JP2015003848A - Peeling device, carbon nanotube peeling method, and carbon nanotube manufacturing method - Google Patents
Peeling device, carbon nanotube peeling method, and carbon nanotube manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015003848A JP2015003848A JP2013130887A JP2013130887A JP2015003848A JP 2015003848 A JP2015003848 A JP 2015003848A JP 2013130887 A JP2013130887 A JP 2013130887A JP 2013130887 A JP2013130887 A JP 2013130887A JP 2015003848 A JP2015003848 A JP 2015003848A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- blade
- substrate
- peeling
- cnt
- base material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
本発明は、カーボンナノチューブを剥離するための剥離装置、カーボンナノチューブの剥離方法、及び、カーボンナノチューブの製造方法に関する。 The present invention relates to a peeling apparatus for peeling carbon nanotubes, a carbon nanotube peeling method, and a carbon nanotube manufacturing method.
基材上に成長したカーボンナノチューブ(以下、「CNT」ともいう。)を基材から掻き落とす物として、特許文献1にスクレーバが記載されている。 Patent Document 1 describes a scraper as an object for scraping carbon nanotubes (hereinafter also referred to as “CNT”) grown on a substrate from the substrate.
また、特許文献1とは用途が異なるが、特許文献2には電子複写機等に用いられる感光体ドラムをクリーニングするためのブレードクリーニング装置が記載されている。 Although the application is different from Patent Document 1, Patent Document 2 describes a blade cleaning device for cleaning a photosensitive drum used in an electronic copying machine or the like.
特許文献1に記載のスクレーバでは、基材上のCNTを一度で剥離しきれなかった場合、掻き落とし動作を繰り返すことで、基材上に残存するCNTを剥離する必要がある。このとき、スクレーバによる掻き落とし動作の繰り返し回数が増加することで、工程時間が増大する上に、基材に傷がつきやすく、基材の再利用時にCNTの成長不良が生じる等といった問題が生じ得る。特許文献2のブレードクリーニング装置を用いた場合にも、同様の問題が生じ得る。 In the scraper described in Patent Document 1, when the CNT on the base material cannot be peeled off at once, it is necessary to peel off the CNT remaining on the base material by repeating the scraping operation. At this time, the number of repetitions of the scraping operation by the scraper increases, so that the process time is increased, and the base material is easily damaged, and the CNT growth failure occurs when the base material is reused. obtain. Similar problems can occur when using the blade cleaning device of Patent Document 2.
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、基材からCNTを効率よく剥離し、かつ、基材の損傷を防ぐことが可能な剥離装置を提供すると共に、当該剥離装置を用いたCNTの剥離方法及びCNTの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and provides a peeling device capable of efficiently peeling CNT from a base material and preventing damage to the base material, and using the peeling device. An object of the present invention is to provide a method for peeling off CNTs and a method for producing CNTs.
前記の課題を解決するために、本発明に係る剥離装置は、基材上のカーボンナノチューブを剥離するための剥離装置であって、その端部が、前記基材上のカーボンナノチューブが存在する側の表面に接触した状態で、前記基材に対して相対移動してカーボンナノチューブを剥離するブレードを複数備え、前記複数のブレードは、前記基材に対する相対移動方向に沿って整列しており、前記相対移動方向における最下流側のブレードのロックウェル硬度HR1と、最上流側のブレードのロックウェル硬度HR2とが、HR1>HR2の関係を満たすことを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, a peeling apparatus according to the present invention is a peeling apparatus for peeling carbon nanotubes on a substrate, the end of which is the side on which the carbon nanotubes on the substrate are present. A plurality of blades that move relative to the substrate and peel off the carbon nanotubes in contact with the surface of the substrate, the plurality of blades being aligned along a relative movement direction with respect to the substrate, The Rockwell hardness HR1 of the most downstream blade in the relative movement direction and the Rockwell hardness HR2 of the most upstream blade satisfy the relationship HR1> HR2.
本発明に係る剥離装置において、前記HR1及びHR2が、1≦HR1−HR2≦70の関係を満たすことがより好ましい。 In the peeling apparatus according to the present invention, it is more preferable that the HR1 and HR2 satisfy a relationship of 1 ≦ HR1-HR2 ≦ 70.
本発明に係る剥離装置において、前記複数のブレードは、前記相対移動方向における最下流側から最上流側の順に、ブレードのロックウェル硬度が低くなるように整列していることがより好ましい。 In the peeling apparatus according to the present invention, it is more preferable that the plurality of blades are aligned so that the Rockwell hardness of the blades decreases in the order from the most downstream side to the most upstream side in the relative movement direction.
本発明に係るカーボンナノチューブの剥離方法は、前記いずれかの剥離装置の前記複数のブレードのうち、前記最下流側のブレードを基材上のカーボンナノチューブに接触させ、前記複数のブレードと前記基材とを相対移動させて、カーボンナノチューブを基材から剥離する剥離工程を包含していることを特徴としている。 The carbon nanotube peeling method according to the present invention is such that, among the plurality of blades of any of the peeling devices, the most downstream blade is brought into contact with a carbon nanotube on a substrate, and the plurality of blades and the substrate Is included, and includes a peeling step of peeling the carbon nanotube from the base material.
本発明に係るカーボンナノチューブの製造方法は、前記いずれかの剥離装置により基材上のカーボンナノチューブを剥離する剥離工程と、前記剥離工程においてカーボンナノチューブが剥離された基材上に、カーボンナノチューブを成長させる成長工程とを包含することを特徴としている。 The method for producing carbon nanotubes according to the present invention includes a peeling step of peeling carbon nanotubes on a substrate by any one of the peeling devices, and growing carbon nanotubes on the substrate from which carbon nanotubes have been peeled in the peeling step. And a growth process.
本発明によれば、基材上に成長したCNTを剥離する場合に、基材の損傷を防ぎ、基材からCNTを効率よく剥離することができるという効果を奏する。 According to the present invention, when the CNT grown on the base material is peeled, the base material is prevented from being damaged, and the CNT can be peeled efficiently from the base material.
〔剥離装置〕
本発明の一実施形態に係る剥離装置について、図1を参照して以下に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る剥離装置を模式的に示す図である。図1に示すように、剥離装置100は、基材30上のカーボンナノチューブ(CNT)を剥離するための装置であり、複数のブレードを備えている。剥離装置100は、第1ブレード11及び第2ブレード12を保持する剥離部10を備えている。
[Peeling device]
A peeling apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing a peeling apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
基材30の上にはCNTが存在している。基材30上のCNTは、基材30上において成長したCNT配向集合体であることが好ましく、また、基材30上に垂直に配向するように成長したCNT配向集合体であることがより好ましい。すなわち、剥離装置100は、CNT配向集合体を基材30から剥離することに特に適している。
CNTs are present on the
(CNT配向集合体)
CNT配向集合体は、基材30から成長した多数のCNTが特定の方向に配向した構造体である。CNT配向集合体の好ましい比表面積は、CNTが主として未開口のものにあっては、600m2/g以上であり、より好ましくは、800m2/g以上である。比表面積が高いほど、金属などの不純物、若しくは炭素不純物を重量の数十パーセント(40%程度)より低く抑えることができるので好ましい。
(CNT aligned aggregate)
The aligned CNT aggregate is a structure in which a large number of CNTs grown from the
重量密度は0.002g/cm3以上、0.2g/cm3以下であることが好ましい。重量密度が0.2g/cm3以下であれば、CNT配向集合体を構成するCNT同士の結びつきが弱くなるので、CNT配向集合体を溶媒などに攪拌した際に、均質に分散させることが容易になる。つまり、重量密度が0.2g/cm3以下とすることで、均質な分散液を得ることが容易となる。また重量密度が0.002g/cm3以上であれば、CNT配向集合体の一体性を向上させ、バラけることを抑制できるため取扱いが容易になる。 The weight density is preferably 0.002 g / cm 3 or more and 0.2 g / cm 3 or less. If the weight density is 0.2 g / cm 3 or less, the connection between the CNTs constituting the aligned CNT aggregate is weakened, so it is easy to uniformly disperse the aligned CNT aggregate in a solvent or the like. become. That is, when the weight density is 0.2 g / cm 3 or less, it is easy to obtain a homogeneous dispersion. Further, when the weight density is 0.002 g / cm 3 or more, the integrity of the aligned CNT aggregate can be improved and the variation can be suppressed, so that handling becomes easy.
特定方向に配向したCNT配向集合体は高い配向度を有していることが好ましい。高い配向度とは、
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。
The aligned CNT aggregate oriented in a specific direction preferably has a high degree of orientation. High degree of orientation means
1. When X-ray diffraction intensity is measured by incident X-rays from a first direction parallel to the longitudinal direction of the CNT and a second direction orthogonal to the first direction (θ-2θ method), There exists a θ angle and a reflection direction in which the reflection intensity is greater than the reflection intensity from the first direction, and a θ angle and a reflection direction in which the reflection intensity from the first direction is greater than the reflection intensity from the second direction. Exist.
2.CNTの長手方向に直交する方向からX線を入射して得られた2次元回折パターン像でX線回折強度を測定(ラウエ法)した場合に、異方性の存在を示す回折ピークパターンが出現すること。 2. A diffraction peak pattern showing the presence of anisotropy appears when X-ray diffraction intensity is measured (Laue method) using a two-dimensional diffraction pattern image obtained by X-ray incidence from a direction perpendicular to the longitudinal direction of CNT. To do.
3.ヘルマンの配向係数が、θ−2θ法又はラウエ法で得られたX線回折強度を用いると0より大きく1より小さいこと。より好ましくは0.25以上、1以下であること。 3. The Herman orientation coefficient is greater than 0 and less than 1 using the X-ray diffraction intensity obtained by the θ-2θ method or the Laue method. More preferably, it is 0.25 or more and 1 or less.
以上の1.から3.の少なくともいずれか1つの方法によって評価することができる。また、前述のX線回折法において、単層CNT間のパッキングに起因する(CP)回折ピーク及び(002)ピークの回折強度と、単層CNTを構成する炭素六員環構造に起因する(100)、(110)ピークの平行と垂直との入射方向の回折ピーク強度との度合いが互いに異なるという特徴も有している。 1 above. To 3. It can be evaluated by at least one of the following methods. In the X-ray diffraction method described above, the diffraction intensity of the (CP) diffraction peak and the (002) peak due to packing between single-walled CNTs and the carbon six-membered ring structure constituting the single-walled CNTs (100 ), (110) Another feature is that the degree of diffraction peak intensity in the incident direction of the parallel and perpendicular to the peak is different.
CNT配向集合体が配向性、及び高比表面積を示すためには、CNT配向集合体の高さ(長さ)は10μm以上、10cm以下の範囲にあることが好ましい。高さが10μm以上であると、配向性が向上する。また高さが10cm以下であると、生成を短時間で行なえるため炭素系不純物の付着を抑制でき、比表面積を向上できる。 In order for the aligned CNT aggregate to exhibit orientation and a high specific surface area, the height (length) of the aligned CNT aggregate is preferably in the range of 10 μm to 10 cm. When the height is 10 μm or more, the orientation is improved. Further, when the height is 10 cm or less, the production can be performed in a short time, so that adhesion of carbon-based impurities can be suppressed and the specific surface area can be improved.
CNTのG/D比は好ましくは3以上、より好ましくは4以上である。G/D比とはCNTの品質を評価するのに一般的に用いられている指標である。ラマン分光装置によって測定されるCNTのラマンスペクトルには、Gバンド(1600cm−1付近)とDバンド(1350cm−1付近)と呼ばれる振動モードが観測される。GバンドはCNTの円筒面であるグラファイトの六方格子構造由来の振動モードであり、Dバンドは非晶箇所に由来する振動モードである。よって、GバンドとDバンドのピーク強度比(G/D比)が高いものほど、結晶性の高いCNTと評価できる。 The G / D ratio of CNT is preferably 3 or more, more preferably 4 or more. The G / D ratio is an index generally used for evaluating the quality of CNTs. The Raman spectra of CNT measured by Raman spectroscopy system, the vibration mode is observed, called G band (1600 cm -1 vicinity) and D-band (1350 cm around -1). The G band is a vibration mode derived from a hexagonal lattice structure of graphite, which is a cylindrical surface of CNT, and the D band is a vibration mode derived from an amorphous part. Therefore, a higher peak intensity ratio (G / D ratio) between the G band and the D band can be evaluated as CNT having higher crystallinity.
(第1ブレード11及び第2ブレード12)
第1ブレード11及び第2ブレード12は、その端部を基材30上のCNTが存在する側の表面に接触させた状態で、基材30に対して相対移動することによって、基材30からCNTを掻き落として剥離するための物である。第1ブレード11と第2ブレード12とは、基材30に対する相対移動方向(図中矢印Bの方向)に沿って整列している。ここで、相対移動とは、第1ブレード11及び第2ブレード12と基材30との一方又は両方が移動することで、両者の相対的な位置関係が連続的に変化することを表す。
(
The
第1ブレード11は、上述した相対移動方向において、第2ブレード12よりも下流側に位置している。すなわち、第1ブレード11は、相対移動方向における最下流側に位置し、第2ブレード12は、相対移動方向における最上流側に位置している。そして、第1ブレード11のロックウェル硬度HR1と、第2ブレード12のロックウェル硬度HR2とは、HR1>HR2の関係を満たしている。すなわち、基材30に最初に接触する第1ブレード11が、その後に基材30に接触する第2ブレード12よりも硬い。
The
基材上のCNTを1枚のブレード等により掻き落として剥離する場合、一度で剥離しきれなかったときには、掻き落とし動作を繰り返すことで、基材上に残存するCNTを剥離する必要がある。このとき、ブレードによる掻き落とし動作の繰り返し回数が増加することで、工程時間が増大する上に、基材に傷がつきやすく、基材の再利用時にCNTの成長不良が生じる等といった問題が生じ得る。 When the CNT on the base material is scraped off by one blade or the like and peeled off at once, it is necessary to peel off the CNT remaining on the base material by repeating the scraping operation. At this time, the number of repetitions of the scraping operation by the blade increases, so that the process time increases, and the substrate is easily damaged, and CNT growth failure occurs when the substrate is reused. obtain.
剥離装置100は、第1ブレード11及び第2ブレード12を備えているので、第1ブレード11により剥離しきれず基材30上に残存するCNTがあっても、第2ブレード12により剥離することができる。これにより、剥離部10と基材30とを一度相対移動させるのみで、ブレードを1つのみ備える従来の剥離装置よりも多くのCNTを剥離することができる。すなわち、剥離装置100は、より効率よくCNTを剥離することができる。
Since the
基材上のCNTを剥離するために用いられるブレードは、ある程度硬い物の方が好ましいが、ブレードが硬いほど基材に傷がつきやすい。剥離装置100においては、基材30に最初に接触する第1ブレード11を第2ブレード12よりも硬くし、次に基材30に接触する第2ブレード12を第1ブレード11よりも柔らかくすることによって、硬いブレードのみを繰り返し用いる場合と比較して、基材30に傷がつくことを防ぐことができる。また、第1ブレード11により剥離されずに基材30上に残存するCNTは、第1ブレード11により剥離されやすい状態になっているため、第2ブレード12が柔らかくても、基材30上に残存するCNTを剥離することができる。
The blade used for peeling the CNTs on the base material is preferably hard to some extent, but the harder the blade, the more easily the base material is damaged. In the
このように、剥離装置100は、最下流側に位置している第1ブレード11が、最上流側に位置している第2ブレード12よりも硬いため、基材からCNTを効率よく剥離することができると共に、基材30の損傷を防ぐことができる。
Thus, since the 1st braid |
また、剥離装置100において、第1ブレード11のロックウェル硬度HR1及び第2ブレード12のロックウェル硬度HR2が、1≦HR1−HR2≦70の関係を満たすことが好ましい。これにより、剥離装置100は、より効率よくCNT剥離可能であると共に、より好適に基材30の損傷を防ぐことができる。また、HR1−HR2は、5以上、40以下であることがより好ましく、10以上、20以下であることがさらに好ましい。
In the
また、HR1は、好ましくは70以上、130以下であり、より好ましくは90以上、125以下であり、さらに好ましくは100以上、120以下である。この構成により、第1ブレード11は、基材30からのCNTの剥離により適した硬度を有する。さらに、HR2は、好ましくは50以上、120以下であり、より好ましくは70以上、115以下であり、さらに好ましくは80以上、110以下である。この構成により、第2ブレード12は、基材30に傷をつけにくく、かつ、基材30上に残存するCNTを剥離することにより適した硬度を有する。
HR1 is preferably 70 or more and 130 or less, more preferably 90 or more and 125 or less, and further preferably 100 or more and 120 or less. With this configuration, the
なお、HR1及びHR2は、CNTの剥離のしやすさ、基材の傷つきやすさなどを考慮して、適宜設定することができる。すなわち、HR1>HR2を満たす限り、CNTが剥離しやすい場合には、第1ブレード11及び第2ブレード12として、それぞれHR1及びHR2の低いブレードを用いてもよいし、基材に傷がつきにくい場合には、第1ブレード11及び第2ブレード12として、それぞれHR1及びHR2の高いブレードをそれぞれ用いてもよい。
Note that HR1 and HR2 can be set as appropriate in consideration of the ease of peeling of the CNT, the ease of scratching the substrate, and the like. That is, as long as HR1> HR2 is satisfied, when the CNT is easily peeled off, blades having low HR1 and HR2 may be used as the
第1ブレード11及び第2ブレード12を形成する材料としては、HR1>HR2の関係を満たす物であれば特に限定されず、例えば金属や樹脂を用いることができる。基材の傷つきを防止できるとの観点から第1ブレード11及び第2ブレード12を形成する材料は樹脂が好ましく、その具体例としては、ナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、ABS樹脂等が挙げられる。
The material forming the
ここで、第1ブレード11及び第2ブレード12の硬度を表すロックウェル硬度は、JIS B 7726又はJIS Z 2245により測定することができる。
Here, the Rockwell hardness representing the hardness of the
本実施形態においては、剥離装置100が第1ブレード11及び第2ブレード12の2枚のブレードを備えた構成を例として説明しているが、複数のブレードを備えていればその数は特に限定されない。
In the present embodiment, the configuration in which the
剥離装置100が備える複数のブレードは、最下流側のブレードが最上流側のブレードよりも硬ければよいが、最下流側から最上流側の順に、ブレードのロックウェル硬度が低くなるように整列していることがより好ましい。すなわち、第1ブレード11と第2ブレード12との間に、例えば、第3ブレード(ロックウェル硬度HR3)及び第4ブレード(ロックウェル硬度HR4)を備え、第1ブレード11、第3ブレード、第4ブレード、第2ブレード12の順に整列している場合には、これらのロックウェル硬度は、HR1>HR3>HR4>HR2の関係を満たすことがより好ましい。これにより、より効率よく基材30からCNTを剥離できると共に、基材30の損傷をより確実に防ぐことができる。
The plurality of blades included in the
第1ブレード11と第2ブレード12とは、図1に示すように、1つの剥離部10に共に設けられており、剥離部10の移動に伴って2枚のブレードが一体として移動するように構成されていてもよいし、それぞれ別の剥離部に設けられ、2枚のブレードがそれぞれ独立して移動するように構成されていてもよい。ここで、剥離装置100に設けられた複数のブレードにおいて、互いの間隔は、狭い方が効率よくCNTを剥離することができるため好ましい。好ましいブレード間の間隔は、1mm以上、50mm以下であり、より好ましくは3mm以上、30mm以下、さらに好ましくは5mm以上、20mm以下である。
As shown in FIG. 1, the
剥離装置100を用いて基材30上のCNTを剥離するとき、第1ブレード11及び第2ブレード12が載置台20の表面に対してなす角度は限定されず、例えば、0°より大きく、90°以下であることが好ましく、30°以上、60°以下であることがより好ましい。
When the CNTs on the
第1ブレード11及び第2ブレード12は、基材30の表面に接触した際に、その先端が基材30の表面に対して平行になるように加工されていてもよい。このような構造にするためには、一旦、第1ブレード11及び第2ブレード12の先端を鋭く形成した上で、この先端を適宜切断すればよい。このとき、基材30に接する先端の幅を、好ましくは1mm以上、3mm以下にしてもよい。
The
(剥離部10)
剥離部10は、第1ブレード11及び第2ブレード12を保持し、図1の矢印A方向に移動して、第1ブレード11及び第2ブレード12の端部を、基材30上のCNTが存在する側の表面に接触させることができる。また、剥離部10は、第1ブレード11及び第2ブレード12が図1の矢印B方向に移動するように、第1ブレード11及び第2ブレード12を移動させるための移動機構を備えていてもよい。このような移動機構として、ベルトコンベア等の公知の移動機構を用いることができる。
(Peeling part 10)
The peeling
(載置台20)
載置台20は、CNTが成長した基材30を載せるための台である。図1は、載置台20上に基材30が載せられた状態を示している。載置台20は、第1ブレード11及び第2ブレード12が基材30に対して図1の矢印B方向に相対移動するように、基材30を移動させる機構を備えていてもよい。このような移動機構として、ベルトコンベア等の公知の移動機構を用いることができる。
(Mounting table 20)
The mounting table 20 is a table for mounting the
(基材30)
基材30は、CNTを成長させるための基材であり、例えば、平板状の基板の上にCNTの成長を触媒する触媒層が設けられてなるものである。基板に用いる材料としては、400℃以上の高温でも形状を維持できることが好ましい。具体的には、鉄、ニッケル、クロム、モリブデン、タングステン、チタン、アルミニウム、マンガン、コバルト、銅、銀、金、白金、ニオブ、タンタル、鉛、亜鉛、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、及びアンチモンなどの金属、並びにこれらの金属を含む合金及び酸化物;シリコン、石英、ガラス、マイカ、グラファイト、及びダイヤモンドなどの非金属;並びにセラミックなどを例示できる。金属はシリコン及びセラミックと比較して、低コストであるから好ましく、特に、Fe−Cr(鉄−クロム)合金、Fe−Ni(鉄−ニッケル)合金、Fe−Cr−Ni(鉄−クロム−ニッケル)合金等は好適である。
(Substrate 30)
The
平板状の基板を使用する場合、基板の厚さに特に制限はなく、例えば数μm程度の薄膜から数cm程度までのものを用いることができる。好ましくは、0.05mm以上3mm以下である。基板の厚さが3mm以下であれば、CVD工程で基板を十分に加熱することができるので、CNTの成長不良を抑制することができ、また基板のコストを低減できる。基板の厚さが0.05mm以上であれば、浸炭による基板の変形を抑え、また基板自体のたわみが起こりにくいため基板の搬送や再利用に有利である。なお、本明細書にいう浸炭とは基板に炭素成分が浸透することをいう。 When a flat substrate is used, the thickness of the substrate is not particularly limited, and for example, a thin film having a thickness of about several μm to about several cm can be used. Preferably, it is 0.05 mm or more and 3 mm or less. If the thickness of the substrate is 3 mm or less, the substrate can be sufficiently heated in the CVD process, so that the CNT growth failure can be suppressed and the cost of the substrate can be reduced. If the thickness of the substrate is 0.05 mm or more, the deformation of the substrate due to carburization is suppressed, and the substrate itself is less likely to bend, which is advantageous for transport and reuse of the substrate. In addition, the carburization referred to in this specification means that the carbon component penetrates into the substrate.
平板状基板の形状、大きさに特に制限はないが、形状としては、長方形もしくは正方形のものを用いることができる。 Although there is no restriction | limiting in particular in the shape and magnitude | size of a flat substrate, As a shape, a rectangular or square thing can be used.
(浸炭防止層)
この基板の表面又は裏面の少なくともいずれか一方には、浸炭防止層を形成してもよい。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、CNTの成長工程において、基板が浸炭されて変形してしまうことを防止するための保護層である。
(Carburization prevention layer)
A carburizing prevention layer may be formed on at least one of the front surface and the back surface of the substrate. It is desirable that carburization prevention layers are formed on both the front and back surfaces. This carburizing prevention layer is a protective layer for preventing the substrate from being carburized and deformed in the CNT growth process.
浸炭防止層は、金属又はセラミック材料によって構成されることが好ましく、特に浸炭防止効果の高いセラミック材料であることが好ましい。金属としては、銅、アルミニウム等を例示できる。セラミック材料としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、シリカアルミナ、酸化クロム、酸化ホウ素、酸化カルシウム、酸化亜鉛等の酸化物、窒化アルミニウム、及び、窒化ケイ素等の窒化物を例示でき、なかでも浸炭防止効果が高いことから、酸化アルミニウム及び酸化ケイ素が好ましい。 The carburizing prevention layer is preferably made of a metal or a ceramic material, and particularly preferably a ceramic material having a high carburizing prevention effect. Examples of the metal include copper and aluminum. Examples of the ceramic material include aluminum oxide, silicon oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, titanium oxide, silica alumina, chromium oxide, boron oxide, calcium oxide, zinc oxide and other oxides, aluminum nitride, and silicon nitride. Nitride can be exemplified, and aluminum oxide and silicon oxide are preferable because they have a high carburization prevention effect.
(触媒)
基板上には、又は、当該基板上に浸炭防止層を備える場合には当該浸炭防止層の上には、触媒が担持されて触媒層を形成している。触媒としては、CNTの製造が可能であればよく、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、モリブデン、並びに、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、また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、例えば、CNTの製造が可能な範囲であればよく、鉄を用いる場合、触媒層の厚さは、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。
(catalyst)
When a carburization prevention layer is provided on the substrate or on the substrate, a catalyst is supported on the carburization prevention layer to form a catalyst layer. The catalyst only needs to be able to produce CNT. For example, iron, nickel, cobalt, molybdenum, and chlorides and alloys thereof, and these may be aluminum, alumina, titania, titanium nitride, and silicon oxide. It may be compounded or layered. For example, an iron-molybdenum thin film, an alumina-iron thin film, an alumina-cobalt thin film, an alumina-iron-molybdenum thin film, an aluminum-iron thin film, an aluminum-iron-molybdenum thin film, and the like can be exemplified. The amount of the catalyst may be within a range in which CNT can be produced, for example. When iron is used, the thickness of the catalyst layer is preferably 0.1 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less. Preferably, it is 0.8 nm or more and 2 nm or less.
本実施形態では、基材30上に既にCNTが成長している場合について説明する。剥離装置100によりCNTが剥離された後、基材30はCNTの成長に再利用されてもよい。
In the present embodiment, a case where CNT has already grown on the
次に、剥離装置100の動作について説明する。
Next, the operation of the
載置台20上に基材30を載せた後、剥離部10を矢印A方向に移動させて、第1ブレード11及び第2ブレード12の端部を、基材30上のCNTが存在する側の表面に接触させる。このとき、第1ブレード11及び第2ブレード12を基材30に押し付ける力は限定されないが、例えば、8N以上、700N以下であることが好ましく、15N以上、100N以下であることがより好ましい。
After the
ブレードを基材に押し付ける力が弱いと、基材の表面とブレードの端部との間に隙間ができ、CNTが剥離されずに基材に残存する虞がある。一方、ブレードを基材に押し付ける力が強すぎると、基材を傷つけたり、ブレードの端部が摩耗しやすくなったりする場合がある。ブレードを基材に押し付ける力を適宜調節することで、CNTが基材上に残存することを防ぎ、且つ、基材を傷つけることなくCNTを剥離することができる。 If the force for pressing the blade against the substrate is weak, there is a gap between the surface of the substrate and the end of the blade, and the CNT may remain on the substrate without being peeled off. On the other hand, if the force for pressing the blade against the substrate is too strong, the substrate may be damaged or the end of the blade may be easily worn. By appropriately adjusting the force for pressing the blade against the base material, it is possible to prevent the CNT from remaining on the base material and to peel the CNT without damaging the base material.
第1ブレード11及び第2ブレード12の端部を基材30の表面に接触させた状態で、剥離部10及び載置台20の少なくとも一方を移動させることで、第1ブレード11及び第2ブレード12を基材30に対して図1の矢印B方向に相対移動させる。このとき、第1ブレード11及び第2ブレード12が、基材30に対して相対移動する速度は、例えば、50mm/s以上、500mm/s以下であることが好ましい。
The
ここで、剥離部10及び載置台20は、一方を固定して他方を動かすように構成してもよいし、両方とも動かすように構成してもよい。例えば、剥離部10を固定して、CNTが成長した基材30を載せた載置台20を移動させる構成にすれば、連続的にCNTを製造する装置に剥離装置100を組み込む場合に有利である。すなわち、基材をベルトコンベア等で運搬して、CNTを成長させる炉内を通過させた後に、ブレードの下を通過させれば、CNTを連続的に剥離することができる。
Here, the peeling
このように剥離装置100を作動することによって、相対移動方向下流側の第1ブレード11により、まず基材30上のCNTが掻き取られ、掻き取りきれずに基材30上に残存したCNTも、相対移動方向上流側の第2ブレード12により、掻き取られる。CNTが剥離された基材は、必要に応じて触媒層を新たに形成した上で、CNTの成長のために再利用することが可能である。
By operating the
〔剥離方法〕
本発明に係る剥離方法は、CNTを剥離する剥離方法であって、本発明に係る剥離装置の複数のブレードのうち、最下流側のブレードを基材上のCNTに接触させ、複数のブレードと基材とを相対移動させてCNTを基材から剥離する剥離工程を包含することを特徴としている。
[Peeling method]
The stripping method according to the present invention is a stripping method for stripping CNTs, and of the plurality of blades of the stripping apparatus according to the present invention, the blade on the most downstream side is brought into contact with the CNTs on the substrate, It includes a peeling step in which the CNT is peeled from the base material by moving the base material relative to the base material.
すなわち、本発明に係る剥離方法の一実施形態は、上述した剥離装置100により実現されるものであるため、本発明に係る剥離方法の一実施形態の説明は、上述した剥離装置100の説明に準じる。
That is, since one embodiment of the peeling method according to the present invention is realized by the
〔製造方法〕
本発明に係る製造方法は、CNTを製造する製造方法であって、本発明に係る剥離装置により基材上のCNTを剥離する剥離工程と、前記剥離工程においてCNTが剥離された基材上に、CNTを成長させる成長工程とを包含することを特徴としている。
〔Production method〕
The manufacturing method according to the present invention is a manufacturing method for manufacturing CNTs, and includes a peeling step of peeling CNTs on a substrate by a peeling device according to the present invention, and a substrate from which CNTs have been peeled in the peeling step. And a growth step of growing CNTs.
(剥離工程)
本発明に係る製造方法の剥離工程の一実施形態は、上述した剥離装置100により実現されるものであるため、本発明に係る製造方法の剥離工程の一実施形態の説明は、上述した剥離装置100の説明に準じる。
(Peeling process)
Since one embodiment of the peeling process of the manufacturing method according to the present invention is realized by the above-described
(初期化工程)
本発明の一実施形態に係る製造方法は、剥離工程の後、成長工程の前に初期化工程を包含していてもよい。初期化工程においては、CNTが剥離された基材上に残留する炭素不純物を除去する。
(Initialization process)
The manufacturing method according to an embodiment of the present invention may include an initialization process after the peeling process and before the growth process. In the initialization step, carbon impurities remaining on the substrate from which the CNTs have been peeled are removed.
基材の再利用時に、触媒層が炭素成分を含む場合、CNTの成長が不安定になる、又は、生成されるCNTの品質が低下する可能性がある。この炭素成分は、基材又は触媒層に付着している炭素不純物に由来していると考えられる。したがって、基材又は触媒層に付着している炭素不純物を除去することによって、基材の再利用時のCNTの成長を安定化すると共に、高品質なCNTを繰り返し生成することができる。 When the catalyst layer contains a carbon component when the substrate is reused, the growth of CNTs may become unstable, or the quality of the produced CNTs may deteriorate. This carbon component is considered to be derived from carbon impurities adhering to the substrate or the catalyst layer. Therefore, by removing the carbon impurities adhering to the base material or the catalyst layer, it is possible to stabilize the growth of the CNT when the base material is reused and to repeatedly produce high-quality CNT.
基材又は触媒層に付着した炭素不純物の除去方法としては、高温で加熱して蒸発させる方法、酸洗浄する方法等が例として挙げられる。 Examples of the method for removing carbon impurities attached to the base material or the catalyst layer include a method of evaporating by heating at a high temperature, a method of acid cleaning, and the like.
基材又は触媒層から炭素成分が除去されて、炭素成分を含まないことは、例えば基材表面のラマンスペクトル測定により評価することが可能である。炭素成分は、1593cm−1付近のグラファイトの振動モードもしくは、1350cm−1付近の結晶性の低いアモルファス炭素化合物の振動モードで検出することが可能である。したがって、初期化工程後の基材において、これらのピークが観測されないことが好ましい。 The fact that the carbon component is removed from the substrate or the catalyst layer and does not contain the carbon component can be evaluated, for example, by measuring the Raman spectrum of the substrate surface. The carbon component can be detected in the vibration mode of graphite near 1593 cm −1 or the vibration mode of an amorphous carbon compound having low crystallinity near 1350 cm −1 . Therefore, it is preferable that these peaks are not observed in the substrate after the initialization step.
なお、初期化工程後の基材上に触媒層が残存していてもよいし、炭素成分の除去に伴って除去されていてもよい。初期化工程において触媒層が除去されていても、後述する触媒層形成工程において、触媒層を形成すれば、その後のCNT生成に悪影響を及ぼすことはない。一方で、初期化工程で炭素不純物の除去が不十分であると、その上に触媒層を形成したとしても、その後のCNT生成においてCNTの生産量や品質が低下することがある。 The catalyst layer may remain on the substrate after the initialization step, or may be removed along with the removal of the carbon component. Even if the catalyst layer is removed in the initialization step, if the catalyst layer is formed in the catalyst layer formation step described later, the subsequent CNT generation will not be adversely affected. On the other hand, if the removal of carbon impurities is insufficient in the initialization step, even if a catalyst layer is formed thereon, the production and quality of CNT may be reduced in the subsequent CNT generation.
(清掃工程)
本発明の一実施形態に係る製造方法は、初期化工程の後、成長工程の前に清掃工程をさらに含んでいてもよい。清掃工程においては、初期化工程後の基材上を清掃する。清掃工程においては、例えば、布により基材表面を拭き取る方法、基材表面を水洗する方法等により、基材上を清掃する。初期化工程後の基材表面には、炭素成分が蒸発しきれずに残存している場合があるが、初期化工程後に基材を清掃することによって、残存する炭素成分を取り除くことができる。基材表面に残存する炭素成分と基材又は触媒微粒子との接着力は、初期化工程により低下しているため、拭き取り、水洗等によって、容易に炭素成分を取り除くことができる。
(Cleaning process)
The manufacturing method according to an embodiment of the present invention may further include a cleaning step after the initialization step and before the growth step. In the cleaning process, the substrate after the initialization process is cleaned. In the cleaning process, for example, the surface of the substrate is cleaned by a method of wiping the substrate surface with a cloth, a method of washing the substrate surface with water, or the like. The carbon component may remain on the surface of the substrate after the initialization step without being completely evaporated, but the remaining carbon component can be removed by cleaning the substrate after the initialization step. Since the adhesive force between the carbon component remaining on the substrate surface and the substrate or the catalyst fine particles is reduced by the initialization process, the carbon component can be easily removed by wiping, washing with water, or the like.
なお、清掃工程後の基材上に触媒層が残存していてもよいし、基材表面の清掃に伴って除去されていてもよい。清掃工程において触媒層が除去されていても、後述する触媒層形成工程において、触媒層を形成すればよいため、その後のCNT生成に悪影響を及ぼすことはない。 In addition, the catalyst layer may remain on the base material after the cleaning step, or may be removed along with the cleaning of the base material surface. Even if the catalyst layer is removed in the cleaning process, it is only necessary to form the catalyst layer in the catalyst layer forming process to be described later.
(触媒層形成工程)
本発明の一実施形態に係る製造方法は、清掃工程の後、成長工程の前に触媒層形成工程をさらに含んでいてもよい。触媒層形成工程においては、初期化工程後、又は、初期化工程後にさらに清掃工程を行った後に、基材上に触媒層を設ける。これにより、一旦CNTの製造に供し、CNTを剥離した基材であっても、より好適に再度CNTの製造に用いることができる。
(Catalyst layer formation process)
The manufacturing method according to an embodiment of the present invention may further include a catalyst layer forming step after the cleaning step and before the growth step. In the catalyst layer forming step, the catalyst layer is provided on the substrate after the initialization step or after the cleaning step is further performed after the initialization step. Thereby, even if it is a base material which used for manufacture of CNT once and peeled CNT, it can be used for manufacture of CNT again more suitably.
初期化工程後に、触媒層が最表面にある基材をそのまま用いて、2度目のCNT成長処理を行った場合、CNTの成長が不安定になったり、生成されるCNTの品質が低下したりする場合がある。考えられる原因として、触媒層中の触媒微粒子の密度や直径が、1度目のCNT成長処理と同じ最適な状態に維持されていないことや、初期化工程において触媒層中の触媒微粒子が除去されたこと等が挙げられる。 When the CNT growth process is performed for the second time using the substrate with the catalyst layer on the outermost surface as it is after the initialization process, the growth of the CNT becomes unstable or the quality of the generated CNT deteriorates. There is a case. Possible causes are that the density and diameter of the catalyst fine particles in the catalyst layer are not maintained in the same optimum state as the first CNT growth process, or the catalyst fine particles in the catalyst layer have been removed in the initialization process. And so on.
触媒層形成工程を行うことによって、初期化工程後の基材又は触媒層を覆うように、新たに触媒層を積層することによって、基材最表面に新たな触媒層が形成される。これにより、次のCVDを実施するときに、基材上の触媒層を最適な状態にすることができる。 By performing the catalyst layer forming step, a new catalyst layer is formed on the outermost surface of the substrate by newly laminating the catalyst layer so as to cover the substrate or the catalyst layer after the initialization step. Thereby, when implementing the next CVD, the catalyst layer on a base material can be made into an optimal state.
基材上への触媒層の形成、つまり、本発明にいう触媒形成工程は、ウェットプロセス又はドライプロセスのいずれを適用してもよい。例えば、スパッタリング蒸着法、金属微粒子を適宜な溶媒に分散させた液体の塗布・焼成法などを適用することができる。また周知のフォトリソグラフィー、ナノインプリンティング等を適用したパターニングを併用して触媒層を任意の形状とすることもできる。 Either the wet process or the dry process may be applied to the formation of the catalyst layer on the substrate, that is, the catalyst forming step referred to in the present invention. For example, a sputtering vapor deposition method or a liquid coating / firing method in which metal fine particles are dispersed in an appropriate solvent can be applied. In addition, the catalyst layer can be formed into an arbitrary shape by combining patterning using well-known photolithography, nanoimprinting, or the like.
基板上に成膜する触媒のパターニングを調整することにより、薄膜状、円柱状、角柱状、及びその他の複雑な形状をしたものなど、単層CNT配向集合体の形状を任意に制御することができる。特に薄膜状の単層CNT配向集合体は、その長さ及び幅寸法に比較して厚さ(高さ)寸法が極端に小さいが、長さ及び幅寸法は、触媒のパターニングによって任意に制御可能であり、厚さ寸法は、単層CNT配向集合体を構成する各単層CNTの成長時間によって任意に制御可能である。 By adjusting the patterning of the catalyst deposited on the substrate, the shape of the aligned single-walled CNT aggregate can be controlled arbitrarily, such as thin film, cylindrical, prismatic, and other complicated shapes. it can. In particular, the aligned single-walled CNT aggregate is extremely small in thickness (height) compared to its length and width, but the length and width can be controlled arbitrarily by patterning the catalyst. The thickness dimension can be arbitrarily controlled by the growth time of each single-walled CNT constituting the single-walled aligned CNT aggregate.
(フォーメーション工程)
本発明の一実施形態に係る製造方法は、触媒層形成工程の後、成長工程の前に、フォーメーション工程をさらに含んでいてもよい。フォーメーション工程は、基材上の触媒層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、触媒のCNTの成長に適合した状態である微粒子化の促進、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。
(Formation process)
The manufacturing method according to an embodiment of the present invention may further include a formation step after the catalyst layer forming step and before the growth step. The formation process is a process of heating the catalyst and / or the reducing gas while setting the environment surrounding the catalyst layer on the substrate as the reducing gas environment. By this step, at least one of the effects of reduction of the catalyst, promotion of atomization that is suitable for the growth of CNT of the catalyst, and improvement of the activity of the catalyst appears.
フォーメーション工程における触媒及び/又は還元ガスの温度は、好ましくは400℃以上、1100℃以下である。またフォーメーション工程の時間は、3分以上、30分以下が好ましく、3分以上、8分以下がより好ましい。フォーメーション工程の時間がこの範囲であれば、触媒微粒子の粗大化が防止され、成長工程における多層カーボンナノチューブの生成を抑制することができる。 The temperature of the catalyst and / or reducing gas in the formation step is preferably 400 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. The time for the formation step is preferably 3 minutes or more and 30 minutes or less, and more preferably 3 minutes or more and 8 minutes or less. If the time of the formation step is within this range, the coarsening of the catalyst fine particles can be prevented, and the generation of multi-walled carbon nanotubes in the growth step can be suppressed.
例えば、触媒として鉄を用いる場合、水酸化鉄薄膜又は酸化鉄薄膜が形成され、同時もしくはその後に還元及び微粒子化がおこり、鉄の微粒子が形成される。そして、浸炭防止層の材質がアルミナであり、且つ、触媒金属が鉄である場合、鉄触媒層は還元されて微粒子化し、アルミナ層上にナノメートルサイズの鉄微粒子が多数形成される。これにより触媒はCNTの生産に好適な触媒に調製される。 For example, when iron is used as a catalyst, an iron hydroxide thin film or an iron oxide thin film is formed, and at the same time or after that, reduction and fine particle formation occur to form iron fine particles. When 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 many nanometer-sized iron fine particles are formed on the alumina layer. As a result, the catalyst is prepared as a catalyst suitable for production of CNTs.
(成長工程)
成長工程では、剥離工程においてCNTが剥離された基材の周囲環境を原料ガス環境とすると共に、基材上の触媒及び原料ガスのうち少なくとも一方を加熱して、基材上にCNTを成長させる。すなわち、成長工程では、化学気相成長(CVD)法により基材上にCNTを成長させる。
(Growth process)
In the growth step, the surrounding environment of the substrate from which the CNTs were peeled in the peeling step is set as a source gas environment, and at least one of the catalyst and the source gas on the substrate is heated to grow the CNTs on the substrate. . That is, in the growth process, CNTs are grown on the substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method.
成長工程においては、例えば、基材に対向する位置に複数配列した原料ガスの噴射口から、基材に対して原料ガスを噴射する。噴射口をこのように構成することで、原料ガスを基材上に均一に散布することができ、効率よく原料ガスを消費することができる。その結果、基材上に成長するCNT配向集合体の均一性を高めることができ、かつ原料ガスの消費量を削減することができる。 In the growth step, for example, the source gas is injected onto the substrate from a plurality of source gas injection ports arranged at positions facing the substrate. By configuring the injection port in this way, the source gas can be uniformly dispersed on the substrate, and the source gas can be consumed efficiently. As a result, the uniformity of the aligned CNT aggregates grown on the substrate can be improved, and the consumption of the raw material gas can be reduced.
成長工程においては、触媒及び原料ガスの少なくとも一方を加熱する。均一な密度でCNTを成長させる観点からは、少なくとも原料ガスを加熱することが好ましい。加熱の温度は、400℃〜1100℃がより好ましい。 In the growth process, at least one of the catalyst and the source gas is heated. From the viewpoint of growing CNTs with a uniform density, it is preferable to heat at least the raw material gas. The heating temperature is more preferably 400 ° C to 1100 ° C.
成長工程においては、基材と噴射口とが相対的に移動しながら、原料ガスを噴射することが好ましい。ここで、相対的に移動とは、基材と噴射口との一方又は両方が移動することで、両者の相対的な位置関係が連続的に変化することを表す。具体的には、基材をベルトコンベア上に載置して、原料ガスが噴射される噴射口の下を連続的に搬送する方法が挙げられる。 In the growth step, it is preferable to inject the raw material gas while the base material and the injection port move relatively. Here, the relative movement means that one or both of the base material and the injection port move, and the relative positional relationship between the two continuously changes. Specifically, there is a method in which the substrate is placed on a belt conveyor and continuously conveyed under the injection port from which the raw material gas is injected.
成長工程は、触媒を担持した基材を受容する合成炉(反応チャンバ)及び加熱手段を用いて行うことが可能であり、例えば、熱CVD炉、熱加熱炉、電気炉、乾燥炉、恒温槽、雰囲気炉、ガス置換炉、マッフル炉、オーブン、真空加熱炉、プラズマ反応炉、マイクロプラズマ反応炉、RFプラズマ反応炉、電磁波加熱反応炉、マイクロ波照射反応炉、赤外線照射加熱炉、紫外線加熱反応炉、MBE反応炉、MOCVD反応炉、レーザ加熱装置等の、公知の生産装置をいずれも使用できる。 The growth process can be performed using a synthesis furnace (reaction chamber) that receives a substrate carrying a catalyst and a heating means, for example, a thermal CVD furnace, a thermal heating furnace, an electric furnace, a drying furnace, a thermostat. , Atmosphere furnace, gas replacement furnace, muffle furnace, oven, vacuum heating furnace, plasma reactor, microplasma reactor, RF plasma reactor, electromagnetic heating reactor, microwave irradiation reactor, infrared irradiation heating furnace, ultraviolet heating reaction Any known production apparatus such as a furnace, an MBE reaction furnace, an MOCVD reaction furnace, or a laser heating apparatus can be used.
表1に示す第1ブレード及び第2ブレードを備えた剥離装置をそれぞれ用いて、基材上に成長したCNTを剥離及び回収した。 The CNTs grown on the substrate were peeled and collected using the peeling devices each having the first blade and the second blade shown in Table 1.
実施例1の剥離装置は、第1ブレードとしてナイロン製のブレード、及び、第2ブレードとしてPP製のブレードを備えている。第1ブレードの硬度(HR1)は120、第2ブレードの硬度(HR2)は105、HR1−HR2は15である。 The peeling apparatus of Example 1 includes a nylon blade as the first blade and a PP blade as the second blade. The hardness (HR1) of the first blade is 120, the hardness (HR2) of the second blade is 105, and HR1-HR2 is 15.
実施例2の剥離装置は、第1ブレードとしてポリ塩化ビニル製のブレード、及び、第2ブレードとしてPET製のブレードを備えている。HR1は118、HR2は100、HR1−HR2は18である。 The peeling apparatus of Example 2 includes a polyvinyl chloride blade as the first blade and a PET blade as the second blade. HR1 is 118, HR2 is 100, and HR1-HR2 is 18.
実施例3の剥離装置は、第1ブレードとしてポリ塩化ビニル製のブレード、及び、第2ブレードとしてPP製のブレードを備えている。HR1は118、HR2は105、HR1−HR2は13である。 The peeling apparatus of Example 3 includes a polyvinyl chloride blade as the first blade and a PP blade as the second blade. HR1 is 118, HR2 is 105, and HR1-HR2 is 13.
実施例4の剥離装置は、第1ブレードとしてナイロン製のブレード、及び、第2ブレードとしてPET製のブレードを備えている。HR1は120、HR2は100、HR−HR2は20である。 The peeling apparatus of Example 4 includes a nylon blade as the first blade and a PET blade as the second blade. HR1 is 120, HR2 is 100, and HR-HR2 is 20.
比較例1の剥離装置は、第1ブレードとしてナイロン製のブレード、及び、第2ブレードとしてナイロン製のブレードを備えている。HR1は120、HR2は120、HR1−HR2は0である。 The peeling device of Comparative Example 1 includes a nylon blade as the first blade and a nylon blade as the second blade. HR1 is 120, HR2 is 120, and HR1-HR2 is 0.
比較例2の剥離装置は、第1ブレードとしてPP製のブレード、及び、第2ブレードとしてナイロン製のブレードを備えている。HR1は105、HR2は120、HR1−HR2は−15である。 The peeling device of Comparative Example 2 includes a PP blade as the first blade and a nylon blade as the second blade. HR1 is 105, HR2 is 120, and HR1-HR2 is -15.
(基板)
基板として、横100mm×縦100mm、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。
(substrate)
As the substrate, a flat plate of Fe—Cr alloy SUS430 (manufactured by JFE Steel Corporation, Cr 18%) having a width of 100 mm × a length of 100 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 μm.
(触媒形成)
上記の基板上に次の方法で触媒を形成した。基板の表裏の両面に、スパッタリング装置を用いて厚さ100nmの二酸化ケイ素膜(浸炭防止層)を製膜した。次いで、基板の表面のみに、スパッタリング装置を用いて厚さ10nmの酸化アルミニウム膜(触媒担持層)及び1.0nmの鉄膜(触媒)を製膜して基材を得た。
(Catalyst formation)
A catalyst was formed on the substrate by the following method. A silicon dioxide film (carburization prevention layer) having a thickness of 100 nm was formed on both the front and back surfaces of the substrate using a sputtering apparatus. Next, an aluminum oxide film (catalyst support layer) having a thickness of 10 nm and an iron film (catalyst) having a thickness of 1.0 nm were formed only on the surface of the substrate using a sputtering apparatus to obtain a base material.
(CNT成長条件)
得られた基材を、炉内温度:750℃、炉内圧力:1.02×105Paに保持されたCVD装置の反応炉内に設置し、この炉内に、He:100sccm及びH2:900sccmの混合ガスを6分間導入した。これにより、酸化鉄からなる触媒は還元されて単層CNTの成長に適合した状態の微粒子化が促進され、触媒担持層上にナノメートルサイズの鉄微粒子が多数形成された(フォーメーション工程)。
(CNT growth conditions)
The obtained base material was placed in a reactor of a CVD apparatus maintained at a furnace temperature: 750 ° C. and a furnace pressure: 1.02 × 10 5 Pa. In this furnace, He: 100 sccm and H 2 : 900 sccm of mixed gas was introduced for 6 minutes. As a result, the catalyst made of iron oxide was reduced to promote the formation of fine particles in a state suitable for the growth of single-walled CNTs, and a large number of nanometer-sized iron fine particles were formed on the catalyst support layer (formation step).
次に、炉内温度:750℃、炉内圧力:1.02×105Paに保持された状態の反応炉内に、He:850sccm、C2H4:100sccm及びH2O含有He(相対湿度23%):50sccmの混合ガスを600秒間供給した。これにより、各鉄触媒微粒子から単層CNTが成長した(成長工程)。 Next, in a reactor maintained at a furnace temperature: 750 ° C. and a furnace pressure: 1.02 × 10 5 Pa, He: 850 sccm, C 2 H 4 : 100 sccm and H 2 O-containing He (relative (Humidity 23%): A mixed gas of 50 sccm was supplied for 600 seconds. Thereby, single-walled CNT grew from each iron catalyst fine particle (growth process).
成長工程終了後、反応炉内にHe:1000sccmを供給し、残余の原料ガス及び触媒賦活剤を排除した(フラッシュ工程)。これにより、基材上に配向した単層CNTの集合体が得られた。 After the growth step, He: 1000 sccm was supplied into the reaction furnace, and the remaining raw material gas and catalyst activator were removed (flash step). Thereby, an aggregate of single-walled CNTs aligned on the substrate was obtained.
(CNTの剥離回収)
第1ブレードと第2ブレ―ドとを、載置台の表面に対して45°の角度になるように取り付けた。第1ブレードと第2ブレ―ドとの間隔は2mmとした。基材に対する第1ブレード及び第2ブレードのブレード押付圧力を20N、第1ブレード及び第2ブレードの移動速度50mm/secとし、CNTの剥離及び回収を行った。
(CNT peeling and recovery)
The first blade and the second blade were attached at an angle of 45 ° with respect to the surface of the mounting table. The distance between the first blade and the second blade was 2 mm. The blade pressing pressure of the first blade and the second blade against the substrate was 20 N, the moving speed of the first blade and the second blade was 50 mm / sec, and CNT was peeled and collected.
(基材洗浄)
CNTの剥離及び回収後、基材上に残存しているCNTの除去及び基材の洗浄を行った。基材の洗浄は、水及びエタノールを含浸させたスポンジを用いて行った。基材の洗浄後、基材上に残存する水分を風乾により、乾燥させた。
(Substrate cleaning)
After the separation and recovery of the CNT, the CNT remaining on the substrate was removed and the substrate was washed. The substrate was washed using a sponge impregnated with water and ethanol. After washing the substrate, moisture remaining on the substrate was dried by air drying.
(基材の再利用)
洗浄した基材に、上記と同様の方法で触媒形成を行ったのち、上記と同様の方法でCNTを成長させた。成長したCNTを上記と同様の方法で剥離及び回収した。
(Reuse of base material)
After the catalyst was formed on the cleaned substrate by the same method as described above, CNTs were grown by the same method as described above. The grown CNTs were peeled and collected in the same manner as described above.
基材の再利用前後のCNTの成長量及び剥離回収量を表2に示す。 Table 2 shows the amount of growth and exfoliation of CNT before and after the reuse of the substrate.
表2に示すように、実施例1〜4の剥離装置を用いてCNTを剥離及び回収した場合、基材の再利用前後にCNTの成長量及び剥離回収量に大きな変化はなく、基材の再利用前後の両方において、良好にCNTの成長、剥離及び回収が行われた。すなわち、実施例1〜4の剥離装置では、基材の再利用を繰り返してもCNTの成長量の低下が少なく、かつ、剥離回収率を高く維持できる。 As shown in Table 2, when the CNTs were peeled off and collected using the peeling devices of Examples 1 to 4, there was no significant change in the amount of CNT grown and peeled back and forth before and after the reuse of the base material. The CNTs were successfully grown, stripped and recovered both before and after reuse. That is, in the stripping apparatuses of Examples 1 to 4, even when the reuse of the substrate is repeated, the decrease in the amount of CNT growth is small and the stripping recovery rate can be maintained high.
一方、比較例1の剥離装置では、2枚とも硬いブレードを使用しているため、剥離回収率は高くなるが、基板に傷が付きやすく再利用時のCNTの成長量が低下したことが推測される。 On the other hand, in the peeling apparatus of Comparative Example 1, since both of the hard blades are used, the peeling recovery rate is high, but it is presumed that the substrate is easily scratched and the CNT growth amount at the time of reuse is reduced. Is done.
また、比較例2の剥離装置では、第1ブレードが柔らかいため、第1ブレードではあまりCNTを剥離できず、実施例1〜4の剥離装置に比べてCNTの剥離回収率が低下した。つまり、比較例2の剥離装置では、第1ブレードが柔らかいため、第1ブレードでは剥離しきれないCNTが多く基材上に残存する上に、残存するCNTが剥離しやすい状態にもならない。そのため、第2ブレードが硬くても十分に剥離できないことが推測される。しかしながら、基材の損傷程度は比較例1の剥離装置よりも少なくなるため、再利用時のCNTの成長量は低下しにくかった。 Moreover, in the peeling apparatus of Comparative Example 2, since the first blade was soft, the CNT could not be peeled much with the first blade, and the CNT peeling recovery rate was lower than that of the peeling apparatuses of Examples 1 to 4. That is, in the peeling apparatus of Comparative Example 2, since the first blade is soft, there are many CNTs that cannot be peeled off by the first blade, and the remaining CNTs are not easily peeled off. For this reason, it is presumed that the second blade cannot be sufficiently peeled even if it is hard. However, since the degree of damage to the base material is less than that of the peeling device of Comparative Example 1, the amount of CNT grown at the time of recycling was difficult to decrease.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、カーボンナノチューブの製造技術に利用することができる。 The present invention can be used in a carbon nanotube manufacturing technique.
10 剥離部
11 第1ブレード
12 第2ブレード
20 載置台
30 基材
100 剥離装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
その端部が、前記基材上のカーボンナノチューブが存在する側の表面に接触した状態で、前記基材に対して相対移動してカーボンナノチューブを剥離するブレードを複数備え、
前記複数のブレードは、前記基材に対する相対移動方向に沿って整列しており、
前記相対移動方向における最下流側のブレードのロックウェル硬度HR1と、最上流側のブレードのロックウェル硬度HR2とが、HR1>HR2の関係を満たすことを特徴とする剥離装置。 A peeling device for peeling carbon nanotubes on a substrate,
A plurality of blades that move relative to the substrate and peel off the carbon nanotubes in a state where the end portion is in contact with the surface on the side where the carbon nanotubes exist on the substrate,
The plurality of blades are aligned along a direction of relative movement with respect to the substrate;
The peeling apparatus according to claim 1, wherein the Rockwell hardness HR1 of the most downstream blade and the Rockwell hardness HR2 of the most upstream blade in the relative movement direction satisfy a relationship of HR1> HR2.
前記剥離工程においてカーボンナノチューブが剥離された基材上に、カーボンナノチューブを成長させる成長工程と
を包含することを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。 A peeling step of peeling the carbon nanotubes on the substrate by the peeling device according to any one of claims 1 to 3,
And a growth step of growing the carbon nanotubes on the substrate from which the carbon nanotubes have been peeled in the peeling step.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013130887A JP2015003848A (en) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | Peeling device, carbon nanotube peeling method, and carbon nanotube manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013130887A JP2015003848A (en) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | Peeling device, carbon nanotube peeling method, and carbon nanotube manufacturing method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015003848A true JP2015003848A (en) | 2015-01-08 |
Family
ID=52300051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013130887A Pending JP2015003848A (en) | 2013-06-21 | 2013-06-21 | Peeling device, carbon nanotube peeling method, and carbon nanotube manufacturing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015003848A (en) |
-
2013
- 2013-06-21 JP JP2013130887A patent/JP2015003848A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5574257B2 (en) | Reusable substrate for producing carbon nanotubes, substrate for producing carbon nanotubes and method for producing the same | |
JP5443756B2 (en) | Method for growing and collecting carbon nanotubes | |
JP6365547B2 (en) | Carbon nanostructure manufacturing method and carbon nanotube | |
KR101660556B1 (en) | Base for producing oriented carbon nanotube aggregate, and method for producing oriented carbon nanotube aggregate | |
JP6527340B2 (en) | Optical member and method of manufacturing the same | |
JP2009107921A (en) | Graphene sheet and manufacturing method thereof | |
Riyajuddin et al. | Study of field emission properties of pure graphene-CNT heterostructures connected via seamless interface | |
CN103436854A (en) | Preparation method of graphene and carbon nanotube composite material | |
JP6079539B2 (en) | Method for producing carbon nanostructure | |
JP2014185072A (en) | Method of producing recycled base material for carbon nano-tube production | |
JP2015003848A (en) | Peeling device, carbon nanotube peeling method, and carbon nanotube manufacturing method | |
JP2007051041A (en) | Method for production of carbon nanotube, carbon nanotube produced thereby, and catalyst for carbon nanotube production | |
JP6772661B2 (en) | Manufacturing method of carbon nanotubes | |
JP2006315920A (en) | Electron emission source and its manufacturing method | |
JP2012140268A (en) | Determination method of substrate for producing carbon nanotube, and production method of carbon nanotube | |
JP6287463B2 (en) | Method for producing recycled substrate and method for producing catalyst substrate for carbon nanotube production | |
JP6740802B2 (en) | Method for producing carbon nanotube | |
JP6311391B2 (en) | Method for producing recycled substrate and method for producing catalyst substrate for carbon nanotube production | |
JP6376009B2 (en) | Method for producing reused substrate, method for producing catalyst substrate for producing carbon nanotubes, and method for producing carbon nanotubes | |
JP5500850B2 (en) | Method for producing carbon nanotube | |
JP6673337B2 (en) | Method for producing carbon nanostructure | |
JP3872775B2 (en) | Method for producing carbon nanotube | |
JP6171805B2 (en) | Method for producing carbon nanostructure | |
JP2005001936A (en) | Method of manufacturing carbon nanotube | |
JP2014185071A (en) | Method of producing recycled base material for carbon nano-tube production |