2014年03月11日01:38
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2014年2月，日本終於開始量產單層碳納米管（CNT）了。分離技術也取得了巨大進展，今后有望實現以前無法實現的產品。石墨烯的帶隙問題也出現了解決的希望。
什麼樣的碳元件能實用化主要取決於CNT和石墨烯等材料的品質及價格。現在，終於能以低成本採購高品質的CNT和石墨烯了，而且還有希望選擇具備特定帶隙的材料。
單層CNT：合成和分離均取得進展
日本從2014年2月開始量產單層碳納米管（CNT）。單層CNT的量產在全球還比較少見注1）。如果每克高達10多萬日元的單層CNT價格能通過量產降低，利用單層CNT的碳元件就會增加，從而促進單層CNT的價格進一步降低，這樣就有望形成良性循環。
注1）除此之外，量產較高品質單層CNT的還有率先推出CNT觸摸面板的中國富納源創。2002年開發出了稱為“Super-Aligned CNT Array”的CVD法。與SG法相似，不過SG法是2004年開發的。
採用兩種方法的工廠接連投入運轉
目前，量產高品質單層CNT的技術主要可分為兩種。日本最近運轉的量產工廠也採用了隸屬於這兩種分類的技術。首先，2014年2月開始量產的是稱為eDIPS（增強直噴熱解合成）法的技術（圖1）。
圖1：兩種單層CNT量產技術將在日本投產
名城納米碳公司預定採用eDIPS法在2014年開始量產（a）。日本瑞翁正考慮2015年啟動採用SG法的量產工廠（b）。這兩種方法因獲得的CNT特性和生產效率存在差異，可根據用途採用最佳的方法（c、d）。（（b）由產業技術綜合研究所和日本瑞翁拍攝）
該技術由日本產業技術綜合研究所開發。名城大學設立的風險企業——名城納米碳公司建設了採用該技術的量產工廠，於2014年2月投入使用。“採用eDIPS法一小時可合成一克單層CNT。包括精煉過程的成品率在內，與我們此前利用的電弧放電法相比，擁有100倍的量產性”（名城納米碳公司代表董事橋本剛）。
另一種量產技術稱為超速成長（SG）法，也是由產業技術綜合研究所開發的。SG法已經啟動了長12m的大型驗証工廠。不過，今后才要開始大規模量產。日本瑞翁（Zeon）正考慮2015年啟動年產10噸規模的工廠。
根據碳元件的種類區分使用
這兩種量產技術相互之間不存在競爭。因為可合成的單層CNT的類型不同。因此，都是根據用途區分利用合成法。
首先，eDIPS法是化學氣相法（CVD）的一種，從反應爐上投入碳源和作為催化劑的金屬微顆粒物，在氣相中生長CNT。既不使用基板也不使用固定催化劑的載體。無需清潔車間，能在大氣壓下制造。
利用這種方法合成的單層CNT結晶缺陷少，純度高達90∼95％，遠遠高於原來的合成方法。CNT的直徑比較細，隻有1n∼2nm。
該方法的最大特點是，“通過控制反應條件，可在約10％的范圍內制作所需的直徑”（產業技術綜合研究所 納米管應用研究中心 流動氣相成長 CNT小組研究組長齋藤毅）。
單層CNT的結晶缺陷少有助於載流子遷移率、發光效率和機械強度等都實現高水平。直徑可選意味著如果單層CNT是半導體型，可以選擇帶隙尺寸。因此，利用eDIPS法合成的單層CNT適合用作半導體材料。
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