TW201815669A - 碳奈米管集合體 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種夾緊力優異之碳奈米管集合體。 本發明之碳奈米管集合體係包含複數條碳奈米管之片狀之碳奈米管集合體,且於該碳奈米管集合體之表面及/或裏面,藉由將壓入荷重設為500 μN之奈米壓痕法測定之凝集力N為3 nJ以上。
Description
本發明係關於一種碳奈米管集合體。
於半導體元件等之製造步驟中,於搬送材料、製造中間物、製品等被加工物時,進行使用移動臂或移動台等搬送基材搬送該被加工物之操作(例如參照專利文獻1、2)。於進行此種搬送時,對供載置被加工物之構件(搬送固定夾具)要求如被加工物於搬送中不會偏移之較強之夾緊力。又,此種要求與製造步驟高速化之要求相結合,逐年不斷提高。 然而,先前之搬送固定夾具係利用樹脂等彈性材料保持被加工物,有該彈性材料容易附著殘留於被加工物之問題。又,樹脂等彈性材料有耐熱性較低,於高溫環境下其夾緊力降低之問題。 若將陶瓷等材料用於搬送固定夾具,則防止被加工物之污染,又,夾緊力之溫度依存性降低。然而,包含此種材料之搬送固定夾具本質上夾緊力較低,有於常溫下亦無法充分地保持被加工物之問題。 又,作為於高溫環境下保持被加工物之方法,可列舉:減壓吸附之方法、根據搬送固定夾具之形狀固定被加工物之方法(例如夾持、鍃孔固定等)等。然而,減壓吸附之方法僅於大氣氣氛下有效,無法於CVD(Chemical Vapor Deposition,化學氣相沈積)步驟等中之真空下採用。又,於根據搬送固定夾具之形狀固定被加工物之方法中,有因被加工物與搬送固定夾具之接觸,被加工物受損,產生微粒等問題。 作為解決如上所述之問題之方法,考慮將具備碳奈米管集合體之黏著性構造體用於搬送固定夾具。碳奈米管集合體可利用凡得瓦力保持被加工物,另一方面,於要求高速搬送之情形時等,有夾緊力不充分之問題。 [先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1:日本專利特開2001-351961號公報 專利文獻2:日本專利特開2013-138152號公報
[發明所欲解決之問題] 本發明之課題在於提供一種夾緊力優異之碳奈米管集合體。 [解決問題之技術手段] 本發明之碳奈米管集合體係包含複數條碳奈米管之片狀之碳奈米管集合體,且於該碳奈米管集合體之表面及/或裏面,藉由將壓入荷重設為500 μN之奈米壓痕法測定之凝集力N為3 nJ以上。 於一實施形態中,藉由上述奈米壓痕法測定之硬度為0.4 MPa以下。 於一實施形態中,本發明之碳奈米管集合體係包含複數條碳奈米管之片狀之碳奈米管集合體,且於該碳奈米管集合體之表面及/或裏面,藉由將壓入荷重設為320 g/cm2
之熱機械分析(TMA)測定之凝集力T為100 μJ以上。 於一實施形態中,於上述碳奈米管集合體之長度方向之端部附近,存在碳奈米管之非配向部。 [發明之效果] 根據本發明,藉由將單面或雙面之碳奈米管集合體之凝集力設為特定之值,可提供一種夾緊力優異之碳奈米管集合體。
A. 碳奈米管 集合體
A-1.碳奈米管集合體之整體構成 圖1係模式性地表示本發明之一實施形態之碳奈米管集合體之一部分之概略剖視圖。碳奈米管集合體100係以片狀包含複數條碳奈米管10。碳奈米管10係沿著相對於特定平面(例如以複數條碳奈米管之端部規定之碳奈米管集合體之一面)大致垂直之方向配向。此處,所謂「大致垂直之方向」,相對於特定平面之角度較佳為90°±20°,更佳為90°±15°,進而較佳為90°±10°,尤佳為90°±5°。 於本發明中,藉由將碳奈米管集合體之表面及/或裏面(圖1中之紙面上側之面及/或紙面下側之面)之凝集力設為特定之值,可形成夾緊力較高之面,可提供一種能夠於該面牢固地保持載置物之碳奈米管集合體。於一實施形態中,上述凝集力係由藉由奈米壓痕法測定之凝集力N所規定。於另一實施形態中,上述凝集力係由藉由熱機械分析(TMA)測定之凝集力T所規定。 於一實施形態中,上述碳奈米管集合體係於碳奈米管集合體之表面及/或裏面(圖1中之紙面上側之面及/或紙面下側之面),藉由將壓入荷重設為500 μN之奈米壓痕法測定之凝集力N(以下,有時亦簡稱為「凝集力N」)為3 nJ以上。於本發明中,藉由提高該凝集力N,可形成夾緊力較高之面,可提供一種能夠於該面牢固地保持載置物之碳奈米管集合體。上述凝集力N例如可藉由如下方式等而控制:調整碳奈米管之配向、調整碳奈米管之長度、調整碳奈米管之密度、調整碳奈米管之層數及/或直徑、於形成碳奈米管時適當地選擇碳源、適當地調整原料濃度、適當地調整觸媒之大小、適當地調整觸媒之活性、適當地調整沈積時間。 於本說明書中,所謂「藉由奈米壓痕法測定之凝集力N」係指如圖2所示,於在下述條件下獲得之奈米壓痕法之荷重-位移曲線中,以負載曲線、卸載曲線及位移軸規定之面積Sn。 <奈米壓痕法測定條件> 測定溫度:25℃ 壓頭:圓錐型壓頭、前端曲率半徑:1 μm、頂角:90° 測定方法:單一壓入測定 壓入荷重:0 μN→500 μN 負載速度:5000 nm/s 卸載速度:5000 nm/s 上述凝集力N較佳為5 nJ以上,更佳為7 nJ以上,進而較佳為9 nJ~200 nJ。若為此種範圍,則本發明之效果變得更顯著。 於一實施形態中,於碳奈米管集合體之表面及/或裏面,藉由上述奈米壓痕法測定之硬度較佳為0.4 MPa以下,更佳為0.2 MPa以下,進而較佳為0.1 MPa以下,尤佳為0.05 MPa以下。奈米壓痕法之測定條件如上所述。若藉由奈米壓痕法測定之硬度為上述範圍,則可獲得上述凝集力N較高之碳奈米管集合體。於凝集力N為上述範圍之面,硬度較佳為上述範圍。再者,上述「硬度」係由最大荷重Pmax(即,荷重500 μN)與負載最大荷重Pmax而壓入壓頭時之該壓頭之接觸投影面積A,並根據(Pmax)/A之式算出。 於一實施形態中,上述碳奈米管集合體之於碳奈米管集合體之表面及/或裏面(圖1中之紙面上側之面及/或紙面下側之面),藉由將壓入荷重設為320 g/cm2
之熱機械分析(TMA)測定之凝集力T(以下,有時亦簡稱為「凝集力T」)為100 μJ以上。於本發明中,藉由提高該凝集力T,可形成夾緊力較高之面,可提供一種能夠於該面牢固地保持載置物之碳奈米管集合體。上述凝集力T例如可藉由如下方式等而控制:調整碳奈米管之配向、調整碳奈米管之長度、調整碳奈米管之密度、調整碳奈米管之層數及/或直徑、於形成碳奈米管時適當地選擇碳源、適當地調整原料濃度、適當地調整觸媒之大小、適當地調整觸媒之活性、適當地調整沈積時間。尤其藉由調整碳奈米管之配向,如下所述般於碳奈米管集合體之長度方向之端部附近形成非配向部,可於形成有該非配向部之面,將上述凝集力T設為適當之值。 於本說明書中,所謂「藉由熱機械分析(TMA)測定之凝集力T」係指如圖3所示,於在下述條件下獲得之奈米壓痕法之荷重-位移曲線中,以負載曲線、卸載曲線及位移軸規定之面積St。 <TMA測定條件> 測定溫度:25℃ 探針:微膨脹探針(圓柱型壓頭):Φ7 mm 測定方法:壓入測定 壓入荷重:0 N→1.2 N(320 g/cm2
) 負載速度:1.2 N/min 卸載速度:1.2 N/min 上述凝集力T較佳為150 μJ以上,更佳為190 μJ以上,進而較佳為250 μJ以上。若為此種範圍,則本發明之效果變得更顯著。凝集力T之上限例如為2000 μJ以下,較佳為1000 μJ以下,更佳為800 μJ以下。 圖4係模式性地表示本發明之另一實施形態之碳奈米管集合體之一部分之概略剖視圖。於該實施形態中,碳奈米管10具有碳奈米管10之非配向部110。於一實施形態中,如圖4所示,碳奈米管集合體100'進而具有碳奈米管之配向部120。碳奈米管之配向部120係沿著相對於特定平面(例如以複數條碳奈米管之端部規定之碳奈米管集合體之一面)大致垂直之方向配向。於本發明中,藉由調整碳奈米管之非配向部之位置、厚度;非配向部與配向部之厚度比等,可控制上述凝集力N及凝集力T。 於一實施形態中,碳奈米管之非配向部110存在於碳奈米管集合體100之長度方向之端部附近。於圖4中,於碳奈米管集合體100之一端形成有非配向部110。並不限定於圖4之例,碳奈米管之非配向部可存在於碳奈米管集合體之長度方向之兩端部附近。又,碳奈米管之非配向部可存在於碳奈米管集合體之中間部附近。進而,碳奈米管集合體可含有複數個碳奈米管之非配向部及配向部。 於本說明書中,所謂碳奈米管之非配向部係指藉由配向角度之偏差值為40°以上構成之碳奈米管之集合部分。碳奈米管之配向角度之偏差值係以如下方式求出。 (1)取得碳奈米管集合體之剖面之SEM圖像(倍率2萬倍、圖像範圍:碳奈米管集合體之厚度×寬度約6 μm)。圖5為該SEM圖像,表示碳奈米管集合體之下表面102側。 (2)將於碳奈米管集合體之厚度方向兩端部附近,以複數條碳奈米管之端部規定,於寬度方向存在10條以上之碳奈米管之面規定為上表面及下表面102。於一實施形態中,碳奈米管之配向角度之偏差值亦可於在基材上形成碳奈米管集合體後,自該基材採集碳奈米管集合體前進行測定。此時,碳奈米管集合體之下表面係大致平行於基材之面。 (3)自下表面102與下表面102平行地每500 nm劃線210,而設定500 nm間隔之區塊。再者,於圖5中,顯示出劃出最多15條線之狀態(設定了15個區塊之狀態)。 (4)於1個區塊內,隨機地選擇10條碳奈米管。 (5)於每一所選擇之碳奈米管設定內包該碳奈米管之圓220。此時,以連接與該圓相接觸之碳奈米管之2個端部之直線230於區塊內成為500 nm±50 nm之方式設定圓220。 (6)測定直線230相對於下表面102之配向角度,並根據區塊內10條碳奈米管之角度求出配向角度之標準偏差。 (7)於該配向角度之標準偏差為40°以上之情形時,該區塊中之碳奈米管未進行配向,該區塊被判斷為碳奈米管之非配向部110。再者,於圖5中,非配向部110之厚度為4 μm。以下,有時亦將碳奈米管之非配向部簡稱為非配向部。 於本說明書中,所謂碳奈米管之配向部係指藉由配向角度之偏差值未達40°構成之碳奈米管之集合部分。即,如上所述,於各特定區塊求出碳奈米管之配向角度之標準偏差,於該標準偏差未達40°之情形時,該區塊中之碳奈米管進行配向,該區塊被判斷為碳奈米管之配向部。以下,有時亦將碳奈米管之配向部簡稱為配向部。 圖6係模式性地表示本發明之另一實施形態之碳奈米管集合體之概略剖視圖。於圖6所示之實施形態中,碳奈米管集合體100''不具有碳奈米管集合體100之配向部120,其整體係包含碳奈米管之非配向部110。 於包含配向部及非配向部之碳奈米管集合體中,非配向部之厚度較佳為0.5 μm~50 μm,更佳為1 μm~20 μm,進而較佳為2 μm~10 μm,尤佳為2 μm~7 μm。若為此種範圍,則可獲得上述凝集力N及凝集力T較高,黏著性優異,且能夠維持片材形狀之碳奈米管集合體。 於包含配向部及非配向部之碳奈米管集合體中,非配向部之厚度之比率相對於碳奈米管集合體之厚度(配向部之厚度與非配向部之厚度之和),較佳為0.001%~50%,更佳為0.01%~40%,進而較佳為0.05%~30%,尤佳為0.1%~20%。若為此種範圍,則可獲得上述凝集力N及凝集力T較高,黏著性優異,且能夠維持片材形狀之碳奈米管集合體。 上述碳奈米管集合體之厚度例如為10 μm~5000 μm,較佳為50 μm~4000 μm,更佳為100 μm~3000 μm,進而較佳為300 μm~2000 μm。碳奈米管集合體之厚度例如為於距碳奈米管集合體層之面方向端部0.2 mm以上之內側,隨機地抽選之3點之平均值。 碳奈米管集合體表面(以複數條碳奈米管之端部規定之面)之對於玻璃表面之23℃下之最大靜摩擦係數較佳為1.0以上。上述最大靜摩擦係數之上限值較佳為50。若為此種範圍,則可獲得夾緊性優異之碳奈米管集合體。再者,當然對於玻璃表面之摩擦係數較大之上述黏著性構造體相對於包含玻璃以外之材料之被載置物(例如半導體晶圓)亦可表現出較強之夾緊性。最大靜摩擦係數之測定方法於下文中加以說明。 於一實施形態中,本發明之碳奈米管集合體可應用於搬送固定夾具。該搬送固定夾具例如可適宜地用於半導體元件之製造步驟、光學構件之製造步驟等。更詳細而言,上述搬送固定夾具可用以於半導體元件製造中之步驟與步驟之間、或特定之步驟中,移送材料、製造中間物、製品等(具體而言,半導體材料、晶圓、晶片、基板、陶瓷板、膜等)。又,可用以於光學構件製造中之步驟間、或特定之步驟中,移送玻璃基材等。 A-1-1.於長度方向之端部附近具有非配向部之碳奈米管集合體 於一實施形態中,如上所述,本發明之碳奈米管集合體於長度方向之端部附近具有非配向部。於長度方向之端部附近具有非配向部之碳奈米管集合體較佳為進而具有配向部,即,於配向部之端部存在非配向部之構成。於長度方向之端部附近具有非配向部之碳奈米管集合體可僅於單面具有非配向部,亦可於雙面具有非配向部。又,於長度方向之端部附近具有非配向部之碳奈米管集合體除可具有位於端部附近之非配向部以外,亦可具有位於端部附近以外之部位之非配向部。 於長度方向之端部附近具有非配向部之碳奈米管集合體係將具有非配向部之面設為黏著面,可牢固地保持載置於該黏著面之載置物(例如半導體材料)。認為此種效果係藉由非配向部形成面具有較高之凝集力T而獲得。 於在長度方向之端部附近具有非配向部之碳奈米管集合體中,位於端部附近之非配向部之厚度較佳為0.5 μm以上,更佳為0.5 μm~50 μm,進而較佳為0.5 μm~10 μm,進而較佳為0.5 μm~5 μm。若為此種範圍,則可獲得能夠表現出優異之夾緊力之碳奈米管集合體。又,位於端部附近之非配向部越厚,越可增大凝集力N及凝集力T(尤其是凝集力T),而越可獲得較高之夾緊力。 於在長度方向之端部附近具有非配向部之碳奈米管集合體中,位於端部附近之非配向部之厚度之比率相對於碳奈米管集合體之厚度(配向部之厚度與非配向部之厚度之和),較佳為0.001%~50%,更佳為0.01%~40%,進而較佳為0.05%~30%,尤佳為0.1%~20%。若為此種範圍,則可獲得能夠表現出優異之夾緊力之碳奈米管集合體。 於在長度方向之端部附近具有非配向部之碳奈米管集合體中,形成有非配向部之面之對於玻璃表面之23℃下之最大靜摩擦係數較佳為1.0以上,更佳為1.5以上,進而較佳為3.0以上,尤佳為5.0以上。又,較佳為100以下,更佳為50以下,進而較佳為30以下,尤佳為20以下。 關於碳奈米管集合體之特徵,A-1-1項中所記載之事項以外之特徵係如A-1項中所記載。 A-2.碳奈米管 構成碳奈米管集合體之碳奈米管例如可採用下述實施形態(第1實施形態、第2實施形態)。 於第1實施形態中,碳奈米管集合體具備複數條碳奈米管,該碳奈米管具有複數層,該碳奈米管之層數分佈之分佈寬度為10層以上,該層數分佈之眾數之相對頻度為25%以下。此種構成之碳奈米管集合體之黏著力優異。 於第1實施形態中,碳奈米管之層數分佈之分佈寬度較佳為10層以上,更佳為10層~30層,進而較佳為10層~25層,尤佳為10層~20層。藉由將碳奈米管之層數分佈之分佈寬度調整為此種範圍內,可獲得黏著力優異之碳奈米管集合體。所謂碳奈米管之層數分佈之「分佈寬度」係指碳奈米管之層數之最大層數與最小層數之差。 碳奈米管之層數、層數分佈只要利用任意之適當之裝置進行測定即可。較佳為利用掃描式電子顯微鏡(SEM)或穿透式電子顯微鏡(TEM)進行測定。例如,只要自碳奈米管集合體取出至少10條、較佳為20條以上之碳奈米管並利用SEM或TEM進行測定,對層數及層數分佈進行評價即可。 於第1實施形態中,碳奈米管之層數之最大層數較佳為5層~30層,更佳為10層~30層,進而較佳為15層~30層,尤佳為15層~25層。 於第1實施形態中,碳奈米管之層數之最小層數較佳為1層~10層,更佳為1層~5層。 於第1實施形態中,碳奈米管之層數分佈之眾數之相對頻度較佳為25%以下,更佳為1%~25%,進而較佳為5%~25%,尤佳為10%~25%,最佳為15%~25%。藉由將碳奈米管之層數分佈之眾數之相對頻度調整為上述範圍內,可獲得黏著力優異之碳奈米管集合體。 於第1實施形態中,碳奈米管之層數分佈之眾數較佳為存在於層數2層至層數10層,進而較佳為存在於層數3層至層數10層。藉由將碳奈米管之層數分佈之眾數調整為上述範圍內,可獲得黏著力優異之碳奈米管集合體。 於第1實施形態中,作為碳奈米管之形狀,其橫剖面只要具有任意之適當之形狀即可。例如,其橫剖面可列舉大致圓形、橢圓形、n角形(n為3以上之整數)等。 於第1實施形態中,碳奈米管之直徑較佳為0.3 nm~2000 nm,更佳為1 nm~1000 nm,進而較佳為2 nm~500 nm。藉由將碳奈米管之直徑調整為上述範圍內,可獲得黏著力優異之碳奈米管集合體。 於第1實施形態中,碳奈米管之比表面積、密度可設定為任意之適當之值。 於第2實施形態中,碳奈米管集合體具備複數條碳奈米管,該碳奈米管具有複數層,該碳奈米管之層數分佈之眾數存在於層數10層以下,該眾數之相對頻度為30%以上。此種構成之碳奈米管集合體之黏著力優異。 於第2實施形態中,碳奈米管之層數分佈之分佈寬度較佳為9層以下,更佳為1層~9層,進而較佳為2層~8層,尤佳為3層~8層。藉由將碳奈米管之層數分佈之分佈寬度調整為此種範圍內,可獲得黏著力優異之碳奈米管集合體。 於第2實施形態中,碳奈米管之層數之最大層數較佳為1層~20層,更佳為2層~15層,進而較佳為3層~10層。 於第2實施形態中,碳奈米管之層數之最小層數較佳為1層~10層,更佳為1層~5層。 於第2實施形態中,碳奈米管之層數分佈之眾數之相對頻度較佳為30%以上,更佳為30%~100%,進而較佳為30%~90%,尤佳為30%~80%,最佳為30%~70%。 於第2實施形態中,碳奈米管之層數分佈之眾數較佳為存在於層數10層以下,更佳為存在於層數1層至層數10層,進而較佳為存在於層數2層至層數8層,尤佳為存在於層數2層至層數6層。 於第2實施形態中,作為碳奈米管之形狀,其橫剖面只要具有任意之適當之形狀即可。例如,其橫剖面可列舉大致圓形、橢圓形、n角形(n為3以上之整數)等。 於第2實施形態中,碳奈米管之直徑較佳為0.3 nm~2000 nm,更佳為1 nm~1000 nm,進而較佳為2 nm~500 nm。藉由將碳奈米管之直徑調整為上述範圍內,可獲得黏著力優異之碳奈米管集合體。 於第2實施形態中,碳奈米管之比表面積、密度可設定為任意之適當之值。B. 碳奈米管 集合體之製造方法
作為碳奈米管集合體之製造方法,可採用任意之適當之方法。 作為碳奈米管集合體之製造方法,例如可列舉如下方法:藉由於基材上形成觸媒層,於利用熱、電漿等使觸媒活化之狀態下供給碳源,使碳奈米管沈積之化學氣相沈積法(CVD法,Chemical Vapor Deposition),製造自基材大致垂直地配向之碳奈米管集合體。 作為碳奈米管集合體之製造方法中可使用之基材,可採用任意之適當之基材。例如可列舉具有平滑性,且可耐受碳奈米管之製造之具有高溫耐熱性之材料。作為此種材料,例如可列舉:石英玻璃,氧化鋯、氧化鋁等金屬氧化物,矽(矽晶圓等),鋁、銅等金屬,碳化矽等碳化物,氮化矽、氮化鋁、氮化鎵等氮化物等。 作為用以製造碳奈米管集合體之裝置,可採用任意之適當之裝置。例如,作為熱CVD裝置,可列舉如圖7所示之利用電阻加熱式之電管狀爐包圍筒型之反應容器而構成之熱壁型等。於該情形時,作為反應容器,例如可較佳地使用耐熱性之石英管等。 作為碳奈米管集合體之製造中可使用之觸媒(觸媒層之材料),可使用任意之適當之觸媒。例如可列舉:鐵、鈷、鎳、金、鉑、銀、銅等金屬觸媒。 於製造碳奈米管集合體時,視需要可於基材與觸媒層之間設置中間層。作為構成中間層之材料,例如可列舉金屬、金屬氧化物等。於一實施形態中,中間層係包含氧化鋁/親水性膜。 作為氧化鋁/親水性膜之製作方法,可採用任意之適當之方法。例如,可藉由在基材上製作SiO2
膜,於對Al進行蒸鍍後,升溫至450℃使之氧化而獲得。根據此種製作方法,Al2
O3
與親水性之SiO2
膜相互作用,而形成與對Al2
O3
直接進行蒸鍍而成者相比粒徑不同之Al2
O3
面。未進行於基材上製作親水性膜之操作,有即便於對Al進行蒸鍍後升溫至450℃使之氧化,亦不易形成粒徑不同之Al2
O3
面之虞。又,於基材上製作親水性膜,有即便對Al2
O3
直接進行蒸鍍,亦不易形成粒徑不同之Al2
O3
面之虞。 關於碳奈米管集合體之製造中可使用之觸媒層之厚度,為了形成微粒子,較佳為0.01 nm~20 nm,更佳為0.1 nm~10 nm。藉由將碳奈米管集合體之製造中可使用之觸媒層之厚度調整為上述範圍內,可獲得凝集力N及凝集力T較高之碳奈米管集合體。又,可形成具有非配向部之碳奈米管集合體。 碳奈米管集合體之製造中可使用之觸媒層之量較佳為50 ng/cm2
~3000 ng/cm2
,更佳為100 ng/cm2
~1500 ng/cm2
,尤佳為300 ng/cm2
~1000 ng/cm2
。藉由將碳奈米管集合體之製造中可使用之觸媒層之量調整為上述範圍內,可獲得凝集力N及凝集力T較高之碳奈米管集合體。又,可形成具有非配向部之碳奈米管集合體。 觸媒層之形成方法可採用任意之適當之方法。例如可列舉藉由EB(Electron Beam,電子束)、濺鍍等對金屬觸媒進行蒸鍍之方法、將金屬觸媒微粒子之懸浮液塗佈於基材上之方法等。 藉由上述方法形成之觸媒層可藉由加熱等處理進行微粒化而用於碳奈米管集合體之製造。例如,加熱處理之溫度較佳為400℃~1200℃,更佳為500℃~1100℃,進而較佳為600℃~1000℃,尤佳為700℃~900℃。例如,加熱處理之保持時間較佳為0分鐘~180分鐘,更佳為5分鐘~150分鐘,進而較佳為10分鐘~120分鐘,尤佳為15分鐘~90分鐘。於一實施形態中,若進行上述加熱處理,則可適當地控制碳奈米管集合體之凝集力N及凝集力T,又,可獲得適當地形成有非配向部之碳奈米管集合體。例如,關於藉由如上所述之加熱處理等方法形成之觸媒微粒子之大小,圓當量徑之平均粒徑較佳為1 nm~300 nm,更佳為3 nm~100 nm,進而較佳為5 nm~50 nm,尤佳為10 nm~30 nm。於一實施形態中,若為上述觸媒微粒子之大小,則可適當地控制碳奈米管集合體之凝集力N及凝集力T,又,可獲得適當地形成有非配向部之碳奈米管集合體。 作為碳奈米管集合體之製造中可使用之碳源,可使用任意之適當之碳源。例如可列舉:甲烷、乙烯、乙炔、苯等烴;甲醇、乙醇等醇等。 於一實施形態中,根據所使用之碳源之種類,可控制上述凝集力N及凝集力T。又,可控制上述非配向部之形成。於一實施形態中,藉由碳源使用乙烯,可提高碳奈米管集合體之凝集力N及凝集力T。又,可形成具有非配向部之碳奈米管集合體。 於一實施形態中,上述碳源係與氦、氫及水蒸氣一併以混合氣體之形式供給。於一實施形態中,根據該混合氣體之組成,可控制碳奈米管集合體之凝集力N及凝集力T。又,可形成具有非配向部之碳奈米管集合體。例如,藉由增加混合氣體中之氫量,可形成非配向部。 上述混合氣體中,碳源(較佳為乙烯)於23℃下之濃度較佳為2 vol%~30 vol%,更佳為2 vol%~20 vol%。上述混合氣體中,氦於23℃下之濃度較佳為15 vol%~92 vol%,更佳為30 vol%~80 vol%。上述混合氣體中,氫於23℃下之濃度較佳為5 vol%~90 vol%,更佳為20 vol%~90 vol%。上述混合氣體中,水蒸氣於23℃下之濃度較佳為0.02 vol%~0.3 vol%,更佳為0.02 vol%~0.15 vol%。於一實施形態中,若使用上述組成之混合氣體,則可適當地控制碳奈米管集合體之凝集力N及凝集力T,又,可獲得適當地形成有非配向部之碳奈米管集合體。 於上述混合氣體中,碳源(較佳為乙烯)與氫於23℃下之體積比(氫/碳源)較佳為2~20,更佳為4~10。若為此種範圍,則可適當地控制凝集力N及凝集力T,又,可獲得適當地形成有非配向部之碳奈米管集合體。 於上述混合氣體中,水蒸氣與氫於23℃下之體積比(氫/水蒸氣)較佳為100~2000,更佳為200~1500。若為此種範圍,則可適當地控制凝集力N及凝集力T,又,可獲得適當地形成有非配向部之碳奈米管集合體。 作為碳奈米管集合體之製造中之製造溫度,可採用任意之適當之溫度。例如,為了形成可充分地表現出本發明之效果之觸媒粒子,較佳為400℃~1000℃,更佳為500℃~900℃,進而較佳為600℃~800℃,進而較佳為700℃~800℃,尤佳為730℃~780℃。根據製造溫度,可控制上述凝集力N及凝集力T。又,可控制上述非配向部之形成。 於一實施形態中,如上所述,於基材上形成觸媒層,於使觸媒活化之狀態下供給碳源,於使碳奈米管沈積後,停止碳源之供給,於存在碳源之狀態下,於反應溫度下維持碳奈米管。於一實施形態中,根據該反應溫度維持步驟之條件,可控制凝集力N及凝集力T。又,可形成具有非配向部之碳奈米管集合體。 於一實施形態中,亦可如上所述般於基材上形成觸媒層,於使觸媒活化之狀態下供給碳源,於使碳奈米管沈積後,向基材上之碳奈米管之厚度方向施加特定之荷重,使該碳奈米管壓縮。如此可獲得僅包含碳奈米管之非配向部之碳奈米管集合體(圖6)。作為上述荷重,例如為1 g/cm2
~10000 g/cm2
,較佳為5 g/cm2
~1000 g/cm2
,更佳為100 g/cm2
~500 g/cm2
。於一實施形態中,壓縮後之碳奈米管層(即,碳奈米管集合體)之厚度相對於壓縮前之碳奈米管層之厚度為10%~90%,較佳為20%~80%,更佳為30%~60%。 於以上述方法,於基材上形成碳奈米管集合體後,自該基材採集碳奈米管集合體,藉此可獲得本發明之碳奈米管集合體。於本發明中,若形成非配向部,則可於形成於基材上之片材形狀之狀態下,採集碳奈米管集合體。 [實施例] 以下,基於實施例對本發明進行說明,但本發明並不限定於該等。再者,各種評價或測定係藉由以下之方法進行。碳奈米管集合體之厚度及非配向部之厚度係利用SEM觀察碳奈米管集合體之剖面而加以測定。 (1)碳奈米管集合體之凝集力N(奈米壓痕法) 對碳奈米管集合體之特定之面,於下述條件下藉由奈米壓痕法,取得荷重-位移曲線,對以負載曲線、卸載曲線及位移軸規定之面積Sn進行測定,並將該面積Sn設為碳奈米管集合體之凝集力N。 <奈米壓痕法測定條件> 測定溫度:25℃ 壓頭:圓錐型壓頭、前端曲率半徑:1 μm、頂角:90° 測定方法:單一壓入測定 壓入荷重:0 μN→500 μN 負載速度:5000 nm/s 卸載速度:5000 nm/s (2)碳奈米管集合體之硬度 於與上述(1)同樣之條件下,取得荷重-位移曲線,將由最大荷重Pmax(即,荷重500 μN)與負載最大荷重Pmax而壓入壓頭時之該壓頭之接觸投影面積A,並根據(Pmax)/A之式算出而獲得之值設為碳奈米管集合體之硬度。 (3)搬送評價 將矽製半導體晶圓固定於沿直線方向往返之載台上,於該矽製半導體晶圓上載置實施例及比較例中所製作之評價試樣。此時,使評價試樣之黏著面與半導體晶圓相接觸。 繼而,於評價試樣上載置荷重40 g,以加速度1 G使上述載台往返100次,並對其後之評價試樣之偏移量進行測定。表1中,將每往返1次之平均偏移量未達0.2 mm(或往返100次後之偏移量未達2 cm)之情形評價為合格(○),將為0.2 mm以上之情形評價為不合格(×)。 (4)碳奈米管集合體之凝集力T(TMA) 對碳奈米管集合體之特定之面,於下述條件下藉由熱機械分析(TMA),取得荷重-位移曲線,對以負載曲線、卸載曲線及位移軸規定之面積St進行測定,將該面積St設為碳奈米管集合體之凝集力T。 <TMA測定條件> 測定溫度:25℃ 探針:微膨脹探針(圓柱型壓頭):Φ7 mm 測定方法:壓入測定 壓入荷重:0 N→1.2 N(320 g/cm2
) 負載速度:1.2 N/min 卸載速度:1.2 N/min (5)對於玻璃表面之最大靜摩擦係數 藉由下述方法測定摩擦力,將以摩擦力除以荷重所得之值設為最大靜摩擦係數。 (摩擦力測定方法) 經由膠帶(聚醯亞胺膠帶)將與碳奈米管集合體(尺寸:9 mm×9 mm)之測定面相反之側之面固定於載玻片上,而製作評價用樣品。 繼而,使評價用樣品之摩擦力測定面朝下,將評價用樣品配置於另一載玻片(尺寸:26 mm×76 mm)上,並於評價用樣品上載置重物,以對碳奈米管集合體施加55 g之荷重之方式進行設定。 繼而,於23℃之環境下,於在評價用樣品上載置重物之狀態下沿水平方向拉伸(拉伸速度:100 mm/min),將評價用樣品開始移動時之最大荷重設為摩擦力。摩擦力之測定係使用吊秤(CUSTOM公司製造,商品名「393-25」)。對吊秤之表示為0.05 kg以上之值採用數值,於未達0.05 kg之情形時係作為0 kg而進行評價,並設為摩擦力。 [實施例1] 於矽基材(Barukā Efuefuti公司製造,厚度700 μm)上,利用濺鍍裝置(Shibaura Mechatronics公司製造,商品名「CFS-4ES」),形成3922 ng/cm2
之Al2
O3
薄膜(極限真空度:8.0×10-4
Pa、濺鍍氣體:Ar、氣壓:0.50 Pa)。於該Al2
O3
薄膜上,進而利用濺鍍裝置(Shibaura Mechatronics公司製造,商品名「CFS-4ES」),使294 ng/cm2
之Fe薄膜形成為觸媒層(濺鍍氣體:Ar、氣壓:0.75 Pa)。 其後,將該基材搭載於30 mmf之石英管內,使保持為水分率700 ppm之氦/氫(105/80 sccm)混合氣體於石英管內流動30分鐘,而對管內進行置換。其後,使用電管狀爐使管內升溫至765℃,並使之穩定為765℃。於以765℃保持溫度之狀態下,使氦/氫/乙烯(105/80/15 sccm、水分率700 ppm)混合氣體填充至管內,並放置60分鐘而使碳奈米管沈積於基材上。 其後,停止原料氣體,於使保持為水分率700 ppm之氦/氫(105/80 sccm)混合氣體於石英管內流動之狀態下進行冷卻。 藉由上述操作,獲得厚度1100 μm之碳奈米管集合體。該碳奈米管集合體自矽基材向上方1 μm之部分為厚度4 μm之非配向部(配向度之標準偏差:40°~67°、標準偏差之平均(各區塊之標準偏差之合計/區塊數(8個)):48°)。碳奈米管集合體可使用鑷子,自矽基材以片狀剝離。 將於矽基材上製作之片狀之碳奈米管集合體設為評價試樣(1A)。對在評價試樣(1A)中露出之碳奈米管集合體面(即,於碳奈米管集合體製作時與矽基材為相反側之面),進行上述(1)及(2)之測定。將結果示於表1。 又,自矽基材剝離片狀之碳奈米管集合體,經由黏著劑(基材:聚醯亞胺)將於碳奈米管集合體製作時為矽基板側之面固定於氧化鋁基材,而製作評價試樣(1B)。 將於評價試樣(1B)中露出之碳奈米管集合體面(即,於碳奈米管集合體製作時與矽基板為相反側之面)設為黏著面,進行上述(3)之評價。將結果示於表1。 [實施例2] 以與實施例1同樣之方式製造碳奈米管集合體。 自矽基材剝離片狀之碳奈米管集合體,將於碳奈米管集合體製作時與矽基材為相反側之面直接配置於矽基材上,而製作評價試樣(2A)。將於評價試樣(2A)中露出之碳奈米管集合體面(即,於碳奈米管集合體製作時為矽基材側之面),進行上述(1)及(2)之測定。將結果示於表1。 又,自矽基材剝離片狀之碳奈米管集合體,經由黏著劑(基材:聚醯亞胺)將於碳奈米管集合體製作時與矽基板為相反側之面固定於氧化鋁基材,而製作評價試樣(2B)。 將於評價試樣(2B)中露出之碳奈米管集合體面(即,於碳奈米管集合體製作時為矽基板側之面)設為黏著面,進行上述(3)之評價。將結果示於表1。 [比較例1] 於矽基材(Barukā Efuefuti公司製造,厚度700 μm)上,利用濺鍍裝置(Shibaura Mechatronics公司製造,商品名「CFS-4ES」),形成3922 ng/cm2
之Al2
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薄膜(極限真空度:8.0×10-4
Pa、濺鍍氣體:Ar、氣壓:0.50 Pa)。於該Al2
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薄膜上,進而利用濺鍍裝置(Shibaura Mechatronics公司製造,商品名「CFS-4ES」),使294 ng/cm2
之Fe薄膜形成為觸媒層(濺鍍氣體:Ar、氣壓:0.75 Pa)。 其後,將該基材搭載於30 mmf之石英管內,使水分率保持為600 ppm之氦/氫(85/60 sccm)混合氣體於石英管內流動30分鐘,而對管內進行置換。其後,使用電管狀爐使管內升溫至765℃,並使之穩定為765℃。於以765℃保持溫度之狀態下,使氦/氫/乙炔(85/60/5 sccm、水分率600 ppm)混合氣體填充至管內,並放置60分鐘而使碳奈米管沈積於基材上。 其後,停止原料氣體,於使水分率保持為600 ppm之氦/氫(85/60 sccm)混合氣體於石英管內流動之狀態下進行冷卻。 藉由上述操作,獲得厚度270 μm之碳奈米管集合體。該碳奈米管集合體不具有非配向部。未能以片狀剝離該碳奈米管集合體。 將所獲得之碳奈米管集合體自矽基板轉印於膠帶(基材:聚醯亞胺),而製作評價試樣。 對在評價試樣中露出之碳奈米管集合體面(即,於碳奈米管集合體製作時為矽基板側之面),進行上述(1)及(2)之測定,又,將該面設為黏著面,進行上述(3)之評價。將結果示於表1。 [參考例1] 直接配置氟系樹脂,而對該氟系樹脂之表面,進行上述(1)及(2)之評價。將結果示於表1。 又,將氟系樹脂固定於膠帶(基材:聚醯亞胺),而製作評價試樣。將氟系樹脂之表面設為黏著面,進行上述(3)之評價。將結果示於表1。 [參考例2] 將氧化鋁固定於膠帶(基材:聚醯亞胺),而製作評價試樣。對氧化鋁之表面,進行上述(1)及(2)之測定,又,將該面設為黏著面,進行上述(3)之評價。將結果示於表1。 [表1]
[實施例3] 於矽基材(Barukā Efuefuti公司製造,厚度700 μm)上,利用濺鍍裝置(Shibaura Mechatronics公司製造,商品名「CFS-4ES」),形成3922 ng/cm2
之Al2
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薄膜(極限真空度:8.0×10-4
Pa、濺鍍氣體:Ar、氣壓:0.50 Pa)。於該Al2
O3
薄膜上,進而利用濺鍍裝置(Shibaura Mechatronics公司製造,商品名「CFS-4ES」),使1360 ng/cm2
之Fe薄膜形成為觸媒層(濺鍍氣體:Ar、氣壓:0.75 Pa)。 其後,將該基材搭載於30 mmf之石英管內,使水分率保持為750 ppm之氦/氫(105/80 sccm)混合氣體於石英管內流動30分鐘,而對管內進行置換。其後,使用電管狀爐使管內升溫至765℃,並使之穩定為765℃。於以765℃保持溫度之狀態下,使氦/氫/乙烯(105/80/15 sccm、水分率750 ppm)混合氣體填充至管內,並放置60分鐘而使碳奈米管沈積於基材上。 其後,停止原料氣體,於使水分率保持為750 ppm之氦/氫(105/80 sccm)混合氣體於石英管內流動之狀態下進行冷卻。 藉由上述操作,獲得厚度700 μm之碳奈米管集合體。該碳奈米管集合體於矽基材側端部具有非配向部。 將所獲得之碳奈米管集合體供於上述(4)及(5)之評價。將結果示於表2。 [實施例4] 將作為觸媒層之Fe薄膜之量自1360 ng/cm2
變更為540 ng/cm2
,將氦/氫(105/80 sccm)混合氣體及氦/氫/乙烯(105/80/15 sccm)混合氣體之水分率自750 ppm變更為250 ppm,除此以外,以與實施例3同樣之方式獲得碳奈米管集合體。所獲得之碳奈米管集合體之厚度為600 μm。該碳奈米管集合體於矽基材側端部具有非配向部。 [實施例5] 將作為觸媒層之Fe薄膜之量自1360 ng/cm2
變更為540 ng/cm2
,將氦/氫(105/80 sccm)混合氣體及氦/氫/乙烯(105/80/15 sccm)混合氣體之水分率自750 ppm變更為300 ppm,除此以外,以與實施例3同樣之方式獲得碳奈米管集合體。所獲得之碳奈米管集合體之厚度為1000 μm。該碳奈米管集合體於矽基材側端部具有非配向部。 [實施例6] 將作為觸媒層之Fe薄膜之量自1360 ng/cm2
變更為540 ng/cm2
,使用氦/氫(105/100 sccm)混合氣體代替氦/氫(105/80 sccm)混合氣體,使用氦/氫/乙烯(105/100/15 sccm)混合氣體代替氦/氫/乙烯(105/80/15 sccm)混合氣體,除此以外,以與實施例3同樣之方式獲得碳奈米管集合體。所獲得之碳奈米管集合體之厚度為1000 μm。該碳奈米管集合體於矽基材側端部具有非配向部。 [比較例2] 將石英管內之升溫溫度765℃設為600℃,於以600℃保持溫度之狀態下,使氦/氫/乙炔(85/60/5 sccm、水分率60 ppm)混合氣體填充至管內,除此以外,以與比較例1同樣之方式獲得碳奈米管集合體。所獲得之碳奈米管集合體之厚度為270 μm。該碳奈米管集合體不具有非配向部。 [表2]
由表2可明確,凝集力T為100 μJ之碳奈米管集合體之最大靜摩擦係數較高。此種碳奈米管集合體可表現出較高之夾緊力。又,藉由在碳奈米管集合體之長度方向端部形成非配向部,可增大凝集力T。
10‧‧‧碳奈米管
100‧‧‧碳奈米管集合體
100'‧‧‧碳奈米管集合體
100''‧‧‧碳奈米管集合體
102‧‧‧下表面
110‧‧‧非配向部
120‧‧‧配向部
210‧‧‧線
220‧‧‧圓
230‧‧‧直線
圖1係本發明之一實施形態之碳奈米管集合體之概略剖視圖。 圖2係對本發明之一實施形態之碳奈米管集合體之奈米壓痕法之荷重-位移曲線進行說明之圖。 圖3係對本發明之一實施形態之碳奈米管集合體之藉由TMA測定之荷重-位移曲線進行說明之圖。 圖4係本發明之另一實施形態之碳奈米管集合體之概略剖視圖。 圖5係本發明之一實施形態之碳奈米管集合體之SEM(Scanning Electron Microscope,掃描式電子顯微鏡)圖像。 圖6係本發明之一實施形態之碳奈米管集合體之概略剖視圖。 圖7係本發明之一實施形態中之碳奈米管集合體之製造裝置之概略剖視圖。
Claims (4)
- 一種碳奈米管集合體,其係包含複數條碳奈米管之片狀之碳奈米管集合體,且 於該碳奈米管集合體之表面及/或裏面,藉由將壓入荷重設為500 μN之奈米壓痕法測定之凝集力N為3 nJ以上。
- 如請求項1之碳奈米管集合體,其中於上述碳奈米管集合體之表面及/或裏面,藉由上述奈米壓痕法測定之硬度為0.4 MPa以下。
- 一種碳奈米管集合體,其係包含複數條碳奈米管之片狀之碳奈米管集合體,且 於該碳奈米管集合體之表面及/或裏面,藉由將壓入荷重設為320 g/cm2 之熱機械分析(TMA)測定之凝集力T為100 μJ以上。
- 如請求項1至3中任一項之碳奈米管集合體,其中於上述碳奈米管集合體之長度方向之端部附近,存在碳奈米管之非配向部。
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