特許 6041775 カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法

(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】6041775

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】カーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 31/02 20060101AFI20161206BHJP

   B01J 23/89 20060101ALI20161206BHJP

   B01J 37/02 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   C01B31/02 101F

   B01J23/89 M

   B01J37/02 301P

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-191009(P2013-191009)

(22)【出願日】2013年9月13日

(65)【公開番号】特開2015-54811(P2015-54811A)

(43)【公開日】2015年3月23日

【審査請求日】2015年11月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000800

【氏名又は名称】特許業務法人創成国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大橋 俊之

(72)【発明者】

【氏名】徳根 敏生

(72)【発明者】

【氏名】大田 正弘

(72)【発明者】

【氏名】加藤 良吾

(72)【発明者】

【氏名】嶋 敏之

【審査官】 廣野 知子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０１５８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５２０１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２９２３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８４３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０１２４９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０１３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Xuan Wang et al，Chem.Mater.，米国，２００４年，Vol.16、No.5，pp.799-805

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０１Ｂ ３１／００−３１／３６

Ｂ０１Ｊ ２１／００−３８／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、該基板上に配設されてカーボンナノチューブを成長させる触媒金属とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板であって、
該基板を構成する基板材料はＭｇＯからなり、該触媒金属は、遷移金属からなる第１の金属としてのＦｅと、貴金属からなる第２の金属としてのＰｔとの合金と、該合金の粒界面に固溶するか、或いは該合金中に固溶し、該合金の結晶面を安定化させる第３の金属としてのＡｕとからなり、
Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕの原子数比は、４０〜５８：３０〜５５：２〜４０の範囲であることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板。

【請求項2】

請求項１記載のカーボンナノチューブ成長用基板において、
前記基板は、前記触媒金属を結晶成長可能な結晶面を備える単結晶からなることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板。

【請求項3】

請求項１又は請求項２記載のカーボンナノチューブ成長用基板において、
前記触媒金属は、３〜１５ｎｍの範囲の最大粒子長を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板。

【請求項4】

基板と、該基板上に配設されてカーボンナノチューブを成長させる触媒金属とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法であって、
スパッタリングにより、ＭｇＯからなる基板材料により構成される該基板上に、遷移金属からなる第１の金属としてのＦｅと、貴金属からなる第２の金属としてのＰｔとの合金からなる第１の被膜を形成する工程と、
スパッタリングにより、第１の被膜上に、該合金の結晶面を安定化させる第３の金属としてのＡｕからなる第２の被膜を形成する工程とにより、
該第３の金属が該合金の粒界面に固溶するか或いは該合金中に固溶しており、Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕの原子数比は、４０〜５８：３０〜５５：２〜４０の範囲である触媒金属を、該基板上に形成することを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法。

【請求項5】

請求項４記載のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法において、
前記第１の被膜を形成する工程と、前記第２の被膜を形成する工程とを順に２回以上繰り返して行うことを特徴とするカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、カーボンナノチューブの製造に用いられるカーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

カーボンナノチューブは、複数の芳香族炭素六員環が平面状に結合してなるグラフェンシートを単層又は多層の円筒状に巻いた構造を備える物質であり、巻き方によりアームチェア型、カイラル型、ジグザグ型の３種がある。また、前記３種のカーボンナノチューブは、それぞれ直径及びカイラリティにより電気的特性が変化し、金属的性質又は半導体的性質を示す。金属的性質を有する単層カーボンナノチューブ（以下、金属性ＣＮＴと略記することがある）は、導線、キャパシタ等に用いることが期待されている。

【0003】

単層カーボンナノチューブは、例えば、カーボンナノチューブを成長させる触媒として作用する金属（以下、触媒金属と略記する）を備えるカーボンナノチューブ成長用基板を用いて形成される。前記カーボンナノチューブ成長用基板としては、前記触媒金属として、遷移金属であるＦｅと貴金属であるＰｔとの合金（以下、ＦｅＰｔ合金と略記する）をＳｉ基板上に配設したものが提案されている。このカーボンナノチューブ成長用基板によれば、細径の単層カーボンナノチューブを得ることができるとされている（非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Xuan Wang, Wendo Yue, Maoshuai He, manhong Liu, Jin Zhang, and Zhongfan Liu, “Bimetallic Catalysts for the Efficient Growth of SWNTs on Surfaces”, Chem.Mater, 2004, 16, pp.799-805

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、前記カーボンナノチューブ成長用基板によれば、単層カーボンナノチューブを得ることができるものの、金属的性質を備えるものは得ることが困難であるという不都合がある。

【0006】

本発明者は、前記不都合について検討し、前記ＦｅＰｔ合金からなる触媒金属が特定の面方位を有する結晶面を含む結晶構造を備えることにより、前記カーボンナノチューブ成長用基板により金属性ＣＮＴを成長させることができることを知見した。

【0007】

本発明は、前記知見に鑑み、基板上に配設された遷移金属と貴金属との合金を含む触媒金属が、特定の面方位を有する結晶面を含む結晶構造を安定して備えることができるカーボンナノチューブ成長用基板及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

かかる目的を達成するために、本発明は、基板と、該基板上に配設されてカーボンナノチューブを成長させる触媒金属とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板であって、該基板を構成する基板材料はＭｇＯからなり、該触媒金属は、遷移金属からなる第１の金属としてのＦｅと、貴金属からなる第２の金属としてのＰｔとの合金と、該合金の粒界面に固溶するか、或いは該合金中に固溶し、該合金の結晶面を安定化させる第３の金属としてのＡｕとからなり、Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕの原子数比は、４０〜５８：３０〜５５：２〜４０の範囲であることを特徴とする。

【0009】

本発明のカーボンナノチューブ成長用基板において、前記第３の金属は、前記第１の金属と前記第２の金属との合金の粒界面に固溶するか、或いは該合金中に固溶することにより、前記触媒金属の結晶面を安定化させることができる。したがって、前記触媒金属は、金属性ＣＮＴを成長可能な特定の面方位を有する結晶面を含む結晶構造を安定して備えることができる。
また、本発明のカーボンナノチューブ成長用基板において、前記触媒金属は、前記第１の金属がＦｅからなり、前記第２の金属がＰｔからなり、前記第３の金属がＡｕからなり、前記基板を構成する基板材料は、ＭｇＯからなる。これらの材料を用いることにより、前記触媒金属は、金属性ＣＮＴを成長可能な特定の面方位を有する結晶面として（１１１）面を有する結晶構造を備えることができる。
また、前記カーボンナノチューブ成長用基板は、Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕの原子数比が４０〜５８：３０〜５５：２〜４０の範囲であることにより、前記触媒金属は、前記（１１１）面を安定して備える結晶構造からなる正四角錐形状の粒子を形成することができる。前記Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕの原子数比が４０〜５８：３０〜５５：２〜４０の範囲でない場合には、前記触媒金属は、前記（１１１）面に加えて他の結晶面も有する結晶構造を備える。このような結晶構造を備えるカーボンナノチューブ成長用基板は、金属性ＣＮＴを効率よく成長させることができない。

【0010】

本発明のカーボンナノチューブ成長用基板において、前記基板は、前記触媒金属を結晶成長可能な結晶面を備える単結晶からなることが好ましい。前記単結晶からなる前記基板を用いることにより、該基板の前記結晶面上に前記触媒金属を確実に結晶成長させることができる。

【0011】

また、本発明のカーボンナノチューブ成長用基板において、前記基板を構成する基板材料の格子定数をａ、前記合金の格子定数をｂとするとき、（ａ−ｂ）／ａ≦０．１であることが好ましい。前記（ａ−ｂ）／ａ≦０．１であることにより、前記基板の結晶構造と前記触媒金属を構成する前記合金の結晶構造との間に生じる格子歪みを小さくすることができる。前記格子歪みが小さいことにより前記基板と前記合金との位置関係が一義的に決まる結果、前記触媒金属は、金属性ＣＮＴを成長可能な特定の面方位を有する結晶面を含む結晶構造を確実に備えることができる。この結果、前記カーボンナノチューブ成長用基板によれば、金属性ＣＮＴの配向性を向上することができるものと期待される。

【0012】

前記格子定数ａ及びｂの関係が（ａ−ｂ）／ａ＞０．１である場合には、前記基板の結晶構造と前記合金の結晶構造との間に生じる格子歪みが大きくなり、前記格子歪みが大きいことにより前記位置関係が一義的には決まらず、前記触媒金属は、前記特定の面方位を有する結晶面を含む結晶構造を備えることができないことがある。

【0013】

また、本発明のカーボンナノチューブ成長用基板において、前記基板を構成する基板材料の格子定数をａ、前記合金の格子定数をｂ、前記第３の金属の格子定数をｃとするとき、ａ＞ｃ＞ｂであることが好ましい。前記格子定数ａ，ｂ及びｃの関係がａ＞ｃ＞ｂであることにより、前記第３の金属によって、前記基板の結晶構造と前記合金の結晶構造との間に生じる格子歪みを緩和することができ、前記触媒金属の結晶構造における熱的安定性を向上することができる。

【0015】

また、前記カーボンナノチューブ成長用基板は、例えば、前記触媒金属が３〜１５ｎｍの範囲の最大粒子長を備えることが好ましい。

【0016】

前記触媒金属が３〜１５ｎｍの範囲の最大粒子長を備える場合には、前記触媒金属は、前記（１１１）面を安定して備える結晶構造からなる正四角錐形状の粒子を形成することができる。さらに、前記触媒金属が前記範囲の最大粒子長を備える前記カーボンナノチューブ成長用基板によれば、金属性ＣＮＴの直径を制御することができるものと期待される。

【0017】

前記触媒金属の最大粒子長が１５ｎｍを超える場合には、前記触媒金属は、前記（１１１）面に加えて他の結晶面も有する結晶構造を備えることがある。このような結晶構造を備えるカーボンナノチューブ成長用基板は、金属性ＣＮＴを効率よく成長させることができないことがある。一方、前記触媒金属の最大粒子長が３ｎｍ未満の場合には、該触媒金属の粒子を形成することが困難なことがある。

【0018】

また、本発明のカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法は、基板と、該基板上に配設されてカーボンナノチューブを成長させる触媒金属とを備えるカーボンナノチューブ成長用基板の製造方法であって、スパッタリングにより、ＭｇＯからなる基板材料により構成される該基板上に、遷移金属からなる第１の金属としてのＦｅと、貴金属からなる第２の金属としてのＰｔとの合金からなる第１の被膜を形成する工程と、スパッタリングにより、第１の被膜上に、該合金の結晶面を安定化させる第３の金属としてのＡｕからなる第２の被膜を形成する工程とにより、該第３の金属が該合金の粒界面に固溶するか或いは該合金中に固溶しており、Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕの原子数比は、４０〜５８：３０〜５５：２〜４０の範囲である触媒金属を、該基板上に形成することを特徴とする。

【0019】

本発明の製造方法では、スパッタリングにより前記基板上に前記合金からなる前記第１の被膜を形成した後に、スパッタリングにより該第１の被膜上に前記第３の金属からなる前記第２の被膜を形成する。このとき、前記第１の被膜上に前記第２の被膜として前記第３の金属をスパッタリングすることにより、該第３の金属を、該合金の粒界面に固溶させるか、或いは該合金中に固溶させることができる。この結果、前記第３の金属が、該合金の粒界面に固溶するか、或いは該合金中に固溶している触媒金属を、前記基板上に備えるカーボンナノチューブ成長用基板を得ることができる。

【0020】

また、本発明の製造方法では、前記第１の被膜を形成する工程と、前記第２の被膜を形成する工程とを順に２回以上繰り返して行うことが好ましく、繰り返し回数を調整することにより、前記基板上に形成される前記触媒金属の最大粒子長を制御することができる。このようにして得られる前記触媒金属が前記範囲の最大粒子長を備える前記カーボンナノチューブ成長用基板によれば、金属的性質を有する単層カーボンナノチューブの直径を制御することができるものと期待される。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係るカーボンナノチューブ成長用基板の構成を示す説明図で、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は正面図である。

【図2】実施例１で得られたカーボンナノチューブ成長用基板の断面構造を示す透過型電子顕微鏡写真。

【図3】実施例２で得られたカーボンナノチューブ成長用基板の断面構造を示す透過型電子顕微鏡写真。

【図4】実施例２で得られたカーボンナノチューブ成長用基板により成長したカーボンナノチューブのラマンスペクトル。

【図5】比較例１で得られたカーボンナノチューブ成長用基板の断面構造を示す透過型電子顕微鏡写真。

【図6】比較例１で得られたカーボンナノチューブ成長用基板により成長したカーボンナノチューブのラマンスペクトル。

【図7】参考例１で得られたカーボンナノチューブ成長用基板の断面構造を示す透過型電子顕微鏡写真。

【図8】参考例２で得られたカーボンナノチューブ成長用基板の断面構造を示す透過型電子顕微鏡写真。

【発明を実施するための形態】

【0022】

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

【0023】

図１に示すように、本実施形態のカーボンナノチューブ成長用基板１は、基板２と、該基板２上に配設されてカーボンナノチューブを成長させる粒子状の触媒金属３とを備える。

【0024】

触媒金属３は、遷移金属からなる第１の金属と貴金属からなる第２の金属との合金と、該合金の結晶面を安定化させる第３の金属とからなる。前記第３の金属は、前記合金の粒界面に固溶するか、或いは該合金中に固溶することにより、該合金の結晶面を安定化させることができる。したがって、触媒金属３は、金属性ＣＮＴを成長可能な特定の面方位を有する結晶面３ａとして（１１１）面を含む結晶構造を安定して備える正四角錐形状の粒子を形成することができる。

【0025】

カーボンナノチューブ成長用基板１において、基板２を構成する基板材料の格子定数をａ、前記合金の格子定数をｂとするとき、（ａ−ｂ）／ａ≦０．１を満たす材料を用いることにより、基板２の結晶構造と触媒金属３を構成する該合金の結晶構造との間に生じる格子歪みを小さくすることができる。

【0026】

また、前記第３の金属の格子定数をｃとするとき、ａ＞ｃ＞ｂを満たす材料を用いることにより、基板２の結晶構造と前記合金の結晶構造との間に生じる格子歪みを、該第３の金属によって緩和することができ、触媒金属３の結晶構造における熱的安定性を向上することができる。

【0027】

前記格子定数ａ，ｂ，及びｃの関係が前記（ａ−ｂ）／ａ≦０．１及び前記ａ＞ｃ＞ｂの両条件を満たす材料としては、例えば、次のものを組み合わせて用いることができる。前記第１の金属としては、例えば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群から選択される１種の金属を用いることができる。前記第２の金属としては、例えば、Ｐｔ又はＰｄのいずれか１種の金属を用いることができる。前記第３の金属としては、例えば、Ａｕ又はＡｇのいずれか１種の金属を用いることができる。基板２を構成する基板材料としては、例えば、ＭｇＯ，ＴｉＮ，ＶＮ，ＣｒＮ，Ｍｏ_２Ｎ，ＳｒＴｉＯ_３，ＬａＡｌＯ_３からなる群から選択されるいずれか１種の化合物を用いることができる。

【0028】

例えば、前記第１の金属としてＦｅ、前記第２の金属としてＰｔ、前記第３の金属としてＡｕを用い、基板２を構成する基板材料として、ＭｇＯ，ＴｉＮ，ＶＮ，ＣｒＮ，Ｍｏ_２Ｎ，ＳｒＴｉＯ_３，ＬａＡｌＯ_３を用いるとき、該基板材料の格子定数ａ及び（ａ−ｂ）／ａ≦０．１を表１に示す。尚、触媒金属３を構成するＦｅ、Ｐｔ及びＡｕの原子数比は、４０〜５８：３０〜５５：２〜４０である。

【0029】

【表1】

【0030】

ここで、ＦｅＰｔ合金の格子定数ｂは３．８５２Åである。表１に示すとおり、これらの材料の組み合わせは、前記格子定数ａ及びｂの関係が前記（ａ−ｂ）／ａ≦０．１の条件を満たしている。

【0031】

また、前記Ａｕの格子定数ｃは４．０７８５Åである。したがって、これらの材料の組み合わせは、前記格子定数ａ，ｂ及びｃの関係が前記ａ＞ｃ＞ｂの条件を満たしている。

【0032】

触媒金属３は、例えば、前記第１の金属としてＦｅ、前記第２の金属としてＰｔ、前記第３の金属としてＡｕを用い、Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕの原子数比４０〜５８：３０〜５５：２〜４０とし、最大粒子長を３〜１５ｎｍとすることができる。前記最大粒子長は、前記正四角錐形状の底面の対角線の長さＬに相当する。

【0033】

次に、本実施形態のカーボンナノチューブ成長用基板１の製造方法について説明する。

【0034】

まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、例えばＭｇＯ単結晶からなる基板２の（１００）面上に、７００〜７４０℃の範囲の温度、例えば７２０℃の温度で、前記第１の金属と前記第２の金属とからなる合金をスパッタリングする。

【0035】

前記ＭｇＯは立方晶であるので、（１００）面に代えて、（０１０）面又は（００１）面上にスパッタリングしてもよい。前記合金としては、例えばＦｅとＰｔとからなるＦｅＰｔ合金を用い、Ｆｅ：Ｐｔの原子数比は、４０〜５８：３０〜５５とすることができる。前記スパッタリングにより、基板２上にＦｅＰｔ合金からなる第１の被膜が形成される。

【0036】

次に、前記高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、室温付近（１００℃以下）で、前記第１の被膜上に、前記第３の金属としての例えばＡｕをスパッタリングする。このとき、Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕの原子数比は、４０〜５８：３０〜５５：２〜４０とすることが好ましい。前記スパッタリングにより、前記第１の被膜上に、Ａｕからなる第２の被膜が形成される。

【0037】

前記合金のスパッタリングと、前記第３の金属のスパッタリングとを順に２回以上行い、さらに、該合金のスパッタリングを行った後、室温付近まで冷却する。前記スパッタリングにより、前記第３の金属は、前記合金の粒界面に固溶するか、或いは、該合金中に固溶し、該合金の結晶面を安定化する。

【0038】

以上により、ＭｇＯ単結晶からなる基板２上に、ＦｅＰｔ合金とＡｕとからなり、（１１１）面を安定して備える結晶構造からなる触媒金属３を形成することができる。

【0039】

前記合金のスパッタリングと前記第３の金属のスパッタリングとの回数を調整することにより、最大粒子長が３〜１５ｎｍの範囲に制御された触媒金属３を得ることができる。触媒金属３が前記範囲の最大粒子長を備えるカーボンナノチューブ成長用基板１によれば、金属性ＣＮＴの直径を制御することができる。

【0040】

また、本実施形態の製造方法では、基板２としてＭｇＯ単結晶を用いるので、該ＭｇＯ単結晶の結晶面上に触媒金属３を確実に結晶成長させることができる。

【0041】

基板２は、単結晶からなることが好ましいが、例えば、Ｓｉ基板上に、触媒金属３を結晶成長可能な結晶面を備える単結晶（例えばＭｇＯ単結晶）を結晶成長させることにより成膜したものを用いてもよい。

【0042】

次に、本発明の実施例と比較例とを示す。

【実施例】

【0043】

〔実施例１〕
本実施例では、まず、高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、７２０℃の温度で、ＭｇＯ単結晶からなる基板２の（１００）面上に、第１の金属としてのＦｅと第２の金属としてのＰｔとからなるＦｅＰｔ合金をスパッタリングし、厚さ１ｎｍの第１の被膜を形成した。

【0044】

次に、前記高真空マグネトロンスパッタ装置を用い、室温付近（１００℃以下）で、前記第１の被膜上に第３の金属としてのＡｕを、スパッタリングし、厚さ０．２ｎｍの第２の被膜を形成した。

【0045】

ＦｅＰｔ合金のスパッタリングとＡｕのスパッタリングと２回ずつ行い、さらにＦｅＰｔ合金のスパッタリングを行うことにより、基板２上に、ＦｅＰｔ合金とＡｕとからなる触媒金属３が配設されたカーボンナノチューブ成長用基板１を形成した。

【0046】

得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した。図２に透過型電子顕微鏡写真を示す。図２から、基板２上に配設された触媒金属３は、（１１１）面を安定して備える結晶構造からなる正四角錐形状の粒子を形成していることが確認された。また、触媒金属３の前記正四角錐形状の底面の対角線長さＬを、最大粒子長として測定したところ、１０ｎｍであった。

【0047】

次に、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＴＥＭ−ＥＤＸ）により、触媒金属３の原子比を測定したところ、Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕ＝５３：３６：１１であった。

【0048】

〔実施例２〕
本実施例では、ＦｅＰｔ合金（１ｎｍ）のスパッタリングとＡｕ（０．１ｎｍ）のスパッタリングと１回ずつ行い、さらにＦｅＰｔ合金のスパッタリングを行うことにより触媒金属３を配設した以外は、実施例１と全く同一にして、カーボンナノチューブ成長用基板１を形成した。

【0049】

次に、得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の断面を透過型電子顕微鏡で観察した。図３に透過型電子顕微鏡写真を示す。図３から、基板２上に配設された触媒金属３は、（１１１）面を安定して備える結晶構造からなる正四角錐形状の粒子を形成していることが確認された。また、触媒金属３の最大粒子長を測定したところ、８ｎｍであった。

【0050】

次に、ＴＥＭ−ＥＤＸにより、触媒金属３の原子比を測定したところ、Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕ＝４５：５３：２であった。

【0051】

次に、本実施例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１をプラズマＣＶＤ装置に配設して、基板温度を７３０℃、プラズマＣＶＤの出力を１００Ｗとし、メタン１０体積％、水素９０体積％からなるガスを供給して、３０分間カーボンナノチューブの合成を行った。

【0052】

次に、得られたカーボンナノチューブを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、基板２に対して垂直方向に配向し、長さ約１０μｍの単層カーボンナノチューブであることが確認された。

【0053】

次に、得られたカーボンナノチューブについて、波長６３３ｎｍにおいてラマンスペクトルを測定した。結果を図４に示す。図４において、得られたスペクトルが１９０〜２００ｃｍ^−１でのラジアルブリージングモード（ＲＢＭ）のピークを有することから、得られたカーボンナノチューブは金属的性質を備えることが明らかである。

【0054】

〔比較例１〕
本比較例では、ＦｅＰｔ合金のみをスパッタリングすることにより触媒金属３を配設した以外は、実施例２と全く同一にして、カーボンナノチューブ成長用基板１を形成した。

【0055】

次に、得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の断面を透過型電子顕微鏡で観察した。図５に透過型電子顕微鏡写真を示す。図５から、基板２上に配設された触媒金属３は、（１１１）面を備えていない結晶構造からなる半球状の粒子を形成していることが確認された。

【0056】

次に、ＴＥＭ−ＥＤＸにより、触媒金属３の原子比を測定したところ、Ｆｅ：Ｐｔ＝３５：６５であった。

【0057】

次に、本比較例で得られたカーボンナノチューブ成長用基板１を用いた以外は、実施例２と全く同一にして、カーボンナノチューブの合成を行った。

【0058】

次に、得られたカーボンナノチューブをＳＥＭで観察したところ、多層カーボンナノチューブであることが確認された。

【0059】

次に、得られたカーボンナノチューブについて、波長６３３ｎｍにおいてラマンスペクトルを測定した。結果を図６に示す。図６において、得られたスペクトルは、前記ＲＢＭのピークを備えておらず、多層カーボンナノチューブの特徴を示すことが判明した。

【0060】

〔参考例１〕
本参考例では、第２の被膜の膜厚を１ｎｍとした以外は実施例２と全く同一にして、カーボンナノチューブ成長用基板１を形成した。

【0061】

次に、得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の断面を透過型電子顕微鏡で観察した。図７に透過型電子顕微鏡写真を示す。図７から、基板２上に配設された触媒金属３は、半球状の粒子を形成していることが確認された。また、触媒金属３の前記半球状の底面の直径を最大粒子長として測定したところ２０〜３０ｎｍであり、実施例１及び実施例２で得られた触媒金属３の粒子と比較して、大きいことが明らかである。

【0062】

次に、ＴＥＭ−ＥＤＸにより、触媒金属３の原子比を測定したところ、Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕ＝３１：２０：４９であった。

【0063】

以上から、前記最大粒子長が３〜１５ｎｍの範囲外であり、原子比が４０〜５８：３０〜５５：２〜４０の範囲外である触媒金属３は、（１１１）面に加えて（１１１）面以外の面を備える結晶構造を備えることが明らかである。

【0064】

〔参考例２〕
本参考例では、第２の被膜の膜厚を０．５ｎｍとした以外は実施例２と全く同一にして、カーボンナノチューブ成長用基板１を形成した。

【0065】

次に、得られたカーボンナノチューブ成長用基板１の断面を透過型電子顕微鏡で観察した。図８に透過型電子顕微鏡写真を示す。図８から、基板２上に配設された触媒金属３は、半球状の粒子を形成していることが確認された。また、触媒金属３の前記半球状の底面の直径を最大粒子長として測定したところ７〜１０ｎｍであった。

【0066】

次に、ＴＥＭ−ＥＤＸにより、触媒金属３の原子比を測定したところ、Ｆｅ：Ｐｔ：Ａｕ＝３７：１８：４５であった。

【0067】

以上から、前記最大粒子長が３〜１５ｎｍの範囲内であるものの、触媒金属３の原子比が４０〜５８：３０〜５５：２〜４０の範囲外である触媒金属３は、（１１１）面に加えて（１１１）面以外の面を備える結晶構造を備えることが明らかである。

【符号の説明】

【0068】

１…カーボンナノチューブ成長用基板、 ２…基板、 ３…触媒金属。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】