赤外線加熱を使ってCNTの製造を正しく行うには
もし、これまでカーボンナノチューブの加工を行ったことがあるなら、熱制御がいかに重要かがわかるでしょう。触媒の活性化やカーボンの析出が少しでも不安定になると、全体の製品が台無しになってしまいます。
長年にわたり、私たちは大きな抵抗炉を使ってきました。しかし正直なところ、それは過剰な設備です。エネルギーのほとんどが、実際に加工される材料ではなく、炉の壁を温めるだけに使われてしまいます。そのため、私たちは短波長の赤外線ランプに切り替えました。
無駄なエネルギーの消費を止めよう
従来の炉の問題点は、エネルギーを大量に消費することです。時間やお金の半分が、単に炉を加熱するために使われてしまいます。
一方、赤外線ランプは異なります。エネルギーを直接基板に集中させることができるのです。必要な場所に正確にエネルギーを届けることができるため、準備時間も大幅に短縮されます。1回の処理に必要な電力も少なくなります。これは、より環境に優しい工場を運営したい場合には大きなメリットです。
また、このシステムは熱密度が非常に高いため、ほぼ瞬時に反応します。これにより、CNTの成長をより精密にコントロールすることができます。ただし注意が必要です。放射される熱は簡単には消えません。冷却装置を適切に設計しなければ、センサーが破損してしまう可能性があります。
設定の詳細
波長を調整するために、特定のコーティングが施された石英製のケースを使用しています。技術的には難しそうに聞こえますが、要するに、エネルギーが表面で反射されずに、実際に基板に浸透するようにするだけです。
また、接続部分も丁寧に扱います。こうした機器は厳しい業界環境で使われるため、耐久性の高い端子を使用します。高い電力を扱う際には、アーク現象を防ぐ必要があります。
もう一つのアドバイス：電力の管理に注意してください。もし、この装置を半導体製造ラインに接続する場合は、信頼性の高い電源が必要です。わずかな電圧の変動でも温度が変わり、それによってナノチューブの形状が崩れてしまいます。専用の電力調整装置を使えば、安定した熱出力を保つことができます。
片面性
もちろん、これは魔法のようなものではありません。赤外線を使うことで、プロセスの「感覚」が変わります。大型の炉を使う場合とは異なり、すべてが速く進行します。そのため、加熱のパターンに合わせて、ガスの流量を調整する必要があります。流量を調整しないまま使ってしまうと、基板全体に不均一なナノチューブができてしまいます。
少し調整が必要ですが、一度設定を整えれば、その効率の高さは努力に見合うものです。