碳纳米管的制造方法技术

本发明专利技术以提高碳纳米管的生长环境为目的。在本发明专利技术的碳纳米管的制造方法中，将碳纳米管生长工序中供给的催化剂活化物质的供给量补正为在生长工序中数次测定的气体成分浓度中选自氢、甲烷及乙烷中的至少1种以上气体成分的浓度达到最大时的催化剂活化物质的供给量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及碳纳米管的制造方法。
技术介绍
以往，已报道了各种各样有关碳纳米管(下文，有时也称为“CNT”)制造的技术。在非专利文献1中，记载了如下技术：在使用CVD法制造CNT的方法中，通过使水等催化剂活化物质与原料气体一起与催化剂接触，从而显著增大了催化剂的活性及寿命。另外，在专利文献1中记载了通过对在制造CNT的制造装置中的暴露于还原气体或原料气体的装置部件进行熔融镀铝，从而降低装置部件上的碳垢的附着。此外，在专利文献2中记载了通过对原料气体中的碳原子的个数浓度与催化剂活化物质中包含的氧原子的个数浓度之比进行调整，从而有效地制造CNT。另外，专利文献3中记载了通过基于催化剂活化区、合成区及冷却区内的气体成分的分析结果控制烃气体的流量，使催化剂活化区的氢气浓度为80％以上，从而制造高品质的CNT。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2010/092787号(美国专利申请公开第2011/0308462号说明书)专利文献2：国际公开第2010/076885号(欧洲专利申请公开第2383225号说明书)专利文献3：日本特开2011-241104号公报非专利文献非专利文献1：Kenji Hata et.al.,“Water-Assisted Highly Efficient Synthesis of Impurity-Free Single-Walled Carbon Nanotubes”,SCIENCE,2004.11.19,VOl.306,p.1362-1364
技术实现思路
专利技术要解决的问题在利用CVD法的CNT的制造中，通过使水等催化剂活化物质与催化剂接触，催化剂的活性及寿命显著增加。根据该方法，即使在高碳浓度环境中，也不会丧失催化活性，CNT的制造效率显著增加。但是，如果在高碳浓度环境中制造CNT，则会导致在炉内壁面大量附着无定形碳、石墨等CNT以外的碳系副产物(下文也称为“碳垢”)。另外，会导致碳浸透到炉壁内部(渗碳)等腐蚀的进行。进而，由于碳垢的大量附着或炉材料腐蚀的进行，会导致负载有催化剂的基材周围的气体组成偏离最适合CNT生长的条件，引发CNT的制造量下降及品质劣化的问题。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，目的在于提供一种使CNT的生长环境得以改善、高效地制造高品质的CNT的方法。解决问题的方法本专利技术人等为了解决上述问题而进行了深入的研究，结果，推测上述问题的发生归因于如下两个理由。1：由于碳垢和催化剂活化物质发生化学反应而生成CO或CO2，导致气体组成发生变化。2：由于碳垢或炉材料腐蚀导致炉壁面或炉内的导热性发生变化，原料气体的热分解量发生变化。进而，本专利技术人等发现：碳纳米管的产量与使碳纳米管生长的基材周围的氢、甲烷、或乙烷的浓度相关；以及，如果检测CNT生长中的基材周围的气体成分的浓度、并基于该浓度对催化剂活化物质的供给量进行反馈控制，则可以使基材周围的CNT生长环境保持在最适合的环境，从而完成了本专利技术。即，本专利技术涉及的碳纳米管的制造方法是使碳纳米管在表面负载有催化剂的基材上生长的碳纳米管的制造方法，其特征在于，包括：向所述催化剂供给碳纳米管的原料气体及催化剂活化物质，并且对所述催化剂及所述原料气体中的至少一者进行加热，使碳纳米管在所述基材上生长的生长工序；以及，对所述生长工序中的所述基材周围的气体成分的浓度进行数次测定，提取在数次测定的气体成分浓度中，选自氢、甲烷及乙烷中的至少1种以上气体成分的浓度达到最大时的所述催化剂活化物质的供给量，将所述生长工序中供给的所述催化剂活化物质的供给量补正为所提取的供给量的反馈控制工序。根据上述构成，预先对生长工序中使碳纳米管生长的基材周围的气体成分的浓度进行数次测定。然后，从气体成分浓度的数次的测定值中，选择选自氢、甲烷及乙烷中的至少1种以上气体的浓度为最大的测定值。接下来，提取得到所选择的测定值的气体成分浓度时的催化剂活化物质的供给量。然后，对生长工序中供给的催化剂活化物质的供给量进行补正、使其为所提取的供给量。由此，可以使基材周围的气体成分浓度保持为使得选自氢、甲烷及乙烷中的至少1种以上气体成分的浓度是最大的。在此，由于基材周围的氢、甲烷及乙烷的浓度和碳纳米管的产量相关，因此，通过控制催化剂活化物质的供给量使得选自氢、甲烷及乙烷中的至少1种以上气体成分的浓度是最大的，能够使基材周围的碳纳米管的生长环境保持为最适合的环境。从而，可以防止碳垢的附着，从而高效地制造高品质的碳纳米管。另外，就本专利技术涉及的纳米管的制造方法而言，优选在所述反馈控制工序中，提取在数次测定的所述气体成分的浓度中、氢的浓度达到最大时的所述催化剂活化物质的供给量。根据上述构成，可以在反馈控制工序中，基于在基材周围更多被检测到的氢浓度对催化剂活化物质的供给量进行反馈控制，因此不易产生检测误差，可以更准确地对碳纳米管生长环境进行优化。进一步，在本专利技术涉及的碳纳米管的制造方法中，优选所述基材周围的气体成分包含乙烯。由此，可以高效地制造碳纳米管。另外，本专利技术涉及的碳纳米管的制造方法优选在所述生长工序之前进一步包括对在所述生长工序中对所述催化剂及所述原料气体中的至少一者进行加热的加热温度加以设定的设定工序，在所述设定工序中，向容纳所述基材的位置的周围供给碳纳米管的原料气体及催化剂活化物质，并且对所述原料气体进行加热，测定容纳所述基材的位置的周围的气体成分浓度，设定所述加热温度，使得在测定的气体成分浓度中选自氢、甲烷及乙烷中的至少1种以上气体成分的浓度达到使期望的碳纳米管生长时的浓度。根据上述构成，在生长工序之前，在设定工序中，对在生长工序中对催化剂及原料气体中的至少一者进行加热的加热温度进行设定。在设定工序中，首先向在生长工序中容纳基材的位置的周围供给碳纳米管的原料气体及催化剂活化物质，对供给的原料气体进行加热以使其热分解。然后，对容纳基材的位置周围的气体成分浓度进行测定。在此，容纳基材的位置周围的气体成分浓度与容纳基材的位置周围的温度相关。由于可以预先对使期望的碳纳米管生长时的、容纳基材的位置周围的温度进行测定，因此，可基于此而获得使期望的碳纳米管生长时的、容纳基材的位置周围的气体成分浓度的信息。然后，设定对催化剂及原料气体中的至少一者进行加热的加热温度，使得在测定的气体成分浓度中选本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳纳米管的制造方法，其是使碳纳米管在表面负载有催化剂的基材上生长的方法，其中，该制造方法包括：生长工序，该工序中，向所述催化剂供给碳纳米管的原料气体及催化剂活化物质，并且对所述催化剂及所述原料气体中的至少一者进行加热，使碳纳米管在所述基材上生长；以及反馈控制工序，该工序中，对所述生长工序中的所述基材周围的气体成分的浓度进行数次测定，提取在数次测定的气体成分浓度中，选自氢、甲烷及乙烷中的至少1种以上气体成分的浓度达到最大时的所述催化剂活化物质的供给量，将所述生长工序中供给的所述催化剂活化物质的供给量补正为所提取的供给量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.20 JP 2012-2786851.碳纳米管的制造方法，其是使碳纳米管在表面负载有催化剂的基材
上生长的方法，其中，该制造方法包括：
生长工序，该工序中，
向所述催化剂供给碳纳米管的原料气体及催化剂活化物质，并且对所述
催化剂及所述原料气体中的至少一者进行加热，使碳纳米管在所述基材上生
长；以及
反馈控制工序，该工序中，
对所述生长工序中的所述基材周围的气体成分的浓度进行数次测定，
提取在数次测定的气体成分浓度中，选自氢、甲烷及乙烷中的至少1种
以上气体成分的浓度达到最大时的所述催化剂活化物质的供给量，
将所述生长工序中供给的所述催化剂活化物质的供给量补正为所提取
的供给量。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管的制造方法，其中，
在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：涉谷明庆，
申请(专利权)人：日本瑞翁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP