なぜ、CNTの製造において熱風ではなく赤外線を使うのか？
もし、カーボンナノチューブの製造に携わったことがあるなら、その手間の多さはよくわかるでしょう。触媒が適切に機能し、炭素が正しく沈着するためには、温度を正確にコントロールする必要があります。
従来の方式では、熱風が使われています。これは非常に時間のかかるプロセスです。空気を加熱し、その空気が基板を温めていきます。十分に時間をかければ最終的に基板も温まりますが、これは間接的で非効率的な方法です。
待つ時間は本当に苦痛です。
空気は熱を伝えるのが得意ではありません。温度を上げるのに何時間もかかり、全てが安定するまでさらに時間がかかります。研究室ではこれを「時間の無駄」と呼びます。実際、それは単なるエネルギーの無駄であり、生産のボトルネックとなります。
一方、赤外線加熱では、空気を介さずに電磁波を使って直接材料にエネルギーを与えます。つまり、中間業者を省略できるのです。
目標とする温度に到達するのに数秒しかかかりません。半導体の精密加工を行う人にとっては、これは大きな利点です。加熱や冷却のサイクルが短縮されるため、1シフトでより多くの量を処理できます。
しかし、単にランプを交換すれば済むというわけではありません。
エミッターの選択には注意が必要です。それは、基板がどの波長の赤外線を吸収するかによります。短波長の赤外線は材料の内部に深く入り込みますが、表面だけを活性化したい場合は中波長が適しています。
私たちは通常、高密度のエミッターアレイを使用します。なぜかというと、もし熱が均一でなければ、CNTの成長が乱れてしまうからです。エミッターの配置とセンサーのフィードバックのバランスを見極める必要があります。そうしないと、局所的に過度に加熱されてしまいます。
ただし、要注意点もあります。
赤外線加熱は早い反面、強力です。熱が急速に作用するため、熱衝撃のリスクがあります。材料が加熱されたときに膨張するのを耐えられる基板ホルダーが必要です。
また、冷却システムも重要です。もし冷却システムが不十分なら、その放射熱が電子機器を破壊してしまう可能性があります。
つまり、ゆっくりとした熱風による加熱の代わりに、高速な加熱を選ぶことになります。多少不安定にはなりますが、生産性の向上というメリットは、そのリスクを上回るものです。