特許 5648082 カーボンナノチューブ構造体及びそれを利用した電界放出表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5648082

(24)【登録日】2014年11月14日

(45)【発行日】2015年1月7日

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブ構造体及びそれを利用した電界放出表示装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 31/02 20060101AFI20141211BHJP

   B82Y 30/00 20110101ALI20141211BHJP

   H01J 31/12 20060101ALI20141211BHJP

   H01J 29/04 20060101ALI20141211BHJP

   H01J 1/304 20060101ALI20141211BHJP

【ＦＩ】

   C01B31/02 101F

   B82Y30/00

   H01J31/12 C

   H01J29/04

   H01J1/30 F

【請求項の数】3

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2013-92203(P2013-92203)

(22)【出願日】2013年4月25日

(65)【公開番号】特開2013-234116(P2013-234116A)

(43)【公開日】2013年11月21日

【審査請求日】2013年4月25日

(31)【優先権主張番号】201210135962.9

(32)【優先日】2012年5月4日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】598098331

【氏名又は名称】ツィンファ ユニバーシティ

(73)【特許権者】

【識別番号】500080546

【氏名又は名称】鴻海精密工業股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】柳 鵬

(72)【発明者】

【氏名】姜 開利

(72)【発明者】

【氏名】▲ハン▼ 守善

【審査官】 小野 久子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０７５７２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２３４１１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３１／００−３１／３６

Ｂ８２Ｙ ３０／００

Ｈ０１Ｊ １／３０４

Ｈ０１Ｊ ２９／０４

Ｈ０１Ｊ ３１／１２

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

カーボンナノチューブ層と、カーボンナノチューブアレイと、カーボンナノチューブクラスターと、を含むカーボンナノチューブ構造体において、
前記カーボンナノチューブ層は、複数の平行する第二カーボンナノチューブからなり、
前記複数の第二カーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブ層の表面に平行し、
前記カーボンナノチューブアレイは、複数の平行する第一カーボンナノチューブからなり、前記カーボンナノチューブ層の表面に設置され、
前記複数の第一カーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブ層に垂直に配置され、
前記カーボンナノチューブクラスターは、複数の第三カーボンナノチューブからなり、
前記カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブ層の間に設置され、
該複数の第三カーボンナノチューブは、前記複数の第一カーボンナノチューブ及び前記複数の第二カーボンナノチューブと絡み合っていることを特徴とするカーボンナノチューブ構造体。

【請求項2】

前記カーボンナノチューブ層は、自立構造を有する少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルム、或いは一本のカーボンナノチューブワイヤ、或いはそれらの組み合わせからなることを特徴とする、請求項１に記載のカーボンナノチューブ構造体。

【請求項3】

基板と、カーボンナノチューブ構造体と、陽極電極と、を含む電界放出表示装置において、
前記カーボンナノチューブ構造体は、前記基板に設置され、
前記陽極電極は、前記カーボンナノチューブ構造体と間隔をあけて対向して設置され、
前記カーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブ層、カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブクラスターを含み、
前記カーボンナノチューブ層は、複数の相互に平行する第二カーボンナノチューブからなり、
前記複数の第二カーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブ層の表面に平行し、
前記カーボンナノチューブアレイは、前記カーボンナノチューブ層の表面に設置され、
前記カーボンナノチューブアレイは、複数の相互に平行する第一カーボンナノチューブからなり、前記複数の第一カーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブ層に垂直に配置され、
前記カーボンナノチューブクラスターは、前記カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブ層の間に設置され、
前記カーボンナノチューブクラスターは、複数の第三カーボンナノチューブからなり、該複数の第三カーボンナノチューブは、前記第一カーボンナノチューブ及び前記複数の第二カーボンナノチューブと絡み合っていることを特徴とする電界放出表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カーボンナノチューブ構造体及びそれを利用した電界放出表示装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

カーボンナノチューブは、１９９１年にヘリウムガス霧囲気中のアーク放電法により合成され、飯島澄男によってはじめて発見された（非特許文献１を参照）。カーボンナノチューブは良好な導電性能、良好な化学的安定性、大きなアスペクト比（長さと直径の比）を有し、その先端の面積が理論的に最良のサイズに達するので、先端の面積が小さいほど局部の電場が集中するという理論により、カーボンナノチューブは、現在最良の電界放出表示装置用電界放出陰極素子の一種である。

【0003】

カーボンナノチューブエミッタの製造方法として、触媒層が形成された第一基板上に複数の第一カーボンナノチューブを成長させる第一ステップと、第一カーボンナノチューブを第一基板から分離して、溶媒に添加して分散溶液を作製する第二ステップと、分散溶液を第二基板に塗布し、これを所定温度でベーキング処理し、複数の第一カーボンナノチューブを第二基板に平行な方向に固着させる第三ステップと、複数の第一カーボンナノチューブの表面に存在する複数のナノ触媒粒子から、複数の第二カーボンナノチューブを成長させる第四ステップと、を含む方法が特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開第２００６−１１４４９４号公報

【特許文献2】中国特許出願公開第１０１２３９７１２号明細書

【特許文献3】中国特許出願公開第１００４１１９７９号明細書

【特許文献4】中国特許出願公開第１９８２２０９号明細書

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Ｓｕｍｉｏ Ｉｉｊｉｍａ、“Ｈｅｌｉｃａｌ Ｍｉｃｒｏｔｕｂｕｌｅｓ ｏｆ Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ Ｃａｒｂｏｎ”、Ｎａｔｕｒｅ、１９９１年１１月７日、第３５４巻、ｐ．５６‐５８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来のカーボンナノチューブエミッタの製造方法は複雑である。更に、前記第一カーボンナノチューブと前記第二カーボンナノチューブとの間の結合力が弱いので、カーボンナノチューブエミッタを電界放出表示装置に応用する場合、容易に脱落するという問題がある。

【0007】

従って、本発明は、前記課題を解決するために、製造方法が簡単なカーボンナノチューブ構造体及びそれを利用した電界放出表示装置を提供する。前記カーボンナノチューブ構造体を利用した電界放出表示装置を応用する場合、カーボンナノチューブが脱落しにくい。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のカーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブアレイと、カーボンナノチューブ層と、複数の第三カーボンナノチューブと、を含む。前記カーボンナノチューブアレイは、複数の平行する第一カーボンナノチューブからなる。前記カーボンナノチューブ層は、複数の第二カーボンナノチューブからなり、前記カーボンナノチューブアレイの一つの表面に設置される。前記複数の第二カーボンナノチューブは、前記複数の第一カーボンナノチューブの一つの端部に接触する。前記第三カーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブ層の間に設置され、前記カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブ層と絡み合っている。

【0009】

本発明のカーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブ層と、カーボンナノチューブアレイと、カーボンナノチューブクラスターとを含む。前記カーボンナノチューブ層が、複数の平行する第二カーボンナノチューブからなる。前記複数の第二カーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブ層の表面に平行する。前記カーボンナノチューブアレイは、複数の平行する第一カーボンナノチューブからなり、前記カーボンナノチューブ層の表面に設置される。前記複数の第一カーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブ層に垂直に配置される。
前記カーボンナノチューブクラスターは、複数の第三カーボンナノチューブからなり、前記カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブ層の間に設置される。
該複数の第三カーボンナノチューブは、前記複数の第一カーボンナノチューブ及び前記複数の第二カーボンナノチューブと絡み合っている。

【0010】

本発明の電界放出表示装置は、カーボンナノチューブ構造体と、前記カーボンナノチューブ構造体に電気的に接続された二つの電極と、を含む。前記カーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブアレイと、カーボンナノチューブ層と、第三カーボンナノチューブと、を含む。前記カーボンナノチューブアレイは、複数の平行する第一カーボンナノチューブからなる。前記カーボンナノチューブ層は、複数の第二カーボンナノチューブからなり、前記カーボンナノチューブアレイの一つの表面に設置される。前記複数の第二カーボンナノチューブは、前記複数の第一カーボンナノチューブの一つの端部に接触する。前記第三カーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブ層の間に設置され、前記カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブ層と絡み合っている。

【0011】

本発明の電界放出表示装置は、さらに、基板と、カーボンナノチューブ構造体と、陽極電極と、を含む。カーボンナノチューブ構造体は、カーボンナノチューブアレイと、カーボンナノチューブ層と、第三カーボンナノチューブと、を含む。前記カーボンナノチューブアレイは、複数の平行する第一カーボンナノチューブからなる。前記カーボンナノチューブ層は、複数の第二カーボンナノチューブからなり、前記カーボンナノチューブアレイの一つの表面に設置される。前記複数の第二カーボンナノチューブは、前記複数の第一カーボンナノチューブの一つの端部に接触する。前記第三カーボンナノチューブは、前記カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブ層の間に設置され、前記カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブ層と絡み合っている。

【発明の効果】

【0012】

従来の技術と比べて、本発明の製造方法で製造されたカーボンナノチューブ構造体は、複数のカーボンナノチューブクラスターによって、カーボンナノチューブアレイとカーボンナノチューブ層とを相互に固定することができる。従って、前記カーボンナノチューブアレイ及びカーボンナノチューブ層は、一体として容易に基板から剥離することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブ構造体の製造方法のフローチャートである。

【図2】本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。

【図3】図２中のカーボンナノチューブフィルムのカーボンナノチューブセグメントの構造を示す図である。

【図4】本発明の実施例１に係る相互に交差した複数のカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。

【図5】本発明の実施例１に係る非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。

【図6】発明の実施例１に係るねじれ状カーボンナノチューブワイヤである。

【図7】本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブが異なる方向に配列されたカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。

【図8】本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列されたカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。

【図9】本発明の実施例１に係る綿毛構造のカーボンナノチューブフィルムの走査型電子顕微鏡写真である。

【図10】本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブ構造体の構造を示す図である。

【図11】本発明の実施例１に係る湾曲したカーボンナノチューブ構造体の走査型電子顕微鏡写真である。

【図12】本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブ構造体の側面の走査型電子顕微鏡写真である。

【図13】本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブ構造体の上面の走査型電子顕微鏡写真である。

【図14】本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブ構造体の上面の走査型電子顕微鏡写真である。

【図15】本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブ構造体の底面の走査型電子顕微鏡写真である。

【図16】本発明の実施例１に係るカーボンナノチューブ構造体の底面の走査型電子顕微鏡写真である。

【図17】本発明の実施例２に係るカーボンナノチューブ構造体の製造方法のフローチャートである。

【図18】本発明の実施例２に係るカーボンナノチューブ構造体の構造を示す図である。

【図19】本発明の実施例２に係るカーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブ層の懸架の一部の走査型電子顕微鏡写真である。

【図20】本発明の実施例３に係るカーボンナノチューブ構造体の製造方法のフローチャートである。

【図21】本発明の実施例４に係るカーボンナノチューブ構造体の製造方法のフローチャートである。

【図22】本発明の実施例５に係る電界放出表示装置の構造を示す図である。

【図23】本発明の実施例５に係る電界放出表示装置の写真である。

【図24】本発明の実施例５に係る電界放出表示装置の試験結果である。

【図25】本発明の実施例５に係る電界放出表示装置の試験結果である。

【図26】本発明の実施例５に係る電界放出表示装置の試験結果である。

【図27】本発明の実施例５に係る電界放出表示装置の試験結果である。

【図28】本発明の実施例６に係る電界放出表示装置の構造を示す図である。

【図29】本発明の実施例７に係る電界放出表示装置の構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明のカーボンナノチューブ構造体の製造方法について説明する。

【0015】

（実施例１）
図１を参照すると、本実施例のカーボンナノチューブ構造体の製造方法は、成長面１０５を有する基板１０１を提供するステップＳ１１と、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ層１０２を成長面１０５に設置し、カーボンナノチューブ層１０２を通じて成長面１０５の一部を露出させるステップＳ１２と、触媒を堆積して、カーボンナノチューブ層１０２の表面に第一触媒１０４を形成し、成長面１０５に第二触媒１０６を形成するステップＳ１３と、ＣＮＴ成長工程でカーボンナノチューブを成長し、該ＣＮＴ成長工程で成長面１０５にカーボンナノチューブアレイ１１０を成長し、カーボンナノチューブ層１０２の表面に複数のカーボンナノチューブクラスター１０８を成長するステップＳ１４と、を含む。

【0016】

ステップＳ１１において、基板１０１は、滑らかで、且つ平坦である。成長面１０５は、平面または曲面であることができる。成長面１０５は、機械研磨方法又は電気化学研磨方法によって研磨処理する。成長面１０５の平滑度は３００ｎｍである。これにより、触媒層を、直接的に基板１０１に均一に形成することができる。基板１０１の材料は、シリコン、二酸化ケイ素、石英、サファイア又はセラミックである。基板１０１のサイズ、形状及び厚さは、実際の応用に応じて選択することができる。本実施例において、基板１０１は、４インチのシリコンウエハである。

【0017】

ステップＳ１２において、カーボンナノチューブ層１０２は、成長面１０５に設置される。カーボンナノチューブ層１０２は、マクロの層状構造体であり、且つ自立構造を有するものである。ここで、自立構造を有するとは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブ層１０２を独立して利用することができるという形態である。即ち、カーボンナノチューブ層１０２を対向する両側から支持して、カーボンナノチューブ層１０２の構造を変化させずに、カーボンナノチューブ層１０２を懸架させることができることを意味する。

【0018】

カーボンナノチューブ層１０２は、複数のカーボンナノチューブからなり、好ましくは複数のカーボンナノチューブのみからなる。複数のカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブである。複数のカーボンナノチューブの長さ及び直径は、実際の応用に応じて選択することができる。カーボンナノチューブ層１０２の厚さは、１ｎｍ〜１００μｍである。例えば、カーボンナノチューブ層１０２の厚さは、１０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、１μｍ、１０μｍまたは５０μｍであることができる。また、カーボンナノチューブ層１０２は、複数の間隙を有する。複数の間隙は、カーボンナノチューブ層１０２の厚さ方向に沿って、カーボンナノチューブ層１０２に並列する。これによって、カーボンナノチューブ層１０２が成長面１０５に設置された後、成長面１０５の一部は、複数の間隙を通じて露出される。前記カーボンナノチューブ層１０２は、大きな比表面積（例えば、１００ｍ^２／ｇ以上）を有する。該カーボンナノチューブ層１０２の単位面積当たりの熱容量は、０（０は含まず）〜２×１０−４Ｊ／ｃｍ２・Ｋであるが、好ましくは、０（０は含まず）〜１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋであり、本実施例では、１．７×１０−６Ｊ／ｃｍ２・Ｋである。

【0019】

カーボンナノチューブ層１０２における間隙は、隣接するカーボンナノチューブが、相互に交差して形成された孔であり、又は、カーボンナノチューブの長軸方向に沿って延伸し、相互に平行し、隣接する二つのカーボンナノチューブ間のギャップである。該孔及び該ギャップは、同時にカーボンナノチューブ層１０２に形成されることもできる。各々の間隙のサイズは、２ｎｍ〜１００μｍである。（ここで、間隙のサイズとは、孔の直径またはギャップの幅である。）例えば、間隙のサイズは、１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、５μｍ、１０μｍまたは５０μｍであることができる。複数の間隙が存在することにより、触媒を堆積するステップＳ１３において、一部の触媒は、カーボンナノチューブ層１０２の表面に堆積されて第一触媒１０４を形成し、他の触媒は、複数の間隙を通じて成長面１０５に堆積されて第二触媒１０６を形成する。間隙のサイズが１００μｍ以下である場合、カーボンナノチューブアレイ１１０を形成することができ、且つカーボンナノチューブアレイ１１０は、カーボンナノチューブ層１０２を突き上げて、カーボンナノチューブ層１０２を成長面１０５から離れさせる。逆に、間隙のサイズが極めて大きい場合、カーボンナノチューブアレイ１１０は、間隙を貫通して、カーボンナノチューブ層１０２を突き上げない。本実施例において、間隙のサイズは、５０ｎｍ〜１００ｎｍである。成長面１０５に十分な第二触媒１０６を堆積するために、カーボンナノチューブ層１０２のデューティ比は、９５：５〜５：９５であり得る。例えば、９：１、８：２、７：３、６：４、５：５、４：６、３：７、２：８、または１：９である。本実施例において、カーボンナノチューブ層１０２のデューティ比は、１：４〜４：１である。ここで、デューティ比とは、ステップＳ１２において、カーボンナノチューブ層１０２を成長面１０５に設置した後、成長面１０５の、カーボンナノチューブ層１０２で被覆された面積と、成長面１０５の露出された面積との比を指す。

【0020】

カーボンナノチューブ層１０２に、複数のカーボンナノチューブが配向して、又は配向せずに配置されている。複数のカーボンナノチューブの配列方式により、カーボンナノチューブ層１０２は、非配向型のカーボンナノチューブ層及び配向型のカーボンナノチューブ層の二種類に分類される。本実施例における非配向型のカーボンナノチューブ層は、カーボンナノチューブが異なる方向に沿って配置されるか又は絡み合っている。配向型のカーボンナノチューブ層は、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って配列している。または、配向型のカーボンナノチューブ層において、配向型のカーボンナノチューブ層が二つ以上の領域に分割される場合、各領域における複数のカーボンナノチューブは、同じ方向に沿って配列されている。この場合、異なる領域におけるカーボンナノチューブの配列方向は異なる。

【0021】

カーボンナノチューブ層１０２としては、以下の（一）〜（四）のものが挙げられる。

【0022】

（一）ドローン構造カーボンナノチューブフィルム
カーボンナノチューブ層１０２は、図２に示すように、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムはドローン構造カーボンナノチューブフィルム（ｄｒａｗｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）であり、超配列カーボンナノチューブアレイから引き出して得られたものである。単一のカーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブが同じ方向に沿って、端と端とが接続されている。即ち、単一のカーボンナノチューブフィルムは、分子間力で長軸方向端部同士が接続された複数のカーボンナノチューブを含む。図２及び図３を参照すると、単一のカーボンナノチューブフィルムは、複数のカーボンナノチューブセグメント１４３を含む。複数のカーボンナノチューブセグメント１４３は、長軸方向に沿って分子間力で端と端とが接続されている。各カーボンナノチューブセグメント１４３は、相互に平行に、且つ分子間力で結合された複数のカーボンナノチューブ１４５を含む。カーボンナノチューブセグメント１４３は、任意の長さ、厚さ、均一性及び形状を有する。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの厚さは、０．５ｎｍ〜１００μｍであり、その幅は、超配列カーボンナノチューブアレイのサイズに対応する。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムは、優れた光透過性を有する。単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムの光透過率は、９０％以上に達する。ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの製造方法は、特許文献１に掲載されている。

【0023】

図４を参照すると、カーボンナノチューブ層１０２は、積層された複数のカーボンナノチューブフィルムを含むことができる。この場合、隣接するカーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、それぞれ０°〜９０°の角度で交差している。隣接するカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが０°を超える角度で交差する場合、カーボンナノチューブ構造体に複数の微孔が形成される。微孔の直径は、１０μｍ以下である。本実施例において、カーボンナノチューブ層１０２におけるドローン構造カーボンナノチューブフィルムの数量は、１６枚以下であることが好ましい。これによって、ステップＳ１３において、十分な第二触媒１０６を成長面１０５に堆積させた後、炭素原料ガスを成長面１０５に拡散させることで、カーボンナノチューブアレイ１１０を成長面１０５に成長させることができる。

【0024】

（二）カーボンナノチューブワイヤ
カーボンナノチューブ層１０２が一本のカーボンナノチューブワイヤからなる場合、該カーボンナノチューブワイヤを曲げて、一定の面積を有する平面形状のカーボンナノチューブ層１０２（図示せず）を形成することができる。カーボンナノチューブ層１０２が数本のカーボンナノチューブワイヤからなる場合、該数本のカーボンナノチューブワイヤは、相互に平行して配列される。または、数本のカーボンナノチューブワイヤは、相互に交叉して網状のカーボンナノチューブ構造体（図示せず）を形成する。カーボンナノチューブ層１０２におけるカーボンナノチューブワイヤは、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤ又はそれらの組み合わせのいずれか一種からなることができる。

【0025】

図５を参照すると、非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。カーボンナノチューブセグメントは、同じ長さ及び幅を有する。さらに、各カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブワイヤの中心軸に平行に配列されている。カーボンナノチューブセグメントの長さ、厚さ、均一性及び形状は制限されない。一本の非ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの長さも制限されず、その直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。

【0026】

図６を参照すると、ドローン構造カーボンナノチューブフィルムの長手方向に沿って、対向する両端に相反する力を印加することにより、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを形成することができる。ここで、複数のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブワイヤの中心軸を軸に、螺旋状に配列されている。好ましくは、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、端と端とが接続された複数のカーボンナノチューブセグメント（図示せず）を含む。さらに、各カーボンナノチューブセグメントに、同じ長さの複数のカーボンナノチューブが平行に配列されている。カーボンナノチューブセグメントの長さ、厚さ、均一性及び形状は制限されない。一本のねじれ状カーボンナノチューブワイヤの長さは制限されず、その直径は、０．５ｎｍ〜１００μｍである。カーボンナノチューブワイヤの製造方法は、特許文献３及び特許文献４に掲載されている。

【0027】

更に、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤを有機溶剤に浸漬させることにより、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤの強靭性及び機械強度を高めることができる。ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、自立構造を有するドローン構造カーボンナノチューブフィルムから得られるので、該ねじれ状カーボンナノチューブワイヤも自立構造を有する。ねじれ状カーボンナノチューブワイヤにおいて、隣接するカーボンナノチューブ２２は、間隙を有するので、ねじれ状カーボンナノチューブワイヤは、複数の微孔を有する。複数の微孔のサイズは、１０μｍ以下である。

【0028】

（三）プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム
カーボンナノチューブ層１０２は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは、プレシッド構造カーボンナノチューブフィルム（ｐｒｅｓｓｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。単一のカーボンナノチューブフィルムにおける複数のカーボンナノチューブは、等方的に配列されているか、所定の方向に沿って配列されているか、または、異なる複数の方向に沿って配列されている。カーボンナノチューブフィルムは、押し器具を利用することにより、所定の圧力をかけてカーボンナノチューブアレイを押し、該カーボンナノチューブアレイを圧力で倒すことにより形成された、シート状の自立構造を有するものである。カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの配列方向は、押し器具の形状及びカーボンナノチューブアレイを押す方向により決められている。

【0029】

図７を参照すると、単一のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、配向せずに配置されている。該カーボンナノチューブフィルムは、等方的に配列されている複数のカーボンナノチューブを含む。隣接するカーボンナノチューブは、分子間力で相互に引き合い、接続する。該カーボンナノチューブフィルムは平面等方性を有する。該カーボンナノチューブフィルムは、平面を有する押し器具を利用して、カーボンナノチューブアレイが成長された基板に垂直な方向に沿ってカーボンナノチューブアレイを押すことにより形成される。

【0030】

図８を参照すると、単一のカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは配向して配列されている。該カーボンナノチューブフィルムは、同じ方向に沿って配列された複数のカーボンナノチューブを含む。ローラー形状を有する押し器具を利用して、同じ方向に沿ってカーボンナノチューブアレイを同時に押した場合、基本的に同じ方向に配列されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。また、ローラー形状を有する押し器具を利用して、異なる方向に沿って、カーボンナノチューブアレイを同時に押した場合、異なる方向に沿って、選択的な方向に配列されたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブフィルムが形成される。

【0031】

カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブの傾斜の程度は、カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブと該カーボンナノチューブフィルムとの表面は、角度αを成し、該角度αは、０°以上１５°以下であるが、好ましくは、カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、該カーボンナノチューブフィルムの表面に平行する。圧力が大きくなるほど、傾斜の程度も大きくなる。カーボンナノチューブフィルムの厚さは、カーボンナノチューブアレイの高さ及び該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力に関係する。即ち、カーボンナノチューブアレイの高さが高くなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が小さくなるほど、カーボンナノチューブフィルムの厚さも厚くなる。これとは逆に、カーボンナノチューブアレイの高さが低くなるほど、また、該カーボンナノチューブアレイにかけた圧力が大きくなるほど、カーボンナノチューブフィルムの厚さは薄くなる。

【0032】

(四)綿毛構造カーボンナノチューブフィルム
カーボンナノチューブ層１０２は、少なくとも一枚のカーボンナノチューブフィルムを含む。このカーボンナノチューブフィルムは綿毛構造カーボンナノチューブフィルム（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｍ）である。図９を参照すると、単一のカーボンナノチューブフィルムにおいて、複数のカーボンナノチューブは、絡み合い、等方的に配列されている。カーボンナノチューブ層１０２において、複数のカーボンナノチューブは均一に分布されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されている。単一のカーボンナノチューブの長さは、１００ｎｍ以上であり、１００ｎｍ〜１０ｃｍであることが好ましい。カーボンナノチューブ構造体は、自立構造の薄膜の形状に形成されている。ここで、自立構造とは、支持体材を利用せず、カーボンナノチューブ構造体を独立して利用することができるという形態である。複数のカーボンナノチューブは、分子間力で接近して、相互に絡み合って、カーボンナノチューブネット状に形成されている。複数のカーボンナノチューブは配向せずに配置されて、多くの微小な穴が形成されている。ここで、単一の微小な穴の直径は１０μｍ以下になる。カーボンナノチューブ構造体におけるカーボンナノチューブは、相互に絡み合って配置されるので、該カーボンナノチューブ構造体は柔軟性に優れ、任意の形状に湾曲して形成させることができる。用途に応じて、カーボンナノチューブ構造体の長さ及び幅を調整することができる。カーボンナノチューブ構造体の厚さは、０．５ｎｍ〜１ｍｍである。

【0033】

ステップＳ１３において、電子ビーム蒸着法、マグネトロンスパッタリング法、プラズマ蒸着法、電着法または化学気相成長法によって触媒を堆積する。カーボンナノチューブ層１０２は、複数の間隙を有するので、触媒の一部は、カーボンナノチューブ層の表面に堆積されて第一触媒１０４を形成し、触媒の他の一部は、複数の間隙を透過して成長面１０５に堆積されて第二触媒１０６を形成する。

【0034】

触媒は、遷移元素からなり、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ及びはＰｄの中の一種または多種である。触媒の沈着率は、０．５ｎｍ以下である。触媒の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍである。本実施例において、触媒は層状に形成される。該触媒層の厚さは、５ｎｍ〜１０ｎｍである。さらに、触媒層が形成された基板１０１を真空中でアニーリングすることで、触媒層は、複数の触媒粒子になる。

【0035】

さらに、第一触媒１０４及び第二触媒１０６は、パターン化された触媒層であることもできる。即ち、第一触媒１０４は、カーボンナノチューブ層１０２の一部のみに堆積され、第二触媒１０６は、成長面１０５の一部のみに堆積される。例えば、触媒を堆積させる場合、パターン化されたマスクによってカーボンナノチューブ層１０２の一部を遮蔽することによって、パターン化された第一触媒１０４及び第二触媒１０６が形成される。従って、パターン化されたカーボンナノチューブアレイ１１０及びカーボンナノチューブクラスター１０８が形成される。

【0036】

ステップＳ１４において、化学気相成長法によってカーボンナノチューブを成長させる。本実施例において、ステップＳ１４は、一つの表面にカーボンナノチューブ層１０２が設置された基板１０１を反応室に配置するサブステップＳ１４１と、炭素源ガス及び不活性ガスを反応室に導入するサブステップＳ１４２と、基板１０１を３００℃〜１２００℃に加熱するサブステップＳ１４３と、を含む。

【0037】

サブステップＳ１４１において、反応室は、石英管状炉に設置された石英管である。さらに、サブステップＳ１４２の前に、反応室を真空排気する。

【0038】

サブステップＳ１４２において、不活性ガスを反応室に導入し、所定時間が経過した後、該反応室に炭素源ガス及びキャリヤガスを導入する。不活性ガスは、窒素ガス、アルゴンガスまたは他の不活性ガスである。炭素源ガスは、メタン、エタン、アセチレンまたはエチレンである。キャリヤガスは、水素ガスである。

【0039】

本実施例において、不活性ガスは、アルゴンガスであり、炭素源ガスは、アセチレンである。アルゴンガスの流量は、３０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍであり、水素ガスの流量は、３０ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍである。反応室の圧力は、２トル〜７６０トルである。炭素源ガスの流量と水素ガスとの流量の比は、０．１％〜１０％である。反応気体において、炭素源ガスの含量によって、無定形炭素の堆積速度が決定される。即ち、炭素源ガスとキャリヤガスとのモル比が小さいほど、無定形炭素の堆積速度は遅くなる。本実施例において、炭素源ガスの流量と水素ガスとの流量の比は、０．５％以下である。これにより、無定形炭素の堆積速度は遅くなり、きれいな表面を有する複数のカーボンナノチューブが成長される。成長された複数のカーボンナノチューブは、強い分子間力で結合されている。

【0040】

サブステップＳ１４３において、加熱温度は、５００℃〜７００℃であることが好ましい。炭素源ガス及び不活性ガスを５分間〜６０分間反応室に導入することで、カーボンナノチューブアレイ１１０及びカーボンナノチューブクラスター１０８が同時に成長する。カーボンナノチューブアレイ１１０は、第二触媒１０６を介して成長し、カーボンナノチューブクラスター１０８は、第一触媒１０４を介して成長する。

【0041】

具体的には、カーボンナノチューブアレイ１１０において、複数のカーボンナノチューブは、基板１０１の成長面に垂直に成長する。カーボンナノチューブアレイ１１０は、カーボンナノチューブ層１０２を、成長面１０５から離れる方向に突き上げる。これにより、カーボンナノチューブ層１０２は、カーボンナノチューブアレイ１１０の一つの表面に配置される。カーボンナノチューブアレイ１１０における複数のカーボンナノチューブは、相互に平行している。複数のカーボンナノチューブの高さは、２００μｍ〜９００μｍである。該複数のカーボンナノチューブの、成長面１０５に隣接する端部は、一つの平面に形成される。該複数のカーボンナノチューブの、カーボンナノチューブ層１０２に隣接する端部は、カーボンナノチューブ層１０２におけるカーボンナノチューブと絡み合っている。

【0042】

カーボンナノチューブクラスター１０８には、複数のカーボンナノチューブが無秩序に配列されている。カーボンナノチューブクラスター１０８は、クラスターグラスのような構造体である。本明細書において、カーボンナノチューブクラスター１０８は、直接カーボンナノチューブ層１０２の表面に成長した、クラスターグラスのようなカーボンナノチューブ構造体である。カーボンナノチューブ構造体において、複数のカーボンナノチューブが相互に絡み合っている。カーボンナノチューブクラスター１０８において、複数のカーボンナノチューブの長さ及び延伸方向は、不同であることができる。本実施例において、カーボンナノチューブ構造体における複数のカーボンナノチューブの長さは、１０μｍ〜９００μｍである。カーボンナノチューブクラスター１０８における複数のカーボンナノチューブと、カーボンナノチューブ層１０２の複数のカーボンナノチューブと、カーボンナノチューブアレイ１１０におけるカーボンナノチューブの一部とは相互に絡み合っている。これによって、カーボンナノチューブクラスター１０８、カーボンナノチューブ層１０２、及びカーボンナノチューブアレイ１１０は、自立構造体を形成する。これにより、カーボンナノチューブアレイ１１０は、カーボンナノチューブ層１０２に強固に固定される。

【0043】

さらに、本実施例において、ステップＳ１４の後、カーボンナノチューブ構造体を除去するステップＳ１５を含むこともできる。ステップＳ１５において、カーボンナノチューブクラスター１０８、カーボンナノチューブ層１０２及びカーボンナノチューブアレイ１１０は、自立構造体を形成するので、カーボンナノチューブクラスター１０８、カーボンナノチューブ層１０２及びカーボンナノチューブアレイ１１０を、基板１０１から一体として剥離することができる。本実施例において、カーボンナノチューブ層１０２を剥離することによって、カーボンナノチューブクラスター１０８及びカーボンナノチューブアレイ１１０は、容易に剥離される。

【0044】

図１０を参照すると、本実施例において、図１の製造方法によって形成されたカーボンナノチューブ構造体１００は、カーボンナノチューブクラスター１０８、カーボンナノチューブ層１０２及びカーボンナノチューブアレイ１１０を含む。

【0045】

カーボンナノチューブアレイ１１０は、第一表面１１１及び該第一表面１１１に対向する第二表面１１３を有する。カーボンナノチューブアレイ１１０は、複数の第一カーボンナノチューブ１１５からなる。複数の第一カーボンナノチューブ１１５は、相互に平行に配列されている。複数の第一カーボンナノチューブ１１５は、第一表面１１１から第二表面１１３へ延伸している。カーボンナノチューブ層１０２は、第一表面１１１に設置される。カーボンナノチューブ層１０２は、複数の第二カーボンナノチューブ１０３を含む。複数の第二カーボンナノチューブ１０３は、分子間力で結合され、自立構造体を形成する。カーボンナノチューブクラスター１０８は、第三カーボンナノチューブ１０７からなり、カーボンナノチューブ層１０２の表面に設置される。前記第三カーボンナノチューブ１０７と、前記複数の第二カーボンナノチューブ１０３と、前記複数の第一カーボンナノチューブ１１５の、前記カーボンナノチューブ層１０２に隣接する端部の一部とは、相互に絡み合っている。これによって、カーボンナノチューブクラスター１０８、カーボンナノチューブ層１０２及びカーボンナノチューブアレイ１１０は、自立構造体を形成する。本実施例において、第三カーボンナノチューブ１０７、複数の第二カーボンナノチューブ１０３及び複数の第一カーボンナノチューブ１１５は、相互に絡み合っている。単一の第三カーボンナノチューブ１０７は、少なくとも第一部（図示せず）及び第二部（図示せず）を有する。第一部が複数の第二カーボンナノチューブ１０３の表面に絡み合い、第二部が複数の第一カーボンナノチューブ１１５の、カーボンナノチューブ層１０２に隣接する端部の一部に相互に絡み合っている。

【0046】

図４を参照すると、本実施例において、カーボンナノチューブ層１０２は、二枚の積層されたドローン構造カーボンナノチューブフィルムを含む。単一のドローン構造カーボンナノチューブフィルムにおいて、複数の第二カーボンナノチューブが長手方向に沿って、分子間力で端と端とが接続されている。二枚の積層されたカーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。二枚の積層されたカーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、９０°の角度で交差している。

【0047】

本実施例において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によってカーボンナノチューブ構造体１００を観察する。ここで、カーボンナノチューブ構造体１００の、カーボンナノチューブ層１０２に隣接する側を底部と定義する。また、カーボンナノチューブ構造体１００の、カーボンナノチューブ層１０２から離れる側を頂部と定義する。図１１〜図１６は、カーボンナノチューブ構造体１００のＳＥＭ写真である。図１１に示すように、カーボンナノチューブ構造体１００は、自立構造体である。カーボンナノチューブ構造体１００は、柔軟であり、アーク形又は他の任意の形状に湾曲することができる。図１２を参照すると、カーボンナノチューブアレイ１１０は、カーボンナノチューブ層１０２の表面に設置されている。カーボンナノチューブアレイ１１０における第一カーボンナノチューブ１１５の端部は、カーボンナノチューブ層１０２に隣接する。図１３は、カーボンナノチューブアレイ１１０における第一カーボンナノチューブ１１５の端部を示している。図１４に示すように、カーボンナノチューブアレイ１１０における第一カーボンナノチューブ１１５は、相互に平行して配列される。図１５を参照すると、第一カーボンナノチューブ１１５の延伸方向は、カーボンナノチューブフィルム１０２における第二カーボンナノチューブ１０３の延伸方向に垂直である。図１６を参照すると、カーボンナノチューブクラスター１０８における複数の第三カーボンナノチューブ１０７が相互に絡み合っている。

【0048】

（実施例２）
図１７を参照すると、本実施例のカーボンナノチューブ構造体２００の製造方法は、複数の孔２０３を有する成長面２０５を有する基板２０１を提供するステップＳ２１と、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ層２０２を成長面２０５上に設置し、カーボンナノチューブ層２０２を通じて成長面２０５の一部を露出させるステップＳ２２と、カーボンナノチューブ層２０２の表面に第一触媒２０４を堆積し、成長面２０５に第二触媒２０６を堆積するステップＳ２３と、成長面２０５にカーボンナノチューブアレイ２１０を成長し、カーボンナノチューブ層２０２の表面に複数のカーボンナノチューブクラスター２０８を成長させてカーボンナノチューブ構造体２００を形成するステップＳ２４と、基板からカーボンナノチューブ構造体２００を剥離するステップＳ２５と、を含む。

【0049】

本実施例のカーボンナノチューブ構造体２００の製造方法は、実施例１のカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法に比べて、次の異なる点がある。本実施例の基板２０１の成長面２０５には、複数の開孔２０３を有し、該複数の孔２０３は、基板２０１を貫通する貫通孔または止まり穴であることができる。複数の開孔２０３の形状は、円形、正方形、長方形または三角形であることができる。また、複数の開孔２０３は、アレイに配列されることができる。ステップＳ２５は、オプショナルステップである。即ち、カーボンナノチューブ構造体２００の製造方法において、ステップＳ２５を含まなくてもよい。

【0050】

複数の孔２０３が、基板２０１を貫通する貫通孔である場合、該複数の孔２０３に対応する成長面２０５の領域には触媒を堆積できない。従って、カーボンナノチューブアレイ２１０を成長させることはできない。即ち、基板２０１の成長面２０５には、孔２０３がない領域のみに、カーボンナノチューブアレイ２１０が成長する。複数の孔２０３が止まり穴である場合、第二触媒２０６の一部は、該複数の止まり穴の底部に堆積する。これによって、複数の止まり穴の底部から成長したカーボンナノチューブアレイは、成長面２０５に成長したカーボンナノチューブアレイより高さが低い。従って、複数の止まり穴の底部から成長したカーボンナノチューブアレイは、カーボンナノチューブ層２０２に接触して固定することができない。ステップＳ１５において、複数の止まり穴の底部から成長したカーボンナノチューブアレイは、基板２０１に残る。これによって、パターン化されたカーボンナノチューブアレイ２１０が得られる。

【0051】

図１８を参照すると、本実施例のカーボンナノチューブ構造体２００は、カーボンナノチューブクラスター２０８、カーボンナノチューブ層２０２及びカーボンナノチューブアレイ２１０を含む。実施例１のカーボンナノチューブ構造体１００と比べて、本実施例のカーボンナノチューブ構造体２００の異なる点は、カーボンナノチューブアレイ２１０がパターン化されたカーボンナノチューブアレイである。

【0052】

本実施例において、カーボンナノチューブ層２０２は、二枚の積層されたドローン構造カーボンナノチューブフィルムからなる。二枚の積層されたカーボンナノチューブフィルムは、分子間力で結合されている。本実施例において、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によってカーボンナノチューブ構造体１００におけるカーボンナノチューブ層２０２の、複数の孔に対する領域を観察する。二枚の積層された記カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブは、９０°の角度で交差している。図１９を参照すると、複数のクラスター状のカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ層２０２の表面の所定の領域に絡み合っている。該領域には、カーボンナノチューブアレイ２１０は形成されない。

【0053】

（実施例３）
図２０を参照すると、本実施例のカーボンナノチューブ構造体３００の製造方法は、複数のカーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ層３０２と、第一触媒３０４とを提供し、第一触媒３０４を前記複数のカーボンナノチューブの表面に堆積するステップＳ３１と、成長面３０５を有する基板３０１及び第二触媒３０６を提供し、第二触媒３０６を成長面３０５に堆積するステップＳ３２と、カーボンナノチューブ層３０２を第二触媒３０６が堆積された成長面３０５に設置するステップＳ３３と、成長面３０５にカーボンナノチューブアレイ３１０を成長させると同時に、カーボンナノチューブ層３０２の表面に複数のカーボンナノチューブクラスター３０８を成長させるステップＳ３４と、カーボンナノチューブ層３０２、カーボンナノチューブアレイ３１０及びカーボンナノチューブクラスター３０８を基板３０１から剥離するステップＳ３５と、を含む。

【0054】

本実施例のカーボンナノチューブ構造体３００の製造方法は、実施例１のカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法と比べて、次の異なる点がある。本実施例において、第一触媒３０４をカーボンナノチューブ層３０２の表面に堆積するステップＳ３１と、第二触媒３０６を成長面３０５に堆積するステップＳ３２とは、別々に行われる。ステップＳ３５は、オプショナルである。

【0055】

第一触媒３０４及び第二触媒３０６は、別々に堆積されるので、カーボンナノチューブ層３０２の厚さは、５００μｍ以上である。カーボンナノチューブ層３０２の厚さが、５００μｍ以上である場合、第一触媒３０４は、カーボンナノチューブ層３０２の、成長面３０５に隣接する表面に堆積することが好ましい。さらに、基板３０１に形成された第二触媒層３０６を真空中でアニーリングした後、触媒層は、複数の触媒粒子になる。ここで、アニーリング温度は、７００℃〜９００℃であり、アニーリング時間は、３０分間〜９０分間である。

【0056】

本実施例において、第一触媒３０４をカーボンナノチューブ層３０の表面に堆積するステップを省略することができる。即ち、表面に第一触媒３０４が無いカーボンナノチューブ層３０２を直接成長面３０５に設置する。これによって、カーボンナノチューブ層３０２にカーボンナノチューブクラスター３０８が成長することはできない。従って、カーボンナノチューブアレイ１１０において、複数のカーボンナノチューブの、カーボンナノチューブ層３０２に隣接する端部の一部と、カーボンナノチューブ層３０２における複数のカーボンナノチューブとが相互に絡み合っている。

【0057】

（実施例４）
図２１を参照すると、本実施例のカーボンナノチューブ構造体４００は、成長面４０５を有する基板４０１を提供するステップＳ４１と、成長面４０５にカーボンナノチューブアレイ４１０を成長させるステップＳ４２と、複数の第一カーボンナノチューブからなるカーボンナノチューブ層４０２と、第一触媒４０４とを提供し、カーボンナノチューブ層４０２の表面に第一触媒４０４を堆積するステップＳ４３と、カーボンナノチューブ層４０２をカーボンナノチューブアレイ４１０の、成長面４０５に隣接する表面とは反対の表面に設置するステップＳ４４と、カーボンナノチューブ層４０２の表面に複数のカーボンナノチューブクラスター４０８を成長するステップＳ４５と、カーボンナノチューブ層４０２、カーボンナノチューブアレイ４１０及び複数のカーボンナノチューブクラスター４０８を基板４０１から剥離するステップＳ４６と、を含む。

【0058】

本実施例のカーボンナノチューブ構造体４００の製造方法は、実施例１のカーボンナノチューブ構造体１００の製造方法と比べて、次の異なる点がある。本実施例において、カーボンナノチューブアレイ４１０を成長させるステップと、複数のカーボンナノチューブクラスター４０８を成長させるステップとは別々に行われる。ステップＳ４６は、オプショナルである。

【0059】

本実施例のカーボンナノチューブ構造体４００の製造方法は、次の優れた点がある。第一に、複数のカーボンナノチューブクラスター４０８を成長させることによって、カーボンナノチューブアレイ４１０及びカーボンナノチューブ層４０２を強固に固定することができる。これによって、カーボンナノチューブアレイ４１０及びカーボンナノチューブ層４０２の間の電気的接触を増加できる。第二に、複数のカーボンナノチューブクラスター４０８を成長させることによって、カーボンナノチューブアレイ４１０及びカーボンナノチューブ層４０２を強固に固定することができるので、カーボンナノチューブクラスター４０８、カーボンナノチューブアレイ４１０及びカーボンナノチューブ層４０２を、一体として成長面４０５から剥離することができる。該カーボンナノチューブ構造体の製造方法は簡単であるため、大量生産に適する。第三に、複数のカーボンナノチューブクラスター４０８を成長させることによって、カーボンナノチューブアレイ４１０及びカーボンナノチューブ層４０２を強固に固定することができるので、カーボンナノチューブ構造体４００が大きな電界力を受けることができ、カーボンナノチューブ構造体４００を電界放出表示装置などの領域に応用することができる。

【0060】

（実施例５）
図２２を参照すると、本実施例の電界放出表示装置５０は、カーボンナノチューブ構造体５００と、二つの電極５１２と、陽極電極５１４と、を含む。二つの電極５１２は、間隔をあけて設置され、カーボンナノチューブ構造体５００にそれぞれ電気的に接続される。陽極電極５１４は、カーボンナノチューブ構造体５００と間隔あけて対向するように設置される。カーボンナノチューブ構造体５００は、実施例のカーボンナノチューブ構造体１００、２００、３００、４００のいずれかの一種である。カーボンナノチューブ構造体５００は、カーボンナノチューブクラスター５０８、カーボンナノチューブ層５０２及びカーボンナノチューブアレイ５１０を含む。

【0061】

具体的には、二つの電極５１２は、間隔をあけて設置される。また、カーボンナノチューブ構造体５００におけるカーボンナノチューブ層５０２は、二つの電極５１２の表面に設置される。二つの電極５１２によって、カーボンナノチューブ層５０２は懸架される。カーボンナノチューブアレイ５１０における複数のカーボンナノチューブは、陽極電極５１４に垂直な方向に延伸している。さらに、電場を制御するために、電界放出表示装置５０は、ゲート電極（図示せず）を有する。ゲート電極は、陽極電極５１４及びカーボンナノチューブ構造体５００の間に設置される。電極５１２は、金属などの導電材料からなり、その形状は制限されない。陽極電極５１４は、導電層であり、例えば、金属層、ＩＴＯ層またはカーボンナノチューブ層である。また、該陽極電極５１４の厚さもは制限されない。図２３を参照すると、本実施例において、二つの電極５１２は、それぞれ平行に設置されたニッケル棒である。カーボンナノチューブ構造体５００は、この二つのニッケル棒で懸架されている。

【0062】

電界放出表示装置５０を作動する場合、圧力が１０^５Ｐａ以下の真空雰囲気中に置く。具体的には、カーボンナノチューブ構造体５００を接地し、陽極電極５１４に正電圧を印加する。これによって、カーボンナノチューブ構造体５００及び陽極電極５１４の間に電位差を形成する。電場力の作用下で、カーボンナノチューブアレイ５１０から電子を放出することができる。カーボンナノチューブクラスター５０８は、カーボンナノチューブ層５０２とカーボンナノチューブアレイ５１０とを強固に固定させるので、カーボンナノチューブアレイ５１０の複数のカーボンナノチューブは、大きい電場力を受けることができるため、該カーボンナノチューブアレイ５１０から抜き出されない。さらに、電界放出表示装置５０を作動する場合、二つの電極５１２に電圧を印加することによって、電流がカーボンナノチューブ構造体５００に流れる。電流は、カーボンナノチューブアレイ５１０における複数のカーボンナノチューブを加熱することができる。複数のカーボンナノチューブを加熱することによって、カーボンナノチューブアレイ５１０で吸収された気体を除去することができる。これによって、カーボンナノチューブアレイ５１０は、電子を安定して放出することができる。二つの電極５１２によって、カーボンナノチューブ層５０２は懸架され、且つ、カーボンナノチューブの単位面積当たりの熱容量は小さいので、電界放出表示装置５０は、素速い熱反応速度を有する。

【0063】

本実施例において、熱パルス信号を利用してカーボンナノチューブ構造体５００を加熱する。図２４〜図２７は、本実施例の電界放出表示装置５０の試験結果の図である。電界放出表示装置５０の試験の温度条件は、それぞれ室温及び１２４０Ｋである。試験において、電界放出表示装置５０の長さは８ｍｍであり、幅は２ｍｍであり、厚さは１００μｍであり、電気抵抗は４００Ωである。図２４を参照すると、室温または１２４０Ｋにおいて電界放出表示装置５０を４００Ｖの電圧に印加すると電流が流れる。１２４０Ｋの温度下において、電流は平滑な曲線であり、電流は安定であることは明確である。図２５を参照すると、熱パルス信号によって電界放出表示装置５０を８４ミリ秒加熱すると、該電界放出表示装置５０の温度は１１９３℃に達する。しかしながら、電界放出表示装置５０に熱パルス信号を提供しない場合、４２ミリ秒後には、該電界放出表示装置５０は１１９３℃から室温まで冷却される。試験において、加熱電圧は３０．８Ｖであり、加熱温度は１１９３℃であり、熱パルス幅ｔと熱パルスの周期Ｔとの比は、５％、１０％、３０％、５０％、７０％及び９０％である。図２６及び図２７を参照すると、パルス電流で電界放出表示装置５０を加熱する時、熱パルス幅ｔと熱パルスの周期Ｔとの比は、１０％で、且つパワーが０．３Ｗである場合、電界放出表示装置５０は、吸着気体を含まず、安定な電子を放出することができる。

【0064】

（実施例６）
図２８を参照すると、電界放出表示装置６０は、絶縁基板６１６と、カーボンナノチューブ構造体６００と、二つの電極６１２と、陽極電極６１４と、を含む。カーボンナノチューブ構造体６００は、絶縁基板６１６の表面に設置される。二つの電極５１２は、間隔をあけて設置され、それぞれカーボンナノチューブ構造体６００に電気的に接続される。陽極電極６１４は、カーボンナノチューブ構造体６００と間隔をあけて、且つ対向するように設置される。カーボンナノチューブ構造体６００は、カーボンナノチューブクラスター６０８、カーボンナノチューブ層６０２及びパターン化されたカーボンナノチューブアレイ６１０を含む。さらに、カーボンナノチューブ構造体６００は、実施例カーボンナノチューブ構造体１００、２００、３００、４００のいずれかの一種である。

【0065】

実施例５の電界放出表示装置５０と比べて、本実施例の電界放出表示装置６０は、次の異なる点がある。本実施例において、カーボンナノチューブ構造体６００は、絶縁基板６１６の表面に設置され、二つの電極６１２は、カーボンナノチューブ構造体６００の、絶縁基板６１６に隣接する表面とは反対の表面に設置され、カーボンナノチューブ構造体６００の少なくとも一部は、二つの電極６１２及び絶縁基板６１６の間に設置される。二つの電極６１２によって、カーボンナノチューブ構造体６００は、絶縁基板６１６の表面に強く固定される。

【0066】

（実施例７）
図２９を参照すると、電界放出表示装置７０は、円柱状の絶縁基板７１６と、カーボンナノチューブ構造体７００と、陽極電極７１４と、を含む。カーボンナノチューブ構造体７００は、円柱状の基板７１６の表面に設置される。陽極電極７１４と、カーボンナノチューブ構造体７００とは、間隔をあけて設置される。

【0067】

実施例６の電界放出表示装置６０と比べて、本実施例の電界放出表示装置７０は、次の異なる点がある。本実施例において、絶縁基板７１６は、円柱状である。カーボンナノチューブ構造体７００は、円柱状の基板７１６の外表面に設置される。陽極電極７１４は、中空の管状体であり、該中空の管状体は、カーボンナノチューブ構造体７００の、円柱状の基板７１６に隣接する表面とは反対の表面に設置される。絶縁基板７１６は、円柱体、三角プリズムまたは直角プリズムであることがでる。本実施例において、絶縁基板７１６は、円柱体である。カーボンナノチューブ構造体７００は、円柱状の基板７１６の外表面に設置される。陽極電極７１４は、石英管であり、該石英管の内表面または外表面にＩＴＯ層が被覆される。カーボンナノチューブ構造体７００における複数のカーボンナノチューブアレイ７１０は、絶縁基板７１６から陽極電極７１４への方向に延伸する。複数のカーボンナノチューブアレイ７１０の延伸方向は、陽極電極７１４に垂直である。カーボンナノチューブ構造体７００は、柔軟であるので、該カーボンナノチューブ構造体７００は、任意の形状で円柱状の基板７１６の外表面に設置される。さらに、電界放出表示装置７０は、二つの電極（図示せず）を含む。二つの電極は、絶縁基板７１６の対向する端部に設置され、且つカーボンナノチューブ構造体７００に電気的に接続される。

【符号の説明】

【0068】

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００ カーボンナノチューブ構造体
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１ 基板
１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２ カーボンナノチューブ層
１０４、２０４、３０４、４０４ 第一触媒
１０５、２０５、３０５、４０５ 成長面
１０６、２０６、３０６、４０６ 第二触媒
１０８、２０８、３０８、４０８、５０８、６０８、７０８ カーボンナノチューブクラスター
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０ カーボンナノチューブアレイ
１４３ カーボンナノチューブセグメント
１４５ カーボンナノチューブ
２０３ 孔
５１２、６１２ 電極
５１４、６１４、７１４ 陽極電極
６１６、７１６ 絶縁基板
５０、６０、７０ 電界放出表示装置

【図1】

【図3】

【図10】

【図17】

【図18】

【図20】

【図21】

【図22】

【図28】

【図29】

【図2】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図19】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】