[发明专利]碳纳米管成膜方法、成膜装置及碳纳米管薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种包含单壁碳纳米管(single-wall carbon nanotube)的碳纳米管的成膜方法、成膜装置及碳纳米管薄膜，更详细而言，本发明涉及一种在200度或200度以下的低温下，利用流动气相化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)法而大量、廉价地制造出由原料源(raw material source)所形成的碳纳米管的方法、成膜装置及薄膜。 

背景技术

纳米管是利用化学键的网状结构(network)而形成的管状分子，而具有代表性的是石墨型碳(graphite carbon)形成为管状网状结构的碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)。CNT在1991年首次制作时是具有多壁的多壁碳纳米管(multiwall carbon nanotube，MWCNT)，而在1993年制作出了单壁碳纳米管(single wall carbon nanotube，SWCNT)。在此之后，还报告发现了将部分或全部碳原子取代为硼(B)或氮(N)的BNC纳米管及BN纳米管等。 

CNT的特征在于：相对于长度为数十nm至数十μm左右，而直径为0.4nm～5nm(SWCNT)或者2nm～100nm(MWCNT)，具有非常微小且细长的形状。而且，明确的是SWCNT根据其立体结构的差异而成为导体(金属)或半导体中的任一个。特别是半导体结构的碳纳米管中显示出了如下性质：其禁带(forbidden band)(能隙(energy band gap))的大小与管(tube)的直径成反比，通过结构控制而可从1eV左右开始连续地变化。这是硅等的其他半导体中不具备的特征，隐藏着能赋予各种特性的高自由度的半导体元件的设计可能性。

如果将用来合成CNT的方法大致分类，则已知有如下三种方法：电弧放电法(arc discharge)(参照专利文献1)；激光蒸发法(laserevaporation)(参照非专利文献1)；以及化学气相沉积法(chemicalvapor deposition，CVD法)(参照专利文献2)。 

所述方法中的CVD法是用来有效进行大量、廉价合成的方法，如果也将CVD法大致分类，则有：基板CVD法，使基板或载体(carrier)所承载的催化剂(Catalyst)成长来制造；以及所谓的流动气相CVD法，利用喷雾器(spray)等，将含有催化剂的前驱物(precursor)或者粒径极小的催化剂的含碳原料变成雾状，并导入至高温电炉中，由此合成出碳纳米管(参照专利文献2)。所述方法中，特别是流动气相CVD法，在无需使用基板或载体及容易按比例增加(scale up)等成本方面优点较多，是一种最适合于大量合成的方法。 

关于CNT作为纳米科技的主导素材，在广泛领域中应用的可能性正被研究。在用途方面则分为：如晶体管(transistor)或显微镜用探针(probe)等使用CNT的单线的方法；以及汇集多个CNT而成批(bulk)使用的方法。 

在成批使用的方法中，将CNT形成为薄膜而使用的方法有望作为透明导电性薄膜(非专利文献3)及生物传感器(biosensor)(非专利文献4)而实用化。 

关于如上所述将可用作工业材料的CNT薄膜成膜的技术，通过将单壁碳纳米管分散于溶剂等中并涂布分散液而成膜的发明已为人所知(专利文献3)。作为使CNT分散的方法，有如下方法：将CNT放入至含有十二烷基硫酸钠(Sodium dodecyl sulfate)等的表面活性剂(surface activeagent)的水溶液中(例如参照专利文献4)。 

此外，作为将单壁碳纳米管制膜的其他技术，还已知如下方法：在具有相对耐热性的基板(硅、石英、蓝宝石等)上配置作为催化剂的金属微 粒子，并利用基板CVD法而使单壁碳纳米管在基板上成长，从而形成薄膜(非专利文献5)。 

专利文献1：日本专利特开平7-197325号公报 

专利文献2：日本专利特开2001-80913号公报 

专利文献3：日本专利特开2006-176362号公报 

专利文献4：日本专利特开平6-228824号公报(第5页～6页) 

非专利文献1：“Science”文献，vol.273，1996年发行)，p483 

非专利文献2：“Journal of Physical Chemistry B”文献，vol.106，2002(2002年2月16日发行)，p2429