DE112014000964T5

DE112014000964T5 - Poröses Teil und Katalysatorteil

Info

Publication number: DE112014000964T5
Application number: DE112014000964.4T
Authority: DE
Inventors: Soichiro Okubo; Risa UTSUNOMIYA; Teruaki Matsuba; Takeshi Hikata; Hitoshi Matsumoto; Yugo Higashi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2015-11-05
Also published as: CN105073252B; CN105073252A; US10105683B2; JP6179587B2; US20150375210A1; WO2014129545A1; JPWO2014129545A1

Abstract

Dieses Teil umfaßt ein Basisteil (5) und Kohlenstoffnanostrukturen (10). Das Basisteil (5) enthält einen porösen Körper mit einer Porosität von mehr als oder gleich 80%. Die Kohlenstoffnanostrukturen (10) sind auf einer Oberfläche des Basisteils (5) gebildet und haben eine Breite von weniger als oder gleich 100 nm. Ein Katalysatorteil enthält einen Katalysator, der auf Oberflächen von Kohlenstoffnanostrukturen angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft ein poröses Teil und ein Katalysatorteil und mehr spezifisch ein poröses Teil mit einer erhöhten Oberfläche pro Einheitsvolumen und ein Katalysatorteil unter Verwendung von Kohlenstoffnanostrukturen.
Hintergrund
Konventionell sind poröse Metallkörper aus Metall wie Nickel und Aluminium bekannt (siehe offengelegte japanische Patente 8-170126 und 2013-60609 ). Als ein Anwendungsbeispiel eines solchen porösen Metallkörpers wurde eine Elektrode zur Erzeugung von Plasma mit Kohlenstoffnanostrukturen, gebildet auf einer Oberfläche eines porösen Metallkörpers vorgeschlagen (siehe offengelegten japanisches Patent 2008-198469 ). Das offengelegte japanische Patent 2008-198469 beschreibt, daß Kohlenstoffnanostrukturen irregulär auf der Oberfläche des porösen Metallkörpers ausgerichtet sind, zum Implementieren einer Elektrode, die Elektronen in multiplen Richtungen emittieren kann, unter Erzeugung von im wesentlichen gleichmäßigem Plasma in bezug auf ein Elektrodensubstrat.
Weiterhin sind konventionell Katalysatorteile mit einem Katalysatormetall wie Platin, angeordnet auf Oberflächen von Kohlenstoffnanostrukturen wie Kohlenstoffnanoröhren bekannt (siehe beispielsweise offengelegte japanisches Patent 2007-126338 ). Das offengelegte japanische Patent 2007-126338 offenbart die Anordnung von feinen Metallteilchen die als Katalysator agieren, auf den Oberflächen der Kohlenstoffnanostrukturen.
Liste der Druckschriften
Patentdokumente

PTD 1: japanisches offengelegtes Patent 8-170126
PTD 2: japanisches offengelegtes Patent 2013-60609
PTD 3: japanisches offengelegtes Patent 2008-198469
PTD 4: japanisches offengelegtes Patent 2007-126338

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die offengelegten japanischen Patente 8-170126 und 2013-60609 beschreiben nicht besonders ein Verfahren zur weiteren Erhöhung der Oberfläche des porösen Metallkörpers. Weiterhin beschreibt das offengelegte japanische Patent 2008-198469 nicht speziell die Anwendung des porösen Metallkörpers für andere Anwendungen, die eine große Oberfläche erfordern, wie einen Filter und eine Elektrode einer Sekundärbatterie. Zusätzlich offenbart das offengelegte japanische Patent 2008-198469 keine optimale Konfiguration des porösen Metallkörpers oder legt dies nahe, wenn dieser für eine solche Anwendung verwendet wird, und dergleichen.
Darüber hinaus ist es bei dem oben beschriebenen Katalysatorteil erforderlich, die Dichte des Katalysators pro Einheitsvolumen zu erhöhen angesichts der Verbesserung der Leistung des Katalysatorteils (zum Beispiel Effizienz einer katalytischen Reaktion). Das offengelegte japanische Patent 2007-126338 offenbart die Verbesserung der Leistung des Katalysatorteils durch Verbesserung eines Oberflächenzustandes der Kohlenstoffnanostrukturen und Verstärkung der Fähigkeit für das Tragen der feinen Metallteilchen. Eine weitere Verbesserung der Leistung ist für den Katalysator gewünscht.
Ein Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein poröses Teil einer erhöhten Oberfläche anzugeben, das für verschiedene Anwendungen wie Filter und eine Elektrode einer Sekundärbatterie verwendet werden kann.
Ein anderes Ziel dieser Erfindung liegt darin, ein Katalysatorteil anzugeben, das eine verbesserte Leistung im Vergleich zu konventionellen Katalysatorteilen aufweist.
Lösung des Problems
Ein poröses Teil entsprechend dieser Erfindung umfaßt ein Basisteil und Kohlenstoffnanostrukturen. Das Basisteil enthält einen porösen Körper mit einer Porosität von mehr als oder gleich 80%. Die Kohlenstoffnanostrukturen werden auf einer Oberfläche des Basisteils gebildet und haben eine Breite von gleich oder weniger als 100 nm.
Ein Katalysatorteil entsprechend dieser Erfindung umfaßt ein Basisteil aus einem porösen Körper, Kohlenstoffnanostrukturen, gebildet auf einer Oberfläche des Basisteil und einen Katalysator, der auf Oberflächen der Kohlenstoffnanostrukturen angeordnet ist.
Mit einer solchen Struktur ist, weil eine Vielzahl von Poren (zum Beispiel feine Poren) in der Oberfläche des Basisteils aus dem porösen Körper vorhanden sind, die Oberfläche pro Einheitsvolumen des Basisteils signifikant größer ist als bei einem allgemeinen Massenkörper. Demzufolge kann die Zahl der Kohlenstoffnanostrukturen, gebildet pro Einheitsvolumen des Basisteils, ebenfalls erhöht werden im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Kohlenstoffnanostrukturen auf einer Oberfläche des großen Massenkörpers gebildet sind. Wenn der Katalysator, der auf den Oberflächen der Kohlenstoffnanostrukturen angeordnet ist, eine konstante Dichte hat, kann die Dichte des Katalysators pro Einheitsvolumen des Katalysatorteils erhöht werden. Als Ergebnis kann ein Katalysatorteil mit hoher Leistung, der in der Lage ist, eine katalytische Reaktion mit einer hohen Dichte zu verursachen, implementiert werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dieser Erfindung kann ein poröses Teil mit einer erhöhten Oberfläche vorgesehen werden, das für verschiedene Anwendungen vorgesehen werden kann. Zusätzlich kann ein Katalysatorteil erhalten werden, das eine gute Leistung entfaltet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die ein poröses Teil entsprechend diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Bereich II in 1 zeigt.
3 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Bereich III in 2 zeigt.
4 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die ein anderes Beispiel des Bereiches III in 2 zeigt.
5 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die eine Kohlenstoffnanowand gemäß 4 zeigt.
6 ist eine schematische Ansicht, die eine Batterie unter Verwendung des porösen Teils entsprechend diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
7 ist eine schematische Ansicht, die eine Filtervorrichtung unter Verwendung des porösen Teils entsprechend diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
8 ist eine schematische Ansicht, die ein Wärmeableitteil unter Verwendung des porösen Teils gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
9 ist eine schematische Ansicht, die ein Wärmerohr unter Verwendung des porösen Teils entsprechend diesem Ausführungsbeispiel zeigt.
10 ist ein Elektronen-Abtastmikroskop-Photo von einem Beispiel des porösen Teils gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
11 ist eine vergrößerte Photographie, die einen Bereich des porösen Teils gemäß 10 zeigt.
12 ist eine vergrößerte Photographie, die einen Bereich des porösen Teils gemäß 10 zeigt.
13 ist ein Elektronen-Abtastmikroskop-Photo eines Katalysatorteils entsprechend dieser Erfindung.
14 ist eine schematische Ansicht, die ein Katalysatorteil entsprechend dieser Erfindung zeigt.
15 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Bereich II in 14 zeigt.
16 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die einen Bereich III in 15 zeigt.
17 ist eine vergrößerte schematische Ansicht einer Kohlenstoffnanostruktur gemäß 16.
18 ist eine vergrößerte schematische Ansicht, die eine Variation der Kohlenstoffnanostruktur gemäß 16 zeigt.
19 ist ein Elektronen-Abtastmikroskop-Photo des Katalysatorteils gemäß dieser Erfindung.
20 ist ein vergrößertes Photo, das einen Bereich des Katalysatorteils gemäß 19 zeigt.
21 ist ein vergrößertes Photo, das einen Bereich des Katalysatorteils gemäß 19 zeigt.
22 ist ein vergrößertes Photo, das einen Bereich des Katalysatorteils gemäß 19 zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[Beschreibung von Ausführungsbeispielen dieser Erfindung]
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird festgestellt, daß identische oder entsprechende Teile in den Zeichnungen, die unten beschrieben sind, durch gleiche Bezugszeichen dargestellt werden, und die Beschreibung von diesen wird nicht wiederholt.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein poröses Teil 1 entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel umfaßt ein Basisteil 5 und Kohlenstoffnanostrukturen (10, 20). Das Basisteil 5 enthält einen porösen Körper mit einer Porosität von mehr als oder gleich 80%. Die Kohlenstoffnanostrukturen (10, 20) werden auf einer Oberfläche des Basisteils gebildet und haben eine Breite von weniger als oder gleich 100 nm.
Mit einer solchen Struktur kann die Oberfläche des porösen Teils signifikant erhöht werden durch Verwendung des porösen Körpers mit einer Porosität von mehr als oder gleich 80% als Basisteil 5 und durch Bildung der Kohlenstoffnanostrukturen mit einer Breite von gleich oder weniger als 100 nm auf der Oberfläche des Basisteils 5. Somit können ausgezeichnete Eigenschaften durch Verwendung des porösen Teils für Anwendungen wie Filter, Katalysator oder eine Elektrode einer Batterie erhalten werden. Weiterhin kann die Ventilationsresistenz im porösen Teil 1 ausreichend reduziert werden durch Einstellen der Porosität des Basisteils auf mehr oder gleich 80%, und ein Druckverlust eines Fluids, das behandelt werden soll (zum Beispiel Gas) kann unterdrückt werden durch Anwenden des porösen Teils 1 für ein Filter oder einen Katalysator (zum Beispiel ein Katalysatorteil mit einem Katalysator, der auf Oberflächen von Kohlenstoffnanostrukturen angeordnet ist).
Es wird festgestellt, daß die Porosität (%) hierin als (l – (spezifisches Scheingewicht des porösen Körpers)/(wahres spezifisches Gewicht eines Materials, das den porösen Körper ausmacht)) × 100 definiert wird. Je höher die Rate der feinen Poren im Basisteil ist, um so höher ist der Wert der Porosität.
Im oben beschrieben porösen Teil 1 kann eine Vielzahl von feinen Poren in der Oberfläche des Basisteils 5 abgebildet werden. Im Basisteil 5 können die Kohlenstoffnanostrukturen (10, 20) von der Oberfläche zu Seitenwänden der feinen Poren, die im Inneren der Oberfläche gebildet sind, gebildet werden. In diesem Fall wird die Fläche eines Bereiches, worin die Kohlenstoffnanostrukturen (10, 20) gebildet sind, erhöht und als Ergebnis kann die Oberfläche des porösen Teils 1 weiter erhöht werden.
Im oben beschriebenen porösen Teil 1 kann ein Material, das das Basisteil 5 ausmacht, Metall enthalten. In diesem Fall kann eine ausreichend hohe Festigkeit für das poröse Teil 1 erhalten werden. Durch Verwendung von Metall, das ein Leiter ist, als Material für das Basisteil 5, kann ein elektrischer Strom durch das poröse Teil 1 geleitet werden, und somit kann ein poröses Teil 1 leicht für eine Anwendung wie eine Elektrode einer Sekundärbatterie verwendet werden.
Im oben beschriebenen porösen Teil 1 kann das Material, das das Basisteil 5 ausmacht, Keramik enthalten. In diesem Fall kann die Hitzeresistenztemperatur des porösen Teils 1 im Vergleich zu dem Fall erhöht werden, bei dem ein allgemeines Metall als Basisteil 5 verwendet wird. Wenn das poröse Teil 1 beispielsweise für einen Katalysator oder dergleichen verwendet wird, kann demzufolge die Temperatur für die Verwendung des Katalysators auf einen ausreichend hohen Temperaturbereich eingestellt werden.
Im oben beschriebenen porösen Teil 1 kann der Druckverlust, wenn das poröse Teil 1 eine Dicke von 10 mm und ein gemessener Winddruck 2 m/s ist, gleich oder weniger als 1000 Pa sein. In diesem Fall ist der Druckverlust (Ventilationsresistenz) des porösen Teils 1 in einem ausreichend niedrigen Zustand und somit kann der Druckverlust, wenn ein Fluid, wie ein Gas durch das poröse Teil zum Fließen gebracht wird, ausreichend niedrig gehalten werden.
[Details des Ausführungsbeispiels dieser Erfindung]
(Struktur des porösen Teils)
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 wird ein poröses Teil 1 als ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben. Für das poröse Teil 1 kann irgendeine Form wie eine flache Plattenform, Säulenform oder Röhrenform angewandt werden.
Das poröse Teil 1 enthält ein Basisteil 5, umfassend den porösen Körper und Kohlenstoffnanoröhren 10 als ein Beispiel der Kohlenstoffnanostrukturen, die auf der Oberfläche des Basisteils 5 gebildet sind. Das Basisteil 5 hat eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, wie in 2 gezeigt ist. Von einem anderen Gesichtspunkt her hat ein Netzwerkstrukturbereich 3, umfassend das Basisteil 5 und Kohlenstoffnanoröhren 10, die auf der Oberfläche des Teils 5 gebildet sind, eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, wie in 2 gezeigt ist. Kohlenstoffnanoröhren 10 werden auf der Innenseite der feinen Poren, die sich nach Innen von der äußersten Oberfläche des porösen Teils 1 erstrecken, gebildet. Es wird festgestellt, daß anstelle von Kohlenstoffnanoröhren 10, die auf der Oberfläche des Basisteils 5 gebildet sind, Kohlenstoffnanowände 20 (siehe 4 und 5) als andere Kohlenstoffnanostrukturen gebildet werden können. Alternativ können sowohl Kohlenstoffnanoröhren 10 als auch Kohlenstoffnanowände 20 (siehe 4 und 5) auf der Oberfläche des Basisteils 5 gebildet werden. Als solche Kohlenstoffnanostrukturen, die auf der Oberfläche des Basisteils 5 gebildet sind, können Mikrostrukturen mit einer Breite von weniger als oder gleich 100 nm und die aus Kohlenstoff gebildet sind, wie Graphittafeln ebenfalls gebildet sein.
Kohlenstoffnanorohr 10 betrifft eine Struktur in der Form eines co-axialen Rohrs aus einer einzelnen oder vielen Schichten von Graphen-Lagen, die aus Kohlenstoff gebildet sind. Weiterhin betrifft Kohlenstoffnanowand 20 eine Bandartige Struktur, die sich von der Oberfläche eines Basismaterials (Basisteil 5) erstreckt und aus einer einzelnen oder vielen Schichten von Graphen-Lagen gebildet ist. Von einem anderen Gesichtspunkt her betrifft eine Kohlenstoffnanowand 20 eine Wand-artige Struktur mit einer Dicke T von weniger als oder gleich 50 nm, einer Höhe H von mehr als oder gleich 50 nm und einer Länge in einer Richtung entlang der Oberfläche des Basisteils 5 von mehr als oder gleich 100 nm.
Als Basisteil 5 kann beispielsweise ein poröses Metallteil verwendet werden. Als Metallteil kann irgendein Metall, das als dünner Film durch ein Elektroplattierverfahren gebildet werden kann, wie beispielsweise Nickel (Ni), Eisen (Fe), Nickel-Chrom-Legierung (Ni-Cr-Legierung), Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au) oder Aluminium (Al) als Material verwendet werden, das das Basisteil 5 ausmacht. Beispiele eines Metallmaterials, das als Metallmaterial verwendet werden kann, das das Basisteil 5 ausmacht, umfassen Edelstahl oder ein Metall, das pulverisiert und in einer Aufschlämmung enthalten sein kann, so daß die Aufschlämmung auf einen porösen Körper wie einen Schwamm oder ein Vlies aufgetragen werden kann.
Als Material für das Basisteil 5 kann weiterhin beispielsweise ein anorganisches Material ebenfalls verwendet werden. Als anorganisches Material kann beispielsweise Quarzglas (SiO₂) verwendet werden. Wenn Quarzglas verwendet wird, kann das Basisteil 5, umfassend Quarzglas, durch ein Sol-Gel-Verfahren gebildet werden. Als Material, das das Basisteil 5 ausmacht, kann zusätzlich ein anderes Multi-Komponentenglas (zum Beispiel SiO₂-Al₂O₃-B₂O₅ oder dergleichen) verwendet werden. In diesem Fall kann ein Basisteil 5, umfassend ein Multi-Komponentenglas, beispielsweise durch Auftragen einer Aufschlämmung, umfassen ein Quellenmaterial für das Multi-Komponentenglas, auf einen Schwamm, ein Vlies oder dergleichen und Brennen dieses Materials gebildet werden.
Als Material, das das Basisteil 5 ausmacht, kann ebenfalls Keramik verwendet werden. Als Keramik kann beispielsweise eine Ein-Komponenten-Keramik wie Al₂O₃, AlN und SiC oder Viel-Komponentenkeramik wie Mullit (Al₂O₃-SiO₂) und Cordierit (MgO-Al₂O₃-SiO₂) verwendet werden. Auch in diesem Fall kann das Basisteil 5 für das Sol-Gel-Verfahren oder unter Verwendung einer Aufschlämmung, die ein Quellenmaterial enthält, wie bei dem oben beschriebenen Glasmaterial und dergleichen hergestellt werden.
Ein Kohlenstoffnanorohr 10, das ein Beispiel der Kohlenstoffnanostruktur ist, die auf der Oberfläche des Basisteils 5 gebildet ist, kann einen Durchmesser von beispielsweise mehr als oder gleich 0,34 nm und weniger als gleich 100 nm aufweisen. Ein Kohlenstoffnanorohr 10 kann eine Länge von beispielsweise gleich oder weniger als 10 μm haben. Zusätzlich kann die Kohlenstoffnanowand 20, die in den 4 und 5 gezeigt ist, eine Dicke T von beispielsweise mehr als oder gleich 0,34 nm und weniger als oder gleich 15 nm haben. Eine Kohlenstoffnanowand 20 kann eine Höhe H von mehr als oder gleich 60 nm und weniger als oder gleich 7 μm haben. Der Abstand zwischen benachbarten Kohlenstoffnanowänden 20 kann beispielsweise auf mehr als oder gleich 50 nm und weniger als oder gleich 1000 nm eingestellt werden.
In dem oben beschriebenen porösen Teil 1 werden die Kohlenstoffnanostrukturen weiterhin auf der Oberfläche des Basisteils 5, das den porösen Körper enthält, gebildet und somit kann die Oberfläche davon im Vergleich zu einem einfachen porösen Körper erhöht werden. Als Ergebnis kann ein Teil mit einer signifikant großen Oberfläche pro Einheitsvolumen erhalten werden. Wenn ein poröses Teil 1 entsprechend dieser Erfindung als Träger für einen Katalysator verwendet wird (beispielsweise wenn ein Katalysator auf den Oberflächen der Kohlenstoffnanostrukturen angeordnet ist), kann die Menge des Katalysators pro Einheitsvolumen erhöht werden und ein Katalysator mit hoher Leistung kann implementiert werden.
Durch Verwendung eines porösen Teils 1 bei einem Bereich im Kontakt mit einem Kühlmittel eines Wärmetauschers, kann weiterhin die Effizienz des Wärmeaustausches mit dem Kühlmittel (Wärmemedium) verbessert werden. Wenn das oben beschriebene poröse Teil 1 beispielsweise für einen Filter verwendet wird, werden feinere Irregularitäten die Kohlenstoffnanostrukturen, die auf der Oberfläche des Basisteils 5 gebildet sind, im Vergleich zu dem Fall gebildet, wenn ein konventioneller poröser Körper verwendet wird. Daher können feine Teilchen mit einem kleinen Durchmesser gefangen werden, die durch einen konventionellen Filter nicht gefangen werden können. Als Ergebnis kann Staub effizienter eingefangen werden. Weil die Oberfläche pro Einheitsvolumen des porösen Teils 1 signifikant erhöht werden kann, kann das poröse Teil 1 zusätzlich beispielsweise für ein Material für eine Elektrode einer Batterie verwendet werden, die eine große Oberfläche erfordert.
(Verfahren zur Herstellung des porösen Teils)
Ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Teils 1, gezeigt in den 1 bis 5, wird beschrieben. Zunächst wird ein Material-Herstellungsschritt (S10) durchgeführt. Spezifisch wird ein Basisteil 5, das ein poröser Körper ist, hergestellt. Als Basisteil 5 kann beispielsweise ein poröser Körper, der Nickel enthält, hergestellt werden. Es wird festgestellt, daß als Material, das das Basisteil 5 ausmacht, irgendein anderes Metall (zum Beispiel Kupfer, Gold oder dergleichen) oder ein anorganisches Material wie Glas oder Keramik verwendet werden kann.
Als Verfahren zur Herstellung eines Basisteils 5 können die unten beschriebenen Verfahren weiterhin verwendet werden. Beispielsweise wird eine Metallschicht auf einer Oberfläche eines porösen Körpers mit Kommunikationsporen (ein geschäumter Harzformkörper) gebildet. Als Formgebungsverfahren kann ein Flüssigphasenverfahren wie Elektroplattieren und stromloses Plattieren oder ein Gasphasenverfahren wie ein Verdampfungsverfahren, Sputterverfahren und CVD-Verfahren verwendet werden. Danach kann ein solches Verfahren verwendet werden, daß eine Wärmebehandlung mit dem porösen Körper durchgeführt wird, zum Auflösen des porösen Körpers, und wenn die Metallschicht, die der Wärmebehandlung unterworfen ist, oxidiert wird, wird eine Reduktionsbehandlung auf der Metallschicht durchgeführt.
Als Verfahren zur Herstellung des Basisteils 5 kann ebenfalls ein solches Verfahren verwendet werden, daß eine Aufschlämmung, die das Material für die Bildung des Basisteils 5 enthält (beispielsweise Metall oder dergleichen), auf der Oberfläche des geschäumten Harzformkörpers, der oben beschrieben ist, aufgetragen und eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, zum Auflösen des Formkörpers zur Bildung eines Films aus dem Material in der Aufschlämmung.
Dann werden Nanoteilchen, die als Katalysator zum Bilden der Kohlenstoffnanostrukturen (zum Beispiel Kohlenstoffnanoröhren 10) dienen, auf der Oberfläche des Basisteils 5 angeordnet. Beispiele eines Materials, das als Material für die Nanoteilchen verwendet werden kann, umfassen Eisen (Fe), Nickel (Ni), Cobalt (Co) und dergleichen. Diese Nanoteilchen werden auf der Oberfläche eines Basisteils 5 durch irgendein konventionell bekanntes Verfahren gebildet. Beispielsweise können die Nanoteilchen unter Verwendung eines solchen Verfahrens gebildet werden, daß das Basisteil 5 in eine Lösung eingetaucht wird, worin Metallnanoteilchen, die als Katalysator dienen, dispergiert sind, und danach das Basisteil 5 getrocknet wird. Es wird festgestellt, daß dann, wenn das Material für das Basisteil 5 als Katalysator zur Bildung der Kohlenstoffnanostrukturen agiert, es nicht notwendig ist, obige Nanoteilchen anzuordnen. Wenn Kohlenstoffnanowände 20 als Kohlenstoffnanostrukturen gebildet sind, ist es nicht notwendig, die Metallnanoteilchen auf der Oberfläche des Basisteils 5 wie oben beschrieben dispersiv anzuordnen.
Als nächstes wird der Schritt zum Wachsen der Kohlenstoffnanostrukturen (S20) durchgeführt. Bei diesem Schritt (S20) können die Kohlenstoffnanostrukturen (10, 20) durch irgendein Verfahren gebildet werden, und bevorzugt kann ein chemisches Dampf-Niederschlagsverfahren (CVD-Verfahren) verwendet werden. Somit kann ein poröses Teil 1, das in den 1 bis 5 gezeigt ist, erhalten werden.
(Eigenschaften des porösen Teils)
Ein poröses Teil 1 kann eine Porosität von beispielsweise mehr als oder gleich 50% und weniger als oder gleich 98% aufweisen. Die Porosität ist bevorzugt mehr als oder gleich 80% und weniger als oder gleich 98% und mehr bevorzugt mehr als oder gleich 90% und weniger als oder gleich als 98%. Weiterhin kann bei den Poren im porösen Teil 1 die Zahl der Poren pro Einheitslänge (1 cm) willkürlich in einem Bereich von beispielsweise mehr als oder gleich 2 und weniger als oder gleich 60 eingestellt werden, indem die Strukturen des geschäumten Harzformkörpers hergestellt werden, der zur Bildung des Basisteils 5 verwendet wird. Es wird festgestellt, daß die Anzahl der Poren pro Einheitslänge durch Einstellen von geraden Linien mit einer Einheitslänge bei irgendwelchen 5 Stellen auf einer Probenoberfläche des porösen Teils 1, Messen der Zahl der Poren, die durch jede gerade Linie gekreuzt werden und Berechnen des Durchschnittswertes der Meßwerten spezifiziert wird.
Weiterhin kann der Druckverlust des porösen Teils 1 gleich weniger als 1000 Pa sein, wenn eine gemessene Windgeschwindigkeit 2 m/s ist und das poröse Teil als Probe eine Dicke von 10 mm hat. Der Druckverlust ist bevorzugt weniger als oder gleich 500 Pa und mehr bevorzugt weniger als oder gleich 150 Pa. Es wird festgestellt, daß der Druckverlust durch irgendein konventionell bekanntes Verfahren gemessen werden kann, und beispielsweise kann ein Verfahren, das unten beschrieben ist, verwendet werden. Zunächst wird das poröse Teil als Probe innerhalb einer Meßleitung angeordnet, und ein U-Rohr-Manometer wird so angeordnet, daß es mit dem Inneren der Meßleitung auf jeder einer Aufwärtsseite und einer Abwärtsseite des porösen Teils unten ist. In diesem Zustand wird ein Gas von der Aufwärtsseite in die Meßleitung geleitet, und der Druck auf der Aufwärtsseite (Einlaßdruck) und der Druck auf der Abwärtsseite (Auslaßdruck) des porösen Teils werden durch das obige U-Rohr-Manometer gemessen. Der Druckverlust wird durch ein Gleichung ”Einlaßdruck (d. h. statischer Druck bei der Aufwärtsseite) – Auslaßdruck (d. h. statischer Druck an der Abwärtsseite)” ausgedrückt und kann als Unterschied in dem Flüssigniveau einer Flüssigkeit (Wasser) in dem obigen U-Rohr-Manometer gemessen werden.
(Anwendungsbeispiele eines porösen Teils)
Unter Bezugnahme auf 6 enthält eine Batterie 30 unter Verwendung des porösen Teils entsprechend diesem Ausführungsbeispiel hauptsächlich eine positive Elektrode 31, die aus dem porösen Teil 1 entsprechend dieser Erfindung ist, eine negative Elektrode 32, einen Separator 33, eine elektrolytische Lösung 34 und einen Behälter 35. Die positive Elektrode 31, die aus dem porösen 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel gebildet ist, das wie oben beschrieben ist, ist im Inneren des Behälters 35 angeordnet. Die negative Elektrode 32 ist so angeordnet, daß sie der positiven Elektrode 31 gegenüberliegt. Der Separator 33 ist zwischen der positiven Elektrode 31 und der negativen Elektrode 32 angeordnet. Das Innere des Behälters 35 wird mit elektrolytischer Lösung 34 gefüllt. Die Enden werden verbunden und erstrecken sich von der positiven Elektrode 31 und der negativen Elektrode 32 nach außen auf den Behälter 35.
Für die positive Elektrode 31 kann Metall als Basisteil 5 verwendet werden. Als Metall, das das Basisteil 5 ausmacht, kann beispielsweise Aluminium oder dergleichen verwendet werden. Durch Anwendung des porösen Teils 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel bei der positiven Elektrode 31 wie oben beschrieben, kann die Oberfläche pro Einheitsvolumen der positiven Elektrode 31 erhöht werden. Als Ergebnis kann die Leistung der Batterie verbessert werden. Es wird festgestellt, daß die Struktur der Batterie 30 nicht auf die in 6 dargestellte Figur beschränkt ist. Beispielsweise kann ein Laminat, umfassend die positive Elektrode 31, den Separator 33 und die negative Elektrode 32, die wie eine Spule gewickelt sind, innerhalb des Behälters 35 angeordnet sein, oder eine Vielzahl von Laminaten, die jeweils eine positive Elektrode 31, Separator 33 und negative Elektrode 32 enthalten, können hergestellt und innerhalb des Behälter 35 angeordnet sein.
Bezugnehmend auf 7 wird eine Filtervorrichtung 40 unter Verwendung eines porösen Teils 1, entsprechend dieses Ausführungsbeispiels als Filter beschrieben. Die Filtervorrichtung 40 ist beispielsweise ein Öl-Nebel-Kollektor und dergleichen, worin ein Filter 41, bei dem ein poröses Teil 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel angeordnet ist, innerhalb eines Gehäuses 43 angeordnet ist, und ein Belüfter 42 ist an dem Gehäuse 43 installiert. Eine Öffnung 44 zum Einführen eines zu filternden Gases wird an einem Bereich des Gehäuses gebildet, der dem Filter 41 gegenüberliegt. Im porösen Teil 1, das den Filter 41 ausmacht, kann beispielsweise Metall wie Edelstahl, eine Nickel-Chrom-Legierung oder Nickel als Material für das Basisteil 5 verwendet werden. Wenn Edelstahl als Material für das Basisteil 5 verwendet wird, können die Herstellungskosten des Filters 41 verhältnismäßig vermindert werden und die Wärmeresistenz und Oxidationsresistenz des Filters 41 können verbessert werden. Wenn eine Nickel-Chrom-Legierung als Material für das Basisteil 5 verwendet wird, kann die Wärmeresistenz des Filters 41 verbessert werden, obwohl die Herstellungskosten höher werden im Vergleich zu dem Fall, bei dem Edelstahl verwendet wird.
Bei der Filtervorrichtung 40 wird durch Betrieb des Lüfters 42 das zu filtrierende Gas in der Öffnung 44 in das Gehäuse 43 eingeführt, wie durch einen Pfeil angezeigt ist. Wenn das Gas durch den Filter 41 gelangt, kommt das Gas mit der Oberfläche des porösen Teils 1, das den Filter 41 ausmacht, in Kontakt (Oberfläche, auf der die Kohlenstoffnanostrukturen gebildet sind), und hierdurch können Substanzen, die im Gas enthalten sind und gefiltert werden sollen (zum Beispiel Öl. feine Teilchen und dergleichen) beim Filter 41 eingefangen werden. Nach dem Einfangen der Substanzen, die gefiltert werden sollen, wie Öl, feine Teilchen und dergleichen fließt das Gas durch das Gehäuse 43, wie durch einen Pfeil gezeigt ist, und wird durch den Lüfter 42 nach außen aus dem Gehäuse 43 emittiert.
Es wird festgestellt, daß während der Filter 41 nur aus dem porösen Teil 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel gebildet sein kann, ein anderer Filter, der aus einem anderen Vlies oder einem anderen Teil gebildet ist, auf der Aufwärtsseite des porösen Teils 1 angeordnet sein kann (auf einer Seite, die näher an der Öffnung 44 liegt).
Mit dieser Struktur kann die Einfangrate von zu filtrierenden Substanzen, die kleinere Größen haben als konventionelle Substanzen, verbessert werden.
Unter Bezugnahme auf 8 wird ein Wärmeableitteil 50, bei dem das poröse Teil 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, beschrieben. Unter Bezugnahme auf 8 enthält ein Wärmeableitteil 50 hauptsächlich einen Grundkörper 52, umfassend Metall oder dergleichen und einen Wärmeableiter 51, der mit einem Basiskörper 52 verbunden ist. Der Wärmeableiter 51 ist aus einem porösen Teil 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben gebildet. Weiterhin ist eine Vielzahl von vorstehenden Lamellen an einer Oberfläche des Wärmeableiters 51 gebildet. Es wird festgestellt, daß die Form des Wärmeableiters 51 nicht auf die Struktur wie in 8 gezeigt ist beschränkt ist und irgendeine andere Struktur kann hierfür angewandt werden.
Durch Verwendung des porösen Teils entsprechend diesem Ausführungsbeispiel für den Wärmeableiter 51 wie oben beschrieben kann die Oberfläche des Wärmeableiters 51 erhöht werden, und somit kann die Kontaktfläche zwischen dem Wärmeableiter 51 und einem Kühlmedium (zum Beispiel Luft, Kühlwasser oder dergleichen), das mit dem Wärmeableiter 51 in Kontakt gelangt, erhöht werden. Als Ergebnis kann die Wärmeableiteffizienz bei dem Wärmeableitteil 50 weiter verbessert werden.
Unter Bezugnahme auf 9 wird ein Wärmerohr 60, bei dem das poröse Teil 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, beschrieben. Das Wärmerohr 60 enthält hauptsächlich ein röhrenförmiges Gehäuse 62, einen Verdampfer 61, der an einem Ende des Inneren des Gehäuses 62 angeordnet ist, und eine innerhalb des Gehäuses 62 enthaltene Arbeitslösung 67. Es wird festgestellt, daß der Druck im Inneren des Gehäuses 62 reduziert wird, bis im wesentlichen ein Vakuumzustand etabliert ist. Das poröse Teil 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben wird, wird bei dem Verdampfer 61 verwendet.
Nachfolgend wird der Betrieb des Wärmerohrs 60 kurz beschrieben. Bei dem Gehäuse 62 wird ein Endbereich, bei dem der Verdampfer 61 angeordnet ist, erwärmt und ein Endbereich auf der anderen Seite wird gekühlt. Als Ergebnis verdampft an dem erwärmten Endbereich (Endbereich, bei dem der Verdampfer 61 angeordnet ist) Arbeitsflüssigkeit 67 und Dampf aus der Flüssigkeit wird erzeugt. Der Dampf fließt innerhalb des Gehäuses 62, wie durch einen Pfeil 64 angezeigt ist, wird in einem anderen Endbereich des Gehäuses 62 gekühlt und hierbei zu einer Flüssigkeit kondensiert. Zu einer Flüssigkeit kondensierte Arbeitsflüssigkeit 67 fließt im Inneren des Gehäuses 62 zum Verdampfer 61, wie durch einen Pfeil 66 gezeigt ist. Wenn der eine Endbereich des Wärmerohrs 60 wie durch einen Pfeil 63 gezeigt, erwärmt wird, verteilt sich Wärme an dem anderen Endbereich, wie durch einen Pfeil 65 gezeigt ist, im Zusammenhang mit der Kondensation der verdampften Arbeitsflüssigkeit 67, wie durch den Pfeil 65 angezeigt ist. Durch latenten Wärmetransfer in Assoziation mit der Verdampfung und Kondensierung der Arbeitsflüssigkeit 67 innerhalb des Gehäuses 62 des Wärmerohrs 60 wird eine große Menge an Wärme von der Seite an dem einen Endbereich, bei dem ein Wärmebereich (Verdampfer 61) angeordnet ist, zu der Seite eines Kühlbereiches (Seite des anderen Endbereiches bei dem Gehäuse 62) unter Anwendung eines kleinen Temperaturunterschiedes an beiden Endbereichen des Gehäuses 62 transferiert.
In einem solchen Wärmerohr 60 können Wärmetransfereigenschaften von dem 100-fachen im Vergleich zu einem Gehäuse erzielt werden, bei dem beispielsweise die Wärmeleitung in einer Kupfer-Rundstange der gleichen Größe berücksichtigt wird. Es wird festgestellt, daß zur Bewegung der Arbeitsflüssigkeit 67 von dem Kühlbereich in Richtung zu dem Erwärmungsbereich, wie durch den Pfeil 66 angezeigt ist, eine solche Konfiguration angewandt werden kann, daß beispielsweise ein Drahtnetz (Wig) im Inneren des Gehäuses 62 von dem Kühlbereich zum Wärmebereich angeordnet ist oder ein kleiner Graben (Rille) an der Innenwand des Gehäuses 62 von dem Kühlbereich in Richtung zum Wärmebereich gebildet wird, zum Rückfluß der Arbeitsflüssigkeit 67 durch Kapillarwirkung, die durch Oberflächenspannung der Arbeitsflüssigkeit 67 verursacht wird. Ein solches Wärmerohr wird als sogenanntes Netztyp-Wärmerohr bezeichnet.
Es ist festzustellen, daß irgendein anderer Typ als Typ des Wärmerohrs 60 verwendet werden kann. Beispielsweise kann ein Typ angewandt werden, bezeichnet als Thermosiphon-Typ, worin ein Kühlbereich oberhalb eines Wärmebereiches in der vertikalen Richtung angeordnet ist, das heißt das Gehäuse 62 angeordnet ist, so daß es in vertikaler Richtung steht. In diesem Fall wird die Gravität zur Bewegung der Arbeitsflüssigkeit 67 von dem Kühlbereich zum Wärmebereich verwendet. Weiter kann das poröse Teil 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel für einen Wärmebereich in einem selbst angeregten Vibrations-Typ-Wärmerohr angewandt werden.
In diesem Fall kann durch Anwenden des porösen Teils 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel als Verdampfer 61 die Kontaktfläche zwischen der Arbeitslösung 67 und dem Verdampfer 61 erhöht werden, und somit kann Arbeitsflüssigkeit 67 effizienter genutzt werden. Als Ergebnis können die Wärmetransfereigenschaften des Wärmerohrs 60 weiter verbessert werden.
Es wird festgestellt, daß wenn das Material, das das Basisteil 5 des porösen Teils 1 ausmacht, für das Wärmeableitteil 50 und Wärmerohr 60 wie oben beschrieben verwendet wird, ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit und ausgezeichneter chemischer Dauerhaftigkeit verwendet werden kann, wie beispielsweise Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au), Aluminium (Al), Aluminiumnitrid (AlN), Siliciumcarbid (SiC) oder dergleichen.
(Beispiel 1)
Als Beispiel des porösen Teils entsprechend diesem Ausführungsbeispiel wurde ein poröser Metallkörper mit Kohlenstoffnanostrukturen, gebildet auf einer Oberfläche davon, als Prototyp vorgesehen wie unten beschrieben. Als Probe wurde in poröser Körper aus Nickel (Celmet (eingetragene Marke) aus Nickel) hergestellt.
<Herstellungsverfahren>
In einem elektrischen Ofen mit einem Quarz-Reaktionsrohr wird ein Basisteil innerhalb des Quarz-Reaktionsrohrs auf eine bestimmte Temperatur erwärmt. Während ein Inertgas, umfassend Kohlenwasserstoff als Quellengas, in das Quarz-Reaktionsrohr für eine bestimmte Zeit fließt, werden Kohlenstoffnanoröhren gebildet und natürlich gekühlt.
Ein Basisteil wird auf eine gewünschte Temperatur innerhalb eines Behälters einer Plasma-CVD-Vorrichtung vom induktiven Kupplungstyp erwärmt. Danach werden Kohlenwasserstoff und Gase wie ein Inertgas und Wasserstoffgas von dem Gaseinführbereich in den Behälter geführt. Dann wird eine hohe Frequenz mit 13,56 MHz von einer Hochfrequenz-Energiequelle auf die Elektroden innerhalb des Behälters für eine bestimmte Zeit geführt, zur Bildung von Kohlenstoffnanowänden im Basisteil.
<Ergebnis>
10 bis 13 zeigten Elektronenmikroskopabtast-Photos des porösen Körpers, erhalten wie oben beschrieben mit den Kohlenstoffnanowänden, die auf der Oberfläche gebildet sind. 10 zeigt einen Bereich der Oberfläche des porösen Körpers mit einer Vergrößerung von 10. Weiterhin ist 11 eine vergrößerte Photographie, die eine Oberfläche des Netzwerk-Strukturbereiches 3, lokalisiert an der äußersten Oberfläche (erste Schicht) des porösen Körpers zeigt. Die Vergrößerung in 11 ist 5000. Weiterhin sind die 12 und 13 vergrößerte Photographien, die Netzwerkstrukturbereiche 3, die an der zweiten bzw. dritten Schicht lokalisiert sind, von der äußersten Oberfläche des porösen Körpers zeigen. Die Vergrößerung in den 12 und 14 ist 5000.
Wie aufgrund der Photographien gemäß den 10 bis 13 ersichtlich ist, werden die Kohlenstoffnanostrukturen ausreichend bei jeder ersten bis dritten Schichten in dem Netzwerkstrukturbereich 3 des porösen Körpers gebildet. In dem porösen Körper mit den Kohlenstoffnanostrukturen, gebildet von einer Oberflächenschicht zu dem Inneren wie oben beschrieben, kann die Oberfläche pro Einheitsvolumen ausreichend erhöht werden.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Unter Bezugnahme auf die 14 bis 17 wird ein Katalysatorteil 100 entsprechend dieser Erfindung beschrieben. Für das Katalysatorteil 100 entsprechend dieser Erfindung kann irgendeine Form wie eine Flachplattenform, Säulenform oder Röhrenform angewandt werden. Ein Katalysatorteil 100 umfaßt ein Basisteil 500 aus einem porösen Körper, Kohlenstoffnanostrukturen 200, gebildet auf einer Oberfläche des Basisteils 500, und einen Katalysator 220, angeordnet auf Oberflächen der Kohlenstoffnanostrukturen 200. Das Basisteil 500 hat eine Netzwerkstruktur wie in 15 gezeigt. Von einem anderen Gesichtspunkt her hat ein Netzwerk-Strukturbereich 300, umfassend ein Basisteil 500 und Kohlenstoffnanostrukturen 200 mit dem Katalysator 220, gebildet auf den Oberflächen davon, eine dreidimensionale Netzwerkstruktur, wie in 15 gezeigt ist. Beispiele von Kohlenstoffstrukturen 200 umfassen Kohlenstoffnanoröhren, Kohlenstoffnanowände, Graphitbänder und dergleichen. Nachfolgend wird die Kohlenstoffnanostruktur 200 mit dem Katalysator 200, gebildet auf der Oberfläche davon, als Katalysator-versehene Kohlenstoffnanostruktur 110 bezeichnet. Als Basisteil 500 kann beispielsweise ein poröses Metallteil verwendet werden. Spezifisch kann als Basisteil 500, beispielsweise ein poröses Teil aus Nickel verwendet werden.
Mit einer solchen Struktur ist, weil eine Vielzahl von feinen Poren in der Oberfläche des Basisteils 500, erzeugt aus dem porösen Körper und mit der dreidimensionalen Netzwerkstruktur (das heißt Netzwerk-Strukturbereich 300) wie in 15 gezeigt ist, vorhanden ist, die Oberfläche pro Einheitsvolumen des Basisteils 500 signifikant größer als die eines allgemeinen Massenkörpers. Demzufolge kann die Zahl der Katalysator-versehenen Kohlenstoffnanoröhren 110, gebildet pro Einheitsvolumen des Basisteils 500, ebenfalls erhöht werden im Vergleich zu den bei dem Katalysator vorgesehenen Kohlenstoffnanostrukturen 110 auf einer Oberfläche des bloßen Massenkörpers. Wenn der Katalysator 220, der auf der Oberfläche der Katalysator-versehenen Kohlenstoffnanostrukturen 110 angeordnet ist, eine konstante Dichte hat, kann die Dichte des Katalysators 220 pro Einheitsvolumen des Katalysatorteils 100 erhöht werden. Als Ergebnis kann ein Katalysatorteil 100 mit hoher Leistung, das eine katalytische Reaktion mit hoher Dichte haben kann, implementiert werden.
In dem oben beschriebenen Katalysatorteil 100 kann eine Vielzahl von feinen Poren in der Oberfläche des Basisteils 500 gebildet sein. Von einem anderen Gesichtspunkt her hat das Basisteil 500 ein dreidimensionale Netzwerkstruktur und die Vielzahl der feinen Poren sind in dem Basisteil 500 gebildet und erstrecken sich von der äußersten Oberfläche zum Inneren davon. Zusätzlich sind in dem Basisteil 500 Katalysator-versehene Kohlenstoffnanostrukturen 110 in der oberen Oberfläche zu Seitenwänden der feinen Poren, die im Inneren der Oberfläche lokalisiert sind, gebildet. In diesem Fall werden Katalysator-versehene Kohlenstoffnanostrukturen 110 zum Inneren der feinen Poren gebildet, die sich um Inneren des Basisteils 500 erstrecken, und als Ergebnis ist der Katalysator 220, der auf den Oberflächen der Kohlenstoffnanostrukturen 200 angeordnet ist, ebenfalls zum Inneren des Basisteils 500 angeordnet.
Im Katalysatorteil 100, wie oben beschrieben ist der Katalysator 220 eine teilchenförmige Substanz, die dispersiv auf der Oberfläche der Kohlenstoffnanostruktur 200, die wie in 17 gezeigt, angeordnet ist. In diesem Fall ist der Katalysator 220 auf der Oberfläche der feinen Kohlenstoffnanostruktur 200 als feinere teilchenförmige Substanz angeordnet. Daher kann die Leistung des Katalysatorteils 100 insbesondere bei Verwendung des Katalysators 220 verbessert werden, der vorteilhafterweise bei einer katalytischen Reaktion agiert, wenn er in kleiner Größe dispersiv angeordnet ist.
In dem Katalysatorteil 100, wie oben beschrieben, kann der Katalysator 220 eine Film-artige Substanz sein, die zumindest einen Bereich an der Seitenwand von einer Kohlenstoffnanostruktur 200 deckt, wie in 18 gezeigt ist. In diesem Fall kann die Oberfläche des Katalysators 220 erhöht werden im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Katalysator 220 als teilchenförmige Substanz auf der Oberfläche der Kohlenstoffnanostruktur 200, wie in 18 gezeigt, angeordnet ist. Daher kann die Leistung des Katalysatorteils 100, insbesondere bei Verwendung des Katalysators 220 verbessert werden, der vorteilhafterweise mit einer katalytischen Reaktion agiert, wenn er eine große Oberfläche hat.
Im oben beschriebenen Katalysatorteil 100 kann der Katalysator 220 zumindest ein Metall enthalten, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Platin (Pt), Gold (Au), Vanadium (V), Chrom (Cr), Mangan (Mn), Eisen (Fe), Cobalt (Co), Nickel (Ni), Kupfer (Cu), Niob (Nb), Molybdän (Mo), Ruthen (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Silber (Ag), Tantal (Ta), Wolfram (W), Rhenium (Re) und Iridium (Ir). Diese Metalle können als Katalysator agieren.
Dann wird ein Verfahren zur Herstellung des Katalysatorteils, das in den 14 bis 17 gezeigt ist, beschrieben. Zunächst wird ein Materialherstellungsschritt (S10) durchgeführt. Spezifisch wird ein Basisteil 500, das ein poröser Körper aus Metall ist, hergestellt. Als Basisteil 500 kann zum Beispiel ein poröser Körper aus Nickel hergestellt werden. Es wird festgestellt, daß als Material, das das Basisteil 500 ausmacht, irgendein anderes Metall (zum Beispiel Kupfer, Gold oder dergleichen) verwendet werden kann.
Dann werden Nanoteilchen, die als Katalysator zur Bildung von Kohlenstoffnanostrukturen 200 dienen, innen auf der Oberfläche des Basisteils 500 angeordnet. Beispiele eines Materials, das als Material für die Nanoteilchen verwendet werden kann, umfassen Eisen (Fe), Nickel (Ni), Cobalt (Co) und dergleichen. Diese Nanopartikel können auf der Oberfläche des Basisteils 500 durch irgendein konventionell bekanntes Verfahren gebildet werden. Beispielsweise können die Nanoteilchen unter Verwendung eines solchen Verfahrens gebildet werden, daß das Basisteil 500 in eine Lösung getaucht wird, in der Metallnanoteilchen, die als Katalysator dienen, dispergiert sind, und danach wird das Basisteil 500 getrocknet. Es wird festgestellt daß dann, wenn das Material für das Basisteil 500 als Katalysator zur Bildung der Kohlenstoffnanostrukturen 200 agiert, es nicht notwendig ist, die obigen Nanoteilchen anzuordnen. Wenn Kohlenstoffnanowände als Kohlenstoffnanostrukturen 200 gebildet werden, ist es nicht notwendig, die Metallnanoteilchen auf der Oberfläche des Basisteils 500 wie oben beschrieben dispergiert anzuordnen.
Der Schritt zum Wachsen der Kohlenstoffnanostrukturen (S20) wird dann durchgeführt. Bei diesem Schritt (S20) können Kohlenstoffnanostrukturen 200 durch irgendein Verfahren gebildet werden, und bevorzugt kann ein chemisches Dampf-Niederschlagsverfahren (CVD-Verfahren) verwendet werden.
Dann wird der Schritt zur Bildung eines Katalysators (S30) durchgeführt. Bei diesem Schritt (S30) wird ein Katalysator 220 auf den Oberflächen von Kohlenstoffnanostrukturen 200 durch irgendein Verfahren gebildet. Beispielsweise kann ein Basisteil 500 mit Kohlenstoffnanostrukturen 200, gebildet auf der Oberfläche davon, in eine stromlose Plattierlösung, umfassend ein Metall (zum Beispiel Platin oder dergleichen), das als Katalysator 220 dient, zum Niederschlagen des Metalls, das als Katalysator 220 dient, auf den Oberflächen der Kohlenstoffnanostrukturen 200 getaucht werden. Alternativ kann ein Gas aus einem Metallkomplex, umfassend ein Metall, das als Katalysator 220 dient, mit dem Basisteil 500 mit Kohlenstoffnanostrukturen 200, die darauf gebildet sind, in Kontakt gebracht werden, zum Adsorbieren des Metallkomplexes auf den Oberflächen der Kohlenstoffnanostrukturen 200, und danach kann das Basisteil 500 mit den darauf gebildeten Kohlenstoffnanostrukturen 200 in der Atmosphäre gelassen werden, unter Bildung eines Katalysators 220 aus dem Metall, das von dem Metallkomplex stammt, auf den Oberflächen der Kohlenstoffnanostrukturen 200. Somit kann das Katalysatorteil 1, dargestellt in 14 bis 18, erhalten werden.
(Beispiel 2)
Ein poröser Metallkörper mit Kohlenstoffnanostrukturen, die auf einer Oberfläche davon gebildet sind, der das Katalysatorteil entsprechend dieser Erfindung bildet, wurde als Prototyp gebildet wie unten beschrieben.
<Probe>
Ein poröser Körper aus Nickel (Celmet (eingetragene Marke) aus Nickel) wurde hergestellt.
<Herstellungsverfahren>
Ein Verfahren zur Bildung von Kohlenstoffnanoröhren auf der Oberfläche des obigen porösen Körpers wird wie unten beschrieben durchgeführt. In einem elektrischen Ofen mit einem Quarz-Reaktionsrohr wird ein Basisteil innerhalb des Quarz-Reaktionsrohres auf eine bestimmte Temperatur erwärmt. Während ein Inertgas mit Kohlenwasserstoff als Quellgas in das Quarz-Reaktionsrohr für eine bestimmte Zeit fließt, werden Kohlennanoröhren gebildet und dann natürlich gekühlt.
Ein Verfahren zur Bildung von Kohlenstoffnanowänden auf der Oberfläche des obigen porösen Körpers wird wie unten beschrieben durchgeführt. Zunächst wird ein Basisteil auf eine gewünschte Temperatur innerhalb eines Behälters einer Plasma-CVD-Vorrichtung vom induktiven Kupplungstyp erwärmt. Danach werden Kohlenwasserstoff und Gase wie ein Inertgas und Wasserstoffgas von einem Gas-Einführbereich in den Behälter geführt. Danach wird eine hohe Frequenz von 13,56 MHz von einer Hochfrequenz-Energiequelle zu Elektroden innerhalb des Behälters für eine bestimmte Zeit geführt, zur Bildung von Kohlenstoffnanoröhren auf dem Basisteil.
<Ergebnis>
Die 19 bis 20 zeigen Elektronenabtastmikroskop-Photographien des porösen Körpers, erhalten wie oben beschrieben mit den Kohlenstoffnanowänden, gebildet auf der Oberfläche. 19 zeigt einen Bereich der Oberfläche des porösen Körpers mit einer Vergrößerung von 10. Weiterhin ist 20 ein vergrößertes Photo, das eine Oberfläche des Netzwerk-Strukturbereiches 300 zeigt, lokalisiert an der äußersten Oberfläche (erste Schicht) des porösen Körpers. Die Vergrößerung bei 20 ist 5000. Weiterhin sind 21 und 22 vergrößerte Photographien, die Netzwerk-Strukturbereiche 300 zeigen, lokalisiert an der zweiten Schicht und der dritten Schicht, von der äußersten Oberfläche des porösen Körpers. Die Vergrößerung bei den 21 und 22 ist 5000.
Wie aufgrund der Photographien der 19 bis 22 ersichtlich ist, werden die Kohlenstoffnanostrukturen ausreichend an jeder der ersten bis dritten Schicht in dem Netwerk-Strukturbereich des porösen Körpers gebildet. In dem porösen Körper mit den von einer Oberflächenschicht zu dem Inneren wie oben beschrieben gebildeten Kohlenstoffnanostrukturen kann ein Katalysatorteil mit einer hohen Dichte des Katalysator 220 leicht durch Anordnen des Katalysators 220 auf den Oberflächen der Kohlenstoffnanostrukturen gebildet werden, wie in den 17 oder 18 gezeigt ist.
Es ist zu verstehen, daß die Ausführungsbeispiele und Beispiele, die hierin offenbart sind, erläuternd sind und nicht in irgendeiner Weise beschränkend sind. Der Umfang dieser Erfindung wird im Umfang der Patentansprüche und nicht durch die obige Beschreibung bestimmt und soll irgendwelche Modifizierungen innerhalb des Umfangs und Bedeutungen, die äquivalent sind zum Umfang der Ansprüche umfassen.
Industrielle Anwendbarkeit
Diese Erfindung ist vorteilhafterweise anwendbar für Teile, die eine große spezifische Oberfläche aufweisen sollen, wie Filter, Batterieelektrode und Katalysator, und für Hochleistungskatalysatorteile mit einer erhöhten Katalysatordichte.
Liste der Bezugszeichen

1: poröses Teil; 3, 300: Netzwerkstrukturbereich; 5, 500: Basisteil, 10: Kohlenstoffnanorohr; 20: Kohlenstoffnanowand; 30: Batterie; 31: positive Elektrode; 32: negative Elektrode; 33: Separator; 34: elektrolytische Lösung; 35: Behälter; 40: Filtervorrichtung; 41: Filter; 42: Belüfter; 43: 62: Gehäuse; 44: Öffnung; 50: Wärmeableitteil; 51: Wärmeableiter; 52: Grundkörper; 60: Wärmerohr; 61: Verdampfer; 63, 64, 65, 66: Pfeil; 67: Arbeitslösung; 100: Katalysatorteil; 110: Katalysator-versehene Kohlenstoffnanostruktur; 200: Kohlenstoffnanostruktur; 220: Katalysator.

Claims

Poröses Teil, umfassend: ein Basisteil, umfassend einen porösen Körper mit einer Porosität von mehr als oder gleich 80%, und Kohlenstoffnanostrukturen, gebildet auf einer Oberfläche des Basisteils und mit einer Breite von weniger als oder gleich 100 nm.
Poröses Teil nach Anspruch 1, worin eine Vielzahl von feinen Poren in der Oberfläche des Basisteils angeordnet sind und in dem Basisteil die Kohlenstoffnanostrukturen von der Oberfläche zu Seitenwänden der feinen Poren, lokalisiert im Inneren der Oberfläche, gebildet sind.
Poröses Teil nach Anspruch 1 oder 2, worin ein Material, das das Basisteil ausmacht, Metall enthält.
Poröses Teil nach Anspruch 1 oder 2, worin ein Material, das das Basisteil ausmacht, Keramik enthält.
Poröses Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin ein Druckverlust, wenn das poröse Teil eine Dicke von 10 mm hat und eine gemessene Windgeschwindigkeit 2 m/s, weniger als oder gleich 1000 Pa ist.
Katalysatorteil, umfassend einen Katalysator, angeordnet auf einer Oberfläche einer jeden der Kohlenstoffnanostrukturen des porösen Teils nach Anspruch 1.
Katalysatorteil nach Anspruch 6, worin der Katalysator eine teilchenförmige Substanz ist, die dispergiert auf der Oberfläche einer jeden der Kohlenstoffnanostrukturen angeordnet ist.
Katalysatorteil nach Anspruch 6, worin der Katalysator eine Film-artige Substanz ist, die zumindest einen Bereich einer Seitenwand einer jeden der Kohlenstoffnanostrukturen bedeckt.
Katalysatorteil nach Anspruch 6, worin der Katalysator zumindest ein Metall enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Platin, Gold, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Cobalt, Nickel, Kupfer, Niob, Molybdän, Ruthen, Rhodium, Palladium, Silber, Tantal, Wolfram, Rhenium und Iridium.