2014年03月11日01:38
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2014年2月，日本终于开始量产单层碳纳米管（CNT）了。分离技术也取得了巨大进展，今后有望实现以前无法实现的产品。石墨烯的带隙问题也出现了解决的希望。
什么样的碳元件能实用化主要取决于CNT和石墨烯等材料的品质及价格。现在，终于能以低成本采购高品质的CNT和石墨烯了，而且还有希望选择具备特定带隙的材料。
单层CNT：合成和分离均取得进展
日本从2014年2月开始量产单层碳纳米管（CNT）。单层CNT的量产在全球还比较少见注1）。如果每克高达10多万日元的单层CNT价格能通过量产降低，利用单层CNT的碳元件就会增加，从而促进单层CNT的价格进一步降低，这样就有望形成良性循环。
注1）除此之外，量产较高品质单层CNT的还有率先推出CNT触摸面板的中国富纳源创。2002年开发出了称为“Super-Aligned CNT Array”的CVD法。与SG法相似，不过SG法是2004年开发的。
采用两种方法的工厂接连投入运转
目前，量产高品质单层CNT的技术主要可分为两种。日本最近运转的量产工厂也采用了隶属于这两种分类的技术。首先，2014年2月开始量产的是称为eDIPS（增强直喷热解合成）法的技术（图1）。
图1：两种单层CNT量产技术将在日本投产
名城纳米碳公司预定采用eDIPS法在2014年开始量产（a）。日本瑞翁正考虑2015年启动采用SG法的量产工厂（b）。这两种方法因获得的CNT特性和生产效率存在差异，可根据用途采用最佳的方法（c、d）。（（b）由产业技术综合研究所和日本瑞翁拍摄）
该技术由日本产业技术综合研究所开发。名城大学设立的风险企业——名城纳米碳公司建设了采用该技术的量产工厂，于2014年2月投入使用。“采用eDIPS法一小时可合成一克单层CNT。包括精炼过程的成品率在内，与我们此前利用的电弧放电法相比，拥有100倍的量产性”（名城纳米碳公司代表董事桥本刚）。
另一种量产技术称为超速成长（SG）法，也是由产业技术综合研究所开发的。SG法已经启动了长12m的大型验证工厂。不过，今后才要开始大规模量产。日本瑞翁（Zeon）正考虑2015年启动年产10吨规模的工厂。
根据碳元件的种类区分使用
这两种量产技术相互之间不存在竞争。因为可合成的单层CNT的类型不同。因此，都是根据用途区分利用合成法。
首先，eDIPS法是化学气相法（CVD）的一种，从反应炉上投入碳源和作为催化剂的金属微颗粒物，在气相中生长CNT。既不使用基板也不使用固定催化剂的载体。无需清洁车间，能在大气压下制造。
利用这种方法合成的单层CNT结晶缺陷少，纯度高达90～95％，远远高于原来的合成方法。CNT的直径比较细，只有1n～2nm。
该方法的最大特点是，“通过控制反应条件，可在约10％的范围内制作所需的直径”（产业技术综合研究所 纳米管应用研究中心 流动气相成长 CNT小组研究组长斋藤毅）。
单层CNT的结晶缺陷少有助于载流子迁移率、发光效率和机械强度等都实现高水平。直径可选意味着如果单层CNT是半导体型，可以选择带隙尺寸。因此，利用eDIPS法合成的单层CNT适合用作半导体材料。
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