碳纳米管集合线、碳纳米管集合线集束以及碳纳米管结构体

摘要

一种碳纳米管集合线，具备多个碳纳米管，所述碳纳米管以0.9以上1以下的定向度定向。

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管集合线、碳纳米管集合线集束以及碳纳米管结构体。本专利申请要求基于2018年12月27日提出的日本专利申请特愿2018-245684号的优先权、以及基于2019年2月22日提出的日本专利申请特愿2019-030645号的优先权。通过参照将该日本专利申请中所记载的全部记载内容援引在本说明书中。

背景技术

具有将碳原子以六边形结合的石墨烯片制成圆筒状而得的结构的碳纳米管(以下也记为CNT)是一种具有优异特性的材料，其重量为铜的1/5、强度为钢铁的20倍、并且具有金属的导电性等。因此，使用了碳纳米管的电线作为一种有助于(特别是)提高汽车用发动机的轻量化、小型化以及耐腐蚀性的材料而被期待。

例如，如专利文献1(日本特开2005-330175号公报)所示，利用气相生长法得到碳纳米管，在气相生长法中，通过在加热铁等微细催化剂的同时供给含碳的原料气体，使得碳纳米管从催化剂上开始生长。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-330175号公报

非专利文献

非专利文献1：Agnieszka Lekawa-Raus et.al.“Electrical Properties ofCarbon Nanotube Based Fibers and Their Future Use in Electrical Wiring(碳纳米管纤维的电气特性及其在电线中的应用前景)”,Advanced Functional Materials,Vo.24,p.p.3661-3682(2014). DOI:10.1002/adfm.201303716

发明内容

本发明的碳纳米管集合线具备：多个碳纳米管，

所述碳纳米管以0.9以上1以下的定向度定向。

本发明的碳纳米管集合线集束具备：多个上述所述的碳纳米管集合线，

在所述碳纳米管集合线中，所述碳纳米管以0.9以上1以下的定向度定向，

在所述碳纳米管集合线集束中，所述碳纳米管集合线以0.8以上 1以下的定向度定向。

本发明的碳纳米管结构体具备：

碳纳米管、以及

附着于所述碳纳米管的两个末端的催化剂粒子，

所述催化剂粒子的粒径为0.6nm以上且小于30nm。

附图说明

[图1]图1是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线的代表性构成例的图。

[图2]图2是本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线的一个例子的透射电子显微镜(TEM：Transmission Electron Microscope) 图像。

[图3]图3是对图2的TEM图像进行二值化处理而得的图像。

[图4]图4是对图3的二值化处理后的图像进行傅立叶变换而得的图像。

[图5]图5是表示由图4的傅立叶变换图像得到的定向角度与定向强度之间的关系的曲线图。

[图6]图6是表示在本发明的一个实施方式中所使用的碳纳米管的一个例子的图。

[图7]图7是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线集束的代表性构成例的图。

[图8]图8是本实施方式涉及的CNT集合线集束的一个例子的扫描电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscopy)图像。

[图9]图9是对图8的SEM图像进行二值化处理而得的图像。

[图10]图10是对图9的二值化处理后的图像进行傅立叶变换而得的图像。

[图11]图11是表示由图10的傅立叶变换图像得到的定向角度与定向强度之间的关系的曲线图。

[图12]图12是本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线集束的一个例子的SEM图像。

[图13]图13是示意性地表示本发明的一个实施方式涉及的CNT 集合线集束的定向区域的图。

[图14]图14是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线制造装置的代表性构成例的图。

[图15]图15是用于说明本发明的其他实施方式涉及的碳纳米管集合线制造装置的电场产生部的图。

[图16]图16是用于说明本发明的其他实施方式涉及的碳纳米管集合线制造装置的磁场产生部的图。

[图17]图17是样品1的碳纳米管集合线的图像。

[图18]图18是说明本发明的其他实施方式涉及的碳纳米管集合线制造装置的代表性构成例的图。

[图19]图19是表示雾气产生部的一个例子的图。

[图20]图20是表示雾气产生部的其他例子的图。

[图21]图21是表示雾气产生部的其他例子的图。

[图22]图22是表示本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管结构体制造装置的代表性构成例的图。

[图23]图23是本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管结构体的透射电子显微镜(TEM)图像。

[图24]图24是样品5-2的碳纳米管结构体的透射电子显微镜 (TEM)图像。

[图25]图25是样品5-2的碳纳米管集合线的图像。

[图26]图26是表示样品5-2的碳纳米管集合线中的催化剂粒子的粒度分布的曲线图。

[图27]图27是表示样品3的碳纳米管集合线集束的断裂试验结果的曲线图。

具体实施方式

[本发明要解决的课题]

由现在的碳纳米管的制作技术得到的碳纳米管，其直径为约0.4nm～20nm、且长度最大为55cm。为了将碳纳米管用作电线或高强度材料，需要更长的碳纳米管，因此对能够延长碳纳米管的技术进行了研究。

作为延长碳纳米管的方法，考虑了将多个碳纳米管沿着纵向方向定向并集合以成为集合线的方法。

作为这样的方法之一，研究了通过将无定向的多个CNT与分散剂(表面活性剂或聚合物等)混合，并以纤维状射出成形，从而得到碳纳米管集合线(以下也记为CNT集合线)的方法(非专利文献1： Agnieszka Lekawa-Raus et.al.“Electrical Properties ofCarbon Nanotube Based Fibers and Their Future Use in Electrical Wiring”,Advanced Functional Materials,Vo.24,p.p.3661-3682(2014).DOI: 10.1002/adfm.201303716)。

本发明的目的在于提供将CNT在纵向方向上定向并集合的、延长了的CNT集合线以及碳纳米管集合线集束(以下也记为CNT集合线集束)。

另外，本发明的目的还在于提供一种可以用于上述CNT集合线以及CNT集合线集束的碳纳米管结构体(以下也记为CNT结构体)。

[本发明的效果]

根据上述方式，可以提供将CNT在纵向方向上定向并集合的、延长了的CNT集合线以及CNT集合线集束。

[本发明实施方式的说明]

首先列举本发明的实施方式并进行说明。

(1)本发明的一个方式涉及的碳纳米管集合线具备：多个碳纳米管，

所述碳纳米管以0.9以上1以下的定向度定向。

根据上述方式，可以提供一种将CNT在纵向方向上定向并集合的、延长了的CNT集合线。

(2)所述碳纳米管集合线含有选自由铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少1种金属元素，

所述金属元素优选在所述碳纳米管集合线的纵向方向上分散。

由此，CNT集合线可以保持CNT原本具有的导电性。

(3)所述碳纳米管集合线具有催化剂粒子，

所述催化剂粒子的平均粒径优选为0.6nm以上且小于30nm。

由此，CNT集合线可以保持CNT原本具有的导电性。

(4)所述催化剂粒子优选含有铁。由此，可以大量生产长的 CNT集合线。

(5)所述碳纳米管集合线含有硫元素，

所述硫元素优选在所述碳纳米管集合线的纵向方向上分散。

由此，CNT集合线可以保持CNT原本具有的导电性和机械特性。

(6)本发明的其他方式涉及的碳纳米管集合线集束具备：

多个上述(1)～(5)中任意一项所述的碳纳米管集合线，

在所述碳纳米管集合线中，所述碳纳米管以0.9以上1以下的定向度定向，

所述碳纳米管集合线集束包括所述碳纳米管集合线以0.8以上1 以下的定向度定向的定向区域。

根据上述方式，可以提供一种将多个碳纳米管集合线在其纵向方向上定向并集合的碳纳米管集合线集束，其中碳纳米管集合线是通过将CNT在纵向方向上定向并集合且延长而得到的。

(7)所述碳纳米管集合线集束优选包括：所述定向区域、以及所述碳纳米管集合线的定向度为0以上且小于0.8的不定形区域。由此，通过控制不定形区域的尺寸，除了碳纳米管集合线所具有的原本的结构柔软性之外，还可以任意地施加对于弯曲和扭转的缓冲作用。

(8)在所述定向区域的至少一部分中，相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值优选为所述多个碳纳米管集合线的平均直径的10倍以上。由此，可以任意地施加对于弯曲和扭转的缓冲作用，而不会使相邻的碳纳米管集合线彼此粘接。

(9)所述碳纳米管集合线集束的断裂时伸长率优选为0.1％以上，并且断裂强度优选为1GPa以上。由此，CNT集合线集束可以具有优异的机械强度。

(10)所述碳纳米管集合线集束的杨氏模量优选为10GPa以上。由此，CNT集合线集束可以具有优异的机械强度。

(11)所述碳纳米管集合线集束优选含有合计为10质量％以下的选自由铁、硫、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少1种的第1元素。

由此，CNT集合线集束可以具有优异的机械强度。

(12)本发明的其他方式涉及的碳纳米管结构体具备：

碳纳米管、以及

附着于所述碳纳米管的两个末端的催化剂粒子，

所述催化剂粒子的粒径为0.6nm以上且小于30nm。

该碳纳米管结构体适用于上述CNT集合线以及CNT集合线集束。

(13)所述催化剂粒子优选含有铁。由此，使用该CNT结构体，可以大量生产长的CNT集合线。

[本发明实施方式的详细说明]

以下参照附图对本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线、碳纳米管集合线集束以及碳纳米管结构体的具体例子进行说明。

在本发明的附图中，相同的参照符号表示相同部分或相当部分。另外，为了使附图清楚和简化，适当地改变了长度、宽度、厚度、深度等尺寸关系，不一定表示实际的尺寸关系。

在本说明书中，“A～B”形式的记法是指范围的上限下限(即 A以上B以下)，在A处没有记载单位而仅在B处记载单位的情况下，A的单位与B的单位相同。另外，范围的上限值为C是指范围的上限为C以下，范围的下限值为D是指范围的下限为D以上。

[实施方式1：碳纳米管集合线]

<碳纳米管集合线>

图1是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线(以下也记为CNT集合线)的代表性构成例的图。如图1所示，本实施方式涉及的碳纳米管集合线1具备多个碳纳米管2。在该CNT集合线中，多个碳纳米管2以0.9以上1.0以下的定向度定向。

(定向度)

使用图2～图5对本说明书中的CNT的定向度的计算方法进行说明。在本说明书中，CNT的定向度是指根据下述(a1)～(a6) 的步骤算出的值。

需要说明的是，经确认：只要是本申请人测定的、并且只要在同一样品中进行测定，那么，即使改变测定视野(尺寸：10nm×10nm) 的选择位置来多次进行后述的CNT的定向度的测定，其测定结果也几乎没有偏差。

(a1)CNT集合线的摄像

在以下条件下，使用下述仪器对CNT集合线进行摄像。

透射电子显微镜(TEM)：JEOL公司制造的“JEM2100”(商品名)

摄像条件：倍数5万倍～120万倍、加速电压60kV～200kV。

本实施方式涉及的CNT集合线的TEM图像的一个例子如图2 所示。

(a2)摄像所得的图像的二值化处理

使用下述图像处理程序，按照下述步骤对在上述(a1)中摄像所得的图像实施二值化处理。

图像处理程序：非破坏性纸张表面纤维定向分析程序“FiberOri8single03”(http://www.enomae.com/FiberOri/index.htm)

处理步骤：

1.直方图平均亮度校正

2.背景去除

3.单阈值二值化

4.亮度反转。

对图2的TEM图像进行二值化处理得到的图像如图3所示。

(a3)二值化处理所得的图像的傅立叶变换

使用与上述相同的图像处理程序(非破坏性纸张表面纤维定向分析程序“FiberOri8single03” (http://www.enomae.com/FiberOri/index.htm))，对在上述(a2)中所得的图像进行傅立叶变换。

对图3的二值化处理图像进行傅立叶变换得到的图像如图4所示。

(a4)定向角度和定向强度的计算

在傅立叶变换图像中，将X轴正方向设为0°，并计算相对于逆时针旋转角度(θ°)的平均振幅。

表示由图4的傅立叶变换图像得到的定向角度与定向强度之间的关系的曲线图如图5所示。

(a5)半峰宽的测定

基于图5的曲线图，测定半峰宽(FWHM：full width at half maximum)。

(a6)定向度的计算

基于上述半峰宽，根据下式(1)计算定向度。

定向度＝(180°-半峰宽)/180°···(1)

定向度为0的情况是指完全无定向。定向度为1的情况是指完全定向。

在本实施方式涉及的碳纳米管集合线中，多个碳纳米管以0.9 以上1以下的定向度定向。这意味着在本实施方式的CNT集合线中，多个CNT的定向性较高。因此，本实施方式涉及的CNT集合线可以在保持CNT所具有的导电性和机械强度的特性的同时得以延长。

当CNT集合线中的CNT的定向度小于0.9时，导电性和机械强度倾向于降低。定向度的下限值优选为0.93、更优选为0.94、进一步优选为0.95。定向度的上限值优选为0.99、更优选为1。CNT的定向度为0.9以上1以下、优选为0.93以上1以下、更优选为0.94以上1以下、进一步优选为0.95以上1以下。另外，CNT的定向度优选为0.93以上0.99以下、更优选为0.94以上0.99以下、进一步优选为0.95以上0.99以下。

(形状)

碳纳米管集合线的形状是将多个碳纳米管在它们的纵向方向上定向并集合而成的丝状。

对碳纳米管集合线的长度没有特别地限定，可以根据用途适当地调节。CNT集合线的长度例如优选为100μm以上、更优选为 1000μm以上、进一步优选为10cm以上。对CNT集合线的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为1m以下。 CNT集合线的长度可以通过利用扫描电子显微镜、光学显微镜或者目视观察来测定。

对碳纳米管集合线的直径的大小没有特别地限定，可以根据用途适当地调节。CNT集合线的直径例如优选为0.1μm以上、更优选为1μm以上。对CNT集合线的直径的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为100μm以下。在本实施方式中，CNT 集合线的直径的大小比CNT集合线的长度小。即，CNT集合线的长度方向相当于纵向方向。

在本说明书中，碳纳米管集合线的直径是指一个CNT集合线的平均外径。一个CNT集合线的平均外径可以通过以下方法得到：利用透射电子显微镜或扫描电子显微镜观察一个CNT集合线的任意2 处的剖面，在该剖面中，测定CNT集合线的外周上的最远离的2点间距离即外径，算出所得的外径的平均值。

(来自催化剂的元素)

碳纳米管集合线含有选自由铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少1种金属元素，该金属元素优选在所述碳纳米管集合线的纵向方向上分散。这里，金属元素在CNT 集合线的纵向方向上分散是指金属元素在CNT集合线的纵向方向上不会局部存在。

这些金属元素来自CNT集合线制造时所使用的催化剂(二茂铁(Fe(C

包含在CNT集合线中的金属元素的种类及其含量可以利用能量色散X射线分析(Energy dispersive X-ray spectrometry，EDX)来确认和测定。以原子数为基准，CNT集合线中的金属元素的总含量优选为0.1％以上50％以下、更优选为1％以上40％以下、进一步优选为5％以上20％以下。

包含在CNT集合线中的金属元素在碳纳米管集合线的纵向方向上分散可以利用可与SEM或TEM等电子显微镜同时测量的EDX或电子能量损失光谱分析(Electron energyloss spectrometry，EELS) 来确认。

碳纳米管集合线具有催化剂粒子，该催化剂粒子的平均粒径优选为0.6nm以上且小于30nm。该催化剂粒子来自CNT集合线制造时所使用的催化剂(二茂铁(Fe(C

这里，催化剂粒子的“平均粒径”是指在体积基准的粒度分布 (体积分布)中的中位粒径(d50)，是以包含在CNT集合线中的全部催化剂粒子为对象而得的平均粒径。需要说明的是，在本说明书中，有时也将“平均粒径”简记为“粒径”。

用于计算包含在CNT集合线中的催化剂粒子的粒径(体积平均粒径)的各粒子的粒径可以通过以下方法来测定。首先，利用透射显微镜(TEM)以10万～50万倍的倍数观察碳纳米管集合线的任意区域(测定视野0.5μm×0.5μm)。接着，在TEM图像中，测定各催化剂粒子的外周上最远离的2点间距离即外径，算出所得到的外径的平均值，从而得到各粒子的粒径。

包含在CNT集合线中的催化剂粒子可以含有选自由铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少1种金属元素。这里，催化剂粒子含有金属元素是指催化剂粒子同时含有金属元素与其他元素(例如硫、氧等)的情况、以及催化剂粒子仅由金属元素构成的情况这两者。

包含在CNT集合线中的催化剂粒子优选含有铁。在这种情况下，催化剂粒子例如可以是仅由铁构成的铁粒子、或者由硫化铁(FeS、 Fe

包含在CNT集合线中的催化剂粒子的组成及其含量可以利用能量色散X射线分析(Energy dispersive X-ray spectrometry，EDX)来确认。以质量为基准，CNT集合线中的催化剂粒子的总含量优选为 0.01％以上50％以下、更优选为0.5％以上40％以下、进一步优选为 0.1％以上20％以下。

碳纳米管集合线含有硫元素，该硫元素优选在所述碳纳米管集合线的纵向方向上分散。这里，硫元素在CNT集合线的纵向方向上分散是指硫元素在CNT集合线的纵向方向上不会局部存在。

硫元素来自CNT集合线制造时所使用的辅助催化剂(CS

CNT集合线含有硫元素的情况、以及CNT集合线中的硫元素的含量可以利用EDX、热重分析、X射线光电子能谱来确认和测定。以原子数为基准，CNT集合线中的硫元素的含量优选为0.1％以上 20％以下、更优选为1％以上15％以下、进一步优选为2％以上10％以下。

包含在CNT集合线中的硫元素在碳纳米管集合线的纵向方向上分散可以利用可与SEM或TEM等电子显微镜同时测量的EDX或 EELS来确认。

<碳纳米管>

(碳纳米管的形状)

作为碳纳米管，可以使用公知结构的CNT。例如可以使用只有 1层碳层(石墨烯)的呈筒状的单层碳纳米管、处于多层碳层层叠状态的呈筒状的双层碳纳米管或多层碳纳米管、具有底部脱落了的纸杯状的石墨烯层叠而成的结构的杯层叠型纳米管等。

对碳纳米管的形状没有特别地限定，可以使用前端闭合或前端开孔的任意一种。另外，如图6所示，可以在碳纳米管2的管部T 的一个或两个端部附着在制作碳纳米管时所使用的催化剂P。另外，也可以在碳纳米管2的管部T的一个或两个端部形成由圆锥状的石墨烯构成的锥部C。

可以根据用途适当地选择碳纳米管的长度。碳纳米管的长度例如优选为10μm以上、更优选为100μm以上。特别是，当碳纳米管的长度为100μm以上时，从制作CNT集合线的观点来看是优选的。对碳纳米管的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为600mm以下。CNT的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。

碳纳米管的直径优选为0.6nm以上20nm以下、更优选为1nm 以上10nm以下。特别是，当碳纳米管的直径为1nm以上10nm以下时，从氧化条件下的耐热性的观点来看是优选的。

在本说明书中，碳纳米管的直径是指一个CNT的平均外径。CNT 的平均外径可以通过以下方法得到：利用透射电子显微镜直接观察 CNT的任意2处的剖面，在该剖面中，测定CNT的外周上的最远离的2点间距离即外径，算出所得到的外径的平均值。在CNT的一个或两个端部包括锥部的情况下，在除了锥部以外的位置处测定直径。

(D/G比)

碳纳米管在波长532nm的拉曼光谱分析中的G波段的峰值强度与D波段的峰值强度之比D/G比优选为0.1以下。

G波段是指在利用拉曼光谱分析法所得的拉曼光谱中，在拉曼位移1590cm

当CNT的D/G比为0.1以下时，无定形碳和石墨的缺陷较少，结晶性高。因此，该CNT可以具有高拉伸强度和高导电率。当CNT 的D/G比超过0.1时，CNT可能无法具有充分的拉伸强度和高导电率。D/G比优选为0.1以下、更优选为0.01以下。对D/G比的下限值没有特别地限定，例如可以将其设为0以上。

在本说明书中，碳纳米管集合线中的碳纳米管的D/G比是通过下述方法测定的值。

在下述条件下对碳纳米管集合线进行拉曼光谱分析，并得到拉曼光谱(以下也记为CNT集合线的拉曼光谱)。在该CNT集合线的拉曼光谱中，根据G波段的峰值强度与D波段的峰值强度算出D/G 比。将该CNT集合线的D/G比视为碳纳米管集合线中的碳纳米管的 D/G比。

拉曼光谱分析的测定条件

波长：532nm

激光功率：17mW

曝光时间：1秒

平均次数：3次

物镜倍数：50倍

将本实施方式涉及的CNT集合线中的CNT的D/G比与CNT集合线的D/G比视为相同的理由如下所述。

本发明人在与上述相同的条件下对成为集合线之前的多个碳纳米管进行拉曼光谱分析，并得到拉曼光谱(以下也记为CNT拉曼光谱)。在所得的多个CNT拉曼光谱的每一个中，根据G波段的峰值强度与D波段的峰值强度算出D/G比。

接着，使该碳纳米管进行集合线化，准备了CNT集合线。在上述条件下对该CNT集合线进行拉曼光谱分析，并得到拉曼光谱(以下也记为CNT集合线拉曼光谱)。在该CNT集合线拉曼光谱中，根据G波段的峰值强度与D波段的峰值强度算出D/G比。

经确认：对上述算出的成为集合线之前的多个碳纳米管的D/G 比的数据进行平均化后的值与CNT集合线的D/G比的值大致相同。这表明在成为集合线之前的碳纳米管的D/G比在CNT集合线中的 CNT中依然保持。因此，在本说明书中，可以将CNT集合线中的碳纳米管的D/G比与成为集合线之前的CNT的D/G比视为相同。

[实施方式2：碳纳米管集合线集束]

图7是说明本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线集束的代表性构成例的图。如图7所示，本实施方式涉及的碳纳米管集合线集束(以下也记为CNT集合线集束)3具备多个碳纳米管集合线1。在该碳纳米管集合线1中，碳纳米管2以0.9以上1以下的定向度定向，该碳纳米管集合线集束3包括碳纳米管集合线1以0.8以上1以下的定向度定向的定向区域。

(碳纳米管集合线集束的构成)

作为构成碳纳米管集合线集束3的碳纳米管集合线1，可以使用实施方式1的CNT集合线。另外，作为构成该CNT集合线1的碳纳米管2，可以使用与实施方式1所记载的碳纳米管相同的碳纳米管。

(定向度)

碳纳米管集合线中的CNT的定向度是通过与实施方式1中所记载的碳纳米管集合线中的碳纳米管的定向度的计算方法相同的方法算出的值，因此不重复其说明。

碳纳米管集合线集束中的CNT集合线的定向度基本上是通过与实施方式1的定向度的计算方法中所记载的(a1)～(a6)步骤相同的步骤算出的值。不同点在于：在(a1)的步骤中，在以下条件下使用下述仪器对CNT集合线集束进行摄像。

扫描电子显微镜(SEM：Scanning Electron Microscopy)：“テクネックス工房”公司制造的“Cry-10”(商品名)

摄像条件：倍数40倍～10万倍、加速电压1kV～17kV

测定视野：30μm×30μm

在上述条件下所拍摄的本实施方式涉及的CNT集合线集束的一个例子的SEM图像如图8所示。

在上述(a2)的步骤中，对图8的SEM图像进行二值化处理后的图像如图9所示。

在上述(a3)的步骤中，对图9的二值化处理图像进行傅立叶变换后的图像如图10所示。

在上述(a4)的步骤中，表示由图10的傅立叶变换图像所得到的定向角度与定向强度之间的关系的曲线图如图11所示。

在上述(a5)的步骤中，基于图11的曲线图，测定半峰宽。

在上述(a6)的步骤中，基于上述半峰宽，根据下式(1)计算定向度。

定向度＝(180°-半峰宽)/180°···(1)

定向度为0的情况是指完全无定向。定向度为1的情况是指完全定向。

在任意选择的10处以上的测定视野中进行上述测定。在所有的测定视野当中，在1处以上的测定视野中碳纳米管集合线集束中的碳纳米管集合线的定向度为0.8以上1以下时，判定为该碳纳米管集合线集束包括碳纳米管集合线以0.8以上1以下的定向度定向的定向区域。

在本实施方式涉及的碳纳米管集合线集束中，在碳纳米管集合线中，碳纳米管以0.9以上1以下的定向度定向，并且该碳纳米管集合线集束包括碳纳米管集合线以0.8以上1以下的定向度定向的定向区域。这意味着在本实施方式的CNT集合线集束中，CNT和CNT 集合线的定向性高。因此，本实施方式涉及的CNT集合线集束可以在保持CNT所具有的导电性和机械强度的特性的同时得以延长。

当CNT集合线中的CNT的定向度小于0.9时，导电性和机械强度倾向于降低。定向度的下限值为0.9、优选为0.93、更优选为0.94、进一步优选为0.95。定向度的上限值优选为0.99、更优选为1。

当CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度小于0.8时，导电性和机械强度倾向于降低。定向度的下限值为0.8、优选为0.83、更优选为0.85。定向度的上限值优选为0.95、更优选为1。

(形状)

碳纳米管集合线集束的形状是将多个碳纳米管集合线在其纵向方向上定向并集合而成的带形状。CNT集合线集束是将多个碳纳米管集合线在其纵向方向上定向并集合而成的带形状可以通过利用光学显微镜或扫描电子显微镜观察来确认。

对碳纳米管集合线集束的长度没有特别地限定，可以根据用途适当地调节。CNT集合线集束的长度例如优选为100μm以上、更优选为1000μm以上、进一步优选为10cm以上。对CNT集合线集束的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为 1m以下。CNT集合线集束的长度可以通过利用光学显微镜或者目视观察来测定。

对碳纳米管集合线集束的直径的大小没有特别地限定，可以根据用途适当地调节。CNT集合线集束的直径例如优选为1μm以上、更优选为10μm以上。对CNT集合线集束的直径的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为1000μm以下。在本实施方式中，CNT集合线集束的直径的大小比CNT集合线集束的长度小。

在本说明书中，碳纳米管集合线集束的直径是指一个CNT集合线集束的平均外径。一个CNT集合线集束的平均外径可以通过以下方法得到：利用光学显微镜观察一个CNT集合线集束的任意2处的剖面，在该剖面中测定CNT集合线集束的外周上的最远离的2点间距离即外径，算出所得到的外径的平均值。

(定向区域和不定形区域)

图12是本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管集合线集束的 SEM图像。如图12所示，碳纳米管集合线集束包括定向区域35、以及碳纳米管集合线的定向度为0以上且小于0.8的不定形区域36。在本说明书中，定向区域是指CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度为0.8以上1.0以下的区域。另一方面，不定形区域是指CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度为0以上且小于0.8的区域。通过使CNT集合线集束包括定向区域和不定形区域，可以任意地施加对于弯曲和扭转的缓冲作用，而不会使相邻的CNT集合线彼此粘接。

碳纳米管集合线集束中的定向区域的比例优选为50体积％以上且小于100体积％。由此，在碳纳米管集合线集束中，CNT集合线可以具有充分的定向度。CNT集合线集束中的定向区域的比例更优选为60体积％以上99体积％以下、进一步优选为70体积％以上99体积％以下。

碳纳米管集合线集束中的不定形区域的比例优选为大于0体积％且50体积％以下。由此，在碳纳米管集合线集束中，CNT集合线可以具有充分的定向度。CNT集合线集束中的不定形区域的比例更优选为1体积％以上40体积％以下、进一步优选为1体积％以上30体积％以下。

碳纳米管集合线集束中的定向区域和不定形区域的比例是通过下述(b1)～(b3)的步骤算出的值。

(b1)测定视野的设定

在碳纳米管集合线集束的表面上，随机选择10处以上 1mm×1mm的矩形的测定视野。

(b2)定向度的测定

通过与上述CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度的测定相同的步骤，在上述(b1)所设定的10处以上的测定视野的每一个中计算CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度。

(b3)比例的计算

通过计算在所有测定视野当中定向度为0.8以上1.0以下(定向区域)的测定视野的数量的比例，可以得到CNT集合线集束中的定向区域的比例。另外，通过计算所有测定视野当中定向度为0以上且小于0.8(不定形区域)的数量的比例，可以得到CNT集合线集束中的不定形区域的比例。

(碳纳米管集合线间的距离)

在本实施方式的CNT集合线集束的定向区域的至少一部分中，相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值优选为多个碳纳米管集合线的平均直径的10倍以上。由此，可以任意地施加对于弯曲和扭转的缓冲作用，而不会使相邻的碳纳米管集合线彼此粘接。

使用图13对本说明书中的CNT集合线集束的定向区域中的相邻的CNT集合线间的距离的测定方法进行说明。图13是示意性地表示本发明的一个实施方式涉及的CNT集合线集束的定向区域的一个例子的图。在本说明书中，CNT集合线间的距离可以通过下述(c1)和(c2)的步骤来确认。

(c1)测定视野的设定

在上述(b1)～(b3)所观察到的定向区域当中，任意选择一个定向区域，并且在该定向区域内设定0.1mm×0.1mm的正方形的测定视野。在设定测定视野时，以使得作为测定视野的边框的正方形的至少一边与至少一条碳纳米管集合线大致平行的方式进行设定。例如在图13中，碳纳米管集合线1a与正方形的一边W平行。这里，大致平行是指特定的碳纳米管集合线与矩形的一边所成的角度为5°以下。

(c2)相邻的碳纳米管集合线间的距离的测定

在上述(c1)所设定的测定视野中，利用扫描电子显微镜观察，从而测定相邻的碳纳米管集合线间的距离。这里，相邻的碳纳米管集合线间是指特定的一条碳纳米管集合线与位于该碳纳米管集合线最近的碳纳米管集合线之间。

例如，与图13所示的碳纳米管集合线1a相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1b，并且CNT集合线1a与CNT集合线1b之间的距离的最小值为d1。与碳纳米管集合线1c相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1b，并且CNT集合线1c与CNT集合线1b之间的距离的最小值为d2。与碳纳米管集合线1d相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1c，并且CNT集合线1d与CNT集合线1c之间的距离的最小值为d3。

(CNT集合线间的距离与CNT集合线的平均直径的比较)

测定上述d1、d2、d3的各自长度，并确定它们当中的最小值。通过比较该最小值与多个碳纳米管集合线的平均直径，来确认在 CNT集合线集束的定向区域的至少一部分中，相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值是否为多个碳纳米管集合线的平均直径的10倍以上。这里，多个碳纳米管集合线的平均直径是指在上述(c1) 所设定的测定视野中存在的多个碳纳米管集合线的平均直径。

在本说明书中，碳纳米管集合线的直径是指一个CNT集合线的平均外径。CNT集合线1a、1b、1c、1d的各个CNT集合线的平均外径可以通过以下方法得到：利用透射电子显微镜或扫描电子显微镜直接观察各个CNT集合线的任意2处的剖面，在该剖面中，测定CNT 集合线的外周上的最远离的2点间距离即外径，计算所得的外径的平均值。根据CNT集合线1a、1b、1c、1d的各个CNT集合线的平均外径，计算测定视野中的多个碳纳米管集合线的平均直径。

上述相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值优选为多个碳纳米管集合线的平均直径的10倍以上50倍以下、更优选为15倍以上40倍以下、进一步优选为20倍以上30倍以下。当相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值超过多个碳纳米管集合线的平均直径的50倍时，空隙增多，容易混入异物，在施加外力时在异物附近产生应力集中，缓冲作用降低，从而可能断裂。

(碳纳米管集合线间的角度)

在本实施方式的CNT集合线集束的定向区域的至少一部分中，相邻的碳纳米管集合线间的角度的最大值优选为10°以下。由此，可以任意地施加对于弯曲和扭转的缓冲作用，而不会使相邻的碳纳米管集合线彼此粘接。

在本说明书中，CNT集合线集束的定向区域的至少一部分中的相邻的碳纳米管集合线间的角度可以通过以下(d1)和(d2)的步骤来确认。

(d1)测定视野的确定

通过与上述(c1)相同的方法，确定0.1mm×0.1mm的正方形的测定视野。

(d2)相邻的碳纳米管集合线间的角度的测定

在上述(d1)所设定的视野中，测定相邻的碳纳米管集合线间的角度。这里，相邻的碳纳米管集合线间是指特定的一条碳纳米管集合线与位于该碳纳米管集合线最近的碳纳米管集合线之间。

例如，与图13所示的碳纳米管集合线1a相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1b，并且CNT集合线1a与CNT集合线1b的角度 (跟CNT集合线1a的平行线1a’与CNT集合线1b的角度相同)为α1°。与碳纳米管集合线1c相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1b，并且CNT集合线1c与CNT集合线1b的角度(跟CNT集合线1c的平行线1c’与CNT集合线1b的角度相同)为α2°。与碳纳米管集合线1c相邻的CNT集合线为碳纳米管集合线1d，并且CNT集合线1c 与CNT集合线1d平行，角度为0°。

当上述角度α1°、α2°的最大值为10°以下时，判定为在CNT集合线集束的定向区域的至少一部分中相邻的碳纳米管集合线间的角度为10°以下。

上述相邻的碳纳米管集合线间的角度优选为10°以下、更优选为 9°以下、进一步优选为5°以下、最优选为0°。

(来自于催化剂的元素)

碳纳米管集合线集束含有选自由铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少1种金属元素，该金属元素优选在所述碳纳米管集合线集束的纵向方向上分散。这里，金属元素在CNT集合线集束的纵向方向上分散是指金属元素在CNT集合线的纵向方向上不局部存在。

这些金属元素来自CNT集合线集束制造时所使用的催化剂(二茂铁(Fe(C

包含在CNT集合线集束中的金属元素的种类及其含量可以利用能量色散X射线分析(Energy dispersive X-ray spectrometry，EDX) 来确认和测定。以原子数为基准，CNT集合线集束中的金属元素的总含量优选为0.1％以上50％以下、更优选为1％以上40％以下、进一步优选为5％以上20％以下。

包含在CNT集合线集束中的金属元素在碳纳米管集合线集束的纵向方向上分散可以利用可与SEM或TEM等电子显微镜同时测量的EDX或电子能量损失光谱分析(Electronenergy loss spectrometry， EELS)来确认。

碳纳米管集合线集束具有催化剂粒子，该催化剂粒子的平均粒径优选为0.6nm以上且小于30nm。该催化剂粒子来自CNT集合线制造时所使用的催化剂(二茂铁(Fe(C

这里，催化剂粒子的“平均粒径”的定义与上述实施方式1中所记载的催化剂粒子的“平均粒径”的定义相同，因此不重复其说明。

用于计算包含在CNT集合线集束中的催化剂粒子的粒径(体积平均粒径)的各粒子的粒径可以通过以下方法来测定。首先，利用透射显微镜(TEM)以10万～50万倍的倍数观察碳纳米管集合线集束的任意区域(测定视野0.5μm×0.5μm)。接着，在TEM图像中，测定各催化剂粒子的外周上的最远离的2点间距离即外径，算出所得到的外径的平均值，从而得到各粒子的粒径。

包含在CNT集合线集束中的催化剂粒子可以含有选自由铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少1 种金属元素。这里，催化剂粒子含有金属元素是指催化剂粒子同时含有金属元素与其他元素(例如硫、氧等)的情况、以及催化剂粒子仅由金属元素构成的情况这两者。

包含在CNT集合线集束中的催化剂粒子优选含有铁。在这种情况下，催化剂粒子例如可以为仅由铁构成的铁粒子、或者由硫化铁 (FeS、Fe

包含在CNT集合线集束中的催化剂粒子的组成及其含量可以利用能量色散X射线分析(Energy dispersive X-ray spectrometry，EDX) 来确认。以质量为基准，CNT集合线集束中的催化剂粒子的总含量优选为0.01％以上50％以下、更优选为0.5％以上40％以下、进一步优选为0.1％以上20％以下。

碳纳米管集合线集束含有硫元素，该硫元素优选在所述碳纳米管集合线集束的纵向方向上分散。这里，硫元素在CNT集合线集束的纵向方向上分散是指硫元素在CNT集合线集束的纵向方向上不会局部存在。

硫元素来自CNT集合线集束制造时所使用的辅助催化剂(CS

CNT集合线集束含有硫元素、以及CNT集合线集束中的硫元素的含量可以利用EDX、热重分析、X射线光电子能谱来确认和测定。以原子数为基准，CNT集合线集束中的硫元素的含量优选为0.1％以上20％以下、更优选为1％以上15％以下、进一步优选为2％以上10％以下。

包含在CNT集合线集束中的硫元素在碳纳米管集合线的纵向方向上分散可以利用可与SEM或TEM等电子显微镜同时测量的EDX 或EELS来确认。

(断裂时伸长率、断裂强度、杨氏模量)

碳纳米管集合线集束的断裂时伸长率优选为0.1％以上，并且断裂强度优选为1GPa以上。由此，CNT集合线集束可以具有优异的机械强度。

CNT集合线集束的断裂时伸长率的下限优选为0.1％以上、更优选为1％以上、进一步优选为5％以上。对CNT集合线集束的断裂时伸长率的上限没有特别地限定，例如可以将其设为50％以下。CNT 集合线集束的断裂时伸长率优选为0.1％以上50％以下、更优选为1％以上40％以下、进一步优选为5％以上30％以下。

CNT集合线集束的断裂强度的下限优选为1GPa以上、更优选为3GPa以上、进一步优选为10GPa以上。对CNT集合线集束的断裂强度的上限没有特别地限定，例如可以将其设为100GPa以下。CNT 集合线集束的断裂强度优选为1GPa以上100GPa以下、更优选为 3GPa以上50GPa以下、进一步优选为10GPa以上30GPa以下。

所述碳纳米管集合线集束的杨氏模量优选为10GPa以上。由此， CNT集合线集束可以具有优异的机械强度。

CNT集合线集束的杨氏模量的下限优选为10GPa以上、更优选为100GPa以上、进一步优选为300GPa以上。对CNT集合线集束的杨氏模量的上限没有特别地限定，优选为1500GPa以下。CNT集合线集束的杨氏模量优选为10GPa以上1500GPa以下、更优选为 100GPa以上1200GPa以下、进一步优选为300GPa以上1000GPa以下。

CNT集合线集束的断裂时伸长率、断裂强度以及杨氏模量可以通过进行断裂试验来测定。断裂试验的方法如下所述。准备长度约 3cm的CNT集合线，并使用粘接剂将其两端固定在拉伸夹具板上。将固定有CNT集合线的夹具板的一端拉伸，并且测量未被粘接剂固定的1cm的CNT集合线一直到发生断裂为止时的拉伸应力和伸长率 (测定仪器：イマダ公司制造的“负重-位移测定单元 (FSA-1KE-5N)”)。由此得到应力-应变曲线。杨氏模量根据初始变形过程中的应力-应变曲线的直线区域的斜率来评价。

(第1元素含量)

碳纳米管集合线集束优选含有合计为10质量％以下的选自由铁、硫、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少1种的第1元素。

当第1元素的合计含量超过10质量％时，倾向于容易形成含有第1元素的复合体粒子。当CNT集合线集束包含复合体粒子时，CNT 集合线集束的断裂强度倾向于降低。因此，当CNT集合线集束中的第1元素的合计含量为10质量％以下时，可以抑制因形成复合体粒子而导致断裂强度的降低，从而CNT集合线集束可以具有优异的机械强度。

CNT集合线集束的第1元素的合计含量的上限优选为10质量％以下、更优选为5质量％以下、进一步优选为1质量％以下。对CNT 集合线集束的第1元素的合计含量的下限没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，可以将其设为0.01质量％以上。CNT集合线集束的第1元素的合计含量优选为0.01质量％以上10质量％以下、更优选为0.05质量％以上5质量％以下、进一步优选为0.1质量％以上1 质量％以下。

CNT集合线集束的第1元素的合计含量可以利用能量色散X射线分析(Energydispersive X-ray spectrometry，EDX)来测定。

[实施方式3-1：碳纳米管集合线的制造方法(1)]

实施方式3-1涉及的碳纳米管集合线的制造方法是实施方式1 涉及的碳纳米管集合线的制造方法。实施方式3-1的碳纳米管集合线的制造方法包括：通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，从而使1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子的每一个开始生长的生长工序(以下也记为生长工序)；通过对浮游状态的多个碳纳米管施加拉伸力，从而使多个碳纳米管伸长的伸长工序(以下也记为伸长工序)；以及通过将浮游状态的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合，以得到碳纳米管集合线的集合工序(以下也记为集合工序)。

实施方式1涉及的碳纳米管集合线例如可以使用图14所示的碳纳米管集合线制造装置20来制作。碳纳米管集合线制造装置20可以具备：管状的碳纳米管生长部(以下也记为CNT生长部)21、将含碳气体从CNT生长部21的一个端部(图14中右侧的端部)供给到 CNT生长部21中的气体供给部22、将催化剂粒子P供给到CNT生长部21内的催化剂供给部23、以及配置在CNT生长部21的另一个端部侧(图14中左侧的端部)、且将在CNT生长部21中得到的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合的碳纳米管集合部24(以下也记为CNT集合部)。

<生长工序>

在生长工序中，通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，从而使1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子的每一个开始生长。在本说明书中，在生长工序中，CNT的长度为20μm以下。

生长工序在CNT生长部21的内部进行。生长工序优选在800 ℃以上1200℃以下的温度条件下进行。当温度小于800℃时，CNT 的生长速度倾向于变慢。另一方面，当温度超过1200℃时，杂质碳的含量倾向于增加。这里，杂质碳是指除CNT以外的碳物质。例如包含无定形碳和石墨的微结晶体。生长工序的温度条件更优选为900 ℃以上1150℃以下、进一步优选为950℃以上1050℃以下。

通过从气体供给部22供给到催化剂供给部23和CNT生长部21 的含碳气体的风压，使得配置在催化剂供给部23的内部的催化剂27 崩解成为催化剂粒子P，从而将催化剂粒子P供给到CNT生长部21 内。

作为催化剂粒子P，例如可以使用铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钯、铂。其中，从大量生产长的CNT的观点来看，优选使用铁。

将含碳气体从气体供给部22经由催化剂供给部23而供给到 CNT生长部21。作为含碳气体，可以使用烃类气体等具有还原性的气体。作为这样的含碳气体，例如可以使用甲烷与氩气的混合气体、乙烯与氩气的混合气体、乙醇与氩气的混合气体等。含碳气体优选含有作为辅助催化剂的二硫化碳(CS

作为从气体供给部22供给的含碳气体在CNT生长部内的平均流速的下限，可以为0.05cm/秒钟、优选为0.10cm/秒钟、更优选为 0.20cm/秒钟。另一方面，作为CNT生长部21内的平均流速的上限，优选为10.0cm/秒钟、更优选为5.0cm/秒钟。在含碳气体在CNT生长部21内的平均流速不足上述下限的情况下，供给至催化剂粒子P的碳原料气体不足，形成在催化剂粒子P之间的碳纳米管的生长倾向于停滞。反之，在含碳气体在CNT生长部21内的平均流速超过上述上限的情况下，由于碳纳米管从催化剂粒子P上剥离，使得碳纳米管的生长停止，从而碳纳米管的形成倾向于受到阻碍。

作为从气体供给部22供给的含碳气体在CNT生长部21内的流动的雷诺数的下限，优选为0.01、更优选为0.05。另一方面，作为上述雷诺数的上限，可以为1000、优选为100、更优选为10。当上述雷诺数小于上述下限时，装置的设计受到过度地限制，因此该碳纳米管集合线制造装置20有可能不必要地变得昂贵，或者碳纳米管的制造效率倾向于不必要地降低。在上述雷诺数超过上述上限的情况下，含碳气体的流动变得紊乱，催化剂粒子P之间的碳纳米管的生成倾向于受到阻碍。

由生长工序所得的CNT的长度优选为0.1μm以上20μm以下。当由生长工序所得的CNT的长度小于0.1μm时，相近的CNT不会在纵向方向上定向而是缠绕在一起，倾向于形成二次粒子。另一方面，当CNT的长度超过20μm时，截止到进行伸长工序的时间变长，碳纳米管的制造效率倾向于不必要地降低。由生长工序所得的CNT的长度更优选为0.5μm以上15μm以下、进一步优选为1μm以上10μm 以下。CNT的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。

<伸长工序>

接着，通过对在生长工序中得到的浮游状态的多个碳纳米管施加拉伸力，使得多个碳纳米管伸长。

伸长工序在CNT生长部21和CNT集合部24的内部、或者在 CNT集合部24的内部进行。在CNT生长部21的内部进行伸长工序的情况下，优选在CNT生长部21的含碳气体的下游侧，即CNT集合部侧进行伸长工序。

优选通过改变含碳气体的流速，对多个碳纳米管施加拉伸力。例如，通过使含碳气体的下游侧的平均流速大于含碳气体的上游侧的平均流速，可以对CNT施加朝向下游侧方向的拉伸力。通过将拉伸力作用于碳纳米管的端部，使得从催化剂粒子P延伸的碳纳米管被拉伸，从而在塑性变形且缩径的同时沿着纵向方向伸长。

在伸长工序中，优选将多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并伸长。由此，据认为：碳纳米管难以弯曲，可以得到管部T 仅由六元环的碳构成的直线状的碳纳米管。仅由六元环的碳构成的碳纳米管难以发生劣化，从而可以保持性质。

上述含碳气体的下游侧的平均流速优选为0.051cm/秒钟以上 10.001cm/秒钟以下、更优选为0.201cm/秒钟以上5.001cm/秒钟以下。当含碳气体的下游侧的平均流速小于0.051cm/秒钟时，与生长速度相比，碳纳米管的伸长速度倾向于不是充分地快。另一方面，当含碳气体的下游侧的平均流速超过10.001cm/秒钟时，由于碳纳米管从催化剂粒子P上剥离，使得碳纳米管的生长停止，从而碳纳米管的形成倾向于受到阻碍。

上述含碳气体的上游侧的平均流速优选为0.050cm/秒钟以上 10.000cm/秒钟以下、更优选为0.200cm/秒钟以上5.000cm/秒钟以下。当含碳气体的上游侧的平均流速小于0.050cm/秒钟时，由于风压不足，在催化剂粒子P间所形成的碳纳米管的生长倾向于停滞。另一方面，当含碳气体的上游侧的平均流速超过10.000cm/秒钟时，碳纳米管从催化剂粒子P上剥离，使得碳纳米管的生长停止，从而碳纳米管的形成倾向于受到阻碍。

作为使含碳气体的下游侧的平均流速大于含碳气体的上游侧的平均流速的方法，例如可以列举出：与含碳气体的上游侧相比，含碳气体的下游侧的含碳气体经过的中空部的截面积更小。更具体而言，可以列举出：与CNT生长部(相当于上游侧)中的含碳气体经过的中空部的截面积相比，CNT集合部(相当于下游侧)中的含碳气体经过的中空部的截面积更小。由此，在中空部的截面积减小的区域附近产生加速度场，从而含碳气体的流速增大。

优选通过使用磁场对多个碳纳米管施加拉伸力。使用图15对使用磁场作为拉伸力的情况的具体例子进行说明。图15是表示CNT 集合线制造装置20a的磁场产生部24a周边的图。如图15所示，在位于含碳气体的下游侧的CNT集合部24a中，在反应管31的周围设置线圈状的电线55，通过使该电线通电，在反应管31的内部产生沿着反应管31的中心轴的方向的磁力性32，从而可以对CNT施加来自磁场的拉伸力。通过在CNT伸长时施加磁场，磁力直接作用于包含在CNT中的金属，由此，CNT可以沿着反应管内的磁感线32的方向定向并伸长。

需要说明的是，在图15中示出了通过磁场使CNT在伸长的同时集合的情况，但是也可以不同时进行CNT的伸长与CNT的集合。即，通过磁场仅使CNT伸长而不使其集合。在这种情况下，将电线 30设置在CNT生长部21的含碳气体的下游侧，并在CNT生长部21 中产生磁场。

优选通过使用电场对多个碳纳米管施加拉伸力。使用图16对使用电场作为拉伸力的情况的具体例子进行说明。图16是表示CNT 集合线制造装置20b的电场产生部24b周边的图。如图16所示，在 CNT集合部24b中，在含碳气体的下游侧设置由导电材料构成的+电极33、在上游侧设置由导电材料构成的-电极34，产生沿着反应管 31的中心轴的电场，从而可以对CNT施加来自电场的拉伸力。通过在CNT伸长时施加电场，静电力直接作用于CNT和包含在CNT中的金属，从而CNT可以沿着电场线的方向定向并伸长。

需要说明的是，在图16中示出了通过电场使CNT在伸长的同时集合的情况，但是也可以不同时进行CNT的伸长与CNT的集合。即，通过电场仅使CNT伸长而不使其集合。在这种情况下，将+电极33和-电极34设置在CNT生长部21的含碳气体的下游侧，在CNT 生长部21中产生电场。

在碳纳米管被拉伸力伸长的期间，在催化剂粒子P上也会生长具有原本大小直径的碳纳米管。因此，如图6所示，经过伸长工序所制作的碳纳米管可以具备管状的管部T、和从管部的端部连续地扩径的圆锥状的锥部C。

也就是说，在伸长工序中，利用气相生长法形成的碳纳米管在其形成的同时被拉伸力拉伸，使得碳纳米管的一部分六边形单元替换成五边形单元，从而形成圆锥状的锥部，通过再次替换成六边形单元，从而形成直径小的碳纳米管即管部。

在伸长工序中，一边使用拉伸力拉伸在催化剂粒子P上生长的碳纳米管，一边使其生长，因此与在催化剂粒子P上的碳纳米管的生长速度相比，可以以极大的速度形成管部。由此，可以在较短的时间内形成较长的碳纳米管。因此，即使能够保持在催化剂粒子P上持续生长碳纳米管的条件的时间较短，也可以形成足够长的碳纳米管。

据认为：在伸长工序中，通过使拉伸力作用于催化剂粒子P上的碳纳米管，可以促进碳纳米管的生长点处的碳原子的获取。因此认为：可以使碳纳米管的生长速度、甚至所得的碳纳米管的长度的增大速度变得更大。

据认为：在伸长工序中，通过使拉伸力作用于催化剂粒子P上的碳纳米管，碳纳米管难以弯曲，可以得到管部T仅由六元环的碳构成的片状构成的筒状体所构成的直线状的碳纳米管。仅由六元环的碳构成的碳纳米管难以发生劣化，从而可以保持性质。

由伸长工序得到的CNT的长度优选为10μm以上、更优选为 100μm以上。特别是，当碳纳米管的长度为100μm以上时，从制作 CNT集合线的观点来看是优选的。对碳纳米管的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为600mm以下。CNT 的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。

<集合工序>

接着，通过将浮游状态的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合，从而得到碳纳米管集合线。集合工序在CNT集合部24的内部进行。

作为将浮游状态的多个CNT沿着含碳气体的流动的方向定向并集合的方法，可以列举出将多个碳纳米管以定向的状态彼此靠近的方法。例如可以列举出：使CNT集合部的含碳气体所经过的中空部的截面积小于CNT生长部和CNT伸长部的含碳气体所经过的中空部的截面积。更具体而言，可以列举出：将CNT集合部配置为蜂窝结构体，使得蜂窝结构体的通孔的纵向方向成为沿着含碳气体的流动的方向。

在本说明书中，如图14的蜂窝结构体29所示，蜂窝结构体是指具有多个细筒状的通孔的多孔体。

在CNT集合部由蜂窝结构体构成的情况下，一个通孔的截面积优选为0.05mm

在CNT集合部由蜂窝结构体构成的情况下，沿着蜂窝结构体的通孔的方向(纵向方向)的长度优选为1mm以上1m以下、更优选为10mm以上50cm以下、进一步优选为15mm以上10cm以下。当沿着蜂窝结构体的通孔的方向的长度小于1mm时，浮游在气相中的 CNT无法充分地加速，倾向于抑制生长促进作用。另一方面，当沿着蜂窝结构体的通孔的方向的长度超过1m时，在通孔的内壁处的 CNT的沉积量增加，因此倾向于难以回收CNT。

CNT集合部中的含碳气体的平均流速优选为0.05cm/秒钟以上 10cm/秒钟以下、更优选为0.2cm/秒钟以上5cm/秒钟以下。当含碳气体的平均流速小于0.05cm/秒钟时，倾向于得到薄膜状的无定向CNT。另一方面，当含碳气体的平均流速超过10cm/秒钟时，未反应而到达 CNT集合部的含碳气体会发生不完全的分解反应，从而倾向于有焦油附着。

在上述中，说明了在伸长工序之后进行集合工序的情况，但是也可以同时进行伸长工序与集合工序。另外，也可以在进行了伸长工序之后，再同时进行伸长工序与集合工序。例如，在使用蜂窝结构体作为CNT集合部的情况下，CNT的伸长与集合可以在蜂窝结构体的通孔内同时进行。

根据上述CNT集合线的制造方法，通过将含碳气体连续地供给到催化剂供给部、CNT生长部以及CNT集合部中，可以不限制长度地连续制造CNT集合线。通过调整含碳气体的流量、供给时间等，可以适当调整CNT集合线的长度。

由集合工序得到的CNT集合线的长度优选为100μm以上、更优选为1,000μm以上、进一步优选为10,000μm以上。对CNT集合线的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为 1m以下。CNT集合线的长度可以通过利用光学显微镜或目视观察来测定。

[实施方式3-2：碳纳米管集合线的制造方法(2)]

实施方式1涉及的碳纳米管集合线的制造方法的其他例子在实施方式3-2中进行说明。实施方式3-2的碳纳米管集合线的制造方法包括：产生含有多个催化剂粒子和液体状碳源的雾气的雾气产生工序 (以下也记为雾气产生工序)；通过加热雾气，使1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子的每一个开始生长的生长工序(以下也记为生长工序)；通过对浮游状态的多个碳纳米管施加拉伸力，从而使多个碳纳米管伸长的伸长工序(以下也记为伸长工序)；以及通过将多个碳纳米管沿着其纵向方向的方向定向并集合，以得到碳纳米管集合线的集合工序(以下也记为集合工序)。

实施方式3-2涉及的碳纳米管集合线的制造方法例如可以使用图18所示的碳纳米管集合线制造装置20c。

碳纳米管集合线制造装置20c可以具备：产生含有多个催化剂粒子和液体状碳源的雾气的雾气产生部37，与雾气产生部37连接、且通过加热雾气39使1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子P的每一个开始生长的管状的碳纳米管生长部21，以及配置在碳纳米管生长部21的一个端部侧(图18中左侧的端部)、且将在碳纳米管生长部21中得到的多个碳纳米管沿着其纵向方向的方向定向并集合以得到碳纳米管集合线的碳纳米管集合部24。

<雾气产生工序>

在雾气产生工序中，产生含有多个催化剂粒子和液体状碳源的雾气39。雾气产生工序通过使用雾气产生装置60来进行。

雾气产生工序可以包括：准备含有催化剂粒子和液体状碳源的雾气原料液的准备工序；以及通过对雾气原料液施加超声波振动，使雾气原料液雾化的雾化工序。

将雾气原料液雾化所得到的雾气的平均粒径优选为0.1μm以上 50μm以下、更优选为1μm以上40μm以下、进一步优选为10μm以上30μm以下。当雾气的平均粒径小于0.1μm时，具有适于CNT生长的粒径的催化剂的生长倾向于受到抑制。另一方面，当雾气的平均粒径超过50μm时，促进了催化剂粒子的粗大化，从而CNT的生长效率倾向于降低。

这里，雾气的“平均粒径”是指体积基准的粒度分布(体积分布)中的中位粒径(d50)，是指以雾气中包含的全部雾气粒子为对象而得的平均粒径。需要说明的是，在本说明书中，也可以将“平均粒径”简记为“粒径”。

用于计算雾气的粒径(体积平均粒径)的各雾气粒子的粒径可以通过以下方法来测定。首先，使用雾气产生装置产生雾气。利用动态光散射粒径分布测定装置对所产生的雾气照射激光，检测由依赖于粒径的布朗运动而引起的散射光的强度分布，从而得到粒度分布。

作为雾气原料液中的催化剂粒子，例如可以使用含有选自由铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少 1种金属元素的粒子。这里，催化剂粒子含有金属元素是指催化剂粒子同时含有金属元素与其他元素(例如硫、氧等)的情况、以及催化剂粒子只由金属元素构成的情况这两者。

雾气原料液中的催化剂粒子优选含有铁。在这种情况下，催化剂粒子例如可以由氧化铁(Fe

雾气原料液中的催化剂粒子的平均粒径优选为0.6nm以上且小于200nm。由此，包含在CNT集合线中的催化剂粒子的平均粒径可以成为0.6nm以上且小于30nm。雾气原料液中的催化剂粒子的平均粒径更优选为1nm以上100nm以下、进一步优选为2nm以上50nm 以下。

作为液体状碳源，可以使用乙醇、甲醇、异丙醇、苯、甲苯、二甲苯。其中，从作为常用的试剂且对人体的有害性极低、并且因含有氧而可以抑制无定形碳的生成的观点来看，优选使用乙醇。

除了催化剂粒子和液体状碳源以外，雾气原料液还可以含有二硫化碳、噻吩等。二硫化碳、噻吩具有作为辅助催化剂的功能。

雾气原料液中的催化剂粒子的含量优选为0.01质量％以上5质量％以下、更优选为0.1质量％以上4质量％以下、进一步优选为0.5 质量％以上2质量％以下。当雾气原料液中的催化剂粒子的含量小于 0.01质量％时，CNT的制造效率倾向于降低。另一方面，当雾气原料液中的催化剂粒子的含量超过5质量％时，催化剂粒子倾向于粗大化。

雾气原料液中的液体状碳源的含量优选为95质量％以上99.99 质量％以下、更优选为96质量％以上99.9％质量％以下、进一步优选为98质量％以上99.5质量％以下。当雾气原料液中的液体状碳源的含量小于95质量％时，CNT的制造效率倾向于降低。另一方面，当雾气原料液中的液体状碳源的含量超过99.99质量％时，由于碳源浓度相对于催化剂添加量增高，因此无定形碳的生成量倾向于增加。

使用图19～图21对雾气原料液施加超声波振动的方法的具体例子进行说明。图19～图21分别是表示雾气产生部37(图18)的一个例子的图。

图19所示的雾气产生部37a具备：与构成CNT生长部21的反应管连续的反应管31、以及与该反应管31连接的雾气产生装置60a。即，雾气产生部37a与CNT生长部21连接。

雾气产生装置60a具有喇叭振子41a、以及与喇叭振子41a的振动面相对配置的网格42。将雾气原料液38供给到喇叭振子41a的振动面与网格42之间。喇叭振子41a对供给到喇叭振子41a的振动面与网格42之间的雾气原料液38施加超声波振动。由此，雾气原料液38经过网格的孔并雾化，成为雾气39。

在网格42的上部设置有与反应管31连接的连接部45。在雾气产生装置60a中产生的雾气39经由连接部45而供给到反应管31的内部。

连接部45也可以设置有从外部引入气体的气体导入口40。将氩气等载气从气体导入口40导入。通过导入载气，可以促进雾气向反应管31内的供给。另外，通过改变载气的流速，可以调节CNT生长部和CNT伸长部内的气体的流速。

在本说明书中，网格定义为具有多个微小开口部的薄板。开口部的形状可以列举出圆形、椭圆形、多边形等。其中，从可以产生均匀粒径的雾气的观点来看，优选为圆形。

在图19所示的雾气产生部37a中，雾气原料液38经过网格42 的孔并雾化。因此，通过调节网格的开口部的直径的大小，可以将雾气的平均粒径调节为所期望的大小。

网格的开口部的直径优选为1μm以上50μm以下、更优选为3μm 以上40μm以下、进一步优选为5μm以上30μm以下。当开口部的直径为1μm以上50μm以下时，经过网格后的雾气的平均粒径可以成为0.1μm以上50μm以下。当开口部的直径小于1μm时，倾向于产生堵塞。另一方面，当开口部的直径超过50μm时，在CNT生长过程的热处理工序中，催化剂粒子倾向于产生粗大化。这里，开口部的直径定义为具有相同开口面积的圆的直径(相同开口面积的等效圆直径)。

网格的开口部的数量优选为2个/mm

网格的厚度优选为1μm以上500μm以下、更优选为5μm以上 250μm以下、进一步优选为10μm以上100μm以下。当网格的厚度小于1μm时，重复使用导致耐性倾向于降低。另一方面，当网格的厚度超过500μm时，无法有效地施加超声波振动，从而雾气的产生倾向于受到阻碍。

网格的材料例如可以使用不锈钢。

喇叭振子的频率优选为50kHz以上400kHz以下、更优选为 70kHz以上300kHz以下、进一步优选为100kHz以上200kHz以下。当喇叭振子的频率小于50kHz时，雾气产生效率倾向于降低，因此不优选。另一方面，当喇叭振子的频率超过400kHz时，倾向于诱发网格的早期劣化，因此不优选。

图20所示的雾气产生部37b具备：与构成CNT生长部21的反应管连续的反应管31、以及与该反应管31连接的雾气产生装置60b。即，雾气产生部37b与CNT生长部21连接。

雾气产生装置60b具备：保持水43的第1容器47、配置在第1 容器47的底部的振子41b、以及配置在第1容器47的内部的第2容器48。第2容器48的外面的至少一部分与水43接触。第2容器48 的内部容纳有雾气原料液38。在第2容器上设有从外部引入气体的气体导入口40、以及与反应管31连接的连接部45。

将氩气等载气从气体导入口40导入。通过导入载气，可以促进雾气向反应管31内的供给。另外，通过改变载气的流速，可以调节 CNT生长部和CNT伸长部内的气体的流速。

振子41b振动以对水施加超声波振动能量。该超声波振动能量集中在雾气原料液38的表面上，通过振动作用(空化效应)，使雾气原料液38雾化，成为雾气39。雾气39与从气体导入口40引入的气体一起经由连接部45而供给到反应管31内。

图21所示的雾气产生部37c具备：与构成CNT生长部21的反应管连续的反应管31、以及与该反应管31连接的雾气产生装置60c。即，雾气产生部37c与CNT生长部21连接。

雾气产生装置60c具备：容纳雾气原料液38的容器49、将从压缩机(未图示)产生的压缩空气导入到容器49内部的空气注入口44、连续地配置在空气注入口44的上部的喷嘴部52、配置在喷嘴部52 的上部的隔板51、以及用于使雾气原料液38到达喷嘴部52附近的配管53。

在将从空气注入口44导入的压缩空气从喷嘴部52排出的过程中，在喷嘴部52与配管53之间产生负压作用。由于负压作用，雾气原料液38被吸至配管53的上部，与隔板51碰撞并雾化，从而成为雾气39。雾气39经由连接部45而供给到反应管31内。

连接部45也可以设置有从外部引入气体的气体导入口40。将氩气等载气从气体导入口40导入。通过导入载气，可以促进雾气向反应管31内的供给。另外，通过改变载气的流速，可以调节CNT生长部和CNT伸长部内的气体的流速。

<生长工序>

在生长工序中，通过加热雾气39，使得1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子P的每一个开始生长。生长工序在CNT生长部21 的内部进行。

通过加热雾气，在雾气中的催化剂粒子P上，CNT以包含在雾气中的液体状碳源为原料开始生长。在本实施方式中，由于使用包含在雾气中的液体状碳源作为CNT的碳源，因此不需要使用上述实施方式3-1中所使用的含碳气体。由此，从简化CNT制造工艺和降低成本的观点来看是有利的。

加热雾气时的温度优选为800℃以上1200℃以下。即，生长工序优选在800℃以上1200℃以下的温度条件下进行。当温度小于800 ℃时，CNT的生长速度倾向于变慢。另一方面，当温度超过1200℃时，杂质碳的含量倾向于增加。生长工序的温度条件更优选为900℃以上1150℃以下、进一步优选为950℃以上1050℃以下。

作为从气体导入口40供给的载气在CNT生长部内的平均流速的下限，可以为0.05cm/秒钟、优选为0.10cm/秒钟、更优选为0.20cm/ 秒钟。另一方面，作为CNT生长部21内的平均流速的上限，优选为10.0cm/秒钟、更优选为5.0cm/秒钟。在载气在CNT生长部21内的平均流速不足上述下限的情况下，雾气倾向于在炉心管内凝结液化。反之，在载气在CNT生长部21内的平均流速超过上述上限的情况下，由于碳纳米管从催化剂粒子P上剥离，使得碳纳米管的生长停止，从而碳纳米管的形成倾向于受到阻碍。

作为从气体导入口40供给的载气在CNT生长部21内的流动的雷诺数的下限，优选为0.01、更优选为0.05。另一方面，作为上述雷诺数的上限，可以为1000、优选为100、更优选为10。当上述雷诺数小于上述下限时，装置的设计受到过度地限制，因此该碳纳米管集合线制造装置20有可能不必要地变得昂贵，或者碳纳米管的制造效率倾向于不必要地降低。在上述雷诺数超过上述上限的情况下，含碳气体的流动变得紊乱，催化剂粒子P之间的碳纳米管的生成倾向于受到阻碍。

由生长工序所得的CNT的长度优选为0.1μm以上20μm以下。当由生长工序所得的CNT的长度小于0.1μm时，相近的CNT不会在纵向方向上定向而是缠绕在一起，倾向于形成二次粒子。另一方面，当CNT的长度超过20μm时，截止到进行伸长工序的时间变长，碳纳米管的制造效率倾向于不必要地降低。由生长工序所得的CNT的长度更优选为0.5μm以上15μm以下、进一步优选为1μm以上10μm 以下。CNT的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。

<伸长工序、集合工序>

接着进行的伸长工序和集合工序与上述实施方式3-1中的伸长工序和集合工序是相同的工序，因此不重复其说明。

[实施方式4-1：碳纳米管集合线制造装置(1)]

使用图14对用于制造实施方式1涉及的碳纳米管集合线的碳纳米管集合线制造装置进行说明。图14所示的碳纳米管集合线制造装置20可以具备：管状的碳纳米管生长部(以下也记为CNT生长部) 21、将含碳气体从CNT生长部21的一个端部(图14中右侧的端部) 供给到CNT生长部21中的气体供给部22、将催化剂粒子P供给到CNT生长部21内的催化剂供给部23、以及配置在CNT生长部21 的另一个端部侧(图14中左侧的端部)、且将在CNT生长部21中得到的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合的碳纳米管集合部(以下也记为CNT集合部)24。CNT生长部21、CNT 集合部24以及催化剂供给部23包括连续的反应管31，在反应管31 的内部制造CNT和CNT集合线。

<碳纳米管生长部>

碳纳米管生长部21例如具有由石英管构成的管状的形状。在 CNT生长部21中，使用含碳气体在催化剂粒子P上形成碳纳米管2。

碳纳米管生长部21配置在电炉28内，利用加热器(未图示) 加热。

作为CNT生长部21的内部温度，优选为800℃以上1200℃以下。为了保持这样的温度，可以将加热后的含碳气体从气体供给部 22供给到CNT生长部21，也可以在CNT生长部21中加热含碳气体。

<气体供给部>

气体供给部22将含碳气体从碳纳米管生长部22的一个端部(图 14中右侧的端部)供给到CNT生长部21中。气体供给部22的构成可以具有储气瓶(未图示)和流量调节阀(未图示)。

从气体供给部22供给的含碳气体的种类、CNT生长部内的平均流速、CNT生长部内的流动的雷诺数可以与上述CNT集合线的制造方法中所记载的相同，因此不重复其说明。

优选的是，气体供给部22可以重复地改变供给到CNT生长部 21的含碳气体的量。由此，通过增减CNT生长部21中的含碳气体的流速，促进聚集的多个催化剂粒子的分离，从而可以增加所得的碳纳米管的数量。

<催化剂供给部>

催化剂供给部23可以配置在气体供给部22与CNT生长部21 之间。在催化剂供给部23的内部配置有保持催化剂27的催化剂保持具26。催化剂供给部23附设有加热器25。即，利用加热器来加热催化剂供给部23。

催化剂供给部23将通过含碳气体的风压而崩解并分割成多个催化剂粒子P的催化剂27供给到含碳气体的气流中。因此，通过使用催化剂27，可以在含碳气体的气流中形成高温且接触状态的多个催化剂粒子P。由此，可以在多个催化剂间可靠地生长碳纳米管。

作为催化剂27，例如可以列举出二茂铁(Fe(C

作为催化剂粒子P的平均粒径的下限，优选为30nm、更优选为 40nm、进一步优选为50nm。另一方面，作为催化剂粒子P的平均粒径的上限，优选为1000μm、更优选为100μm、进一步优选为10μm。在催化剂粒子P的平均粒径不足上述下限的情况下，由催化剂粒子形成的碳纳米管的直径较小、延展率较小，倾向于无法使碳纳米管充分地变长。反之，在催化剂粒子的平均粒径超过上述上限的情况下，倾向于难以使由催化剂粒子形成的碳纳米管延伸。

<碳纳米管集合部>

碳纳米管集合部24配置在CNT生长部21的与气体供给部23 侧相反一侧的端部。即，CNT集合部24配置在CNT生长部21的含碳气体的下游侧。在CNT集合部24中形成碳纳米管集合线。

只要CNT集合部能够将浮游状态的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合即可，可以使用任意的结构。例如，CNT 集合部可以由蜂窝结构体、直管型细管结构等构成。

在CNT集合部由蜂窝结构体构成的情况下，在碳纳米管集合线制造装置中配置蜂窝结构体，使得通孔的纵向方向成为沿着含碳气体的流动的方向。

在CNT集合部由蜂窝结构体构成的情况下，其构成可以与上述 CNT集合线的制造方法中所记载的构成相同，因此不重复其说明。

蜂窝结构体可以由陶瓷(氧化铝、氧化锆、氮化铝、碳化硅、氮化硅、镁橄榄石、皂石、堇青石、莫来石、铁素体等)、石英玻璃、玻璃、金属类、石墨构成。其中，从CNT制造时所需要的耐热性和耐久性的观点来看，优选由陶瓷构成。

<其他构成>

如图15所示，除了上述构成以外，CNT集合线制造装置20a可以包括产生磁场的磁场产生部24a。在CNT生长部21或CNT集合部24中，磁场产生部24a通过在反应管31的周围设置线圈状的电线 30来构成。通过使电线30通电，在反应管31的内部产生沿着反应管31的中心轴的方向的磁力性32，从而可以产生磁场。由此，可以对CNT施加来自磁场的拉伸力。

如图16所示，除了上述构成以外，CNT集合线制造装置20b 还可以包括产生电场的电场产生部24b。在CNT生长部21或CNT 集合部24中，电场产生部24b是通过在含碳气体的下游侧设置由导电材料构成的+电极33、在上游侧设置由导电材料构成的-电极34来构成的。因此产生沿着反应管31的中心轴的电场，从而产生电场。由此，可以对CNT施加来自电场的拉伸力。

[实施方式4-2：碳纳米管集合线制造装置(2)]

使用图18～图21对用于制造实施方式1涉及的碳纳米管集合线的碳纳米管集合线制造装置的其他例子进行说明。图18所示的碳纳米管集合线制造装置20c可以具备：产生含有多个催化剂粒子和液体状碳源的雾气的雾气产生部37，与雾气产生部37连接、且通过加热雾气39使1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子P的每一个开始生长的管状的碳纳米管生长部21，以及配置在碳纳米管生长部21的一个端部侧(图18中左侧的端部)、且将在碳纳米管生长部21中得到的多个碳纳米管沿着其纵向方向的方向定向并集合以得到碳纳米管集合线的碳纳米管集合部24。

<雾气产生部>

在雾气产生部37中，产生含有多个催化剂粒子和液体状碳源的雾气39。在雾气产生部37中，通过对含有催化剂粒子和液体状碳源的雾气原料液38施加超声波振动，使雾气原料液38雾化，从而产生雾气39。

将雾气原料液雾化而得到的雾气的平均粒径优选为0.1μm以上 50μm以下、更优选为1μm以上40μm以下、进一步优选为10μm以上30μm以下。当雾气的平均粒径小于0.1μm时，具有适于CNT生长的粒径的催化剂的生长倾向于受到抑制。另一方面，当雾气的平均粒径超过50μm时，促进了催化剂粒子的粗大化，从而CNT的生长效率倾向于降低。

这里，雾气的“平均粒径”是指体积基准的粒度分布(体积分布)中的中位粒径(d50)，是指以雾气中包含的全部雾气粒子为对象而得的平均粒径。需要说明的是，在本说明书中，也可以将“平均粒径”简记为“粒径”。

用于计算雾气的粒径(体积平均粒径)的各雾气粒子的粒径可以通过以下方法来测定。首先，使用雾气产生装置产生雾气。利用动态光散射粒径分布测定装置对所产生的雾气照射激光，检测由依赖于粒径的布朗运动而引起的散射光的强度分布，从而得到粒度分布。

作为雾气原料液中的催化剂粒子，例如可以使用含有选自由铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少 1种金属元素的粒子。这里，催化剂粒子含有金属元素是指催化剂粒子同时含有金属元素与其他元素(例如硫、氧等)的情况、以及催化剂粒子只由金属元素构成的情况这两者。

雾气原料液中的催化剂粒子优选含有铁。在这种情况下，催化剂粒子例如可以由氧化铁(Fe

雾气原料液中的催化剂粒子的平均粒径优选为0.6nm以上且小于200nm。由此，包含在CNT集合线中的催化剂粒子的平均粒径可以成为0.6nm以上且小于30nm。雾气原料液中的催化剂粒子的平均粒径更优选为1nm以上100nm以下、进一步优选为2nm以上50nm 以下。

作为液体状碳源，可以使用乙醇、甲醇、异丙醇、苯、甲苯、二甲苯。其中，从作为常用的试剂且对人体的有害性极低，并且因含有氧而可以抑制无定形碳的生成的观点来看，优选使用乙醇。

除了催化剂粒子和液体状碳源以外，雾气原料液还可以含有二硫化碳、噻吩等。二硫化碳、噻吩具有作为辅助催化剂的功能。

雾气原料液中的催化剂粒子的含量优选为0.01质量％以上5质量％以下、更优选为0.1质量％以上4质量％以下、进一步优选为0.5 质量％以上2质量％以下。当雾气原料液中的催化剂粒子的含量小于 0.01质量％时，CNT的制造效率倾向于降低。另一方面，当雾气原料液中的催化剂粒子的含量超过5质量％时，催化剂粒子倾向于粗大化。

雾气原料液中的液体状碳源的含量优选为95质量％以上99.99 质量％以下、更优选为96质量％以上99.9％质量％以下、进一步优选为98质量％以上99.5质量％以下。当雾气原料液中的液体状碳源的含量小于95质量％时，CNT的制造效率倾向于降低。另一方面，当雾气原料液中的液体状碳源的含量超过99.99质量％时，由于碳源浓度相对于催化剂添加量增高，因此无定形碳的生成量倾向于增加。

使用图19～图21对雾气原料液施加超声波振动的方法的具体例子进行说明。图19～图21分别是表示雾气产生部37(图18)的一个例子的图。

图19所示的雾气产生部37a具备：与构成CNT生长部21的反应管连续的反应管31、以及与该反应管31连接的雾气产生装置60a。即，雾气产生部37a与CNT生长部21连接。

雾气产生装置60a具有喇叭振子41a、以及与喇叭振子41a的振动面相对配置的网格42。雾气原料液38供给到喇叭振子41a的振动面与网格42之间。喇叭振子41a对供给到喇叭振子41a的振动面与网格42之间的雾气原料液38施加超声波振动。由此，雾气原料液 38经过网格的孔并雾化，从而成为雾气39。

在网格42的上部设置有与反应管31连接的连接部45。在雾气产生装置60a中产生的雾气39经由连接部45而供给到反应管31的内部。

连接部45也可以设置有从外部引入气体的气体导入口40。将氩气等载气从气体导入口40导入。通过导入载气，可以促进雾气向反应管31内的供给。另外，通过改变载气的流速，可以调节CNT生长部和CNT伸长部内的气体的流速。

在本说明书中，网格定义为具有多个微小开口部的薄板。开口部的形状可以列举出圆形、椭圆形、多边形等。其中，从可以产生均匀粒径的雾气的观点来看，优选为圆形。

在图19所示的雾气产生部37a中，雾气原料液38经过网格42 的孔并雾化。因此，通过调节网格的开口部的直径的大小，可以将雾气的平均粒径调节为所期望的大小。

网格的开口部的直径优选为1μm以上50μm以下、更优选为3μm 以上40μm以下、进一步优选为5μm以上30μm以下。当开口部的直径为1μm以上50μm以下时，经过网格后的雾气的的平均粒径可以成为0.1μm以上50μm以下。当开口部的直径小于1μm时，倾向于产生堵塞。另一方面，当开口部的直径超过50μm时，在CNT生长过程的热处理工序中，催化剂粒子倾向于产生粗大化。这里，开口部的直径定义为具有相同开口面积的圆的直径(相同开口面积的等效圆直径)。

网格的开口部的数量优选为2个/mm

网格的厚度优选为1μm以上500μm以下、更优选为5μm以上 250μm以下、进一步优选为10μm以上100μm以下。当网格的厚度小于1μm时，重复使用导致的耐性倾向于降低。另一方面，当网格的厚度超过500μm时，无法有效地施加超声波振动，从而雾气的产生倾向于受到阻碍。

网格的材料例如可以使用不锈钢。

喇叭振子41a的频率优选为50kHz以上400kHz以下、更优选为 70kHz以上300kHz以下、进一步优选为100kHz以上200kHz以下。当喇叭振子的频率小于50kHz时，雾气产生效率倾向于降低，因此不优选。另一方面，当喇叭振子的频率超过400kHz时，倾向于诱发网格的早期劣化，因此不优选。

图20所示的雾气产生部37b具备：与构成CNT生长部21的反应管连续的反应管31、以及与该反应管31连接的雾气产生装置60b。即，雾气产生部37b与CNT生长部21连接。

雾气产生装置60b具备：保持水43的第1容器47、配置在第1 容器47的底部的振子41b、以及配置在第1容器47的内部的第2容器48。第2容器48的外面的至少一部分与水43接触。第2容器48 的内部容纳有雾气原料液38。在第2容器上设有从外部引入气体的气体导入口40、以及与反应管31连接的连接部45。

将氩气等载气从气体导入口40导入。通过导入载气，可以促进雾气向反应管31内的供给。另外，通过改变载气的流速，可以调节 CNT生长部和CNT伸长部内的气体的流速。

振子41b振动以对水施加超声波振动能量。该超声波振动能量集中在雾气原料液38的表面上，通过振动作用(空化效应)，使雾气原料液38雾化，成为雾气39。将雾气39与从气体导入口40引入的气体一起经由连接部45而供给到反应管31内。

图21所示的雾气产生部37c具备：与构成CNT生长部21的反应管连续的反应管31、以及与该反应管31连接的雾气产生装置60c。即，雾气产生部37c与CNT生长部21连接。

雾气产生装置60c具备：容纳雾气原料液38的容器49、将从压缩机(未图示)产生的压缩空气导入到容器49的内部的空气注入口 44、连续地配置在空气注入口44的上部的喷嘴部52、配置在喷嘴部 52的上部的隔板51、以及用于使雾气原料液38到达喷嘴部52附近的配管53。

在将从空气注入口44导入的压缩空气从喷嘴部52排出的过程中，在喷嘴部52与配管53之间产生负压作用。由于负压作用，雾气原料液38被吸至配管53的上部，与隔板51碰撞并雾化，从而成为雾气39。雾气39经由连接部45而供给到反应管31内。

连接部45也可以设置有从外部引入气体的气体导入口40。将氩气等载气从气体导入口40导入。通过导入载气，可以促进雾气向反应管31内的供给。另外，通过改变载气的流速，可以调节CNT生长部和CNT伸长部内的气体的流速。

<碳纳米管生长部>

碳纳米管生长部21例如具有由石英管构成的管状形状。在CNT 生长部21中，以包含在雾气中的液体状碳源为原料，在催化剂粒子 P上形成碳纳米管2。

碳纳米管生长部21配置在电炉28内，被加热器(未图示)加热。

加热雾气时的温度优选为800℃以上1200℃以下。即，CNT生长部21的内部温度优选为800℃以上1200℃以下。为了保持这样的温度，可以将加热后的载气从气体导入口40供给，也可以在CNT 生长部21中加热雾气。

<碳纳米管集合部>

碳纳米管集合部24可以与上述实施方式4-1中所记载的碳纳米管集合部是相同的构成，因此不重复其说明。

<其他构成>

除了上述构成以外，与上述实施方式4-1同样地，CNT集合线制造装置20c还可以包括产生磁场的磁场产生部或产生电场的电场产生部。磁场产生部或电场产生部与上述实施方式4-1中所记载的磁场产生部或电场产生部是相同的构成，因此不重复其说明。

[实施方式5-1：碳纳米管集合线集束的制造方法(1)]

实施方式5-1涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法是实施方式2涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法。实施方式5-1涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法可以包括：通过将含碳气体供给至浮游状态的多个催化剂粒子，从而使1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子的每一个开始生长的生长工序(以下也记为生长工序)；通过对浮游状态的多个碳纳米管施加拉伸力，从而使多个碳纳米管伸长的伸长工序(以下也记为伸长工序)；通过将浮游状态的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合，以得到多个碳纳米管集合线的集合工序(以下也记为集合工序)；以及通过将多个碳纳米管集合线沿着多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束，以得到碳纳米管集合线集束的集束工序(以下也记为集束工序)。

实施方式5-1涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法(1)中的生长工序、伸长工序以及集合工序分别与实施方式3-1中所记载的碳纳米管集合线的制造方法(1)中的生长工序、伸长工序以及集合工序是相同的工序，因此不重复其说明。

<集束工序>

在集束工序中，将多个碳纳米管集合线沿着多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束，从而得到碳纳米管集合线集束。

集束工序可以与集合工序同时进行。即，在集合工序中，可以与CNT集合线的制作并行地将所得到的CNT集合线沿着纵向方向的方向定向并集束以得到CNT集合线集束。在这种情况下，集束工序可以在CNT集合部24的内部进行。

集束工序也可以在集合工序之后独立地进行。即，在集合工序中制作CNT集合线，然后进行集束工序。在这种情况下，CNT集束部优选连续地配置在CNT集合部24的含碳气体的下游侧。

作为CNT集束部，例如可以使用蜂窝结构体、直管型细管结构等。

[实施方式5-2：碳纳米管集合线集束的制造方法(2)]

实施方式2涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法的其他例子在实施方式5-2中进行说明。实施方式5-2的碳纳米管集合线集束的制造方法可以包括：产生含有多个催化剂粒子和液体状碳源的雾气的雾气产生工序(以下也记为雾气产生工序)；通过加热雾气，从而使 1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子的每一个开始生长的生长工序(以下也记为生长工序)；通过将多个碳纳米管沿着其纵向方向的方向定向并集合，以得到碳纳米管集合线的集合工序(以下也记为集合工序)；通过对浮游状态的多个碳纳米管施加拉伸力，从而使多个碳纳米管伸长的伸长工序(以下也记为伸长工序)；以及通过将多个碳纳米管集合线沿着其纵向方向的方向定向并集束，以得到碳纳米管集合线集束的集束工序。

实施方式5-2涉及的碳纳米管集合线集束的制造方法中的雾气产生工序、生长工序、伸长工序以及集合工序分别与实施方式3-2中所记载的碳纳米管集合线的制造方法中的生长工序、伸长工序以及集合工序是相同的工序，因此不重复其说明。另外，集束工序与上述实施方式5-1中所记载的碳纳米管集合线集束的制造方法中的集束工序是相同的工序，因此不重复其说明。

[实施方式6-1：碳纳米管集合线集束制造装置(1)]

对用于制造实施方式2涉及的碳纳米管集合线集束的碳纳米管集合线集束制造装置进行说明。碳纳米管集合线集束制造装置可以具备：管状的碳纳米管生长部(以下也记为CNT生长部)、将含碳气体从CNT生长部的一个端部供给到CNT生长部中的气体供给部、将催化剂粒子P供给到CNT生长部内的催化剂供给部、配置在CNT 生长部的另一个端部侧且将在CNT生长部中得到的多个碳纳米管沿着含碳气体的流动的方向定向并集合的碳纳米管集合部(以下也记为 CNT集合部)、以及将多个碳纳米管集合线沿着多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束以得到碳纳米管集合线集束的集束部。CNT生长部、CNT集合部、集束部、以及催化剂供给部包括连续的反应管，在反应管的内部制造CNT、CNT集合线以及CNT集合线集束。

实施方式6-1涉及的碳纳米管集合线集束制造装置中的CNT生长部、气体供给部、催化剂供给部以及CNT集合部分别与实施方式 4-1中所记载的碳纳米管集合线制造装置中的CNT生长部、气体供给部、催化剂供给部以及CNT集合部是相同的构成，因此不重复其说明。

<集束部>

在集束部中，将浮游状态的多个CNT集合线沿着纵向方向的方向定向并集束，从而形成碳纳米管集合线集束。

只要集束部可以将浮游状态的多个碳纳米管集合线沿着含碳气体的流动的方向定向并集合即可，可以使用任意的结构。例如，集束部可以由蜂窝结构体、直管型细管结构等构成。

在集束部由蜂窝结构体构成的情况下，在碳纳米管集合线集束制造装置中配置蜂窝结构体，使得通孔的纵向方向成为沿着含碳气体的流动的方向。

在集束部由蜂窝结构体构成的情况下，其构成可以与上述CNT 集合线制造装置中所记载的蜂窝结构体相同。

集束部可以为与碳纳米管集合部兼用的结构。即，CNT集合部也可以具有作为集束部的功能。

另外，集束部可以是与碳纳米管集合部分开的结构。在这种情况下，集束部优选配置在CNT集合部24的含碳气体的下游侧。

<其他构成>

除了上述构成以外，CNT集合线集束制造装置还可以包括产生磁场的磁场产生部。其构成可以与上述CNT集合线制造装置中所记载的磁场产生部相同。

除了上述构成以外，CNT集合线集束制造装置还可以包括产生电场的电场产生部。其构成可以与上述CNT集合线制造装置中所记载的电场产生部相同。

[实施方式6-2：碳纳米管集合线集束制造装置(2)]

用于制造实施方式2涉及的碳纳米管集合线集束的碳纳米管集合线集束制造装置的其他例子在实施方式6-2中进行说明。实施方式6-2的碳纳米管集合线集束制造装置可以具备：产生含有多个催化剂粒子和液体状碳源的雾气的雾气产生部，与雾气产生部连接、且通过加热雾气使1个或多个碳纳米管从多个催化剂粒子的每一个开始生长的管状的碳纳米管生长部，配置在碳纳米管生长部的一个端部侧、且将在碳纳米管生长部中得到的多个碳纳米管沿着其纵向方向的方向定向并集合以得到碳纳米管集合线的碳纳米管集合部，以及将多个碳纳米管集合线沿着多个碳纳米管集合线的纵向方向的方向定向并集束以得到碳纳米管集合线集束的集束部。雾气产生部、CNT生长部、CNT集合部以及集束部包括连续的反应管，在反应管的内部制造CNT、CNT集合线以及CNT集合线集束。

实施方式6-2涉及的碳纳米管集合线集束制造装置中的雾气产生部、CNT生长部以及CNT集合部分别与上述实施方式4-2中所记载的碳纳米管集合线制造装置中的雾气产生部、CNT生长部以及 CNT集合部是相同的构成，因此不重复其说明。

实施方式6-2涉及的碳纳米管集合线集束制造装置中的集束部与上述实施方式6-1中所记载的碳纳米管集合线集束制造装置中的集束部是相同的构成，因此不重复其说明。

[实施方式7：碳纳米管结构体]

<碳纳米管结构体>

图23是本发明的一个实施方式涉及的碳纳米管结构体(以下也记为CNT结构体)的透射电子显微镜(TEM)图像的一个例子。如图23所示，本实施方式涉及的碳纳米管结构体4具备：碳纳米管2、以及附着于碳纳米管2的两个末端的催化剂粒子P，催化剂粒子P的粒径为0.6nm以上且小于30nm。

(形状)

碳纳米管结构体的形状是在碳纳米管的两个末端附着有催化剂粒子的形状。这里，催化剂粒子附着在碳纳米管的两个末端是指：(i) 在碳纳米管的两个末端处，催化剂粒子的至少一部分露出在碳纳米管的外侧并附着的状态；(ii)催化剂粒子完全嵌入至碳纳米管的两个末端的内侧并附着的状态(参照图23)；(iii)在碳纳米管的一个末端处，催化剂粒子的至少一部分露出在碳纳米管的外侧并附着，在另一个末端处则完全嵌入至碳纳米管的内侧并附着的状态。

对碳纳米管的形状没有特别地限定，可以包括前端闭合或前端开孔的任意一种。另外，也可以在碳纳米管的一个或两个端部形成由圆锥状的石墨烯构成的锥部。

可以根据用途适当地选择碳纳米管结构体的长度。碳纳米管结构体的长度例如优选为10μm以上、更优选为100μm以上。特别是，当碳纳米管结构体的长度为100μm以上时，从制作CNT集合线的观点来看是优选的。对碳纳米管结构体的长度的上限值没有特别地限定，但是从制造上的观点来看，优选为600mm以下。CNT结构体的长度可以通过利用扫描电子显微镜观察来测定。

碳纳米管结构体的直径优选为0.6nm以上20nm以下、更优选为 1nm以上10nm以下。特别是，当碳纳米管结构体的直径为1nm以上10nm以下时，从氧化条件下的耐热性的观点来看是优选的。

在本说明书中，碳纳米管结构体的直径是指一个CNT结构体中没有附着催化剂粒子的部分的平均外径。CNT结构体的没有附着催化剂粒子的部分的平均外径可以通过以下方法得到：利用透射电子显微镜直接观察没有附着催化剂粒子的部分的CNT的任意2处的剖面，在该剖面中，测定CNT的外周上的最远离的2点间距离即外径，算出所得到的外径的平均值。

(催化剂粒子)

碳纳米管结构体具有附着在碳纳米管的两个末端的催化剂粒子。该催化剂粒子的粒径为0.6nm以上且小于30nm。该催化剂粒子来自 CNT集合线制造时所使用的催化剂(二茂铁(Fe(C

包含在CNT结构体中的催化剂粒子的粒径可以通过以下方法来测定。首先，利用透射显微镜(TEM)以10万～50万倍的倍数观察碳纳米管结构体。接着，在TEM图像中，测定各催化剂粒子的外周上的最远离的2点间距离即外径。

包含在CNT结构体中的催化剂粒子可以含有选自由铁、镍、钴、钼、金、银、铜、钇、铬、钯、铂以及钨构成的组中的至少1种金属元素。这里，催化剂粒子含有金属元素是指催化剂粒子同时含有金属元素与其他元素(例如硫、氧等)的情况、以及催化剂粒子仅由金属元素构成的情况这两者。

包含在CNT结构体中的催化剂粒子优选含有铁。在这种情况下，催化剂粒子例如可以为仅由铁构成的铁粒子、或者由硫化铁(FeS、 Fe

包含在CNT结构体中的催化剂粒子的组成及其含量可以利用能量色散X射线分析(Energy dispersive X-ray spectrometry，EDX)来确认。以质量为基准，CNT结构体中的催化剂粒子的总含量优选为 0.01％以上50％以下、更优选为0.5％以上40％以下、进一步优选为 0.1％以上20％以下。

(D/G比)

碳纳米管结构体中的碳纳米管在波长532nm的拉曼光谱分析中的G波段的峰值强度与D波段的峰值强度之比D/G比优选为0.1以下。由此，CNT结构体可以具有高拉伸强度和高导电性。

D/G比的测定方法与实施方式1中所记载的方法相同，因此不重复其说明。

[实施方式8：碳纳米管结构体的制造方法]

实施方式8涉及的碳纳米管结构体的制造方法是实施方式7涉及的碳纳米管结构体的制造方法。实施方式8涉及的碳纳米管结构体的制造方法可以包括：产生含有催化剂粒子和液体状碳源的雾气的雾气产生工序(以下也记为雾气产生工序)；以及在载气的气流中一边加热雾气，一边使密合状态的多个催化剂粒子分离，从而使碳纳米管在多个催化剂粒子间生长以得到CNT结构体的工序(以下也记为获得CNT结构体的工序)。

碳纳米管结构体的制造方法例如可以使用图22所示的碳纳米管结构体制造装置50。

碳纳米管结构体制造装置50可以具备：产生含有催化剂粒子和液体状碳源的雾气39的雾气产生部37、将载气供给到雾气产生部37 内的气体供给部22、以及与雾气产生部37连接的管状的碳纳米管生长部(以下也记为CNT生长部)21。

<雾气产生工序>

雾气产生工序与上述实施方式3-2的CNT集合线的制造方法中的雾气产生工序是相同的工序，因此不重复其说明。

<获得CNT结构体的工序>

在获得CNT结构体的工序中，通过在载气的气流中一边加热雾气39，一边使密合状态的多个催化剂粒子分离，从而使碳纳米管在多个催化剂粒子间生长，以得到CNT结构体。获得CNT结构体的工序在CNT生长部21的内部进行。

通过在载气的气流中加热雾气，使雾气中的密合状态的催化剂粒子分离，同时以包含在雾气中的液体状碳源为原料使CNT在催化剂粒子间生长。在本实施方式中，由于使用包含在雾气中的液体状碳源作为CNT的碳源，因此不需要使用上述实施方式3-1中所使用的含碳气体。从简化CNT制造工艺和降低成本的观点来看是有利的。

加热雾气时的温度优选为800℃以上1200℃以下。即，获得CNT 构造体的工序优选在800℃以上1200℃以下的温度条件下进行。当温度小于800℃时，CNT的生长速度倾向于变慢。另一方面，当温度超过1200℃时，杂质碳的含量倾向于增加。生长工序的温度条件更优选为900℃以上1150℃以下、进一步优选为950℃以上1050℃以下。

作为从气体供给部22所供给的载气，例如可以使用氩气、氦气、氢气、氮气、氖气、氪气等。

从气体供给部22供给的载气经过雾气产生部37到达CNT生长部21内。作为载气在CNT生长部21内的平均流速的下限，可以为 0.05cm/秒钟、优选为0.10cm/秒钟、更优选为0.20cm/秒钟。另一方面，作为载气在CNT生长部21内的平均流速的上限，优选为10.0cm/ 秒钟、更优选为5.0cm/秒钟。在载气在CNT生长部21内的平均流速不足上述下限的情况下，雾气倾向于在炉心管内凝结液化。反之，在载气在CNT生长部21内的平均流速超过上述上限的情况下，由于碳纳米管从催化剂粒子P上剥离，使得碳纳米管的生长停止，从而碳纳米管的形成倾向于受到阻碍。

作为从气体供给部22供给的载气在CNT生长部21内的气流的雷诺数的下限，优选为0.01、更优选为0.05。另一方面，作为上述雷诺数的上限，可以为1000、优选为100、更优选为10。当上述雷诺数小于上述下限时，装置的设计受到过度地限制，因此该碳纳米管结构体制造装置50有可能不必要地变得昂贵，或者碳纳米管结构体的制造效率倾向于不必要地降低。在上述雷诺数超过上述上限的情况下，含碳气体的流动变得紊乱，催化剂粒子P上的碳纳米管的生成倾向于受到阻碍。

[实施方式9：碳纳米管结构体制造装置]

使用图22对用于制造实施方式7涉及的碳纳米管结构体的碳纳米管结构体制造装置进行说明。图22所示的碳纳米管结构体制造装置50可以具备：产生含有催化剂粒子和液体状碳源的雾气39的雾气产生部37、将载气供给到雾气产生部37内的气体供给部22、以及与雾气产生部37连接的管状的碳纳米管生长部(以下也记为CNT生长部)21。

<雾气产生部、CNT生长部>

雾气产生部和CNT生长部分别与实施方式4-2中所记载的CNT 集合线制造装置中的雾气产生部和CNT生长部可以是相同的构成，因此不重复其说明。

<气体供给部>

气体供给部22将载气供给到雾气产生部37内。气体供给部22 的构成可以具有储气瓶(未图示)和流量调节阀(未图示)。从气体供给部22供给的载气经过雾气产生部37到达CNT生长部21内。

从气体供给部22供给的载气的种类、CNT生长部内的平均流速、 CNT生长部内的气流的雷诺数可以与上述实施方式8的CNT结构体的制造方法中所记载的相同，因此不重复其说明。

优选的是，气体供给部22可以重复地改变供给到CNT生长部 21的载气的量。由此，通过增减CNT生长部21中的载气的流速，促进聚集的多个催化剂粒子的分离，从而可以增加所得到的碳纳米管结构体的数量。

[附记]

本发明的碳纳米管集合线集束具备：多个实施方式1的碳纳米管集合线，

在所述碳纳米管集合线中，所述碳纳米管以0.9以上1以下的定向度定向，

在所述碳纳米管集合线集束中，所述碳纳米管集合线以0.8以上 1以下的定向度定向。

所述碳纳米管集合线集束优选包括定向区域和不定形区域。

实施例

根据实施例进一步对本实施方式进行具体地说明。但是，本实施方式不限于这些实施例。

[碳纳米管集合线的研究(1)]

<碳纳米管集合线制造装置的准备>

(装置1)

准备了概要与图14所示的碳纳米管集合线制造装置具有相同构成的碳纳米管集合线制造装置作为装置1。具体而言，将碳纳米管生长部21和碳纳米管集合部24配置在电炉28内。CNT生长部由内径 20mm、长度800mm的石英管构成。作为碳纳米管集合部24，将由陶瓷构成的蜂窝结构体配置在与CNT生长部连续的石英管内。蜂窝结构体具有约200个/英寸的通孔，一个通孔的截面积为0.8mm

在CNT生长部21的与CNT集合部24连续一侧的相反侧配置催化剂供给部23。催化剂供给部23由内径20mm、长度200mm的石英管构成，且与CNT生长部连续地配置。在催化剂供给部23内的催化剂保持具26上配置有作为催化剂的二茂铁。利用加热器25加热催化剂供给部23。

在催化剂供给部23的与CNT生长部21连接一侧的相反侧配置有气体供给部22。

(装置2)

准备了基本上与装置1具有相同构成的装置作为装置2。与装置 1的不同点在于：没有配置碳纳米管集合部24。即，在该装置中，在 CNT生长部21的与催化剂供给部23连续一侧的相反侧的端部处没有配置CNT集合部。

<碳纳米管集合线的制作>

使用装置1和装置2的制造装置分别制作样品1和样品2的碳纳米管集合线。首先，分别在装置1和装置2中，将氩气浓度为100 体积％的氩气以1000cc/分钟的流量(流速3.4cm/秒钟)从气体供给部向CNT生长部内供给50分钟，同时将电炉内的温度升温至1000℃。接着，除了氩气以外，还将甲烷气体以50cc/分钟的流量(流速 0.17cm/秒钟)、以及二硫化碳(CS

通过供给上述氩气、甲烷气体、二硫化碳气体，催化剂发生崩解，并且催化剂粒子释放到CNT生长部内。然后，CNT在CNT生长部内生长。

然后，在装置1中，在CNT集合部内使CNT在伸长的同时集合，从而得到CNT集合线。如图17所示，通过目视观察构成装置1 的CNT集合部的蜂窝结构的下游侧，结果确认了由多个CNT集合而形成的碳纳米管集合线1(样品1)从蜂窝结构体29的通孔中放出。

在装置2中，利用SEM观察CNT生长部的下游侧，结果确认了由多个CNT集合而成的CNT集合线(样品2)。

<碳纳米管集合线的测定>

(定向度)

对样品1和样品2的碳纳米管集合线测定了定向度。定向度的计算方法与实施方式1中所记载的方法是相同的方法，因此不重复其说明。

样品1的CNT集合线的TEM图像如图2所示、傅立叶变换图像如图4所示。样品1的定向的角度与强度之间的关系如图5所示。

样品1的半峰宽为12°、定向度为0.93。可以确认：样品1相当于实施例。

样品2的半峰宽为54°、定向度为0.70。可以确认：样品2相当于比较例。

(形状)

对样品1的碳纳米管集合线测定了平均长度和平均直径。平均长度和平均直径的测定方法是与实施方式1中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。

样品1的CNT集合线是将多个碳纳米管在其纵向方向上定向并集合而成的直线丝状，平均长度为10cm、平均直径为50μm。

(来自催化剂的元素)

通过对样品1的碳纳米管集合线进行EDX分析，确定了包含在 CNT集合线中的来自催化剂的元素。

确认了样品1中含有铁和硫。另外，通过SEM观察和EDX分析，确认了铁和硫在CNT集合线的纵向方向上分散。

[碳纳米管集合线集束的研究]

<碳纳米管集合线集束制造装置的准备>

(装置3)

准备了基本上与上述装置1具有相同构成的碳纳米管集合线集束制造装置作为装置3。与装置1的不同点在于：为了将CNT集合线收束到一点，在蜂窝的出口侧设置孔板。

(装置4)

准备了基本上与装置3具有相同构成的装置作为装置4。与装置 3的不同点在于：没有安装使CNT集合线收束的机构。

<碳纳米管集合线集束的制作>

使用装置3和装置4的制造装置分别制作样品3和样品4的碳纳米管集合线集束。首先，分别在装置3和装置4中，将氩气浓度为 100体积％的氩气以1000cc/分钟的流量(流速3.4cm/秒钟)从气体供给部向CNT生长部内供给50分钟，同时将电炉内的温度升温至1000℃。接着，除了氩气以外，还将甲烷气体以50cc/分钟的流量(流速 0.17cm/秒钟)、以及二硫化碳(CS

通过供给上述氩气、甲烷气体、二硫化碳气体，催化剂发生崩解，并且催化剂粒子释放到CNT生长部内。然后，CNT在CNT生长部内生长。

然后在装置3中，在CNT集合部内使CNT伸长的同时集合，从而得到CNT集合线，将该CNT集合线集束化，从而得到CNT集合线集束。通过目视观察构成装置3的CNT集合部的蜂窝结构的下游侧，结果确认了由多个CNT集合线集合而形成的碳纳米管集合线集束(样品3)从蜂窝结构体29的通孔中出来。

在装置4中，利用SEM观察CNT生长部的下游侧，结果确认了由多个CNT集合而成的CNT集合线(样品4)。

<碳纳米管集合线集束的测定>

(定向度)

对样品3和样品4的碳纳米管集合线集束测定了定向度。CNT 集合线中的CNT的定向度的计算方法是与实施方式1中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。CNT集合线集束中的CNT集合线的定向度的计算方法是与实施方式2中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。

在样品3的CNT集合线集束中，CNT集合线中的CNT的定向度为0.94，该CNT集合线集束包含CNT集合线以0.93的定向度定向的定向区域。即，可以确认样品3相当于实施例。在样品3中，在不损害CNT集合线的定向度的情况下，可以将CNT集合线集合化来得到CNT集合线集束。

在样品4的CNT集合线集束中，CNT集合线中的CNT的定向度为0.93，该CNT集合线集束中，全部测定视野中的CNT集合线的定向度的最大值为0.76，该CNT集合线集束不包含定向区域。即，可以确认样品4相当于比较例。

(形状)

对样品3的碳纳米管集合线集束测定了平均长度和平均直径。平均长度和平均直径的测定方法是与实施方式2中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。

样品3的CNT集合线集束是将多个碳纳米管集合线在其纵向方向上定向并集合而成的直线丝状，平均长度为10cm、平均直径为 200μm。

(来自催化剂的元素)

通过对包含在样品3的碳纳米管集合线集束中的CNT集合线进行EDX分析，确定了包含在CNT集合线中的来自催化剂的元素。

确认了样品3中含有铁和硫。另外，通过SEM观察和EDX分析，确认了铁和硫在CNT集合线的纵向方向上分散。

(定向区域和不定形区域的比例)

对样品3的碳纳米管集合线集束测定了定向区域和不定形区域的体积比例。定向区域和不定形区域的体积比例的测定方法是与实施方式2中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。

样品3的CNT集合线集束中的定向区域为80体积％、不定形区域为20体积％。

(碳纳米管集合线间的距离)

对样品3的碳纳米管集合线集束测定了定向区域中的相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值。另外，也测定了构成CNT集合线集束的CNT集合线的平均直径。定向区域中的相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值以及CNT集合线的平均直径的测定方法是与实施方式2中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。

在样品3中，定向区域中的相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值为300nm、CNT集合线的平均直径为25nm。即，确认了相邻的多个碳纳米管集合线间的距离的最小值为多个碳纳米管集合线的平均直径的10倍以上。

(碳纳米管集合线间的角度)

对样品3的碳纳米管集合线集束测定了定向区域中的相邻的碳纳米管集合线间的角度的最大值。定向区域中的相邻的碳纳米管集合线间的角度的测定方法是与实施方式2中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。

在样品3中，定向区域中的相邻的碳纳米管集合线间的角度的最大值为9°。即，确认了相邻的碳纳米管集合线间的角度的最大值为10°以下。

(断裂时伸长率、断裂强度、杨氏模量)

对样品3的碳纳米管集合线集束进行断裂试验，测定了断裂时伸长率、断裂强度、杨氏模量。断裂试验的方法是与实施方式2中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。结果如图27的曲线图所示。

在图27的曲线图中，横轴(X轴)表示断裂时伸长率(％)、纵轴(Y轴)表示断裂强度(GPa)。如图27所示，可以确认：样品3的CNT集合线集束的断裂时伸长率为0.1％、断裂强度为7GPa、杨氏模量为1100GPa。

(第1金属含量)

利用EDX对样品3的碳纳米管集合线集束测定了第1金属元素的总含量。样品3的CNT集合线集束的第1金属元素的总含量为10 质量％。

[碳纳米管集合线的研究(2)]

<碳纳米管集合线制造装置的准备>

(装置5)

准备了概要与图18所示的碳纳米管集合线制造装置具有相同构成的碳纳米管集合线制造装置作为装置5。具体而言，将碳纳米管生长部21和碳纳米管集合部24配置在电炉28内。CNT生长部由内径 25mm、长度50mm的石英管构成。作为碳纳米管集合部24，将由陶瓷构成的蜂窝结构体配置在与CNT生长部连续的石英管内。蜂窝结构体具有约200个/英寸的通孔，一个通孔的截面积为0.8mm

在CNT生长部21的与配置有CNT集合部24一侧相反的一侧配置雾气产生部37。雾气产生部37具有与图19所示的雾气产生部 37a相同的构成。雾气产生部37a具备：与CNT生长部21连续地配置的内径25mm、长度200mm的石英管，以及与该石英管连接配置的雾气产生装置60a。在雾气产生装置60a的连接部45上设有气体导入口40。从气体供给部22供给到气体导入口40的载气经过雾气产生部37a到达CNT生长部21内。

雾气产生装置60a具有喇叭振子41a、以及与喇叭振子41a的振动面相对配置的网格42。网格由厚度为10μm的金属板构成，其开口部的形状为直径20μm的圆形，开口部的数量为100个/mm

<碳纳米管集合线的制作>

使用装置5的制造装置制作了样品5-1和样品5-2的碳纳米管集合线。

在样品5-1中，将二茂铁分散在乙醇中，从而制作了雾气原料液。雾气原料液中的二茂铁的浓度为1重量％。

在样品5-2中，将氧化铁粉(Fe

使用上述雾气原料液在雾气产生装置60a中产生雾气，同时将氩气浓度为100体积％的氩气以1000cc/分钟的流量(流速3.4cm/秒钟)从气体供给部向CNT生长部内供给50分钟，并且将电炉内的温度升温至1000℃。雾气的平均粒径为35μm。由此，CNT在CNT生长部内生长。

然后，在样品5-1和样品5-2的任意一个中，都使CNT在CNT 集合部内伸长并集合，从而得到了CNT集合线。通过目视观察构成装置5的CNT集合部的蜂窝结构的下游侧，可以确认：在样品5-1 和样品5-2的任意一个中，多个CNT集合而形成的碳纳米管集合线 1都从蜂窝结构体29的通孔中出来。在样品5-2中所得到的碳纳米管集合线的图像如图25所示。

<碳纳米管集合线的测定>

(定向度)

对样品5-1和样品5-2的碳纳米管集合线测定了定向度。定向度的计算方法是与实施方式1中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。

样品5-1的半峰宽为12°、定向度为0.93。可以确认样品5-1相当于实施例。

样品5-2的半峰宽为14°、定向度为0.92。可以确认样品5-2相当于实施例。

(形状)

对样品5-1和样品5-2的碳纳米管集合线测定了平均长度和平均直径。平均长度和平均直径的测定方法是与实施方式1中所记载的方法相同的方法，因此不重复其说明。

样品5-1的CNT集合线是多个碳纳米管在其纵向方向上定向并集合而成的直线丝状，平均长度为10cm、平均直径为55μm。

样品5-2的CNT集合线是多个碳纳米管在其纵向方向上定向并集合而成的直线丝状，平均长度为15cm、平均直径为60μm。

利用TEM观察样品5-1和样品5-2的碳纳米管集合线，可以确认：在多个碳纳米管的每一个的一个或两个末端处附着有催化剂粒子。即，可以确认：样品5-1和样品5-2的碳纳米管集合线中包含碳纳米管结构体。

(催化粒子)

对样品5-1和样品5-2的碳纳米管集合线进行了EDX分析，确定了包含在CNT集合线中的催化剂粒子的组成。

可以确认：样品5-1和样品5-2的碳纳米管集合线中含有作为催化剂粒子的铁粒子。另外，通过SEM观察和EDX分析，确认了铁粒子在CNT集合线的纵向方向上分散。

此外，利用SEM观察样品5-2，可以确认：如图24所示，铁粒子为大致球形，具有几乎均匀的粒径。

对样品5-1和样品5-2的碳纳米管集合线测定了催化剂粒子的平均粒径。催化剂粒子的平均粒径的测定方法与实施方式1中所记载的方法相同，因此不重复其说明。

在样品5-1中，催化剂粒子的平均粒径为15nm。

在样品5-2中，催化剂粒子的平均粒径为16nm。在样品5-2中所得到的碳纳米管集合线中的催化剂粒子的粒度分布如图26所示。在图26中，横轴(X轴)表示粒径(nm)、纵轴(Y轴)表示个数 (个)。

从图26可以确认：在样品5-2中所得到的碳纳米管集合线中，催化剂粒子的粒径为5nm以上21nm以下。

如上所述，对本发明的实施方式和实施例进行了说明，但是最初也预定的是将上述各实施方式和实施例的构成进行适当组合或各种变形。

应当认为本次公开的实施方式和实施例在所有方面都是示例性的，而不是限制性的。本发明的范围不限于上述实施方式和实施例，而是由权利要求书的范围表示，并且意图包括与权利要求书等同的意义和范围内的所有变化。

符号的说明

1、1a、1b、1c、1d碳纳米管集合线；2碳纳米管；3碳纳米管集合线集束；20、20a、20b、20c CNT集合线制造装置；21 CNT 生长部；22气体供给部；23催化剂供给部；24、24a碳纳米管集合部；25加热器；26催化剂保持具；27催化剂；28电炉； 29蜂窝结构体；30 CNT伸长部；31反应管；32磁感线；33+ 电极；34-电极；35定向区域；36不定形区域；37雾气产生部；38雾气原料液；39雾气；40气体导入口；41a喇叭振子； 41b振子；42网格；43水；44空气注入口；45连接部；47 第1容器；48第2容器；49容器；50 CNT结构体制造装置； 51隔板；52喷嘴部；53配管；55电线；60、60a、60b、60c 雾气产生装置；T管部；C锥部；P催化剂粒子。