カーボンナノチューブの実用化において、高品質な材料を効率よく製造することは最重要課題のひとつです。
「どうやってCNTを作るの？」「CVD法ってどういう方法？」という疑問に答えるべく、本記事ではCNTの主要な製造方法とそれぞれの特徴・用途を詳しく解説していきます。
カーボンナノチューブの製造方法は「CVD法・アーク放電法・レーザー蒸発法」の3つが主流
それではまず、CNT製造の主要な3つの手法の概要を解説していきます。
CNT主要製造法の比較：①CVD法（化学気相成長法）：低コスト・大量生産向き・品質制御しやすい→現在の主流②アーク放電法：高品質MWCNT生成・エネルギー消費大・収率低め→研究用途多い③レーザー蒸発法：高品質SWCNT生成・コスト高・量産困難→高品質SWCNT製造に使用
CVD法（化学気相成長法）の詳細
CVD法（Chemical Vapor Deposition）は現在最も広く使われているCNT製造方法です。
触媒金属（鉄・コバルト・ニッケルなど）を基板またはナノ粒子として用意し、炭化水素ガス（メタン・エチレン・アセチレンなど）を高温（500〜1100℃）で分解してCNTを成長させます。
基板上での垂直配向CNT（バーティカルアレイ）の合成・フロート触媒CVDによる連続的な大量製造など、様々なバリエーションがあります。
日本ではAGCや産業技術総合研究所などが大量合成技術の開発をリードしています。
アーク放電法
アーク放電法は、ヘリウムガス雰囲気中で2本のグラファイト電極間に高電流アークを発生させてCNTを生成する方法です。
飯島澄男がCNTを発見した際もアーク放電法で生成されたサンプルが使われました。
電極に触媒金属を混合することでSWCNTも合成できます。
高結晶性で欠陥の少ないMWCNTが得られますが、消費電力が大きく大量生産には向きません。
レーザー蒸発法
レーザー蒸発法（レーザーアブレーション法）は、高出力パルスレーザーを触媒金属入りグラファイトターゲットに照射し、蒸発した炭素・触媒から高品質なSWCNTを生成する方法です。
欠陥が少なく均一な直径分布を持つSWCNTが得られますが、高コスト・低生産量のため研究用・特殊用途向けが中心です。
触媒設計の重要性
CVD法での触媒の設計はCNTの直径・カイラリティ・品質を左右する非常に重要な要素です。
触媒ナノ粒子のサイズがCNTの直径にほぼ対応するため、粒子サイズを精密に制御することで目的の直径のCNTを選択的に合成できます。
特定のカイラリティのみを選択的に合成するキラル選択的CVDの研究が活発であり、半導体型SWCNTの選択合成に向けた進展が報告されています。
まとめ
本記事では、カーボンナノチューブの主要製造方法（CVD法・アーク放電法・レーザー蒸発法）とそれぞれの特徴・触媒設計の重要性を解説してきました。
CVD法が現在の主流であり、大量生産・コスト削減・カイラリティ制御の向上に向けた研究が世界中で続いています。
製造技術のブレークスルーがCNTの広範な実用化を大きく前進させるでしょう。
