[发明专利]取向碳纳米管集合体的制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种取向碳纳米管集合体的制造装置，是一种能够避免连续生产时质量劣化，显著提高生产率的取向碳纳米管集合体的制造装置。

背景技术

碳纳米管以下也称为CNT，是具有圆筒状封闭结构的碳结构体，该碳结构体是由碳原子在平面上呈六角形配置所构成的碳片封闭而成的圆筒状结构。此CNT中，有多壁和单壁的，无论哪种，从其力学强度、光学特性、电气特性、热特性、分子吸附功能等方面来看，都被期待作为电子设备材料、光学元件材料、导电性材料等功能性材料而得以应用。

CNT中的单壁CNT，不但是极高的电流密度等电气特性、与钻石相媲美的导热度等热特性、在光通信频带中可发光等光学特性、氢气存储能力，以及金属催化剂载体能力等各种特性方面表现优异，而且由于具备半导体和金属的双重特性，因此作为纳米电子设备、纳米光学元件、以及能量存储物等材料而受到瞩目。

将CNT有效利用于这些用途时，构成多根CNT在特定方向取向集中的束状、膜状或者块状的集合体，该CNT集合体发挥电气/电子，以及光学等方面的功能为理想。而且，CNT集合体，其长度即高度更大为理想。此种取向的CNT集合体如果被创制出来的话，预计CNT的应用领域会得到飞跃性的发展。

此CNT制造方法之一，有已知的化学气相沉积法，以下也称之为CVD法，可参照专利文献1等。此方法的特征是，将大约500℃～1000℃高温氛围下的含碳气体，以下称为原料气体，与金属微粒子催化剂相接触，能够在使催化剂的种类及配置，或者碳化合物的种类及反应条件等状态发生各种变化的情况下制造出CNT，作为一种适合大量制造CNT的方法而受到瞩目。而且此CVD法具备了以下优点：不但均可制造单壁碳纳米管SWCNT和多壁碳纳米管MWCNT，而且通过使用负载了催化剂的基板，能够制造出多个垂直于基板面取向的CNT。

CVD法中的CNT合成工序，有时也分为成形工序和生长工序这2个工序进行。此时，成形工序中负载在基板上的金属催化剂通过暴露在高温氢气中，以下称之为还原气体，而被还原，之后的生长工序中通过将含有催化剂活性物质的原料气体与催化剂相接触，使CNT生长。在实施此种成形工序和生长工序时，为了不使被还原的催化剂在成形工序和生长工序之间暴露在外面的气体中，成形工序和生长工序需在同一炉内进行。

通常的CVD法，在CNT的合成过程中所产生的碳类杂质会覆盖催化剂微粒子，使催化剂容易失去活性，CNT无法高效地生长。为此，通常将CVD法时的原料气体的体积百分率控制在0.1～1％左右的低碳浓度氛围中进行合成。因原料气体的供应量和CNT的产量成正比，所以尽量在高碳浓度氛围中进行合成，是直接关系到生产率的提高的。

近年以来，有提案在CVD法中，通过将水等催化剂活性物质与原料气体一起与催化剂发生接触，使催化剂的活性以及寿命都得以明显增大的技术方案，以下称之为Super Growth法。参照非专利文献1。催化剂活性物质被认为是，具有去除覆盖催化剂微粒子的碳类杂质，净化催化剂基底的效果，据此，可以推见到催化剂的活性能得以显著提高，同时寿命得以延长。为此，在催化剂通常会失去活性的高碳浓度环境下，即CVD时的原料气体的体积百分率在2～20％左右时，也不失去催化剂活性，并成功地使CNT的生产率大幅度提高。通过在负载了催化剂的基板上，用Super Growth法所合成的CNT，形成比表面积大，一根一根的CNT按一定规则的方向取向集中的集合体，并且具有容积密度低的特点，以下称为取向CNT集合体。

迄今为止，CNT集合体是，长宽比非常大的一维的细长的具有柔软性的物质，且由于其强大的范德华力(Van Der Waals Force)作用，容易形成无秩序、无取向且比表面积小的集合体。而且一旦形成无秩序、无取向的集合体，重新构建其取向性是极其困难的，因此，制造出具有成形加工性的、具有比表面积大的取向性的CNT集合体很困难。但是，用Super Growth法，即可以制造出比表面积大的、具有取向性的、且具有可成形为各种形态、形状的加工性的取向CNT集合体，作为贮藏物质和能源的材料，认为能够应用于具有超级电容器的电极以及具有指向性的传热、放热材料等各种用途。

迄今为止，作为按CVD法实现连续制造CNT的制造装置，已有各种各样的提案，例如，参照专利文献2～4，已知的有、用输送带和转盘等输运手段连续向合成炉内输运原料的方法。然而，判明了使用Super Growth法，连续制造取向CNT集合体时，存在一些传统的合成法中所没有的源自高碳环境下以及/或者催化剂活性物质的特有的技术课题。

先行技术文献