2014年03月11日01:38
SG法適合用於電池和橡膠等
SG法雖然也是CVD法的一種，不過是在基板上配置催化劑，然后利用CVD法沿垂直方向生長單層CNT，這一點與eDIPS法大不相同。
SG法與普通CVD法的主要不同是，在氣相環境中添加微量的水分。由此，催化劑的活性和壽命大幅提高，能在短時間內用很少的催化劑合成較長的單層CNT。單層CNT的長度為100μm∼最大10mm。
合成的單層CNT在基板上像黑色的草坪一樣茂密生長。“收割”單層CNT時隻需“從上面揉搓即可。催化劑留在基板上”（日本瑞翁會長特別項目負責人荒川公平）。因此，碳以外的雜質很少，可獲得碳純度達99.8％的材料。單層CNT的純度也高達99％。
不過，直徑稍粗，為3n∼4nm，半導體型CNT的帶隙也會縮小。因合成時添加水等，CNT攜帶的-OH等官能團稍多。結晶性比採用eDIPS法的單層CNT低。
因此，利用SG法合成的單層CNT（SG-CNT）較之於半導體，更適合用於布線、提高橡膠韌性和散熱性的添加劑，以及蓄電池電極的導電輔助劑等。“SG-CNT雜質少的特點是用於電極時最為重要的。我們不在意結晶缺陷”（日本貴彌功）。
半導體與金屬無法分離
要想在碳元件中利用單層CNT，隻完成合成，然后去除催化劑的精煉工序還不夠。一般情況下，合成單層CNT后，金屬型和半導體型單層CNT會形成1：2比例的混合狀態。半導體型因直徑及卷繞方法的不同（手性），帶隙值也各不相同。
以前，光是分離半導體型和金屬型就非常困難。雖然長時間驅動超離心分離裝置的話，也可以根據手性的不同進行分離，但需要較大的電力和時間。
因此，CNT晶體管的試制品中也有很多是在混合著金屬型的情況下作為半導體使用的。因為，“隻要把溝道延長到一定長度，金屬型CNT導致溝道短路的概率很小”（名古屋大學副教授大野雄高）。
不過很顯然，要想通過採用CNT的碳元件實現CNT原本的高性能，最好還是對半導體型、金屬型，以及具備特定手性的單層CNT進行分離，分別加以利用。
可以全部分離的技術亮相
最近開發出了基本不使用電力就能分離手性各異的單層CNT的方法（圖2）。那就是“柱分離法”，該方法是產業技術綜合研究所納米系統研究部門首席研究員片浦弘道的研究小組開發的。據片浦介紹，“量產時的成本可降至密度梯度超離心分離法的1/100”。
圖2：能以低成本分離CNT微妙的差異
圖為產業技術綜合研究所等開發的兩種CNT分離精煉方法。利用柱分離法，“網”的卷繞方式各異的CNT幾乎可以全部分離（a∼c）。而ELF法直徑稍大，可分離半導體型與金屬型的差較小的CNT（d、e）。（（a）由產業技術綜合研究所拍攝）
該方法是向加入了醫療領域用於蛋白質分離等的多孔質凝膠的柱體，澆注含手性各異的單層CNT的溶液。這樣一來，溶液中最容易與凝膠吸附的CNT就留在了凝膠中，而其他成分被排出。
然后，讓排出的溶液再次通過凝膠，剩余的CNT中最容易吸附凝膠的CNT又留在凝膠中，其余被排出。
通過重復這個過程，單層CNT基本可以根據手性的不同全部分離。另外最近，即使手性相同，還可以根據右旋還是左旋等差異進行分離。
目前的課題是，凝膠價格非常高。不過，“凝膠的原料比較便宜，因此量產的話就能降低單價”（片浦）。
“玉石混雜”的情況將結束
很多CNT碳元件的研究人員都對柱分離法表現出了強烈的興趣。這是因為，以前一直利用半導體型與金屬型混合這種“玉石混雜”的材料制造元件，而現在突然可以利用具備特定帶隙的CNT了。有望實現性能非常高或者全新的元件。
順便一提，關於半導體型和金屬型的分離，NEC等也開發出了隻使用很少電力的技術（圖2（d））。特點是，CNT分散劑採用不會對晶體管等造成影響的非離子性表面活性劑﹔而且直徑稍大、帶隙較小的單層CNT可以分離成半導體型和金屬型。（作者：野澤 哲生，日經技術在線！供稿）
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