[发明专利]经结构控制的碳纳米壁以及碳纳米壁的结构控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米壁的结构控制方法，同时涉及由该方法得到的表面 积和结晶性等的结构被控制的新型的碳纳米壁。

背景技术

作为具有纳米尺寸结构的碳系多孔性材料，有石墨和无定形的碳系多 孔性材料，例如已知富勒烯、碳纳米管、碳纳米喇叭、碳纳米薄片等。

在具有纳米尺寸结构的碳系多孔性材料中，碳纳米壁(CNW)是具有 二维扩展的碳纳米结构体，典型例是具有从基材的表面以大致一定的方向 立起的壁状结构的碳纳米壁。富勒烯(C60等)是零维的碳纳米结构体， 碳纳米管可以看作一维的碳纳米结构体。另外，碳纳米薄片是类似于碳纳 米壁的具有二维扩展的平面状小片集合体，但是是象蔷薇花瓣那样，一个 个小片并不相互连接，并且相对于基板的取向性劣于碳纳米壁的碳纳米结 构体。因此，碳纳米壁是具有与富勒烯、碳纳米管、碳纳米喇叭、碳纳米 薄片完全不同的特征的碳纳米结构体。

本发明者们着眼于碳纳米壁，对于其制造方法和制造装置已经在日本 特开2005-97113号公报中公开。具体地如图7所示，将至少以碳为构成元 素的原料气体32导入反应室10内。在该反应室10中设有包含第一电极 22和第二电极24的平行平板型电容耦合等离子体(CCP)发生机构20。 由此，照射RF波等的电磁波，原料气体32形成等离子化了的等离子气氛 34。另一方面，在设置于反应室10的外部的自由基发生室41中，利用RF 波等分解至少含有氢的自由基源气体36，生成氢自由基38。将该氢自由基 38注入等离子气氛34中，在配置于第二电极24上的基板15的表面形成 碳纳米壁。

发明内容

已知好几种碳纳米壁(CNW)的存在及其基本的生成方法，但用于使 碳纳米壁(CNW)的形状及物性符合其使用用途、形成为最佳的碳纳米壁 的结构控制方法，目前尚不清楚。

因此，本发明的目的是，提供使碳纳米壁(CNW)的壁间的间隔变化， 控制其表面积，控制其结晶性，提高在高电位下的耐腐蚀性的碳纳米壁 (CNW)的结构控制方法，同时提供经结构控制的高表面积的碳纳米壁 (CNW)以及高结晶性的碳纳米壁(CNW)。

本发明者们发现，通过使等离子CVD的碳纳米壁(CNW)生成工艺 中的工艺气体的导入量比发生变化，可使碳纳米壁(CNW)的壁间的间隔 发生变化，能够控制其表面积和结晶性等的结构，从而完成了本发明。

即，第1，本发明是控制了形状和物性等的结构的碳纳米壁的发明， 为下述(1)～(3)。

(1)一种壁表面积为50cm²/cm²-基板·μm以上的高表面积的碳纳米 壁。(在此，壁表面积是每单位基板面积、每单位壁高度的壁表面积。) 例如，作为燃料电池用的电极催化剂载体使用碳纳米壁的场合，其表面积 大时，催化剂担载量增加，因此是优选的，优选壁表面积为50cm²/cm²-基 板·μm以上的碳纳米壁，更优选壁表面积为60cm²/cm²-基板·μm以上的碳 纳米壁，进一步优选壁表面积为70cm²/cm²-基板·μm以上的碳纳米壁。

(2)一种具有以照射激光波长514.5nm测定的拉曼光谱的D谱带半 值宽为85cm^-1以下的结晶性的碳纳米壁。例如，作为重视导电性大小的电 子材料使用碳纳米壁的场合，其结晶性高者导电性高，同时在高电位下的 耐腐蚀性优异，因此优选具有拉曼光谱的D谱带半值宽为85cm^-1以下的结 晶性的碳纳米壁，更优选具有拉曼光谱的D谱带半值宽为65cm^-1以下的结 晶性的碳纳米壁，进一步优选具有拉曼光谱的D谱带半值宽为50cm^-1以下 的结晶性的碳纳米壁。

(3)一种同时具有高表面积和高结晶性的碳纳米壁，其壁表面积为 50cm²/cm²-基板·μm以上，同时具有以照射激光波长514.5nm测定的拉曼 光谱的D谱带半值宽为85cm^-1以下的结晶性。该碳纳米壁，由于其表面积 大，因此催化剂担载量增加，同时由于其结晶性高，因此导电性高且在高 电位下的耐腐蚀性优异，特别是作为燃料电池用的电极催化剂载体最合适。