WO2013027797A1 - カーボンナノチューブ配向集合体の製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Definitions
- Patent Document 5 describes a method for producing CNTs for the purpose of making CNTs into long fibers without hindering the supply of the raw material gas to the catalyst support surface.
- the aligned CNT aggregate oriented in a specific direction preferably has a high degree of orientation.
- High degree of orientation means 1.
- the growth unit 10 is a set of devices for realizing the growth process.
- the growth unit 10 has a function of growing the aligned CNT aggregate by heating the at least one of the catalyst and the source gas while making the surrounding environment of the catalyst a source gas environment by realizing the growth process.
- a high carbon concentration environment In a source gas atmosphere, a high carbon concentration environment is preferable. Specifically, the high carbon concentration environment is preferably a growth atmosphere in which the ratio of the raw material gas to the total flow rate is 2 to 20%.
- the catalyst activity is remarkably improved, so even in a high carbon concentration environment, the catalyst does not lose its activity, allowing CNTs to grow for a long time and significantly increasing the growth rate.
- a large amount of carbon contamination is likely to adhere to the furnace wall or the like compared to a low carbon concentration environment. According to the manufacturing apparatus according to the present invention, the residual gas can be efficiently exhausted, and the productivity of the aligned CNT aggregate is excellent.
- the injection unit 12 has a shape in which tubes are arranged in a comb shape. Each pipe is provided with an injection port array in which a plurality of injection ports 12a are formed side by side. Thus, by arranging the pipes provided with the injection port arrays in a comb shape, the base material 111 can uniformly supply the source gas and the catalyst activation material.
- an exhaust port array in which a plurality of exhaust ports 13a are arranged is positioned between each of the tubes forming the comb-like structure of the injection unit 12 one by one. That is, the exhaust port array is located between the adjacent spray port arrays.
- positioning By setting it as such an arrangement
- the position of the exhaust port 13a is not limited to between the rows of the injection ports 12a, and may be at a position other than the interval. For example, a plurality of exhaust ports 13 a may be provided on the entire surface facing the placement surface 14.
- the residual gas is prevented from flowing between the injection port 12a and the substrate 111 by, for example, promptly sucking the remaining raw material gas from the exhaust port 13a. That is, after the source gas is supplied to the substrate 111, it flows along the direction of the arrow c, moves in the direction of the arrow d, and is discharged from the exhaust port 13a.
- the composition of the raw material gas and the flow rate of the raw material gas can be made more uniform on the entire surface of the base material 111, and even if the area of the base material 111 is large, the CNT alignment assembly with a more uniform quality on the base material 111. You can grow your body.
- Examples include liquefied / vaporized supply, and a supply system using various devices such as a vaporizer, a mixer, a stirrer, a diluter, a sprayer, a pump, and a compressor can be constructed. Furthermore, a catalyst activation material concentration measuring device may be provided in a catalyst activation material supply pipe or the like. By performing feedback control using this output value, it is possible to supply a stable catalyst activation material with little change over time.
- the reducing gas is generally a gaseous gas that has at least one of the following effects: reduction of the catalyst, promotion of fine particles suitable for the growth of the CNT of the catalyst, and improvement of the activity of the catalyst. It is.
- the reducing gas for example, hydrogen gas, ammonia, water vapor, and a mixed gas thereof can be applied. Further, a mixed gas obtained by mixing these with an inert gas such as helium gas, argon gas, or nitrogen gas may be used.
- the reducing gas is generally used in the formation process, but may be appropriately used in the growth process.
- iron when used as a catalyst, an iron hydroxide thin film or an iron oxide thin film is formed, and at the same time or thereafter, reduction and fine particle formation occur, and iron fine particles are formed.
- the material of the carburizing prevention layer is alumina and the catalyst metal is iron
- the iron catalyst layer is reduced to fine particles, and a large number of nanometer-size iron fine particles are formed on the alumina layer.
- the catalyst is prepared as a catalyst suitable for production of aligned CNT aggregates.
- the exhaust flow rate stabilization unit 120 has an exhaust flow rate value measured by the exhaust flow rate measuring means 115, for example, within a range of preferably within ⁇ 20% as a relative error with a suitable exhaust flow rate preset in the pipe as a central value, More preferably, the exhaust gas flow rate is controlled by the exhaust gas flow rate varying means 114 so as to be in the range of ⁇ 10%. Such a range is referred to as a “control range”. More specifically, first, the exhaust flow rate measuring means 115 calculates or measures the exhaust flow rate, for example, by performing arithmetic processing based on the conversion formula from the measured pressure difference and the exhaust temperature.
- the exhaust flow rate control means included in the exhaust flow rate variable means 114 increases the suction force of the exhaust flow rate variable means 114, for example. If the exhaust flow rate falls below the lower limit of the control range, the exhaust flow rate is increased by, for example, increasing the suction force of the exhaust flow variable means 114.
- Feedback control This feedback control may be performed automatically or manually. This makes it possible to stably control the exhaust flow rate from the exhaust port.
- the pressure loss part may be any part that can be inserted into the pipe and can reduce the cross-sectional area of the pipe. Examples thereof include an orifice plate, a venturi pipe, a nozzle, and a porous plate.
- commercially available products conform to established standards (JIS Z 8762-1 to 4), and the shape and measuring method are standardized.
- the flow rate is calculated using the formula defined in that standard.
- the applicable range includes a condition that the inner diameter of the tube is 50 mm or more and the Reynolds number is 5000 or more.
- the minimum required flow rate is estimated from the Reynolds number, it is about several hundred sLm, and a large-diameter exhaust port and a large amount of exhaust gas are required for the flow rate measurement.
- the exhaust flow rate varying means 114 is a device that is provided in a pipe that guides the gas that has passed through the exhaust port 15 to the outside of the growth unit 10 and varies the flow rate of gas exhausted from the pipe.
- the exhaust flow rate varying means 114 has a function that can vary the flow rate of the exhausted gas. Further, the exhaust flow rate varying unit 114 can change the exhaust flow rate in the exhaust port 15 based on the result measured by the exhaust flow rate measuring unit 115.
- the carbon solid matter adhesion preventing means 122 By providing the carbon solid matter adhesion preventing means 122, the carbon solid matter adhering in the piping in the section is reduced, so that the exhaust gas flow rate can be accurately measured over a long period of time. Therefore, it becomes possible to stably maintain the continuous production of the aligned CNT aggregate for a longer time.
- ⁇ Base material As the substrate, a flat plate of Fe—Cr alloy SUS430 (JFE Steel Co., Ltd., Cr 18%) having a width of 500 mm ⁇ length of 500 mm and a thickness of 0.3 mm was used. When the surface roughness at a plurality of locations was measured using a laser microscope, the arithmetic average roughness Ra ⁇ 0.063 ⁇ m.
Abstract
Description
1:基材面積に比例して、基材の中心部から外縁部にかけてのガス流速差が増大すること。
2:基材の中心部でCNTの成長に消費されて濃度が薄くなった原料ガスや触媒賦活物質(残留ガス)が基材と噴射口の間の空間を流動しながら基材外縁部に向かって流れること。
まず、本発明に係るCNT配向集合体の製造装置(以下、単に「本発明に係る製造装置」という。)より得られるCNT配向集合体について説明する。
1.CNTの長手方向に平行な第1方向と、第1方向に直交する第2方向とからX線を入射してX線回折強度を測定(θ-2θ法)した場合に、第2方向からの反射強度が、第1方向からの反射強度より大きくなるθ角と反射方位とが存在し、且つ第1方向からの反射強度が、第2方向からの反射強度より大きくなるθ角と反射方位とが存在すること。
本発明に係る製造装置が備える成長ユニットの一実施形態について図1及び図2を用いて説明する。図1は実施形態1に係るCNT配向集合体の製造装置の成長ユニット10の構成を示す模式図である。図2は成長ユニット10内の原料ガスが流動する様子を模式的に示す図である。
まず、本発明に係る製造装置が備える成長ユニットにて行なわれる成長工程について説明する。
原料ガスとしては、CNTの原料となる物質であればよく、例えば、成長温度において原料炭素源を有するガスである。なかでもメタン、エタン、エチレン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、プロピレン、及びアセチレンなどの炭化水素が好適である。この他にも、メタノール、エタノールなどの低級アルコールでもよい。これらの混合物も使用可能である。また原料ガスは、不活性ガスで希釈されていてもよい。
不活性ガスとしては、CNTが成長する温度で不活性であり、触媒の活性を低下させず、且つ成長するカーボンナノチューブと反応しないガスであればよい。例えば、ヘリウム、アルゴン、窒素、ネオン、及びクリプトンなど、並びにこれらの混合ガスを例示でき、特に窒素、ヘリウム、アルゴン、及びこれらの混合ガスが好適である。
成長工程において、CNTの成長反応が行なわれる雰囲気中に触媒賦活物質を存在させることがより好ましい。触媒賦活物質としては、酸素を含む物質がより好ましく、CNTの成長温度でCNTに多大なダメージを与えない物質であることがさらに好ましい。例えば、水、酸素、オゾン、酸性ガス、酸化窒素;一酸化炭素及び二酸化炭素などの低炭素数の含酸素化合物;エタノール、メタノールなどのアルコール類;テトラヒドロフランなどのエーテル類;アセトンなどのケトン類;アルデヒド類;エステル類;並びにこれらの混合物が有効である。この中でも、水、酸素、二酸化炭素、一酸化炭素、エーテル類が好ましく、特に水及び二酸化炭素が好適である。
原料ガス雰囲気下では、高炭素濃度環境であることが好ましい。具体的には、高炭素濃度環境とは、全流量に対する原料ガスの割合が2~20%の成長雰囲気であることが好ましい。特に触媒賦活物質存在下においては、触媒活性が著しく向上するため、高炭素濃度環境化においても、触媒は活性を失わず、長時間のCNTの成長が可能となると共に、成長速度が著しく向上する。しかしながら、高炭素濃度環境では低炭素濃度環境に比べ、炉壁などに炭素汚れが大量に付着しやすい。本発明に係る製造装置によれば、効率よく残留ガスを排気することが可能であり、CNT配向集合体の生産性に優れる。
次に、成長工程で用いる基材111について説明する。基材111は、基板の上にCNTの成長反応の触媒を担持してなるものである。
基材111の表面及び裏面のうち少なくともいずれか一方には、浸炭防止層が形成されていてもよい。表面及び裏面の両面に浸炭防止層が形成されていることが望ましい。この浸炭防止層は、カーボンナノチューブの生成工程において、基材111が浸炭されて変形するのを防止するための保護層である。
基材111には、触媒が担持されている。基材111上に浸炭防止層が形成されている場合には浸炭防止層上に触媒が担持されている。触媒としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、及びこれらの塩化物及び合金、またこれらが、さらにアルミニウム、アルミナ、チタニア、窒化チタン、酸化シリコンと複合化し、又は層状になっていてもよい。例えば、鉄-モリブデン薄膜、アルミナ-鉄薄膜、アルミナ-コバルト薄膜、及びアルミナ-鉄-モリブデン薄膜、アルミニウム-鉄薄膜、アルミニウム-鉄-モリブデン薄膜などを例示することができる。触媒の存在量としては、CNTの製造が可能な範囲であればよい。例えば鉄を用いる場合、製膜厚さは、0.1nm以上100nm以下が好ましく、0.5nm以上5nm以下がさらに好ましく、0.8nm以上2nm以下が特に好ましい。
次に、成長ユニット10を構成する各部材について説明する。成長炉11は、基材の周囲を原料ガス環境として、原料ガス環境を保持するための炉であり、カーボンナノチューブ配向集合体を成長させるときに基材111を格納する炉である。
噴射部12は基材111に対して原料ガスを供給するためのものである。必要に応じて触媒賦活物質を基材111に対して供給するためのものとして使用してもよい。
排気部13は、噴射部12と排気口15との間にあり、基材111に接触した後の原料ガスを排気口15に向けて排気する排気口13a(第二の排気口)が複数設けられた面を有する部材である。
次に図2を用いて成長ユニット10内の原料ガスが流動する様子を説明する。
上述のように成長工程では、CNTの成長反応が行なわれる雰囲気中に触媒賦活物質を存在させることがより好ましい。そのため、成長ユニット10は触媒賦活物質添加部(図示せず)を備えている。触媒賦活物質添加部は、触媒賦活物質を原料ガス中に添加する、あるいは成長ユニット10内空間にある触媒の周囲環境に触媒賦活物質を直接添加するための装置一式のことである。触媒賦活物質の供給手段としては、特に限定されることはないが、例えば、バブラーによる供給、触媒賦活剤を含有した溶液を気化しての供給、気体そのままでの供給、及び固体触媒賦活剤を液化・気化しての供給などが挙げられ、気化器、混合器、攪拌器、希釈器、噴霧器、ポンプ、及びコンプレッサなどの各種の機器を用いた供給システムを構築することができる。さらには、触媒賦活物質の供給管などに触媒賦活物質濃度の計測装置を設けていてもよい。この出力値を用いてフィードバック制御することにより、経時変化の少ない安定な触媒賦活物質の供給を行なうことができる。
次に、本発明に係る製造装置が備える成長ユニットの別の形態について図3及び図4を用いて説明する。図3は実施形態2に係るCNT配向集合体の製造装置の成長ユニット20の構成を示す模式図である。図4は成長ユニット20内の原料ガスが流動する様子を模式的に示す図である。なお、説明の便宜上、実施形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。また、本実施形態では主に実施形態1と相違する点について説明する。
次に、本発明に係る製造装置が備える成長ユニットの別の実施形態について図5を用いて説明する。図5は実施形態3における成長ユニット30の構成を示す模式図である。なお、説明の便宜上、実施形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。また、本実施形態では主に実施形態1と相違する点について説明する。
次に図6を用いて本発明に係る製造装置の一例について説明する。図6は、本発明に係るCNT配向集合体の製造装置の一実施形態であるCNT製造装置100の構成を示す図である。ここでは成長ユニットとして実施形態1で説明した成長ユニット10を備えるCNT製造装置の一例について説明する。
製造装置100の入口には入口パージ部101が設けられている。入口パージ部101とは基材111の入口から装置炉内へ外部空気が混入することを防止するための装置一式のことである。入口パージ部101は、装置内に搬送された基材111の周囲環境をパージガスで置換する機能を有する。
フォーメーションユニット102とは、フォーメーション工程を実現するための装置一式のことである。フォーメーションユニット102は、基材111の表面に形成された触媒の周囲環境を還元ガス環境にすると共に、触媒及び還元ガスのうち少なくとも一方を加熱する機能を有する。
還元ガスは、一般的には、触媒の還元、触媒のCNTの成長に適合した状態である微粒子状とすることの促進、及び触媒の活性向上のうち少なくとも一つの効果を持つ、気体状のガスである。還元ガスとしては、例えば水素ガス、アンモニア、水蒸気及びそれらの混合ガスを適用することができる。また、これらをヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスと混合した混合ガスでもよい。還元ガスは、一般的には、フォーメーション工程で用いるが、適宜成長工程に用いてもよい。
フォーメーション工程とは、基材111に担持された触媒の周囲環境を還元ガス環境とすると共に、触媒及び/又は還元ガスを加熱する工程である。この工程により、触媒の還元、触媒をCNTの成長に適合した状態である微粒子状とすることの促進、及び触媒の活性向上のうち少なくとも一つの効果が現れる。
成長ユニット10については実施形態1にて述べたとおりである。なお、図6では成長ユニット10が備えるヒーター16も図示している。
本発明においては反応ガスを用いることが好ましい。反応ガスとは、排気口15を通過したガスを成長ユニット10外に導く配管の内側に付着する炭素固形物を低減するガスをいう。反応ガスは、例えば、残留ガスを低級アルカン類、一酸化炭素、二酸化炭素に変化させることで、当該配管中に付着する炭素固形物の生成を抑制する機能を有するガスである。反応ガスとしては、水素原子及び/又は酸素原子を含むものであることが好ましく、具体例としては、水素、アンモニア、酸素、オゾン、水蒸気などが挙げられるが、取扱いの容易さ及び炭素固形物抑制効果の大きさから水素又は酸素が好ましい。残留ガスと反応ガスとの化学反応を効率良く進めるために、残留ガスと反応ガスとが混合された後に温度を高温に保ち、反応ガスを高濃度にする、金属触媒を用いる等をしてもよい。混合後の残留ガスと反応ガスとの温度を高温に保つ場合、その温度は400℃以上、より好ましくは600℃以上がよい。反応ガスの濃度としては排気するガス全量に対する体積分率(標準状態換算)として、例えば5%以上、より好ましくは9%以上になるように残留ガス中に供給する反応ガス量を制御するとよい。反応ガスとして酸素を用いる場合は爆発の危険を回避するため、使用する原料炭素源に応じて決定される限界酸素濃度以下に供給量を抑えなければならない。また、酸素、オゾン、水等の酸素原子を含むガス以外のガスを用いる場合は100%より小さくすることがより好ましい。また、金属触媒としてニッケル、ルテニウム、パラジウム、白金などを用いてもよい。この反応ガスは不活性ガスで希釈されていてもよい。
CNT製造装置100は、上述の反応ガスを噴射する反応ガス噴射部121を備えている。反応ガス噴射部121としては、反応ガスが触媒およびCNT成長に使われる前の原料ガスと接触しないように、且つCNT成長に使われた後の原料ガス、つまり、残留ガスとはよく混合されて排気されるように設計される必要がある。例えば、本実施形態のように排気部13から排気される残留ガスが集約され排気口15に送られる空間内、つまり、排気部13の面によって仕切られた空間に直接反応ガスを噴射するように反応ガス噴射部121を設計してもよい。また、反応ガス噴射部121は複数あってもよい。残留ガスと反応ガスとの混合ガスが高温である程、残留ガスと反応ガスとの化学反応が進み炭素固形物の生成を防止することができるので、反応ガスを予め高温に加熱してもよい。
排気流量安定化部120とは、排気口15を通過したガスを成長ユニット10外に導く配管に備えられ、長時間製造により、当該配管に炭素固形物付着が生じたとしても、当該配管からの排気流量を経時的に安定化することができる装置のことである。少なくとも、排気管内の排気流量を可変するための排気流量可変手段114、及び、当該配管の排気流量を測定するための排気流量測定手段115を備えている。また、本実施形態の炭素固形物付着防止手段122のように、当該配管内に炭素固形物が付着することを防止する手段をさらに備えていてもよい。
排気流量測定手段115とは、排気口15を通過したガスを成長ユニット10外に導く配管に備えられ、排気口15を通過して排気されるガスの排気流量を測定するための装置のことである。例えば、当該配管内の離れた少なくとも2箇所の圧力差を測定することで、排気流量を測定する機能を有していてもよく、当該配管内のガス温度を測定する機能をも有していることがより好ましい。具体的には、圧力差を測定するための差圧計、ガス温度を測定するための熱電対などが挙げられる。現状市販されている差圧計で精度良く測定できる圧力差は例えば0.1Pa以上、より好ましくは1Pa以上であるため、排気流量の測定範囲で生じる圧力差が例えば0.1Pa以上、より好ましくは1Pa以上になるように、測定する2箇所を十分に離すか、測定可能な圧力損失を生じさせるための圧力損失部を測定区間中に挿入することが好ましい。また、流量測定精度を向上させるなどを目的として、圧力測定箇所を3箇所以上に増やしてもよい。圧力測定箇所は距離が近すぎると圧力差が正確に測定できないことがあるため、圧力測定区間は排気口内径をDとして0.5D以上離して測定することがより好ましい。
排気流量可変手段114とは、排気口15を通過したガスを成長ユニット10外に導く配管に備えられ、当該配管から排気されるガス流量を可変するための装置のことである。排気流量可変手段114は、排気されるガスの流量を可変できる機能を有している。また、排気流量可変手段114は、排気流量測定手段115が測定した結果に基づいて、排気口15内の排気流量を変化させることができる。排気流量可変手段114として、具体的には、ガスを吸引するためのブロアー、ポンプ、エジェクターなどのガス吸引装置、ボールバルブ、シリンジバルブ、ゲートバルブなどの流量調整弁等が挙げられる。また、排気流量可変手段114として、ガスを駆動流体としたエジェクターを用いて、駆動流体の流量をマスフローコントローラーで制御することでエジェクターの吸引力を制御する方法を用いるものであれば、排気流量の変動が抑えられるため、CNT配向集合体の製造に、より好ましい。なお、当該ガスとしては、空気、窒素などが好ましい。
炭素固形物付着防止手段とは、第1の排気口を通過したガスを成長ユニット外に導く配管内を流通する残留ガスを高温に加熱及び/又は保温することで、当該配管に炭素固形物が付着することを防止するものである。本実施形態において炭素固形物付着防止手段122とは、排気口15を通過したガスを成長ユニット10外に導く配管内であって、排気流量測定手段115によって圧力差が測定される区間における当該配管内を高温に加熱及び/又は保温することで、前記区間の配管内に炭素固形物が付着することを防止するための装置のことである。炭素固形物付着防止手段122を備えることによって、前記区間の配管内に付着する炭素固形物が減少するので、長時間に亘って正確な排気流量の測定が可能になる。よって、CNT配向集合体の連続製造をより長時間に亘って安定的に保つことが可能になる。
冷却ユニット105とは、冷却工程を実現するため、すなわちCNT配向集合体が成長した基材111を冷却するための装置一式のことである。冷却ユニット105は、成長工程後のCNT配向集合体、及び基材111を冷却する機能を有する。
冷却工程とは、成長工程後に、CNT配向集合体、触媒、及び基材を不活性ガス下において冷却する工程である。成長工程後のCNT配向集合体、触媒、及び基材は、高温状態にあるため、酸素存在環境下に置かれると酸化してしまうおそれがある。これを防ぐために、冷却工程では、不活性ガス環境下でCNT配向集合体、触媒、及び基材を冷却する。冷却工程における温度は400℃以下であり、さらに好ましくは200℃以下である。
搬送ユニット107とは、複数の基材111をCNT製造装置100内に連続的に搬入するために必要な装置一式のことである。搬送ユニット107はメッシュベルト107aとベルト駆動部107bとを備えている。基材111は、搬送ユニット107によって各炉内空間をフォーメーションユニット102、成長ユニット10、冷却ユニット105の順に搬送されるようになっている。
接続部108~110とは、各ユニットの炉内空間を空間的に接続し、基材111がユニットからユニットへ搬送されるときに、基材111が外気に曝されることを防ぐための装置一式のことである。接続部108~110としては、例えば、基材周囲環境と外気とを遮断し、基材111をユニットからユニットへ通過させることができる炉又はチャンバなどが挙げられる。
ガス混入防止手段103は、各ユニットの炉内空間に存在するガスが、相互に混入することを防ぐ機能を実現するための装置一式のことである。ガス混入防止手段103は、各ユニットの炉内空間を互いに空間的に接続する接続部108~110に設置される。ガス混入防止手段103は、接続部108~110及び/又は各ユニットの接続部108~110近傍のガスを系外に排出する排気部103a~103cを備えている。
ここでDは混入を防止したいガスの拡散係数、Sはガス混入を防止する境界の断面積、Lは排気部の長さ(炉長方向)である。この条件式を満たし、かつ装置全体の給排気バランスを保つように、各排気部103a~103cの排気量が設定される。
原料ガスがフォーメーション炉102a内空間に混入すると、CNTの成長に悪影響を及ぼす。フォーメーション炉102a内還元ガス環境中の炭素原子個数濃度を5×1022個/m3以下、より好ましくは1×1022個/m3以下に保つように、ガス混入防止手段103により原料ガスのフォーメーション炉102a内への混入を防止することが好ましい。ここで炭素原子個数濃度は、還元ガス環境中の各ガス種(i=1、2、・・・)に対して、濃度(ppmv)をD1、D2・・・、標準状態での密度(g/m3)をρ1、ρ2・・・、分子量をM1、M2・・・、ガス分子1つに含まれる炭素原子数をC1、C2・・・、アボガドロ数をNAとして下記数式(1)で計算している。
製造装置100の出口には、入口パージ部101とほぼ同様の構造をした出口パージ部106が設けられている。出口パージ部106とは、基材111の出口から製造装置100の内部に外部の空気が混入することを防止するための装置一式のことである。出口パージ部106は、基材111の周囲環境をパージガス環境にする機能を有する。
還元ガス又は原料ガスに曝される装置部品としては、フォーメーションユニット102、成長ユニット10、搬送ユニット107、ガス混入防止手段103、接続部108~110の一部部品である。具体的には、フォーメーション炉102a、還元ガスの噴射部102b、成長炉11、原料ガスの噴射部12、メッシュベルト107a、ガス混入防止手段103の排気部103a~103c、接続部108~110の炉等の装置部品が挙げられる。
溶融アルミニウムめっき処理とは、溶融アルミニウム浴中に被めっき材料を浸漬することによって被めっき材の表面にアルミニウム又はアルミニウム合金層を形成する処理をいう。処理方法の一例は次の通りである。被めっき材である母材の表面を洗浄することにより前処理した後、約700°C溶融アルミニウム浴中に浸漬させることによって、母材表面中へ溶融アルミニウムの拡散を起こさせ、母材とアルミの合金を生成し、浴より引上げ時にその合金層にアルミニウムを付着させる処理のことである。さらに、その後に、表層のアルミナ層並びにアルミ層を低温熱拡散処理し、その下のFe-Al合金層を露出させる処理を行ってもよい。
耐熱合金を算術平均粗さRa≦2μmにするための研磨処理方法としては、バフ研磨に代表される機械研磨、薬品を利用する化学研磨、電解液中にて電流を流しながら研磨する電解研磨、機械研磨と電解研磨とを組み合わせた複合電解研磨などが挙げられる。
算術平均粗さRaの定義は「JIS B 0601:2001」を参照されたい。
本発明に係るカーボンナノチューブ配向集合体の製造方法は、表面に触媒を担持した基材上にカーボンナノチューブ配向集合体を成長させるカーボンナノチューブ配向集合体の製造方法であって、成長ユニットで、前記触媒にカーボンナノチューブの原料ガスを供給し、且つ、前記触媒及び前記原料ガスのうち少なくともいずれか一方を加熱して、前記基材上にカーボンナノチューブ配向集合体を成長させる成長工程を含み、前記成長ユニットは、前記原料ガスを前記基材上に噴射する噴射口を備える噴射部と、前記噴射部から見て、前記基材が載置される載置面とは反対側にあり、前記噴射口より噴射されて、前記基材に接触した後の前記原料ガスを、カーボンナノチューブ配向集合体を成長させるときに前記基材を格納する成長炉から排出する第一の排気口と、前記基材に接触した後の前記原料ガスを前記第一の排気口に向けて排気する第二の排気口が複数設けられた排気部と、を備え、前記複数の第二の排気口が、前記複数の噴射口より前記第一の排気口に近い側にある。
基材として、横500mm×縦500mm、厚さ0.3mmのFe-Cr合金SUS430(JFEスチール株式会社製、Cr18%)の平板を用いた。レーザー顕微鏡を用いて複数個所の表面粗さを測定したところ、算術平均粗さRa≒0.063μmであった。
上記の基材上に次の方法で触媒を形成した。
<実施形態1>で述べた製造装置で、フォーメーション工程、成長工程を含む工程を連続的に行なうことでCNT配向集合体の製造を行なった。
<実施形態2>で述べた製造装置で、フォーメーション工程、成長工程を含む工程を連続的に行なうことでCNT配向集合体の製造を行なった。
<実施形態3>で述べた製造装置で、フォーメーション工程、成長工程を含む工程を連続的に行なうことでCNT配向集合体の製造を行なった。
本発明の製造装置で製造されたCNT配向集合体の均一性は、G/D比分布を測定することで評価した。ラマンスペクトルは顕微レーザラマンシステム(カイザー社製 Raman RXN1 Analyzer 532)を用いて、CNT配向集合体の表面に波長532nmのレーザー光を照射して測定した。測定箇所は500mm×500mm面内の縦横それぞれ等間隔に5点配置した格子上の計25点とした。実施例1~3の各CNT配向集合体のG/D比分布を図7~12に示す。
11 成長炉
12、32´、32´´ 噴射部
12a 噴射口
13 排気部
13a 排気口(第二の排気口)
14 載置面
15 排気口(第一の排気口)
100 CNT製造装置(カーボンナノチューブ配向集合体の製造装置)
111 基材
Claims (9)
- 表面に触媒を担持した基材上にカーボンナノチューブ配向集合体を成長させるカーボンナノチューブ配向集合体の製造装置であって、
前記触媒にカーボンナノチューブの原料ガスを供給し、且つ、前記触媒及び前記原料ガスのうち少なくともいずれか一方を加熱して、前記基材上にカーボンナノチューブ配向集合体を成長させる成長ユニットを備え、
前記成長ユニットは、
前記原料ガスを前記基材上に噴射する噴射口を備える噴射部と、
前記噴射部から見て、前記基材が載置される載置面とは反対側にあり、前記噴射口より噴射されて、前記基材に接触した後の前記原料ガスを、カーボンナノチューブ配向集合体を成長させるときに前記基材を格納する成長炉から排出する第一の排気口と、
前記基材に接触した後の前記原料ガスを前記第一の排気口に向けて排気する第二の排気口が複数設けられた排気部と、
を備え、
前記複数の第二の排気口が、前記複数の噴射口より前記第一の排気口に近い側にあることを特徴とするカーボンナノチューブ配向集合体の製造装置。 - 前記排気部は、前記載置面に対向する面を有し、当該面に前記複数の排気口が設けられていることを特徴とする請求項1に記載のカーボンナノチューブ配向集合体の製造装置。
- 前記噴射部は、前記噴射口が複数並んだ噴射口列を備えるものであることを特徴とする請求項1又は2に記載のカーボンナノチューブ配向集合体の製造装置。
- 前記噴射口列が複数並んでおり、前記噴射口列同士の間に空隙が形成されていることを特徴とする請求項3に記載のカーボンナノチューブ配向集合体の製造装置。
- 前記第二の排気口が複数並んだ排気口列が、少なくとも一列ずつ、隣り合う前記噴射口列と前記噴射口列との間に位置していることを特徴とする請求項3又は4に記載のカーボンナノチューブ配向集合体の製造装置。
- 前記噴射部が、前記噴射口が複数並んだ噴射口列を櫛状に複数備えるものであることを特徴とする請求項3~5のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ配向集合体の製造装置。
- 前記噴射部を二つ備え、二つの前記噴射部が、一方の櫛の歯が他方の櫛の歯の間に位置するように対向していることを特徴とする請求項6に記載のカーボンナノチューブ配向集合体の製造装置。
- 表面に触媒を担持した基材上にカーボンナノチューブ配向集合体を成長させるカーボンナノチューブ配向集合体の製造方法であって、
成長ユニットで、前記触媒にカーボンナノチューブの原料ガスを供給し、且つ、前記触媒及び前記原料ガスのうち少なくともいずれか一方を加熱して、前記基材上にカーボンナノチューブ配向集合体を成長させる成長工程を含み、
前記成長ユニットは、
前記原料ガスを前記基材上に噴射する噴射口を備える噴射部と、
前記噴射部から見て、前記基材が載置される載置面とは反対側にあり、前記噴射口より噴射されて、前記基材に接触した後の前記原料ガスを、カーボンナノチューブ配向集合体を成長させるときに前記基材を格納する成長炉から排出する第一の排気口と、
前記基材に接触した後の前記原料ガスを前記第一の排気口に向けて排気する第二の排気口が複数設けられた排気部と、
を備え、
前記複数の第二の排気口が、前記複数の噴射口より前記第一の排気口に近い側にあることを特徴とするカーボンナノチューブ配向集合体の製造方法。 - 前記原料ガスと共に、触媒賦活物質を供給することを含む、請求項8に記載のカーボンナノチューブ配向集合体の製造方法。
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