーボンナノチューブ２１２１に特定の成分を吸着させてもよい。或いは、吸着装置２には、流体を強制的に送り込むことなしに、カーボンナノチューブ２１２１に特定の成分を吸着させてもよい。後者の場合であっても、吸着装置２には自然対流などによって流体が供給されるため、カーボンナノチューブ２１２１に特定の成分を吸着させることができる。 A fluid may be forced into the adsorption device 2 to cause the carbon nanotubes 2121 to adsorb a specific component. Alternatively, a specific component may be adsorbed on the carbon nanotubes 2121 without forcibly feeding the fluid into the adsorption device 2 . Even in the latter case, a specific component can be adsorbed on the carbon nanotubes 2121 because fluid is supplied to the adsorption device 2 by natural convection or the like.
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
［１］
基材と、
前記基材の一方の主面上に設けられた接着剤層と、
前記接着剤層を介して前記基材に各々の一端が支持され、互いから離間した複数のカーボンナノチューブ束と
を備えた吸着装置。
［２］
前記接着剤層の厚さは３μｍ乃至２０μｍの範囲内にある項１に記載の吸着装置。
［３］
前記カーボンナノチューブ束の長さは２０μｍ乃至２００μｍの範囲内にある項１又は２に記載の吸着装置。
［４］
前記基材は絶縁体である項１乃至３の何れか１項に記載の吸着装置。
［５］
項１乃至４の何れか１項に記載の吸着装置と、
前記吸着装置へ流体を導いて、前記流体に含まれる１以上の物質を前記複数のカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路と、
前記複数のカーボンナノチューブ束に前記１以上の物質を脱着させる脱着装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を定量する測定装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を前記吸着装置から前記測定装置へと導く第２流路と
を備えた分析装置。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the gist of the present invention at the implementation stage. Further, various inventions can be formed by appropriate combinations of the plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be omitted from all components shown in the embodiments. Furthermore, components across different embodiments may be combined as appropriate.
The following is an additional description of the invention described in the original claims.
[1]
a substrate;
an adhesive layer provided on one main surface of the substrate;
a plurality of carbon nanotube bundles separated from each other, each supported at one end by the substrate via the adhesive layer;
Adsorption device with
[2]
Item 2. The adsorption device according to Item 1, wherein the thickness of the adhesive layer is in the range of 3 μm to 20 μm.
[3]
Item 3. The adsorption device according to Item 1 or 2, wherein the length of the carbon nanotube bundle is in the range of 20 μm to 200 μm.
[4]
Item 4. The adsorption device according to any one of Items 1 to 3, wherein the base material is an insulator.
[5]
The adsorption device according to any one of Items 1 to 4;
a first channel that guides a fluid to the adsorption device to adsorb one or more substances contained in the fluid to the plurality of carbon nanotube bundles;
a desorption device for desorbing the one or more substances from the plurality of carbon nanotube bundles;
a measuring device for quantifying the one or more substances desorbed from the plurality of carbon nanotube bundles;
a second channel that guides the one or more substances desorbed from the plurality of carbon nanotube bundles from the adsorption device to the measurement device;
analyzer with
１…分析装置、２…吸着装置、３…支持体、４…脱着装置、５ａ…導管、５ｂ…導管、６…測定装置、２１…吸着装置本体、２２…封止部材、２１１…基材、２１２…単位構造、２１２ａ…カーボンナノチューブ束、２１２ｂ…カーボンナノチューブ束、２１２ｃ…カーボンナノチューブ束、２１２ｄ…カーボンナノチューブ束、２１２１…カーボンナノチューブ、２１３…接着剤層、２１１０…単位領域、２１１０ａ…サブ領域、２１１０ｂ…サブ領域、２１１０ｃ…サブ領域、２１１０ｄ…サブ領域、２３１…下地層、２３１ａ…バリア層、２３１ｂ…触媒層、２３２…シリコン基板、ＣＨ１…チャンバ、ＣＨ２…チャンバ、ＣＨ３…チャンバ、Ｄａ…長さ方向、Ｄｂ…長さ方向、Ｄｃ…長さ方向、Ｄｄ…長さ方向、ＦＰ１…流路、ＦＰ２…流路、ＧＲ１…溝、ＧＲ２…溝、Ｌ…直線、ＲＳ１…凹部、ＲＳ２…凹部、ＲＳ３…凹部、ＴＨ１…貫通孔、ＴＨ２…貫通孔、θａ…角度、θｂ…角度、θｃ…角度、θｄ…角度。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Analyzer, 2... Adsorption apparatus, 3... Support, 4... Desorption apparatus, 5a... Conduit, 5b... Conduit, 6... Measurement apparatus, 21... Adsorption apparatus main body, 22... Sealing member, 211... Base material, 212 ... unit structure, 212a ... carbon nanotube bundle, 212b ... carbon nanotube bundle, 212c ... carbon nanotube bundle, 212d ... carbon nanotube bundle, 2121 ... carbon nanotube, 213 ... adhesive layer, 2110 ... unit region, 2110a ... sub-region, 2110b... Sub-region 2110c... Sub-region 2110d... Sub-region 231... Base layer 231a... Barrier layer 231b... Catalyst layer 232... Silicon substrate CH1... Chamber CH2... Chamber CH3... Chamber Da... Length Length direction Db...Length direction Dc...Length direction Dd...Length direction FP1...Flow path FP2...Flow path GR1...Groove GR2...Groove L...Straight line RS1...Recessed part RS2...Recessed part , RS3... concave portion, TH1... through hole, TH2... through hole, ?a... angle, ?b... angle, ?c... angle, ?d... angle.
Claims (3)
基材と、
前記基材の一方の主面上に設けられた接着剤層と、
前記接着剤層を介して前記基材に各々の一端が支持され、互いから離間した複数のカーボンナノチューブ束であって、前記外部空間から前記貫通孔を介して前記内部空間へと導かれた流体に含まれる１以上の物質を吸着する複数のカーボンナノチューブ束と
を備え、
前記カーボンナノチューブ束の長さは２０μｍ乃至２００μｍの範囲内にあり、前記接着剤層の厚さは３μｍ乃至２０μｍの範囲内にある吸着装置。 An adsorption device having a hollow structure and provided with a through hole connecting an internal space and an external space,
a substrate;
an adhesive layer provided on one main surface of the substrate;
A plurality of carbon nanotube bundles separated from each other and supported at one end of each by the base material via the adhesive layer, wherein the fluid is guided from the outer space to the inner space via the through holes. and a plurality of carbon nanotube bundles that adsorb one or more substances contained in
The adsorption device , wherein the length of the carbon nanotube bundle is in the range of 20 μm to 200 μm, and the thickness of the adhesive layer is in the range of 3 μm to 20 μm.
前記吸着装置へ前記流体を導いて、前記流体に含まれる前記１以上の物質を前記複数のカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路と、
前記複数のカーボンナノチューブ束に前記１以上の物質を脱着させる脱着装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を定量する測定装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を前記吸着装置から前記測定装置へと導く第２流路と
を備えた分析装置。 The adsorption device according to claim 1 or 2 ;
a first channel that guides the fluid to the adsorption device to adsorb the one or more substances contained in the fluid to the plurality of carbon nanotube bundles;
a desorption device for desorbing the one or more substances from the plurality of carbon nanotube bundles;
a measuring device for quantifying the one or more substances desorbed from the plurality of carbon nanotube bundles;
and a second channel for guiding the one or more substances desorbed from the plurality of carbon nanotube bundles from the adsorption device to the measurement device.
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