特許 7315913 吸着装置及び分析装置

(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】

(24)【登録日】2023-07-19

(45)【発行日】2023-07-27

(54)【発明の名称】吸着装置及び分析装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/22 20060101AFI20230720BHJP

   B01J 20/20 20060101ALI20230720BHJP

   B01J 20/28 20060101ALI20230720BHJP

   B01J 20/34 20060101ALI20230720BHJP

   G01N 1/00 20060101ALI20230720BHJP

   A61L 9/014 20060101ALN20230720BHJP

【ＦＩ】

G01N1/22 L

B01J20/20 A

B01J20/28 A

B01J20/34 H

G01N1/00 101R

A61L9/014

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019037742

(22)【出願日】2019-03-01

(65)【公開番号】P2020139912

(43)【公開日】2020-09-03

【審査請求日】2021-12-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504150461

【氏名又は名称】国立大学法人鳥取大学

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】關 雅志

(72)【発明者】

【氏名】李 相錫

【審査官】佐々木 崇

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２２１９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１５６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３８９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５２４２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１７３４５６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０１１９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０３０２３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／０７９１７４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １／００－ １／４４

Ａ６１Ｌ ９／００－ ９／２２

Ｂ０１Ｊ２０／００－２０／２８１

２０／３０－２０／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空構造を有し、内部空間と外部空間とを連絡する貫通孔が設けられた吸着装置であって、
基材と、
前記基材の一方の主面上に設けられた接着剤層と、
前記接着剤層を介して前記基材に各々の一端が支持され、互いから離間した複数のカーボンナノチューブ束であって、前記外部空間から前記貫通孔を介して前記内部空間へと導かれた流体に含まれる１以上の物質を吸着する複数のカーボンナノチューブ束と
を備え、
前記カーボンナノチューブ束の長さは２０μｍ乃至２００μｍの範囲内にあり、前記接着剤層の厚さは３μｍ乃至２０μｍの範囲内にある吸着装置。

【請求項2】

前記基材は絶縁体である請求項１に記載の吸着装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の吸着装置と、
前記吸着装置へ前記流体を導いて、前記流体に含まれる前記１以上の物質を前記複数のカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路と、
前記複数のカーボンナノチューブ束に前記１以上の物質を脱着させる脱着装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を定量する測定装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を前記吸着装置から前記測定装置へと導く第２流路と
を備えた分析装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、吸着装置及び分析装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガス分析装置として、カーボンナノチューブを備えた装置が知られている。このような装置の一例として、特定の分子を選択的に吸着する性質を有する金属錯体でカーボンナノチューブを表面修飾した装置がある。そのような装置によると、ガス中における特定の分子の濃度を測定することが可能である。

【0003】

例えば、或るマンガンフタロシアニンは、アセトンに対する吸着能が高い。カーボンナノチューブは、このマンガンフタロシアニンで表面修飾すると、マンガンフタロシアニンのアセトン吸着量に応じて電気伝導度が変化する。従って、このマンガンフタロシアニンで表面修飾したカーボンナノチューブを備えた装置は、ガス中のアセトン濃度の測定に利用可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１０－１０７３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、吸着性に優れた吸着装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態によれば、基材と、前記基材の一方の主面上に設けられた接着剤層と、前記接着剤層を介して前記基材に各々の一端が支持され、互いから離間した複数のカーボンナノチューブ束であって、前記外部空間から前記貫通孔を介して前記内部空間へと導かれた流体に含まれる１以上の物質を吸着する複数のカーボンナノチューブ束とを備え、前記カーボンナノチューブ束の長さは２０μｍ乃至２００μｍの範囲内にあり、前記接着剤層の厚さは３μｍ乃至２０μｍの範囲内にある吸着装置が提供される。

【0007】

他の実施形態によれば、前記吸着装置と、前記吸着装置へ流体を導いて、前記流体に含まれる１以上の物質を前記複数のカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路と、前記複数のカーボンナノチューブ束に前記１以上の物質を脱着させる脱着装置と、前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を定量する測定装置と、前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を前記吸着装置から前記測定装置へと導く第２流路とを備えた分析装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る分析装置を概略的に示す図。

【図2】図１の分析装置が含んでいる吸着装置の平面図。

【図3】図２の吸着装置のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図。

【図4】図２及び図３の吸着装置の分解斜視図。

【図5】図２乃至図４の吸着装置が含んでいるカーボンナノチューブ束を概略的に示す斜視図。

【図6】図５に示すカーボンナノチューブ束を概略的に示す平面図。

【図7】カーボンナノチューブ束の配置と流体の流れとの関係の一例を概略的に示す平面図。

【図8】実施形態に係る吸着装置の製造方法におけるカーボンナノチューブ束の形成工程を概略的に示す斜視図。

【図9】実施形態に係る分析装置を使用して得られた結果を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同様又は類似した機能を発揮する構成要素には全ての図面を通じて同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

【0010】

図１に示す分析装置１は、流体に含まれる特定成分を分析するための装置である。流体は、例えば、空気などの雰囲気、呼気、排気ガス、上水、又は下水である。流体が気体である場合、流体に含まれる特定成分は、例えば揮発性有機化合物である。揮発性有機化合物としては、例えばエタン、ペンタン、オクタン、ウンデカン又はアセトン等が挙げられる。

【0011】

分析装置１は、吸着装置２と、支持体３と、脱着装置４と、導管５ａ及び５ｂと、測定装置６とを含んでいる。

【0012】

吸着装置２は、複数のカーボンナノチューブ束を収容した中空構造を有している。これらカーボンナノチューブ束は、流体中の１以上の物質、即ち、上記成分を物理吸着する。吸着装置２には、その内部空間と外部空間とを連絡する一対の貫通孔が設けられている。吸着装置２の詳細な構造については、後で説明する。

【0013】

支持体３は、吸着装置２を支持している。支持体３は、吸着装置２を着脱可能に支持していてもよく、着脱不可能に支持していてもよい。

【0014】

脱着装置４は、上記物質のカーボンナノチューブ束からの脱着を生じさせる。脱着装置４は、例えば、カーボンナノチューブ束又は吸着装置２への加熱、加振若しくは光照射、カーボンナノチューブ束が収容された空間に対する減圧若しくは気体及び液体などの流体の流通、又はそれらの２以上の組み合わせにより、上記物質のカーボンナノチューブ束からの脱着を生じさせる。ここでは、一例として、脱着装置４は抵抗加熱器であるとする。

【0015】

導管５ａの一端は、吸着装置２の一方の貫通孔に接続されている。導管５ａは、分析装置１の外部から吸着装置２へと流体を導いて、流体に含まれる上記１以上の物質をカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路を構成している。

【0016】

導管５ｂの一端は、吸着装置２の他方の貫通孔に接続されている。導管５ｂの他端は、測定装置６に接続されている。導管５ｂは、カーボンナノチューブ束から脱着させた上記１以上の物質を吸着装置２から測定装置６へと導く第２流路を構成している。

【0017】

測定装置は、カーボンナノチューブ束から脱着させた上記１以上の物質を定量する。測定装置は、例えば、ガスクロマトグラフである。

【0018】

この分析装置１による分析では、先ず、導管５ａを介して吸着装置２の内部空間へ流体を供給するとともに、吸着装置２の内部空間から導管５ｂを介して流体を排出する。流体が吸着装置２の内部空間を流通すると、カーボンナノチューブ束は、流体中に含まれる物質の一部を吸着する。カーボンナノチューブ束が十分な量の物質を吸着した後、吸着装置２の内部空間への流体の供給及び吸着装置２の内部空間からの流体の排出を停止する。

【0019】

次いで、脱着装置４を作動させる。カーボンナノチューブ束は、上記物質を化学吸着している訳ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、脱着装置４を作動させると、カーボンナノチューブ束は、吸着している上記物質のほぼ全量を脱着する。この脱着を生じさせると、吸着装置２の内部空間内のガス中での上記物質の濃度は、流体中の上記物質の濃度と比較して高くなる。

【0020】

その後、吸着装置２の内部空間内のガスを、導管５ｂを介して測定装置６へと供給する。例えば、導管５ａを介して吸着装置２の内部空間へ不活性ガスを供給して、高い濃度で上記物質を含有したガスを、吸着装置２の内部空間から導管５ｂへ介して測定装置６へと送り出す。測定装置６は、上記ガスが含んでいる上記物質を定量する。

【0021】

例えば、流体が呼気である場合、呼気が含んでいる成分の多くは窒素、酸素、二酸化炭素及び水蒸気であり、呼気中の揮発性有機化合物の濃度は１％以下に過ぎない。従って、呼気をそのままの状態でガスクロマトグラフを用いた分析に供しても、高い精度で定量分析することはできない。

【0022】

これに対し、この分析装置１では、上記物質の濃度を高めたガスを測定装置６へ供給する。そのため、例えば、測定装置６の分析精度が低くても、十分に高い精度で定量分析することができる。また、測定装置６は、精度が低くてもよいので、寸法が小さく、安価なものを使用することができる。

【0023】

また、カーボンナノチューブ束は、上記物質を化学吸着している訳ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、吸着装置２は、繰り返し使用することができる。なお、吸着装置２は、１回の分析毎に新品に交換してもよい。

【0024】

更に、吸着装置２では、金属錯体などによる化学吸着ではなく、カーボンナノチューブ束による物理吸着を利用するので、金属錯体による表面修飾などに起因した不均一を生じない。それ故、分析精度がこの不均一性の影響を受けることはない。

【0025】

次に、吸着装置２について詳細に説明する。
図２乃至図４に示すように、吸着装置２は、吸着装置本体２１と、封止部材２２とを含んでいる。

【0026】

吸着装置本体２１は、図５に示すように、基材２１１と、複数のカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄと、接着剤層２１３とを含んでいる。

【0027】

基材２１１は、一主面に第１領域と第２領域とを含んでいる。第１領域は、基材２１１の一方の主面のうち、接着剤層２１３を介してカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを支持している領域である。第１領域の一例としては、後述するサブ領域が挙げられる。第２領域は、基材２１１の上記主面のうち、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを支持していない領域である。

【0028】

基材２１１は、例えば薄板状である。基材２１１は、硬質であってもよく、可撓性であってもよい。基材２１１の材料としては、例えば、金属などの導体を使用してもよく、シリコンなどの半導体を使用してもよく、ガラス、酸化マグネシウム、サファイア、及び酸化アルミニウムなどの絶縁体を使用してもよい。

【0029】

基材２１１は、絶縁体からなることが好ましい。例えば、基材２１１が鉄などの導体からなる場合、水分を多く含む流体を使用すると、基材２１１が腐食する可能性がある。これに対し、基材２１１がガラスなどの絶縁体からなる場合、水分を多く含む流体を使用しても、基材２１１の腐食は生じ難い。

【0030】

接着剤層２１３は、基材２１１の主面上に設けられている。接着剤層２１３は、例えば、エポキシ樹脂又はアクリル樹脂からなる。

【0031】

接着剤層２１３の厚さは、３μｍ乃至２０μｍの範囲内にあることが好ましく、５μｍ乃至１０μｍの範囲内にあることがより好ましい。接着剤層２１３が厚すぎると、コスト高となる。接着剤層２１３が薄すぎると、後述する転写の際に、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ又はカーボンナノチューブの一部が転写され難い。

【0032】

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの一端は、第１領域の位置で、接着剤層２１３を介して基材２１１に支持されている。ここでは、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、基材２１１の一方の主面に対して略垂直な方向に延びている。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、真っ直ぐに伸びていてもよく、撓んでいてもよい。

【0033】

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、図６に示すように、その長さ方向に各々が伸びた多数のカーボンナノチューブ２１２１からなる。カーボンナノチューブ２１２１は、例えば、シングルウォールチューブである。カーボンナノチューブ２１２１は、アームチェアチューブ、ジグザグチューブ、及びカイラルチューブの何れであってもよい。

【0034】

カーボンナノチューブ２１２１の長さは、例えば、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さとほぼ等しい。カーボンナノチューブ２１２１の直径は、例えば、１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内にある。また、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々において、カーボンナノチューブ２１２１間の距離は、例えば、１０ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内にある。

【0035】

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々の径は、例えば、１μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さは、２０μｍ乃至２００μｍの範囲内にあることが好ましく、５０μｍ乃至１００μｍの範囲内にあることがより好ましい。

【0036】

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、互いから離れて位置している。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ間の距離は、例えば、１μｍ乃至１００μｍの範囲内にある。

【0037】

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、基材２１１上の複数の単位領域から伸びている。これら単位領域の各々は、放射状に配置された複数のサブ領域からなる。具体的には、単位領域の各々は、複数のサブ領域からなり、典型的には回転対称性を有している。各サブ領域は、回転軸から外側へ向けて伸びた形状を有している。

【0038】

ここでは、図７に示すように、単位領域２１１０の各々は、放射状に配置された複数のサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄからなる。サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの各々は、単位領域２１１０の中心から外側へ向けて伸びた形状、具体的には、単位領域２１１０の中心側の端が反対側の端と比較して曲率半径がより小さい液滴形状を有している。サブ領域２１１０ａの長さ方向Ｄａは、サブ領域２１１０ｃの長さ方向Ｄｃに対して平行である。サブ領域２１１０ｂの長さ方向Ｄｂは、サブ領域２１１０ｄの長さ方向Ｄｄに対して平行である。方向Ｄａ及びＤｃは、方向Ｄｂ及びＤｄに対して垂直である。

【0039】

方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いている。この場合、方向Ｄａが直線Ｌに対して成す角度θａは、例えば、０°より大きく且つ９０°未満の範囲内とする。また、この場合、方向Ｄｂが直線Ｌに対して成す角度θｂは、例えば、９０°より大きく且つ１８０°未満の範囲内とする。更に、この場合、方向Ｄｃが直線Ｌに対して成す角度θｃは、例えば、１８０°より大きく且つ２７０°未満の範囲内とする。そして、この場合、方向Ｄｄが直線Ｌに対して成す角度θｄは、例えば、２７０°より大きく且つ３６０°未満の範囲内とする。ここでは、角度θａ、θｂ、θｃ及びθｄは、それぞれ、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°である。

【0040】

なお、直線Ｌは、図２乃至図４に示す貫通孔ＴＨ１及びＴＨ２の開口のうち、吸着装置２の内部空間側に位置した開口の中心を通る直線である。方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いていなくてもよい。また、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄは、単位領域２１１０の中心から外側へ向けて伸びた形状を有していなくてもよい。

【0041】

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、それらの高さ全体に亘り、高さ方向に垂直な断面の形状が、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの形状とそれぞれほぼ等しい。図７に示す単位領域２１１０は、基材２１１上で縦横に配列している。図２乃至図４に示すように、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄから各々がなる単位構造２１２も、単位領域２１１０の配列に対応して基材２１１上で縦横に配列している。

【0042】

ここでは、単位領域２１１０の各々を４つのサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄで構成しているが、単位領域２１１０の各々は、２つ、３つ、又は５つ以上のサブ領域で構成してもよい。或いは、単位領域２１１０の各々は、連続した１つの領域であってもよい。

【0043】

封止部材２２は、例えば薄板状である。封止部材２２は、硬質であってもよく、可撓性であってもよい。ここでは、一例として、封止部材２２はガラス板であるとする。封止部材２２としてガラス板を使用した場合、後述する凹部や貫通孔の形成が容易である。

【0044】

図４に示すように、封止部材２２は、その一方の主面に、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３と、溝ＧＲ１及びＧＲ２とを有している。凹部ＲＳ３は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ２との間に位置している。溝ＧＲ１は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡している。溝ＧＲ２は、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ２とを連絡している。

【0045】

ここでは、２つの溝ＧＲ１で凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡しているが、凹部ＲＳ１と凹部ＲＳ３とを連絡する溝ＧＲ１の数は、１であってもよく、３以上であってもよい。また、ここでは、２つの溝ＧＲ２で凹部ＲＳ２と凹部ＲＳ３とを連絡しているが、凹部ＲＳ２と凹部ＲＳ３とを連絡する溝ＧＲ２の数は、１であってもよく、３以上であってもよい。

【0046】

封止部材２２は、凹部ＲＳ３の底面が単位構造２１２と向き合うように基材２１１に接合されている。封止部材２２は、図３に示すように、基材２１１とともに中空構造を形成している。具体的には、この中空構造において、図４に示す凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３は、それぞれ、図２及び図３に示すチャンバＣＨ１乃至ＣＨ３を形成している。図４に示す溝ＧＲ１及びＧＲ２は、それぞれ、図２に示すように、チャンバＣＨ１及びＣＨ３を連絡する流路ＦＰ１、及び、チャンバＣＨ２及びＣＨ３を連絡する流路ＦＰ２を構成している。なお、単位構造２１２は、チャンバＣＨ３内に位置している。

【0047】

図４に示すように、封止部材２２は、凹部ＲＳ１及びＲＳ２の底部に対応した位置に、第１貫通孔ＴＨ１及び第２貫通孔ＴＨ２を有している。貫通孔ＴＨ１は、チャンバＣＨ１を吸着装置２の外部空間と連絡している。貫通孔ＴＨ２は、チャンバＣＨ２を吸着装置２の外部空間と連絡している。貫通孔ＴＨ１の数は２以上であってもよい。また、貫通孔ＴＨ２の数も２以上であってもよい。

【0048】

封止部材２２には、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３並びに溝ＧＲ１及びＧＲ２を設けなくてもよい。即ち、封止部材２２の基材２１１と向き合う面は、平坦であってもよい。この場合、例えば、基材２１１の封止部材２２と向き合う面に、凹部ＲＳ１乃至ＲＳ３並びに溝ＧＲ１及びＧＲ２を設ける。そして、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、凹部ＲＳ３の底面に配置する。

【0049】

封止部材２２は省略することができる。例えば、図１に示す分析装置１が、吸着装置本体２１を収容し且つ吸着装置２について上述した中空構造と同様の機能を有している容器を含んでいる場合、封止部材２２は省略してもよい。或いは、図１に示す分析装置１が、封止部材２２と同様の機能を有している部材、即ち、基材２１１と組み合わせることによりカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを収容する中空構造を形成する部材を含んでいる場合、封止部材２２は省略してもよい。

【0050】

この吸着装置２は、例えば、以下の方法によって製造する。
先ず、図８に示すように、シリコン基板２３２を準備する。次に、シリコン基板２３２上に、下地層２３１を形成する。具体的には、シリコン基板２３２上に、下地層２３１としてバリア層２３１ａ及び触媒層２３１ｂをこの順に形成する。バリア層２３１ａ及び触媒層２３１ｂの各々は、例えば、マスクを用いたスパッタリング法により形成する。

【0051】

バリア層２３１ａは、触媒層２３１ｂを構成している材料がシリコン基板２３２へと拡散するのを抑制する。バリア層２３１ａは、例えば、アルミナ、二酸化シリコン、五酸化タンタル、又は酸化ハフニウムからなる。

【0052】

触媒層２３１ｂは、カーボンナノチューブ生成のシード及びその成長を促進する触媒としての役割を果たす。触媒層２３１ｂは、シリコン基板２３２上に離間して形成する。触媒層２３１ｂは、例えば、鉄などの金属からなる。

【0053】

次に、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）法により、カーボンナノチューブ２１２１を生成及び成長させる。触媒層２３１ｂの存在により、カーボンナノチューブ２１２１の生成及び成長は、触媒層２３１ｂの位置で選択的に生じる。その結果、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄが得られる。

【0054】

次に、一方の主面に接着剤層２１３を設けた基材２１１を準備する。そして、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄをシリコン基板２３２から接着剤層上に転写する。なお、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄと触媒層２３１ｂとの間の接合強度は、バリア層２３１ａと触媒層２３１ｂとの間の接合強度及びバリア層２３１ａとシリコン基板２３２との間の接合強度よりも弱い。従って、転写の際に、バリア層２３１ａ及び触媒層２３１ｂはシリコン基板２３２上に残留する。

【0055】

なお、基材２１１が可撓性であると、これを転写の際に撓ませることができる。それ故、接着剤層２１３を、シリコン基板２３２上のカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄへ容易に接触させることができる。また、基材２１１が可撓性である場合、これを、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄとともに、シリコン基板２３２から剥離することも容易である。

【0056】

次に、このようにして得られた吸着装置本体２１と、別途用意した封止部材２２とを、図３に示すように接合する。吸着装置本体２１と封止部材２２とは、例えば、表面活性化接合法により直接接合することができる。或いは、吸着装置本体２１と封止部材２２とは、接着剤を使用して接合することもできる。前者の場合、接着剤に含まれる成分が測定に影響を及ぼすことがない。
以上のようにして、図２乃至図４に示す吸着装置２を得る。

【0057】

なお、上述した製造方法では、バリア層２３１ａは、シリコン基板２３２の主面の一部に設けられているが、基材２１１の主面全体を覆うように設けてもよい。バリア層２３１ａは省略することができる。

【0058】

次に、この吸着装置２における流体の流れ等について説明する。
吸着時には、図２などに示す貫通孔ＴＨ１を介して、吸着装置２の内部空間へ流体を供給する。

【0059】

貫通孔ＴＨ１を通過した流体は、先ず、チャンバＣＨ１に到達する。チャンバＣＨ１とチャンバＣＨ３とは複数の流路ＦＰ１によって接続しているので、流体の流れは、流路ＦＰ１によって複数の流れへと分けられる。チャンバＣＨ３には複数個所から流体を供給するので、チャンバＣＨ３のうちチャンバＣＨ１近傍の領域において、流速に大きなばらつきを生じることはない。

【0060】

これら流れは、チャンバＣＨ３において合流する。流体がチャンバＣＨ３を通過する過程で、単位構造２１２を構成しているカーボンナノチューブ束は、流体が含んでいる１以上の物質を吸着する。

【0061】

その後、この流体の流れは、流路ＦＰ２によって複数の流れへと分けられ、チャンバＣＨ２において合流する。チャンバＣＨ３からは複数個所から流体を排出するので、チャンバＣＨ３のうちチャンバＣＨ２近傍の領域において、流速に大きなばらつきを生じることはない。

【0062】

チャンバＣＨ２に到達した流体は、貫通孔ＴＨ２を介して、吸着装置２の外部へと排出する。

【0063】

脱着時には、図１に示す脱着装置４を作動させる。図５に示すカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、上記物質を化学吸着ではなく、物理吸着しているだけであるので、図１に示す脱着装置４を作動させると、図５に示すカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、吸着している上記物質のほぼ全量を脱着する。この脱着を生じさせると、図２及び図３に示す吸着装置２の内部空間内のガス中での上記物質の濃度は、流体中の上記物質の濃度と比較して高くなる。

【0064】

その後、例えば、貫通孔ＴＨ１を介して吸着装置２の内部空間へ不活性ガスを供給することにより、上記物質を高い濃度で含んだガスを、貫通孔ＴＨ２を介して吸着装置２の外部へと排出する。なお、吸着時と同様に、チャンバＣＨ３内では流速に大きなばらつきを生じることはない。従って、比較的少量の不活性ガスを流通させるだけで、上記物質を高い濃度で含んだガスを排出することができる。

【0065】

上記の通り、図５に示すカーボンナノチューブ束は、多数のカーボンナノチューブ２１２１からなる。カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々において、カーボンナノチューブ２１２１間には隙間がある。それ故、流体の一部は、チャンバＣＨ３を通過する際に、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの何れかの内部を通過する。従って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、その表面だけでなく、内部においても、流体中の１以上の物質を吸着する。そして、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々の内部では、その表面と比較して、吸着した物質の脱着は生じ難い。従って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの各々は、高い吸着効率を示す。

【0066】

また、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、互いから離れて位置させている。即ち、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ間に隙間を設けている。それ故、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、流体の流れを過剰に妨げることがない。

【0067】

また、上記の通り、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、それらの高さ方向に垂直な断面の形状が、それぞれ、図７に示すサブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄの形状とほぼ等しい。図７の方向Ｄａ乃至Ｄｄは、それぞれ、サブ領域２１１０ａ乃至２１１０ｄに対して垂直な方向から見た場合に、直線Ｌに対して傾いている。そして、図２のチャンバＣＨ３における流体の平均的な流れの方向は、図７の直線Ｌに対して平行である。このような構造を採用すると、流体の流れが最適化され、高い吸着効率を達成できる。

【0068】

そして、上記の通り、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄは、上記物質を化学吸着ではなく、物理吸着しているだけである。それ故、それらが吸着している上記物質のほぼ全量を脱着させることは容易である。

【0069】

従って、この吸着装置２を使用すると、上記物質の濃度を十分に高めたガスを得ることができる。そのため、例えば、測定装置の分析精度が低くても、十分に高い精度で定量分析することができる。また、測定装置は、精度が低くてもよいので、寸法が小さく、安価なものを使用することができる。

【0070】

また、この吸着装置２は、以下に説明するように、吸着性の低下を生じ難い。
シリコンからなる基材２１１上に下地層２３１を形成し、そこでカーボンナノチューブ２１２１を生成及び成長させてなる吸着装置は、その使用に伴い、吸着性が低下する。これは、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１と下地層２３１との間の接合強度が低いことに起因して、吸着装置の使用に伴って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１が基材２１１から脱落するためである。

【0071】

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１が基材２１１から脱落すると、流体に含まれる成分を吸着する面積が減少する。また、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１が基材２１１から脱落すると、その位置で流体の流速が大きくなり、カーボンナノチューブ２１２１と流体に含まれる成分とが接触する時間が短くなる。従って、吸着装置の吸着性が低下する。

【0072】

上記の吸着装置２では、接着剤層２１３を介してカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１を基材２１１へ固定している。それ故、この吸着装置２では、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１と基材２１１との間の接合強度が高く、吸着性の低下を生じ難い。即ち、この吸着装置２は吸着性に優れている。

【0073】

接着剤層２１３の厚さは、上述した数値範囲の下限値以上であることが好ましい。転写を利用してカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄを基材２１１上に設ける場合、一部のカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄ又は一部のカーボンナノチューブ２１２１は、シリコン基板２３２から基材２１１上へ転写されないことがある。これらが転写されないと、流体に含まれる成分を吸着する面積が減少する。また、これらが転写されないと、転写されなかった位置で流体の流速が大きくなるため、カーボンナノチューブ２１２１と流体に含まれる成分とが接触する時間が短くなる。従って、設計通りの吸着性を達成することが難しい。

【0074】

カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの一部やカーボンナノチューブ２１２１の一部が転写されないのは、それらの高さや長さがばらついていることに起因している。即ち、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さやカーボンナノチューブ２１２１の長さがばらついていると、転写の際に、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの一部やカーボンナノチューブ２１２１の一部が接着剤層２１３と接触できないことがある。これらは、接着剤層２１３と接触できないと、シリコン基板２３２上に残留する可能性がある。

【0075】

接着剤層２１３の厚さが十分に厚ければ、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さやカーボンナノチューブ２１２１の長さがばらついていたとしても、ほぼ全てのカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１を接着剤層２１３に接触させることができる。従って、ほぼ全てのカーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄやカーボンナノチューブ２１２１を接着剤層２１３上へと転写することができる。従って、設計通りの吸着性を達成することができる。

【0076】

なお、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さが高くなるほど、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さ又はカーボンナノチューブ２１２１の長さのばらつきは大きくなる。従って、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄの高さが上述した範囲内にある場合、接着剤層２１３の厚さを上記範囲内とすることが特に好ましい。

【0077】

図９は、上記の分析装置１にサンプルガスを供給し続けた後に、水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を用いて、カーボンナノチューブ束２１２ａ乃至２１２ｄが吸着した成分を分析して得られた結果を示すグラフである。サンプルガスとしては、ペンタン、オクタン及びウンデカンを含むガスを使用した。図９に示すように、ペンタン、オクタン及びウンデカンの存在を示すピークが検出され、この分析装置１の吸着装置２は、設計通りの性能を有していることを確認できた。

【0078】

以上、吸着装置２を流体の分析に利用することを説明したが、吸着装置２は分析以外の目的で使用することも可能である。例えば、吸着装置２は、空気清浄器に利用して、空気中に存在するＰＭ２．５又は浮遊カビなどの大きさが例えば１００μｍ以下の汚れを吸着させることもできる。或いは、吸着装置２は、脱臭剤として使用することもできる。例えば、吸着装置２は、インクジェット記録装置及び電子写真装置などの画像形成装置の筐体内に設置する脱臭剤として使用することができる。なお、吸着装置２を分析以外の目的、例えば、脱臭の目的で使用する場合においても、封止部材２２は省略することができる。

【0079】

吸着装置２には、流体を強制的に送り込んでカーボンナノチューブ２１２１に特定の成分を吸着させてもよい。或いは、吸着装置２には、流体を強制的に送り込むことなしに、カーボンナノチューブ２１２１に特定の成分を吸着させてもよい。後者の場合であっても、吸着装置２には自然対流などによって流体が供給されるため、カーボンナノチューブ２１２１に特定の成分を吸着させることができる。

【0080】

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下に、当初の特許請求の範囲に記載していた発明を付記する。
［１］
基材と、
前記基材の一方の主面上に設けられた接着剤層と、
前記接着剤層を介して前記基材に各々の一端が支持され、互いから離間した複数のカーボンナノチューブ束と
を備えた吸着装置。
［２］
前記接着剤層の厚さは３μｍ乃至２０μｍの範囲内にある項１に記載の吸着装置。
［３］
前記カーボンナノチューブ束の長さは２０μｍ乃至２００μｍの範囲内にある項１又は２に記載の吸着装置。
［４］
前記基材は絶縁体である項１乃至３の何れか１項に記載の吸着装置。
［５］
項１乃至４の何れか１項に記載の吸着装置と、
前記吸着装置へ流体を導いて、前記流体に含まれる１以上の物質を前記複数のカーボンナノチューブ束に吸着させる第１流路と、
前記複数のカーボンナノチューブ束に前記１以上の物質を脱着させる脱着装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を定量する測定装置と、
前記複数のカーボンナノチューブ束から脱着させた前記１以上の物質を前記吸着装置から前記測定装置へと導く第２流路と
を備えた分析装置。

【符号の説明】

【0081】

１…分析装置、２…吸着装置、３…支持体、４…脱着装置、５ａ…導管、５ｂ…導管、６…測定装置、２１…吸着装置本体、２２…封止部材、２１１…基材、２１２…単位構造、２１２ａ…カーボンナノチューブ束、２１２ｂ…カーボンナノチューブ束、２１２ｃ…カーボンナノチューブ束、２１２ｄ…カーボンナノチューブ束、２１２１…カーボンナノチューブ、２１３…接着剤層、２１１０…単位領域、２１１０ａ…サブ領域、２１１０ｂ…サブ領域、２１１０ｃ…サブ領域、２１１０ｄ…サブ領域、２３１…下地層、２３１ａ…バリア層、２３１ｂ…触媒層、２３２…シリコン基板、ＣＨ１…チャンバ、ＣＨ２…チャンバ、ＣＨ３…チャンバ、Ｄａ…長さ方向、Ｄｂ…長さ方向、Ｄｃ…長さ方向、Ｄｄ…長さ方向、ＦＰ１…流路、ＦＰ２…流路、ＧＲ１…溝、ＧＲ２…溝、Ｌ…直線、ＲＳ１…凹部、ＲＳ２…凹部、ＲＳ３…凹部、ＴＨ１…貫通孔、ＴＨ２…貫通孔、θａ…角度、θｂ…角度、θｃ…角度、θｄ…角度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】