分析用除电部件

申请号 CN201380044879.3 申请日 2013-08-21 公开(公告)号 CN104583781A 公开(公告)日 2015-04-29
申请人 日东电工株式会社; 发明人 前野洋平;
摘要 本 发明 提供一种分析用除电部件,在使用 原子 间 力 显微镜 的分析等的精密分析中,能够充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够抑制分析对象试样周边的带电,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,能够用腔室 覆盖 进行分析,在高温环境下、 真空 环境下的分析也能够没有问题地进行。本发明的分析用除电部件包括具备多个 纤维 状柱状物的纤维状柱状结构体。
权利要求

1.一种分析用除电部件,其特征在于:
包括具备多个纤维状柱状物的纤维状柱状结构体。
2.如权利要求1所述的分析用除电部件,其特征在于:
2
室温时的相对于玻璃面的剪切粘合为1N/cm以上。
3.如权利要求1所述的分析用除电部件,其特征在于:
所述纤维状柱状结构体为具备多个纳米管碳纳米管集合体。
4.如权利要求1所述的分析用除电部件,其特征在于:
其为片状。
5.如权利要求1所述的分析用除电部件,其特征在于:
其为探针状。

说明书全文

分析用除电部件

技术领域

[0001] 本发明涉及分析用除电部件。详细而言,涉及在使用原子显微镜(AFM:Atomic Force Microscope)等的分析用途中,能够有效地进行分析对象试样周边的除电的分析用除电部件。

背景技术

[0002] 原子间力显微镜(AFM)为具有原子平的分解能的显微镜,能够容易进行试样表面的微细形状等的观察(例如,参照专利文献1)。此外,原子间力显微镜不仅能够观察导电性材料,还能够观察高分子化合物之类的绝缘性材料。从这样的观点出发,原子间力显微镜作为各种试样的表面观察工具非常有效。
[0003] 就原子间力显微镜而言,使前端很尖的探针在试样表面上扫描,将探针感触到的原子间力变换为电信号,由此观察表面形状。探针安装在悬臂的前端,通过微小的力使该探针和试样的表面接触
[0004] 使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,为了得到正确的分析结果,需要严格控制分析环境。
[0005] 作为这样的分析环境的控制之一,可以举出分析对象试样周边的带电抑制。分析对象试样周边带电时,例如,无法在利用电信号的分析中得到正确的分析结果。目前,作为抑制分析对象试样周边的带电的方法,可以采用在分析对象试样周边贴附导电性带或导电性膏的方法、通过静电机对分析对象试样周边进行除电的方法、在难以引起带电的高湿度环境下进行测定的方法等(例如,参照专利文献2、3)。
[0006] 但是,在分析对象试样周边贴附导电性带或导电性膏的方法中,这些中包括的有机成分等的污染物质会附着在分析对象试样上,难以得到正确的分析结果。此外,在分析对象试样周边贴附导电性带或导电性膏的方法中,在高温环境下、真空环境下,这些中包括的有机溶剂挥发,会产生周边环境污染的问题。
[0007] 此外,通过静电风机对分析对象试样周边进行除电的方法中,尘埃或灰尘飞舞会附着在分析对象试样上,难以得到正确的结果。此外,通过静电风机对分析对象试样周边进行除电的方法中,在分析对象试样周边存在金属时,会产生火花。并且为了在高温环境下、真空环境下进行测定,需要利用腔室覆盖保持分析环境,这种情况下采用静电风机物理上很困难。
[0008] 此外,在难以引起带电的高湿度环境下进行测定的方法中,水的成分附着在分析对象试样上,难以得到正确的分析结果。此外,在高温环境下、真空环境下,即使实现高湿度环境,水的成分也会蒸发,难以维持高湿度环境。
[0009] 为了抑制分析对象试样周边的带电而使用除电部件的情况下,优选在分析对象试样周边充分贴合。除电部件不在分析对象试样周边充分贴合的情况下,由于该贴合位置的形状、倾斜等,该除电部件有可能出现偏移。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1:日本特开2011-252849号公报
[0013] 专利文献2:日本特开2000-129235号公报
[0014] 专利文献3:日本特开2002-257702号公报

发明内容

[0015] 发明所要解决的课题
[0016] 本发明的课题在于:提供一种分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够抑制分析对象试样周边的带电,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,能够用腔室覆盖进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够没有问题地进行。
[0017] 用于解决课题的方法
[0018] 本发明的分析用除电部件,包括具备多个纤维状柱状物的纤维状柱状结构体。
[0019] 优选的实施方式中,本发明的分析用除电部件,室温时的相对于玻璃面的剪切粘2
合力为1N/cm以上。
[0020] 优选的实施方式中,上述纤维状柱状结构体为具备多个纳米管碳纳米管集合体。
[0021] 优选的实施方式中,本发明的分析用除电部件为片状。
[0022] 优选的实施方式中,本发明的分析用除电部件为探针状。
[0023] 发明效果
[0024] 根据本发明,提供一种分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够抑制分析对象试样周边的带电,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,能够用腔室覆盖进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够没有问题地进行。附图说明
[0025] 图1为本发明的分析用除电部件中包括的纤维状柱状结构体的优选实施方式的一例的概略截面图。
[0026] 图2为本发明的分析用除电部件为片状的情况下的、本发明的优选实施方式中分析用除电部件的一例的概略截面图。
[0027] 图3为本发明的分析用除电部件为探针状的情况下的、本发明的优选实施方式中分析用除电部件的一例的概略截面图。
[0028] 图4为具备基材的本发明的优选实施方式中分析用除电部件的一例的概略截面图。
[0029] 图5为本发明的优选实施方式中分析用除电部件包括碳纳米管集合体的情况下的、该碳纳米管集合体的制造装置的概略截面图。

具体实施方式

[0030] 《分析用除电部件》
[0031] 本发明的分析用除电部件包括具备多个纤维状柱状物的纤维状柱状结构体。本发明的分析用除电部件可以是由具备多个纤维状柱状物的纤维状柱状结构体构成的部件,在不损害本发明的效果的范围内,也可以是具备多个纤维状柱状物的纤维状柱状结构体和任意适当的其他材料的复合体。本发明的分析用除电部件包括具备多个纤维状柱状物的纤维状柱状结构体,因此在使用原子间力显微镜分析等的精密分析中,能够充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,也能够利用腔室覆盖进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够没有问题地进行。
[0032] 具备多个纤维状柱状物的纤维状柱状结构体为具备多个纤维状柱状物的集合体。这样的纤维状柱状物结构体优选为具备长度L的多个纤维状柱状物的集合体。图1中表示本发明的分析用除电部件中包括的纤维状柱状结构体的优选实施方式的一例的概略截面图。图1中,纤维状柱状结构体100具备多个长度L的纤维状柱状物2。这种情况下,多个纤维状柱状物2相互通过例如范德瓦斯力作为集合体而存在。
[0033] 本发明的分析用除电部件,其大小和形状,根据分析机器的种类能够适当选择。作为本发明的分析用除电部件能够采用的形状,例如,可以列举片状、探针状。本发明的分析用除电部件能够采用的大小,根据使用位置能够采用任意适当的大小。
[0034] 本发明的分析用除电部件为片状的情况下,本发明的优选实施方式中分析用除电部件的一例的概略截面图如图2所示。图2中,本发明的分析用除电部件1000包括具备多个长度L的纤维状柱状物2的纤维状柱状结构体100。图2中,片状的分析用除电部件的厚度方向相当于纤维状柱状物2的长度L的方向。本发明的分析用除电部件为片状的情况下,优选的使用状态为,将本发明的分析用除电部件的片面侧贴合在分析对象试样周边。
[0035] 本发明的分析用除电部件为探针状的情况下,本发明的优选实施方式的分析用除电部件的一例的概略截面图如图3所示。图3中,本发明的分析用除电部件1000包括具备多个长度L的纤维状柱状物2的纤维状柱状结构体100。图3中,探针状的分析用除电部件的长度方向(图3为水平方向)相当于纤维状柱状物2的长度L的方向。本发明的分析用除电部件为探针状的情况下,优选的使用方式为,将本发明的分析用除电部件的长度方向侧贴合在分析对象试样周边。
[0036] 本发明的分析用除电部件可以具备任意适当的基材。具备这样的基材的本发明的优选实施方式中分析用除电部件的一例的概略截面图如图4所示。图4中,本发明的分析用除电部件为片状。图4中,本发明的分析用除电部件1000包括具备多个长度L的纤维状柱状物2的纤维状柱状结构体100和基材1。纤维状柱状物2的一端2a固定在基材1上。纤维状柱状物2在长度L的方向取向。纤维状柱状物2优选在相对于基材1大致垂直的方向取向。在此“大致垂直的方向”是指相对于基材1的面的度优选为90°±20°,更优选为90°±15°,更优选为90°±10°,特别优选为90°±5°。
[0037] 纤维状柱状物的长度优选为10μm以上,更优选为10μm~2000μm,更优选为15μm~1500μm,特别优选为20μm~1000μm,最优选为25μm~500μm。通过将纤维状柱状物的长度L调整到上述范围内,本发明的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更充分贴合在分析对象试样周边,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。
[0038] 本发明的分析用除电部件,室温时的相对于玻璃面的剪切粘合力优选为1N/cm2以2 2 2 2 2
上,更优选为1N/cm~200N/cm ,更优选为5N/cm~200N/cm ,特别优选为10N/cm~200N/
2
cm。通过将室温时的相对于玻璃面的剪切粘合力调整到上述范围内,本发明的分析用除电部件在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更充分贴合在分析对象试样周边。室温时的相对于玻璃面的剪切粘合力过小时,由于贴合场所的形状、倾斜等,会造成本发明的分析用除电部件偏移。室温时的相对于玻璃面的剪切粘合力过大时,使用后的剥离会很困难。
[0039] 本发明的分析用除电部件的剪切粘合力,是指在使该分析用除电部件静置在贴合部位的情况下,以该分析用除电部件和该贴合部位的接触面最大的方式而配置时的、该接触面侧的剪切粘合力。本发明的分析用除电部件为片状的情况下,本发明的分析用除电部件的剪切粘合力,是指本发明的分析用除电部件的片面侧的剪切粘合力。本发明的分析用除电部件为探针状的情况下,本发明的分析用除电部件的剪切粘合力,是指本发明的分析用除电部件的长度方向侧的剪切粘合力。
[0040] 作为纤维状柱状物的材料,能够采用任意适当的材料。例如可以举出等的金属;等的无机材料;碳纳米纤维、碳纳米管等的碳材料;工程塑料、超级工程塑料等的高模量的树脂等。作为树脂的具体例子,可以举出聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、乙酰纤维素、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺等。树脂的分子量等的诸物性,在达到本发明的目的的范围内,能够采用任意适当的物性。
[0041] 作为本发明的分析用除电部件能够具有的基材,根据目的,能够采用任意适当的基材。例如可以举出石英玻璃、硅(硅晶片等)、工程塑料、超级工程塑料等。作为工程塑料和超级工程塑料的具体例子,可以举出聚酰亚胺、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、乙酰纤维素、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酰胺等。这些基材的分子量等的诸物性,在达到本发明的目的的范围内,能够采用任意适当的物性。
[0042] 本发明的分析用除电部件能够具有的基材的厚度,根据目的,能够设定为任意适当的值。
[0043] 本发明的分析用除电部件能够具有的基材的表面,为了提高与邻接的层的密合性、保持性等,可以实施惯用的表面处理,例如铬酸处理、臭暴露、火焰暴露、高压电击暴露、离子化放射线处理等的化学或物理处理、底涂剂(例如,上述粘合性物质)的涂覆处理。
[0044] 本发明的分析用除电部件能够具有的基材可以为单层,也可以为多层。
[0045] 纤维状柱状物的直径优选为0.3nm~2000nm,更优选为1nm~1000nm,更优选为2nm~500nm。通过将纤维状柱状物的直径调整到上述范围内,本发明的分析用除电部件在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更充分贴合在分析对象试样周边,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。
[0046] 本发明的分析用除电部件具有的纤维状柱状结构体优选为具备多个碳纳米管的碳纳米管集合体。这种情况下,纤维状柱状物优选为碳纳米管。
[0047] 本发明的分析用除电部件可以只由具备多个碳纳米管的碳纳米集合体构成,也可以由具备多个碳纳米管的碳纳米集合体和任意适当的部件构成。
[0048] 本发明的分析用除电部件包括具备多个碳纳米管的碳纳米管集合体,在进一步包括基材的情况下,该碳纳米管的一端可以固定在该基材上。作为这样的记载,可以举出与上述示例相同的物质。
[0049] 本发明的分析用除电部件包括具备多个碳纳米管的碳纳米管集合体,在进一步包括基材的情况下,作为将该碳纳米管固定在该基材上的方法,可以采用任意适当的方法。例如,可以将在碳纳米管集合体的制造中使用的基板作为基材原样使用。此外,可以在基材上设置粘合层,固定于碳纳米管。另外,在基材为热固化性树脂的情况下,可以在反应前的状态下制作薄膜,将碳纳米管的一端压接在薄膜层上之后,进行固化处理而固定。此外,在基材为热塑性树脂、金属等的情况下,可以在熔融的状态下,将纤维状柱状结构体的一端压接之后,冷却到室温而固定。
[0050] 《碳纳米管集合体》
[0051] 本发明的分析用除电部件包括纤维状柱状结构体的情况下,该纤维状柱状结构体优选为碳纳米管集合体。
[0052] 本发明的分析用除电部件包括碳纳米管集合体的情况下,本发明的分析用除电部件在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,不使用含有有机成分等污染物质的粘附剂、粘接剂,能够更充分贴合在分析对象试样周边。即,本发明的分析用除电部件除了具有不污染分析对象试样和周边环境的效果,还发现具有不受粘附场所的形状、倾斜影响而能够充分贴合在分析对象试样周边的效果。
[0053] 本发明的分析用除电部件包括碳纳米管集合体的情况下,本发明的分析用除电部件在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,不使用导电性带或导电性膏,此外,不使用静电风机,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。即,发现本发明的分析用除电部件具有以下的效果:有机成分等的污染物质不会附着在分析对象试样上,此外,不会造成有机溶剂挥发带来的周边环境污染的问题,此外,不会有尘埃或灰尘飞舞附着在分析对象试样上,此外,即使在分析对象试样周边存在金属也不会产生火花,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。
[0054] 本发明的分析用除电部件包括碳纳米管集合体的情况下,使用本发明的分析用除电部件时,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,物理上能够容易利用腔室覆盖而进行分析。
[0055] 本发明的分析用除电部件包括碳纳米管集合体的情况下,使用本发明的分析用除电部件时,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,在高温环境下、真空环境下的分析能够更加没有问题地进行。
[0056] <第一优选实施方式>
[0057] 本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体的优选实施方式之一(以下,有时称为第一优选实施方式),具备多个碳纳米管,该碳纳米管具有多层,该碳纳米管的层数分布的分布宽度为10层以上,该层数分布的最频值的相对频度为25%以下。
[0058] 上述碳纳米管的层数分布的分布宽度为10层以上,优选为10层~30层,更优选为10层~25层,更加优选为10层~20层。
[0059] 上述碳纳米管的层数分布的“分布宽度”是指碳纳米管的层数的最大层数和最小层数的差。通过将碳纳米管的层数分布的分布宽度调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,并且该碳纳米管能够成为显示优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖而进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0060] 上述碳纳米管的层数、层数分布可以通过任意适当的装置进行测定。优选通过扫描型电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)进行测定。例如,从碳纳米管集合体中取出至少10根、优选20根以上的碳纳米管,通过SEM或者TEM进行测定,可以对层数和层数分布进行评价。
[0061] 上述碳纳米管的层数的最大层数优选为5层~30层,更优选为10层~30层,更加优选为15层~30层,特别优选为15层~25层。
[0062] 上述碳纳米管的层数的最小层数优选为1层~10层,更优选为1层~5层。
[0063] 通过将上述碳纳米管的层数的最大层数和最小层数调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具更加优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示更加优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更加充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,如果使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易利用腔室覆盖而进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够没有更加问题地进行。
[0064] 上述层数分布的最频值的相对频度为25%以下,优选为1%~25%,更优选为5%~25%,更加优选为10%~25%,特别优选为15%~25%。通过将上述层数分布的最频值的相对频度调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更加充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖而进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0065] 上述层数分布的最频值优选存在于层数2层到层数10层,更优选存在于层数3层到层数10层。通过将上述层数分布的最频值调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更加充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖而进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0066] 作为上述碳纳米管的形状,其横截面可以具有任意适当的形状。例如,其横截面可以举出大致圆形、椭圆形、n边形(n为3以上的整数)等。
[0067] 上述碳纳米管的长度优选为1μm以上,更优选为5μm~5000μm,更加优选为10μm~2000μm,进一步优选为15μm~1500μm,特别优选20μm~1000μm,最优选为
25μm~800μm。通过将上述碳纳米管的长度调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖而进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0068] 上述碳纳米管的直径优选为0.3nm~2000nm,更优选为1nm~1000nm,更加优选为2nm~500nm。通过将上述碳纳米管的直径调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖而进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0069] 上述碳纳米管的比表面积、密度可以设定为任意适当的值。
[0070] <第二优选实施方式>
[0071] 本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体的优选实施方式的另一个(以下,有时称为第二优选实施方式),具备多个碳纳米管,该碳纳米管具有多层,该碳纳米管的层数分布的最频值存在于层数10层以下,该最频值的相对频度为30%以上。
[0072] 上述碳纳米管的层数分布的分布宽度优选为9层以下,更优选为1层~9层,更优选为2层~8层,特别优选为3层~8层。
[0073] 上述碳纳米管的层数分布的“分布宽度”为碳纳米管的层数的最大层数和最小层数的差。通过将碳纳米管的层数分布的分布宽度调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖而进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0074] 上述碳纳米管的层数、层数分布可以通过任意适当的装置进行测定。优选通过扫描型电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)进行测定。例如,从碳纳米管集合体中取出至少10根、优选20根以上的碳纳米管,通过SEM或者TEM进行测定,可以对层数和层数分布进行评价。
[0075] 上述碳纳米管的层数的最大层数优选为1层~20层,更优选为2层~15层,更加优选为3层~10层。
[0076] 上述碳纳米管的层数的最小层数优选为1层~10层,更优选为1层~5层。
[0077] 通过将上述碳纳米管的层数的最大层数和最小层数调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具更加优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示更加优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,如果使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0078] 上述层数分布的最频值的相对频度为30%以上,优选为30%~100%,更优选为30%~90%,更加优选为30%~80%,特别优选为30%~70%。通过将上述层数分布的最频值的相对频度调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更加充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0079] 上述层数分布的最频值优选存在于层数10层以下,优选存在于层数1层到层数10层,更优选存在于层数2层到层数8层,更加优选存在于层数2层到层数6层。本发明中,通过将上述层数分布的最频值调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0080] 作为上述碳纳米管的形状,其横截面可以具有任意适当的形状。例如,其横截面可以举出大致圆形、椭圆形、n边型(n为3以上的整数)等。
[0081] 上述碳纳米管的长度优选为1μm以上,更优选为5μm~5000μm,更加优选为10μm~2000μm,进一步优选为15μm~1500μm,特别优选为20μm~1000μm,最优选为25μm~800μm。通过将上述碳纳米管的长度调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0082] 上述碳纳米管的直径优选为0.3nm~2000nm,更优选为1nm~1000nm,更加优选为2nm~500nm。通过将上述碳纳米管的直径调整到上述范围内,该碳纳米管能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管能够成为显示优异的粘合特性的碳纳米管集合体。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更加充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0083] 上述碳纳米管的比表面积、密度设定为任意适当的值。
[0084] 《碳纳米管集合体的制造方法》
[0085] 作为本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体的制造方法,能够采用任意适当的方法。
[0086] 本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体的制造方法例如可以举出:在平滑的基板上构成催化剂层,通过热等离子体等使催化剂活化,在该状态下填充碳源,使碳纳米管成长,通过化学气相成长法(Chemical Vapor Deposition:CVD法),制造从基板大致垂直地取向的碳纳米管集合体的方法。这种情况下,例如除去基板,得到在长度方向取向的碳纳米管集合体。
[0087] 作为上述基板,能够采用任意适当的基板。例如,可以举出具有平滑性、具有在碳纳米管的制造中能够耐受的高温耐热性的材料。作为这样的材料,例如可以举出石英玻璃、硅(硅晶片等)、铝等的金属板等。上述基板,可以原样作为本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体所能够具备的基材使用。
[0088] 作为用于制造本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体的装置,可以采用任意适当的装置。例如,作为热CVD装置,如图5所示,可以举出通过电阻加热式的电管状炉包围筒形的反应容器而构成的热壁型等。这种情况下,作为反应容器,例如,优选使用耐热性的石英管等。
[0089] 作为本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体的制造中可以使用的催化剂(催化剂层的材料),能够使用任意适当的催化剂。例如,可以举出铁、钴、镍、金、铂、等的金属催化剂。
[0090] 制造本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体时,根据需要,可以在基板和催化剂层的中间设置氧化铝/亲水性膜。
[0091] 作为氧化铝/亲水性膜的制造方法,能够采用任意适当的方法。例如,在基板上制作SiO2膜,蒸Al之后,升温到450℃进行氧化而得到。根据这样的制作方法,Al2O3与亲水性的SiO2膜相互作用,形成与对Al2O3进行直接蒸镀得到的物质相比、粒径不同的Al2O3面。在基板上,不制作亲水性膜,即使蒸镀Al后升温到450℃进行氧化,也难以形成粒径不同的Al2O3面。在基板上,制作亲水性膜,即使直接蒸镀Al2O3,也难以形成粒径不同的Al2O3面。
[0092] 本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体的制造中可以使用的催化剂层的厚度,为了形成微粒,优选为0.01nm~20nm,更优选为0.1nm~10nm。本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体的制造中可以使用的催化剂层的厚度在上述范围内,该碳纳米管集合体能够兼具优异的机械特性和高的比表面积,进一步,该碳纳米管集合体能够显示优异的粘合特性。因此,使用这样的碳纳米管集合体的分析用除电部件,在使用原子间力显微镜的分析等的精密分析中,能够更充分贴合在分析对象试样周边,不会污染分析对象试样和周边环境,能够更加抑制分析对象试样周边的带电。此外,使用本发明的分析用除电部件,即使在分析对象试样周边存在金属,也不会产生火花,物理上能够容易地利用腔室覆盖进行分析,在高温环境下、真空环境下的分析也能够更加没有问题地进行。
[0093] 催化剂层的形成方法可以采用任意适当的方法。例如,可以举出:通过EB(电子束)、溅射等蒸镀金属催化剂的方法;将金属催化剂微粒的悬浊液涂覆在基板上的方法等。
[0094] 作为本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体的制造中可以使用的碳源,可以使用任意适当的碳源。例如,可以举出:甲烷、乙烯、乙炔、苯等的;甲醇、乙醇等的醇等。
[0095] 作为本发明的分析用除电部件能够包括的碳纳米管集合体的制造中的制造温度,能够采用任意适当的温度。例如,为了形成能够充分发挥本发明的效果的催化剂颗粒,优选为400℃~1000℃,更优选为500℃~900℃,更加优选为600℃~800℃。
[0096] 实施例
[0097] 以下,基于实施例说明本发明。本发明不限于这些。另外,各种评价、测定通过以下方法进行。
[0098] <纤维状柱状物的长度L的测定>
[0099] 纤维状柱状物的长度L通过扫描型电子显微镜(SEM)进行测定。
[0100] <分析用除电部件的剪切粘合力的测定>
[0101] 玻璃(MATSUNAMI滑动玻璃27mm×56mm)上,以接触的方式载置切出为1cm2单位面积的分析用除电部件的贴合面,使5kg的辊往复,将分析用除电部件的贴合面压接在玻璃上。其后,放置30分钟。利用拉伸试验机(Instron Tensile Tester)以拉伸速度50mm/min,在室温(25℃)下进行剪切试验,将得到的峰作为剪切粘合力。
[0102] <碳纳米管集合体中碳纳米管的层数·层数分布的评价>
[0103] 碳纳米管集合体中碳纳米管的层数和层数分布,通过扫描型电子显微镜(SEM)和/或透射电子显微镜(TEM)进行测定。通过SEM和/或TEM观察得到的碳纳米管集合体中的至少10根以上、优选20根以上的碳纳米管,调查各碳纳米管的层数,制作层数分布。
[0104] <除电性的评价>
[0105] 在温度25℃常压下的分析环境下、在温度200℃常压下的分析环境下、在温度200℃真空下的分析环境下,分别对原子间力显微镜(AFM)的分析中的分析对象试样的测定位置周边的除电性进行评价。
[0106] 即,2次测定分析对象试样的测定位置,比较第一次(Trace)和第二次(Retrace)的表面形状的峰值。
[0107] 评价基准如下。
[0108] ○:测定的表面形状的峰值,第一次(Trace)和第二次(Retrace)不足±60%。
[0109] ×(a):测定的表面形状的峰值,第一次(Trace)和第二次(Retrace)±60%以上不同。
[0110] ×(b):装置的结构上、难以测定。
[0111] ×(c):水分蒸发,不能实现除电。
[0112] <污染性的评价>
[0113] 在温度25℃常压下的分析环境下、在温度200℃常压下的分析环境下、在温度200℃真空下的分析环境下,分别对原子间力显微镜(AFM)的分析中的分析对象试样的测定位置的污染性进行评价。
[0114] 即,通过电场释放型电子显微镜(FE-SEM)观察分析对象试样的测定位置,研究物理异物的有无。此外,通过X射线电子分光分析装置(ESCA)检测分析对象试样测定位置的来自有机物的碳,研究有无化学污染。
[0115] 评价基准如下。
[0116] ○:通过FE-SEM、ESCA的任一个的分析都检测不到污染。
[0117] ×(d):通过FE-SEM的分析检测出污染。
[0118] ×(e):通过ESCA的分析检测出污染。
[0119] [实施例1]
[0120] 在预先切割成10mm×10mm的作为基板的硅晶片(silicone technology公司制造)上,通过溅射装置(ULVAC制、RFS-200),形成氧化铝薄膜(厚度20nm)。在该氧化铝薄膜上,再通过溅射装置(ULVAC制、RFS-200)蒸镀Fe薄膜(厚度1.0nm)。
[0121] 其后,在30mmΦ石英管内载置该基板,在石英管内流动30分钟保持水分600ppm的氦/氢(90/50sccm)混合气体,置换管内。其后,使用电管状炉,使管内升温到765℃,稳定在765℃。在765℃保持温度,在管内填充氦/氢/乙烯(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合气体,放置5分钟,在基板上成长碳纳米管,得到碳纳米管在长度方向取向的碳纳米管集合体(1)。
[0122] 碳纳米管集合体(1)具备的碳纳米管的长度为100μm,直径为4.8nm。
[0123] 碳纳米管集合体(1)具备的碳纳米管的层数分布中,最频值存在于2层,相对频度为75%。
[0124] 利用镊子,将碳纳米管集合体(1)从基板剥离,得到纵10mm×横10mm的片状的分析用除电部件(1)。
[0125] 对得到的分析用除电部件(1)进行各种评价。
[0126] 将结果表示在表1中。
[0127] [实施例2]
[0128] 在预先切割成10mm×10mm的作为基板的硅晶片(silicone technology公司制造)上,通过溅射装置(ULVAC制、RFS-200),形成氧化铝薄膜(厚度20nm)。在该氧化铝薄膜上,再通过溅射装置(ULVAC制、RFS-200)蒸镀Fe薄膜(厚度2.0nm)。
[0129] 其后,在30mmΦ石英管内载置该基板,在石英管内流动30分钟保持水分600ppm的氦/氢(90/50sccm)混合气体,置换管内。其后,使用电管状炉,使管内升温到765℃,稳定在765℃。在765℃保持温度,在管内填充氦/氢/乙烯(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合气体,放置10分钟,在基板上成长碳纳米管,得到碳纳米管在长度方向取向的碳纳米管集合体(2)。
[0130] 碳纳米管集合体(2)具备的碳纳米管的长度为300μm,直径为10.1nm。
[0131] 碳纳米管集合体(2)具备的碳纳米管的层数分布中,最频值存在于3层,相对频度为72%。
[0132] 利用镊子,将碳纳米管集合体(2)从基板剥离,得到纵10mm×横20mm的片状的分析用除电部件(2)。
[0133] 对得到的分析用除电部件(2)进行各种评价。
[0134] 将结果表示在表1中。
[0135] [实施例3]
[0136] 在作为基板的硅晶片(silicone technology公司制造)上,通过溅射装置(ULVAC制、RFS-200),形成氧化铝薄膜(厚度20nm)。在该氧化铝薄膜上,再通过溅射装置(ULVAC制、RFS-200)蒸镀Fe薄膜(厚度1.0nm)。其后,通过照相平板加工,图案化为直径30μm。
[0137] 其后,在30mmΦ石英管内载置该基板,在石英管内流动30分钟保持水分600ppm的氦/氢(90/50sccm)混合气体,置换管内。其后,使用电管状炉,使管内升温到765℃,稳定在765℃。在765℃保持温度,在管内填充氦/氢/乙烯(85/50/5sccm、水分率600ppm)混合气体,放置2分钟,在基板上成长碳纳米管,得到碳纳米管在长度方向取向的碳纳米管集合体(3)。
[0138] 碳纳米管集合体(3)具备的碳纳米管的长度为30μm,直径为4.8nm。
[0139] 碳纳米管集合体(3)具备的碳纳米管的层数分布中,最频值存在于2层,相对频度为75%。
[0140] 利用镊子,将碳纳米管集合体(3)从基板剥离,得到直径30μm的探针状的分析用除电部件(3)。
[0141] 对得到的分析用除电部件(3)进行各种评价。
[0142] 将结果表示在表1中。
[0143] [实施例4]
[0144] 在预先切割成10mm×10mm的作为基板的硅基板(KST制造,附有热氧化膜的晶片,厚度1000μm)上,通过真空蒸镀装置(JEOL制造,JEE-4X Vacuum Evaporator),形成Al薄膜(厚度10nm)。在450℃进行1小时氧化处理。如此,在硅基板上形成Al2O3膜,在该Al2O3膜上,进一步通过溅射装置(ULVAC制造、RFS-200)蒸镀Fe薄膜(厚度2.0nm),形成催化剂层。
[0145] 其后,切割得到的附有催化剂层的硅基板,载置在30mmΦ石英管内,在石英管内流动30分钟保持水分350ppm的氦/氢(120/80sccm)混合气体,置换管内。其后,使用电管状炉,以35分钟阶段地使管内升温到765℃,稳定在765℃。在765℃保持温度,在管内填充氦/氢/乙烯(105/80/15sccm、水分率350ppm)混合气体,放置15分钟,在基板上成长碳纳米管,得到碳纳米管在长度方向取向的碳纳米管集合体(4)。
[0146] 碳纳米管集合体(4)具备的碳纳米管的长度为400μm,直径为14.6nm。
[0147] 碳纳米管集合体(4)具备的碳纳米管的层数分布中,层数分布的分布宽度为17层(4层~20层),最频值存在于4层和8层,相对频度分别为20%和20%。
[0148] 利用镊子,将碳纳米管集合体(4)从基板剥离,得到纵10mm×横10mm的片状的分析用除电部件(4)。
[0149] 对得到的分析用除电部件(4)进行各种评价。
[0150] 将结果表示在表1中。
[0151] [比较例1]
[0152] 不使用分析用除电部件,进行各种评价。
[0153] 将结果表示在表1中。
[0154] [比较例2]
[0155] 作为分析用除电部件,使用碳纳米管的粉末(Nanocyl制造,商品名:short-DWNT)0.1mg,进行各种评价。
[0156] 将结果表示在表1中。
[0157] [比较例3]
[0158] 不使用分析用除电部件,使用静电风机(KEYENCE制造,商品名:SJ-5020),进行各种评价。具体来说,使用静电风机,对样品表面照射数秒。其后,在腔室内放置样品,进行测定。
[0159] 将结果表示在表1中。
[0160] [比较例4]
[0161] 不使用分析用除电部件,在高湿度条件下(湿度65%)进行各种评价。具体来说,在保持为温度25℃、湿度50%RH的腔室内,静置放入有样品和纯水的皿。其后,放置1小时左右后,进行测定。
[0162] 将结果表示在表1中。
[0163]
[0164] 使用分解能1nm以下的FE-SEM观察进行各种除电方法的试样表面,其结果,碳纳米粉末中,确认有向分析目的位置的污染物飞散。另一方面,没有流动性、没有粉末的飞散的碳纳米管集合体(纤维状柱状结构体),确认没有试样的污染。
[0165] 通过ESCA,对高湿度条件下进行的试样表面进行分析,其结果,观察到能够容易吸附水分的有机成分。另一方面,确认不含污染物的碳纳米管集合体(纤维状柱状结构体)没有污染。
[0166] 作为进行除电的方法,除了通过导电性物质的接地以外,还具有通过除电风机的中和,就除电风机而言,为了环境控制,需要利用腔室覆盖试样,在高温高湿或真空条件下不能利用。与此相对,使用即使在环境控制的条件下也没有污染的碳纳米管集合体(纤维状柱状结构体),即使在腔室内部也能够确认除电效果。
[0167] 产业上的可利用性
[0168] 本发明的分析用除电部件能够适用于使用原子间力显微镜的分析等的精密分析。
[0169] 符号说明
[0170] 1000 分析用除电部件
[0171] 100 纤维状柱状结构体
[0172] 1 基材
[0173] 2 纤维状柱状物
[0174] 2a 纤维状柱状物的一端
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