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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine fluorierte Kohlenstofffaser
sowie ein aktives Material für Batterien
und ein Festschmiermittel, das diese verwendet.
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Eine
gasphasenabgeschiedene Kohlenstofffaser ist aus dem Stand der Technik
bekannt (siehe zum Beispiel Endo M. et al., Pyrolytic Carbon Nanotubes
from Vapor Grown Carbon Fibers, Carbon Volume 33, No. 7, 1995, Seiten
873–881).
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Diese
Kohlenstofffaser ist eine kurze Faser, in der Kohlstoff durch Pyrolyse
von Kohlenwasserstoffen wie Benzol oder Methan bei einer Temperatur von
etwa 700°C
bis 1000°C
durch Anwachsen auf ein Katalysatorteilchen wie ultrafeine Eisen-
oder Nickelpartikel als Kristallkernerhalten wird.
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Kohlenstofffasern
weisen im Allgemeinen eine Struktur auf, bei der hexagonale Kohlenstoffschichten
konzentrisch aufgewachsen sind, oder eine Struktur bei der die hexagonalen
Kohlenstoffschichten in der axialen Richtung aufgewachsen sind.
Abhängig
jedoch von den Gasphasenabscheidungsbedingungen wie Katalysator,
Temperaturbereich und Strömungsrate,
können
Kohlenstofffasern eine Grätenstruktur
aufweisen, bei der die gestapelten hexagonalen Kohlenstoffschichten
bezüglich
der Faserachse um einen spezifischen Winkel geneigt sind.
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Eine
dünne abgeschiedene
Schicht, in der eine Überschussmenge
an unzureichend kristallisiertem amorphem Kohlenstoff abge schieden
wird, wird unvermeidlich auf der Oberfläche von Kohlenstofffasern gebildet,
die durch ein Gasphasenabscheidungsverfahren hergestellt werden.
Derartige Kohlenstofffasern weisen im Allgemeinen aufgrund der Anwesenheit
dieser abgeschiedenen Schicht einen niedrigen Grad an Oberflächenaktivität auf.
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Zudem
wurden Anwendungsgebiete von gasphasenabgeschiedenen Kohlenstofffasern
mit Grätenstruktur
kaum entwickelt.
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Um
die obigen Probleme zu lösen,
stellt die Erfindung eine fluorierte Kohlenstofffaser gemäß Anspruch
1 bereit. Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
genannt.
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Die
vorliegende Erfindung hat eine Fluorierung einer Kohlenstofffaser
mit einer Grätenstruktur durch
Aktivierung der Oberfläche
der Kohlenstofffaser ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung kann eine fluorierte Kohlenstofffaser
und ein aktives Material für Batterien
sowie ein Festschmiermittel bereitstellen, die diese Faser verwenden.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Um
die obigen Probleme zu lösen,
ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine fluorierte Kohlenstofffaser
mit einer koaxialen Stapelungsmorphologie an kegelstumpfförmigen röhrenartigen
Graphitschichten oder eine Morphologie kegelstumpfförmiger Graphitröhren bereitzustellen,
wobei jede der kegelstumpfförmigen
röhrenartigen
Graphitschichten eine hexagonale Kohlenstoffschicht enthält.
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Mit
anderen Worten weist diese fluorierte Kohlenstofffaser eine Struktur
gestapelter Tassen oder Lampenschirme auf, in der eine Anzahl von
hexagonalen Kohlenstoffschichten in Form einer Tasse ohne Boden
gestapelt ist. Die koaxiale Stapelungsmorphologie der kegelstumpfförmigen röhrenartigen Graphitschichten
kann die Form eines Hohlkerns ohne Verbrückung aufweisen. In dieser
Struktur weist jede der kegelstumpfförmigen röhrenartigen Graphitschichten
ein großes
Ringende an einem Ende und ein kleines Ringende an dem anderen Ende
in einer axialen Richtung auf, wobei Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten
an den großen
Ringenden auf einer äußeren Oberfläche und
der kleinen Ringenden auf einer inneren Oberfläche exponiert sind. Mit anderen
Worten, die Kanten der geneigten hexagonalen Kohlenstoffschichten
der Grätenstruktur
sind in Schichten exponiert.
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In
einer gewöhnlichen
Kohlenstofffaser mit einer Grätenstruktur
ist eine Anzahl von hexagonalen Kohlenstoffschichten in der Form
einer Tasse mit Boden gestapelt. Die fluorierten Kohlenstofffasern
gemäß diesem
Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen jedoch eine Hohlstruktur
ohne Verbrückung
und eine Länge
von einigen 10 nm bis einigen 10 μm
auf.
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Wenn
die koaxiale Stapelungsmorphologie der kegelstumpfförmigen röhrenartigen
Graphitschichten durch Gasphasenabscheidung erzeugt wurde, kann
ein weiter Bereich der äußeren Oberfläche oder
der inneren Oberfläche
mit abgeschiedenen Filmen einer Überschussmenge
an pyrolytischem Kohlenstoff bedeckt sein. In dieser Hinsicht kann
zumindest ein Teil der Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten
an den großen
Ringenden auf der äußeren Oberfläche oder
an den kleinen Ringenden auf der inneren Oberfläche exponiert sein.
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In
der fluorierten Kohlenstofffaser gemäß diesem Aspekt der vorliegenden
Erfindung sind die exponierten Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten
fluoriert und weisen eine durch CxFy dargestellte Struktur auf.
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Gemäß diesem
Aspekt der vorliegenden Erfindung können Teile oder alle der abgeschiedenen Filme,
die über
der äußeren Oberfläche oder
der inneren Oberfläche
während
des Gasphasenabscheidungsverfahrens der Kohlenstofffaser gebildet
wurden, durch eine später
durchzuführende
Behandlung entfernt werden. Da diese abgeschiedenen Schichten aus
einer Überschussmenge
an unzureichend kristallisiertem amorphem Kohlenstoff gebildet werden,
sind die Oberflächen
dieser abgeschiedenen Schichten inaktiv.
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In
der fluorierten Kohlenstofffaser gemäß diesem Aspekt der vorliegenden
Erfindung kann eine äußere Oberfläche der
fluorierten Kohlenstofffaser aus den großen Ringenden, die in der axialen
Richtung gestapelt sind, gebildet werden. In diesem Fall kann der
exponierte Teil der Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten
eine Fläche
von 2% oder mehr einer Fläche
der äußeren Oberfläche und
vorzugsweise 7% der Fläche
der äußeren Oberfläche aufweisen.
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Eine
innere Oberfläche
der fluorierten Kohlenstofffaser kann aus den kleinen Ringenden
gebildet werden, die in der axialen Richtung gestapelt sind, und
die Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten können auf
der inneren Oberfläche
exponiert sein.
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Die
Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten, die auf den inneren
und äußeren Oberflächen der
Kohlenstofffaser exponiert sind, können auf diese Weise fluoriert
sein.
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Die
fluorierte Kohlenstofffaser wird geeigneterweise für Anwendungen
wie aktives Material für Batterien,
einschließlich
einer Lithiumionenbatterie, und eines Festschmiermittels verwendet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine Kopie einer Transmissionselektronenmikrographie, die eine Kohlenstofffaser
mit einer Grätenstruktur
zeigt, welche durch ein Gasphasenabscheidungsverfahren hergestellt
wurde;
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2 ist
eine Kopie einer vergrößerten Mikrographie
von 1;
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3 ist
eine schematische Ansicht von 2;
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4 ist
eine Kopie einer Transmissionselektronenmikrographie, die eine Kohlenstofffaser
mit einer Grätenstruktur
zeigt, die bei einer Temperatur von etwa 530°C für eine Stunde an Luft erhitzt
wurde;
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5 ist
eine Kopie einer vergrößerten Mikrographie
von 4;
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6 ist
eine Kopie einer vergrößerten Mikrographie
von 5;
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7 ist
eine schematische Ansicht von 6;
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8 ist
eine charakteristische Darstellung, die die Ramanspektren einer
Kohlenstofffaser mit einer Grätenstruktur
(Probe Nr. 24PS) nach Erhitzen bei 500°C, 520°C, 530°C und 540°C für eine Stunde an Luft zeigt;
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9 ist
eine charakteristische Darstellung, die die Ramanspektren der Kohlenstofffaserproben Nr.
19PS und Nr. 24PS zeigt, bei denen die Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten
durch die obige Wärmebehandlung
exponiert werden;
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10 ist
eine charakteristische Darstellung, die die Ramanspektren der Kohlenstofffaserproben
Nr. 19PS und Nr. 24PS zeigt, die bei 3000°C erhitzt wurden, nachdem die
Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten exponiert wurden;
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11 ist
eine Computergraphik, die eine koaxiale Stapelungsmorphologie von
kegelstumpfförmigen
röhrenarti gen
Graphitschichten zeigt, die auf strengen quantentheoretischen Rechnungen
basiert;
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12 ist
eine Computergraphik, die eine hexagonale Kohlenstoffschicht zeigt,
die eine Einheit der koaxialen Stapelungsmorphologie von kegelstumpfförmigen röhrenartigen
Graphitschichten zeigt, die in 11 dargestellt
sind, welche auf strengen quantentheoretischen Berechnungen basiert;
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13 ist
eine schematische Ansicht eines großen Ringendes und eines kleinen
Ringendes, die jeweils eine äußere Oberfläche und
eine innere Oberfläche
der koaxialen Stapelungsmorphologie von kegelstumpfförmigen röhrenartigen
Graphitschichten zeigt; und
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14 ist
eine schematische Ansicht eines abgeschiedenen Films von pyrolytischem
Kohlenstoff, der über
einen weiten Bereich einer äußeren Oberfläche einer
Kohlenstofffaser gebildet wurde.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist unten mit Bezugnahme auf die Zeichnungen
genauer beschrieben.
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Eine
gasphasenabgeschiedene Kohlenstofffaser ist eine kurze Faser, in
der Kohlenstoff, der durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen wie
Benzol oder Methan bei einer Temperatur von etwa 700°C bis 1000°C erhalten
wurde, mit einem Katalysatorteilchen wie einem ultrafeinen Eisen-
oder Nickelteilchen als Kristallkeim abgeschieden wird.
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Kohlenstofffasern
weisen im Allgemeinen eine Struktur auf, bei der die hexagonalen
Kohlenstoffschichten konzentrisch aufgewachsen sind, oder eine Struktur,
in der die hexagonalen Kohlenstoffschichten in einer axialen Richtung
der Faser aufgewachsen sind. Die Kohlenstofffasern können jedoch abhängig von den
Gasphasenabscheidungsbedingungen wie Katalysator, Temperaturbereich
und Strömungsrate,
eine Grätenstruktur
aufweisen, bei der die gestapelten hexagonalen Kohlenstoffschichten
bezüglich
der Faserachse um einen spezifischen Winkel geneigt sind.
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Kohlenstofffasern
mit einer Grätenstruktur weisen
im Allgemeinen eine Struktur auf, bei der eine Anzahl von hexagonalen
Kohlenstoffschichten in Form einer Tasse mit Boden gestapelt ist.
Die gasphasenabgeschiedenen Kohlenstofffasern gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weisen jedoch eine Struktur auf, bei
der eine Anzahl von hexagonalen Kohlenstoffschichten in Form einer Tasse
ohne Boden gestapelt sind (diese bodenlose Kohlenstofffaser wird
im Nachfolgenden als "Kohlenstofffaser
mit einer Grätenstruktur
bezeichnet").
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Insbesondere
weist die Kohlenstofffaser 1 eine koaxiale Stapelungsmorphologie
von kegelstumpfförmigen
röhrenartigen
Graphitschichten auf, die durch eine in 11 gezeigte
Computergraphik dargestellt sind. Jede der kegelstumpfförmigen röhrenartigen
Graphitschichten ist aus einer hexagonalen Kohlenstoffschicht 10 gebildet,
die in 12 gezeigt ist. Obwohl die in 11 gezeigten
gegenwärtigen
hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 in einer axialen Richtung
A dicht gestapelt sind, sind sie in 11 zur
Vereinfachung der Darstellung locker gestapelt.
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13 ist
eine schematische Ansicht von 11. Jede
der hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 weist ein großes Ringende 20 an
einem Ende und ein kleines Ringende 22 an dem anderen Ende
in axialer Richtung auf. Eine äußere Oberfläche 30 der Kohlenstofffaser 1 wird
aus den großen
Ringenden 20 gebildet, die in axialer Richtung A gestapelt
sind. Eine innere Oberfläche 32 der
Kohlenstofffaser 1 ist aus den kleinen Ringenden 22 gebildet,
die in der axialen Richtung A gestapelt sind. Die Kohlenstofffaser 1 weist
daher die Form eines Hohlkerns ohne Verbrückung mit einem Zentralloch 14 auf.
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Ein
Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der in 11 gezeigten
Kohlenstofffaser 1 ist unten beschrieben.
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Es
wurde ein herkömmlicher
Reaktor vom Vertikaltyp verwendet. Benzol als ein Rohmaterial wurde
in eine Kammer des Reaktors unter Verwendung eines Wasserstoffstroms
bei einem Durchfluss von 0.3 l/h und einem Partialdruck gleich dem
Dampfdruck bei etwa 20°C
eingespeist. Ferrocen wurde bei 185°C als ein Katalysator verdampft
und in die Kammer bei einer Konzentration von etwa 3×10–7 mol/s eingespeist.
Die Reaktionstemperatur und die Reaktionszeit lagen bei etwa 1100°C und entsprechend etwa
20 Minuten. Als Ergebnis wurde eine Kohlenstofffaser mit einer Grätenstruktur
und einem mittleren Durchmesser von etwa 100 nm erhalten. Eine hohle
Kohlenstofffaser ohne Verbrückung
bei einer Länge
von einigen 10 nm bis einigen 10 μm,
in der eine Anzahl von hexagonalen Kohlenstoff schichten in Form
einer Tasse ohne Boden gestapelt sind, wird durch Anpassen des Durchflusses
des Rohmaterials und der Reaktionstemperatur (die in Abhängigkeit von
der Größe des Reaktors
geändert
werden) erhalten.
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1 ist
eine Kopie einer Transmissionselektronenmikrographie, die die Kohlenstofffaser
mit einer Grätenstruktur
zeigt, welche durch das Gasphasenabscheidungsverfahren hergestellt
wurde. 2 ist eine Kopie einer vergrößerten Mikrographie von 1,
und 3 ist eine schematische Ansicht von 2.
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Wie
aus diesen Figuren deutlich wird, wird eine abgeschiedene Schicht 12,
in der eine Überschussmenge
von amorphem Kohlenstoff abgeschieden wird, gebildet, um die geneigten
hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 zu bedecken. Die Dicke der
abge schiedenen Schicht 12 beträgt etwa einige nm. Ein Bezugszeichen 14 bezeichnet
das Zentralloch.
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14 ist
eine schematische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die abgeschiedenen
Filme 12 über
einen weiten Bereich der äußeren Oberfläche 30 der
Kohlenstofffaser 1 gebildet werden. wie in 14 gezeigt,
sind die hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 auf den großen Ringenden 20 in
den Bereichen exponiert, in denen die äußere Oberfläche der Kohlenstofffaser 1 nicht
mit den abgeschiedenen Filmen 12 bedeckt ist. Diese Bereiche
weisen eine hohe Aktivität
auf. In dem Bereich, in dem die innere Oberfläche der Kohlenstofffaser 1 nicht
mit den abgeschiedenen Filmen 12 bedeckt ist, sind die
hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 auf den exponierten kleinen
Ringenden 22 exponiert.
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Die
abgeschiedenen Schichten 12 werden oxidiert und pyrolysiert
durch Erhitzen der Kohlenstofffaser auf welche die abgeschiedenen
Schichten 12 gebildet werden, auf eine Temperatur von 400°C oder mehr,
vorzugsweise 500°C
oder mehr und noch vorteilhafter auf 520°C bis 530°C für eine bis mehrere Stunden
an Luft. Als ein Ergebnis werden die abgeschiedenen Schichten 12 entfernt,
wodurch die Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten weiter exponiert
werden.
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Die
abgeschiedenen Schichten 12 können durch Waschen der Kohlenstofffaser
mit überkritischem
Wasser entfernt werden, wodurch die Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten
exponiert werden.
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Die
abgeschiedenen Schichten 12 können durch Eintauchen der Kohlenstofffaser
in Chlorwasserstoffsäure
oder Schwefelsäure
und Erhitzen der Kohlenstofffaser auf etwa 80°C unter Rühren mittels eines Rührers entfernt
werden.
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4 ist
eine Kopie einer Transmissionselektronenmikrographie, die die Kohlenstofffaser
zeigt, welche eine Grätenstruktur
aufweist, die bei einer Temperatur von etwa 530°C für eine Stunde an Luft erhitzt
wurde. 5 ist eine Kopie einer vergrößerten Mikrographie von 4, 6 ist
eine Kopie einer vergrößerten Mikrographie
von 5, und 7 ist eine schematische Ansicht
von 6.
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Wie
aus den 5 bis 7 deutlich
wird, werden Teile der abgeschiedenen Schichten 12 durch
Durchführen
einer Hitzebehandlung oder dergleichen entfernt, wodurch die Kanten
der hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 weiter exponiert
werden. Die verbleibenden abgeschiedenen Schichten 12 werden
als fast vollständig
pyrolysiert und lediglich als an der Kohlenstofffaser befestigt
angesehen. Die abgeschiedenen Schichten 12 können durch
Kombination von Hitzebehandlung für mehrere Stunden und waschen
mit überkritischem
Wasser entfernt werden.
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Wie
aus 4 deutlich wird, ist die Kohlenstofffaser, in
der eine Anzahl von hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 in
Form einer Tasse ohne Boden gestapelt sind, über eine Länge von zumindest einigen 10
nm bis einigen 10 μm
hohl.
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Der
Neigungswinkel der hexagonalen Kohlenstoffschichten bezüglich der
Mittellinie beträgt etwa
zwischen 25° bis
35°.
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Wie
aus den 6 und 7 deutlich
wird, sind die Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 auf
der äußeren Oberfläche und
der inneren Oberfläche
in dem Bereich unregelmäßig, in
dem die Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 exponiert
sind, wodurch minutiöse
Unregelmäßigkeiten 16 im
Nanometer(nm)-Bereich, insbesondere im atomaren Bereich, gebildet
werden. Diese Unregelmäßigkeiten 16 sind,
wie in 2 gezeigt, vor dem Entfernen der abgeschiedenen
Schichten 12 unklar.
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Dennoch
treten die Unregelmäßigkeiten 16 durch
Entfernen der abgeschiedenen Schichten 12 durch die Hitzebehandlung
hervor.
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Die
exponierten Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 weisen
eine extrem hohe Aktivität
auf und binden leicht an andere Atome. Die Gründe hierfür sind wie folgt. Die Wärmebehandlung in
Luft bewirkt, dass die abgeschiedenen Schichten 12 entfernt
werden und die Menge an funktionellen Gruppen, die Sauerstoff enthalten,
wie eine phenolische Hydroxylgruppe, Carboxylgruppe, chinonartige Carbonylgruppe
und Lactongruppe, auf den exponierten Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten 10 erhöht wird.
Diese Sauerstoff enthaltenden funktionellen Gruppen weisen eine
hohe Hydrophilie und hohe Affinität zu verschiedenen Arten von
Substanzen auf.
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Zusätzlich tragen
die Hohlstruktur und die Unregelmäßigkeiten 16 in hohem
Ausmaß zu
Verankerungseffekten bei.
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8 zeigt
die Ramanspektren einer Kohlenstofffaser mit einer Grätenstruktur
(Probe Nr. 24PS) nach Erhitzen bei 500°C, 520°C, 530°C und 540°C für eine Stunde an Luft.
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5 bis 7 zeigen,
dass die abgeschiedenen Schichten 12 durch die Wärmebehandlung entfernt
werden. Wie aus den in 8 gezeigten Ramanspektren deutlich
wird, zeigt die Anwesenheit des D-Peaks (1360cm–1)
und des G-Peaks (1580cm–1), dass diese Probe
eine Kohlenstofffaser ist und keine graphitierte Struktur aufweist.
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Insbesondere
wird angenommen, dass die Kohlenstofffaser mit Grätenstruktur
eine turbostratische Struktur aufweist, bei der die Kohlenstoffschichten
ungeordnet sind.
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Diese
Kohlenstofffaser weist eine turbostratische Struktur auf, bei der
die hexagonalen Kohlenstoffschichten parallel gestapelt sind aber
in horizontaler Richtung verschoben oder verdreht sind. Deshalb
weist die Kohlenstofffaser keine kristallographische Regelmäßigkeit
auf.
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Das
Merkmal dieser turbostratischen Struktur ist, dass eine Interkalation
von anderen Atomen oder dergleichen selten auftritt. Das ist einer
der Vorteile. Insbesondere werden Atome oder dergleichen auf den
exponierten Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten mit einer
hohen Aktivität
leicht getragen, da diese Substanzen kaum interkaliert werden. Deshalb
fungiert die Kohlenstofffaser als ein effizienter Träger.
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9 zeigt
die Ramanspektren von Kohlenstofffasern Nr. 19PS und Nr. 24PS, bei
denen die Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten durch die
obige Wärmebehandlung
exponiert werden.
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10 zeigt
die Ramanspektren der Kohlenstofffaserproben Nr. 19PS und Nr. 24PS,
erhitzt bei 3000°C
(übliche
Graphitierungsbehandlung), nachdem die Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschichten
exponiert wurden.
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Wie
in 10 gezeigt, verschwindet der D-Peak auch dann
nicht, wenn die Kohlenstofffaser, in der die Kanten der hexagonalen
Kohlenstoffschichten exponiert sind, der Graphitierungsbehandlung
unterzogen werden.
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Eine
Beugungslinie erschien bei der 112-Ebene in der Röntgendiffraktometrie
(nicht gezeigt) nicht. Dies zeigt auch, dass die Kohlenstofffaser
nicht graphitiert wurde. Es wird angenommen, dass die Kohlenstofffaser
nicht durch die Graphitierungsbehandlung graphitiert wird, da die
abgeschiedenen Schichten 12, die leicht graphitiert werden, entfernt
wurden. Dies zeigt auch, dass die verbleibenden Abschnitte der Grätenstruktur
nicht graphitiert werden.
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Die
Tatsache, dass die Kohlenstofffaser bei einer hohen Temperatur nicht
graphitiert wird, bedeutet, dass die Kohlenstofffaser thermisch
stabil ist.
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Die
exponierten Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschicht 10 der
Kohlenstofffaser mit den obigen Eigenschaften binden leicht an andere
Atome und weisen eine extrem hohe Aktivität auf.
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Fluorierung
der Kohlenstofffaser, in der die Kanten der hexagonalen Kohlenstoffschicht
exponiert sind, ist unten beschrieben.
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Die
für die
Fluorierung verwendeten Bedingungen waren wie folgt.
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Insbesondere
wird ein Nickelschiffchen mit den obigen Kohlenstofffasern beladen
und in ein Nickelrohr (innerer Durchmesser: 50 mm∅) zur
Fluorierung eingebracht. Die Reaktionstemperatur mit Fluor betrug
340°C. Der
Fluorpartialdruck und der Stickstoffpartialdruck betrugen entsprechend
460 mmHg und 310 mmHg. Die Reaktionszeit betrug 72 Stunden.
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Ein
Katalysator wie Silberfluorid kann verwendet werden, um die Fluorierung
zu unterstützen.
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Die
Reaktionsprodukte wurden als reine weiße lineare Substanzen erhalten.
Diese Farbe zeigt, dass fluorierte Kohlenstofffasern mit einer durch
CxFy dargestellten
Struktur vorzugsweise gebildet wurden.
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Die
Fluorierungsbedingungen sind nicht auf die oben beschriebenen beschränkt.
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Die
Fluorierung einer Kohlenstofffaser, bei der die hexagonalen Kohlenstoffschichten
konzentrisch um die Faserachse aufgewachsen sind, ist bekannt.
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Im
Fall der Fluorierung dieser Kohlenstofffaser werden jedoch die hexagonalen
Kohlenstoffschichten durch interkalierte Fluoratome in Richtung der
Seite gezogen, von wo die Fluoratome interkaliert werden. Als Ergebnis
werden die hexagonalen Kohlenstoffschichten im Querschnitt zickzack-förmig und werden
zerstört.
Deshalb wird die Kohlenstofffaser durch Fluorierung pulverisiert,
wodurch die Faserform verloren geht. Deshalb werden die aus der
Faserform erhaltenen Vorteile eliminiert.
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Im
Gegensatz dazu bleibt die Kohlenstofffaser mit der Grätenstruktur
nach der Fluorierung faserförmig.
Es wird angenommen, dass das darauf zurückzuführen ist, dass die hexagonalen
Kohlenstoffschichten bezüglich
der Faserachse geneigt sind und eine turbostratische Struktur aufweisen,
die nicht graphitiert wird.
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Da
wie oben beschrieben die fluorierte Kohlenstofffaser der vorliegenden
Ausführungsform
nach der Fluorierung faserförmig
bleibt, kann die fluorierte Kohlenstofffaser geeigneterweise als
ein Kathodenmaterial für
eine Lithium-Primärbatterie
oder als Additiv zu dem Kathodenmaterial aufgrund der hohen Leitfähigkeit
und exzellenten mechanischen Festigkeit verwendet werden. Die fluorierte
Kohlenstofffaser kann als ein exzellentes Aktivmaterial für Batterien
verwendet werden, da eine Batterie mit einer höheren Ausgangsleistung als
im Fall der Verwendung eines herkömmlichen kovalent gebundenen
Kohlenstofffluorids erhalten werden kann.
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Da
die fluorierte Kohlenstofffaser der vorliegenden Ausführungsform
faserförmig
bleibt, erhält die
fluorierte Kohlenstofffaser zwischen den AB-Ebenen eine Gleitfähigkeit
aufrecht. Deshalb weist die fluorierte Kohlenstofffaser eine hervorragende Schmierfähigkeit
auf, wenn sie mit einem Grundmaterial wie einem Harz, beispielsweise
einem Epoxidharz, oder Ölen
und Fetten vermischt wird.
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Die
fluorierte Kohlenstofffaser gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in verschiedenen Arten von Anwendungen wie Wasser
abweisenden oder Öl abweisenden
Mitteln, Antiklebrigkeitsmitteln, Leitfähigkeitsmitteln, verschiedenen
Arten von Verbundstoffen, Toneradditiven oder Trägerbeschichtungsadditiven zur
elektrostatischen Entwicklung, Schmelzrollen, Phosphorsäure-Brennstoffzellen, Luft-Zink-Batterien
und Nickel-Wasserstoff-Batterien verwendet
werden.
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Da
die fluorierte Kohlenstofffaser gemäß der vorliegenden Erfindung
faserförmig
bleibt, weist die fluorierte Kohlenstofffaser eine hohe Leitfähigkeit
und eine exzellente mechanische Festigkeit auf.
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Deshalb
kann die fluorierte Kohlenstofffaser geeigneterweise als das Kathodenmaterial
der Lithium-Primärbatterie
oder als Additiv zu dem Kathodenmaterial verwendet werden. Die fluorierte
Kohlenstofffaser kann als ein hervorragendes Aktivmaterial für Batterien
verwendet werden, da eine Batterie mit einer höheren Ausgangsleistung als
im Fall einer Verwendung herkömmlichen
kovalent gebundenen Kohlenstofffluorids erhalten werden kann.
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Da
die fluorierte Kohlenstofffaser gemäß der vorliegenden Erfindung
faserförmig
bleibt, erhält
die fluorierte Kohlenstofffaser eine Gleitfähigkeit zwischen den AB-Ebenen
aufrecht. Deshalb weist die fluorierte Kohlenstofffaser eine hervorra gende Schmierfähigkeit
auf, wenn sie mit einem Grundmaterial wie einem Harz, beispielsweise
einem Epoxidharz, oder Ölen
und Fetten vermischt wird.