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TECHNISCHES GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein neues Metall mit Nanoröhrenstruktur, das hauptsächlich aus
einem Edelmetallelement besteht, das in Form verschiedener Katalysatoren
für chemische
Reaktionen, wie zum Beispiel als Brennstoffzellenkatalysator und Auspuffkatalysator
für Kraftfahrzeuge,
verschiedener Elektroden für
elektrochemische Reaktionen, wie zum Beispiel als Elektrolyse-Elektrode,
als Grundmaterial oder als Funktionselemente für Photonik/Elektronik/Informationstechnologien,
wie zum Beispiel als Temperatur-, Druck-, Gassensorelemente, als
Paste zur Herstellung von Elektro- und Elektronikbauelementen, elektrischen
Widerstandselementen für elektronische
Teile, Dauermagneten, Komponenten eines Mikroreaktors und als Substanzspeichermaterial
unter Nutzung der chemischen, elektrochemischen und magnetischen
Eigenschaften des Edelmetallelements eingesetzt werden kann.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Edelmetallelemente
weisen hervorragende Bearbeitbarkeit, Hitzebeständigkeit, Oxidationsbeständigkeit,
Korrosionsbeständigkeit,
elektrochemische Eigenschaften und als Folge ihrer d-Elektronen ein
einzigartiges magnetisches Verhalten und spektrographische und chemische
Eigenschaften auf, so daß Edelmetallelemente
weitverbreitet beispielsweise als dekorative Materialien, Materialien
für Laboreinrichtungen,
wie z. B. Tiegel, Materialien für
die Elektroindustrie, wie z. B. als Thermoelement und elektrischer
Kontakt, Materialien für
die elektronische Industrie, wie z. B. als Paste, Katalysatoren,
nicht auflösbare
Elektroden und Hochleistungsmagnete eingesetzt worden sind. Bekannt
ist, daß diese
Funktionen und die Leistung empfindlich von der Zusammensetzung
und Struktur des Grundkörpers
abhängen,
wie aus der Katalysatoreigenschaft er kennbar. In letzter Zeit hat
die Nanostruktur zunehmende Beachtung erfahren. Es wird erwartet,
daß durch
Unterteilung einer Zusammensetzung, die ein Metallelement oder Metallion
enthält,
in punktähnliche,
fleckenähnliche,
drahtähnliche
oder röhrenförmige mikroskopische
Gewebe im molekularen Maßstab
oder auf Nanometer-Ebene, die als Nanostruktur bezeichnet werden,
die Zusammensetzung typischerweise Funktionen wie zum Beispiel Katalysatoreigenschaften,
elektrochemische Eigenschaften und magnetische Eigenschaften entwickelt,
die den Quanteneffekt beinhalten ["Understanding Nanotechnology" (Verstehen der Nanotechnologie)
von Tomoji Kawai, Hrsg., Kap. II-IV,
herausgegeben von Kogyo Chosakai Publishing Inc. (2001); Nikkei
Science, Dezember-Ausgabe, 16–94
(2001)].
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Was
poröses
Material mit Poren in Wabenstruktur oder dreidimensionaler Netzstruktur
im Nanometer-Maßstab
betrifft, ist Mobil Corporation 1992 unter Verwendung eines Tensids
als Templat bzw. Matrix die Herstellung von mesoporösem Siliciumdioxid
mit Mesoporen von 2–8
nm Größe in Wabenstruktur
gelungen [C. T. Kresge und vier andere Forscher, Nature, 359, S.
710–712
(1992)]. Danach wurden verschiedene mesoporöse Materialien nacheinander
auf ähnliche
Weise aus verschiedenen Gerüstkomponenten
synthetisiert, wie z. B. aus anderen Metalloxiden als Siliciumdioxid
und Sulfid [Tsuyoshi Kijima und ein anderer Forscher, J. Soc. Inorg.
Mater., 8, S. 3–16
(2001)]. Etwa zur gleichen Zeit erhielt eine Wissenschaftlergruppe,
zu der die Erfinder gehören,
ein mesoporöses
Seltenerdoxid mit Hexagonalstruktur unter Verwendung von Dodecylsulfat-Ionen
als Matrix zur Herstellung eines Komplexes, der durch Fällung aus
homogener Lösung
unter Verwendung von Harnstoff und durch Ionenaustausch der Matrix
durch Acetationen synthetisiert wurde [M. Yada und drei andere Forscher,
Inorg. Chem., 37, 6470–75
(1998), Angew. Chem. Int. Ed., 38, 3506–09 (1999)].
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Die
Erzeugung von mesoporösen
Metallen mit dem Ziel der Anwendung auf Kondensatoren ist auf ähnliche
Weise durch Matrix-Synthese durchgeführt worden [Yoshiaki Fukushima,
Ceramics 36, 917–919
(2001)]. Zunächst
wurde körnige
mesoporöses
Platin mit Poren in der Größenordnung
von 3 nm durch Verwendung von Kolloidteilchen bzw. Mizellen aus
nichtionogenem Tensid als Matrix und Reduktion von Chlorplatinsäure mit
Hydrazin oder dergleichen synthetisiert [G. S. Attard und vier andere
Forscher, Angew. Chem. Int. Ed., 36, 1315–1317 (1997)]. Ferner wurden
durch elektrolytische Abscheidung von Flüssigkristallen in Mizellenform
mit Metallsalz und Tensid auch membranartiges mesoporöses Platin
[G. S. Attard und fünf
andere Forscher, Science, 278, 838–840 (1997)] und membranartiges
mesoporöses Zinn
hergestellt [A. H. Whitehead und drei andere Forscher, Chem. Comm.,
331–332
(1999)]. Mesoporöses
Platin und Gold (Au) mit Poren von etwa 70 nm Durchmesser erhielt
man durch Verwendung einer Aluminiumoxid-Anodenschicht als Matrix
[H. Masuda und ein anderer Forscher, Science, 268, 1466–1468 (1995)],
und poröses
Gold (Au) erhielt man durch Verwendung von Polystyrollatex als Matrix
[0. D. Velev und drei andere Forscher, Nature, 401, 548 (1999)].
Mesoporöses
Platin mit einer spezifischen Oberfläche von 47 m2/g
wurde nach einem Verfahren unter Verwendung von superkritischem
CO2 als Lösungsmittel und Graphit als
Matrix synthetisiert [H. Wakayama und ein anderer Forscher, Chem.
Comm. 391–392
(1999)].
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Andererseits
wird eine Struktur, in der Teilchen eine hohlzylinderförmige Konfiguration
mit einem Außendurchmesser
von einigen nm bis zu einigen hundert nm und einem Innendurchmesser
von einigen Zehntel nm bis zu einigen Dutzend nm als "Nanoröhre" bezeichnet. Bekannt
ist, daß es
einige natürliche
nanoröhrenähnliche
Strukturen gibt. Beispiele sind Silicat-Minerale, wie zum Beispiel Chrysotil
und Imogolith. Es wurde berichtet, daß diese eine Nanoröhrenstruktur
aufweisen.
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Eine
erste künstliche
anorganische Nanoröhre
ist eine Kohlenstoffnanoröhre,
die 1991 als Abscheidung bei einer Bogenentladung entdeckt wurde [S.
Iijima, Nature, 364, S. 56–58
(1991)]. Seit dieser Entdeckung gab es Berichte über viele Synthesebeispiele
von Nanoröhren
durch eine ähnliche
Hochtemperaturreaktion von Nitriden, wie z. B. Bornitrid und B-C-N
[E. J. M. Hamolton und fünf
andere Forscher, Science, 260, S. 659 (1993)] und Nanoröhren von Sulfiden,
wie z. B. Wolframsulfid [R. Tenne und drei andere Forscher, Nature
360, S. 444 (1992)] und Molybdänsulfid
[Y. Feldman, Science, 267, 5. 222 (1995)].
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Als
Ergebnis der Anwendung des oben erwähnten Matrix-Syntheseverfahrens
auch auf die Synthese anorganischer Nanoröhren ist darüberhinaus
in letzter Zeit über
viele Nanoröhren
von Oxiden berichtet worden, wie z. B. Vanadiumoxid [M. E. Spahr
und fünf
andere Forscher, Angew. Chem. Int. Ed., 37, S. 1263–65 (1998)],
Siliciumdioxid [M. Adachi und zwei andere Forscher, Langmuir, 15,
7097 (1999)] und Titandioxid [H. Imai und vier andere Forscher,
J. Mater. Chem., 9, 2971 (1999)]. Vor kurzem gelang einer Forschergruppe,
zu der die Erfinder gehören,
die Synthese einer Seltenerdoxidnanoröhre durch extensive Anwendung
der Reaktionsbedingungen des Fällungsverfahrens
aus homogener Lösung unter
Verwendung von Harnstoff und Dodecylsulfationen als Matrix [M. Yada
und vier andere Forscher, Adv. Mater., 14, 309–313, (2002)].
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Was
Edelmetalle betrifft, ist ein Verfahren zur Bildung von Metallröhren, die
durch eine Schicht hindurchgehen, durch zweistufige stromlose Abscheidungsreaktion
unter Verwendung eines durch Spurätzen hergestellten porösen Polycarbonatschichtfilters
durch Forscher entwickelt worden, zu denen C. R. Martin gehört [C. R.
Martin, Science, 266, 1961–1966
(1994); S. B. Lee und ein weiterer Forscher, Chem. Mater., 13, 3236–3244 (2001)],
und eine Goldnanoröhre
mit im wesentlichen gleichmäßigem Innendurchmesser
von nicht weniger als etwa 1 nm ist erzeugt worden [C. R. Martin
und drei andere Forscher, J. Phys. Chem. B, 105, S. 11925–11934 (2004);
K. B. Jirage und zwei andere Forscher, Anal. Chem., 71, 4913–4918 (1999)].
In einem ähnlichen Verfahren
wurde eine Palladiumnanoröhre
von 4–5 nm
Dicke hergestellt [V. Badri und ein anderer Forscher, Int. J. Hydrogen
Energy, 25, 249–253
(2000)]. Wie oben erwähnt,
kann nach dem durch Martin et al. entwickelten Verfahren eine Metallnanoröhre mit
einem dem Porendurchmesser (10 nm oder mehr) einer Polymermembran
als Matrix entsprechenden Außendurchmesser
und einer Dicke von einigen nm oder mehr hergestellt werden. Es
ist jedoch nur über zwei
Arten von Metallnanoröhren,
d. h. Gold und Palladium, berichtet worden, die nach diesem Verfahren hergestellt
wurden. Außerdem
ist die Struktur der erhaltenen Metallnanoröhren durch den Porendurchmesser
(10 nm oder mehr) der Polymermembran definiert, so daß der Außen durchmesser
entsprechend dem Porendurchmesser (10 nm oder mehr) mindestens 10
nm und die Dicke mindestens einige nm betragen muß.
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C.
R. Martin et al. offenbaren in Adv. Mat., 2001, 13, Nr. 18, S. 1351–1362 die
Herstellung von Au-Nanoröhren
mit einem Bereich möglicher
Innendurchmesser.
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Das
heißt,
es gibt keinen Vorschlag für
die Struktur mit etwa 5–7
nm Außendurchmesser,
etwa 2–4
Innendurchmesser nm, etwa 1–2
nm Dicke und mindestens 10 nm Länge,
wie durch die vorliegende Erfindung definiert. Die Struktur der
obigen Metallnanoröhren
unterscheidet sich von der durch die vorliegende Erfindung definierten
Struktur.
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Um
andererseits die Aktivität
eines Katalysators und das Verhalten einer Elektrode als immanente
Funktionen von Edelmetall aufzuweisen, ist eine mikroskopische Struktur
mit einem Innendurchmesser von mindestens 2–3 nm und einer Dicke von etwa 2
nm oder weniger wünschenswert,
wie nach dem herkömmlichen
Wissen über
Nanostruktur leicht einzusehen ist [M. Ichikawa, Platinum Metals
Rev., 44, 3–14
(2000)]. Nach dem von Martin et al. entdeckten Verfahren ist dies
jedoch schwer zu erreichen. Tatsächlich
wurde über
keine früheren
Fälle solcher dünner Metallnanoröhren berichtet.
Herkömmliche Verfahren,
die andere als die obigen Edelmetalle betreffen, liefern nach wie
vor neben körnigen
oder membranartigen porösen
Metallen mit Poren in Waben- oder dreidimensionaler Netzstruktur
bis hinab zur Nanometer-Ebene kugelförmige oder amorphe ultrafeine
Teilchen.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Nanoröhre mit
neuartiger Zusammensetzung, neuer Größe und neuartigen Eigenschaften
bereitzustellen, die sich von den oben als Stand der Technik angegebenen
Nanoröhren
unterscheidet, wobei an die breitgefächerten Forschungsberichte
und den Stand der Technik zu den Nanoröhren gedacht wird. Konkret
ist gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Nanoröhre
so strukturiert, daß sie
ein Gerüst
aus einem einzelnen Edelmetallelement oder einem Gemisch aus mehreren
Metallelementen aufweist, das ein Edelmetallelement enthält, und
eine dünne
Nanoröhrenkonfiguration
von 2–3
nm Innendurchmesser und höchstens
1,5 nm Dicke auf weist, wodurch eine Nanoröhre mit neuartiger Zusammensetzung,
Organisation und Struktur bereitgestellt wird, die ein Edelmetallelement
enthält
und hervorragende Eigenschaften aufweist, die sich aus dem Element
ergeben. Auf diese Weise zielt die vorliegende Erfindung darauf
ab, eine Nanoröhre
mit Oxidationsbeständigkeit,
Korrosionsbeständigkeit,
elektrochemischen Eigenschaften und katalytischer Eigenschaft als
immanenten Funktionen von Edelmetall bereitzustellen, die außerdem speziell
hervorragende chemische, magnetische und optische Funktionen aufweist,
die aus der Elektronenstruktur und der Gerüstkonfiguration resultieren.
Durch Verwendung dieser Nanoröhre
zielt die vorliegende Erfindung ferner darauf ab, ein neuartiges
Material bereitzustellen, das zur technischen Innovation auf den
Gebieten der Chemie, Elektrotechnik, Informationstechnik, Umwelttechnik und
Biotechnologie beiträgt.
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Als
Fälle,
die sich auf Edelmetallnanoröhren beziehen,
die durch ein anderes Verfahren als das stromlose Abscheidungsreaktionsverfahren
unter Verwendung eines porösen
Polycarbonatschichtfilters als Matrix hergestellt wurden, wie von
Martin et al. entdeckt, wurde über
zwei Beispiele berichtet: ein körniges
mesoporöses
Platin [G. S. Attard und vier andere Forscher, wie oben erwähnt, Angew.
Chem. Int. Ed., 36, 1315–1317
(1977)] und ein membranartiges mesoporöses Platin [G. S. Attard und
fünf andere
Forscher, wie oben erwähnt,
Science, 278, 838–840
(1997)]. Diese können
als poröse
Edelmetalle mit einem Porendurchmesser von etwa 3 nm unter Verwendung
von Mizellen aus nichtionogenem Tensid als Matrix und durch Reduktion
von Chlorplatinsäure
mit Hydrazin oder dergleichen oder durch elektrolytische Abscheidung
von Mizelle-Flüssigkristallen
mit Metallsalz und Tensid gewonnen werden. Es gibt jedoch keine
Offenbarung oder Beschreibung über
Nanoröhren,
die Teilchen mit hohlzylinderförmiger
Konfiguration aufweisen, deren Außendurchmesser einige nm bis
einige hundert nm und deren Innendurchmesser einige Zehntel nm bis
einige Dutzend nm beträgt,
und in die Edelmetall als Grundgerüst eingebaut wird oder eingebaut
werden kann.
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Was
diesen Punkt betrifft, gilt das Gleiche für andere ältere Dokumente.
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Berücksichtigt
man, daß durch
das Syntheseverfahren mit der Matrix-Synthese einer nanoporösen Struktur
aus der gleichen Gerüstkomponente Nanoröhren aus
Metalloxiden wie z. B. Siliciumdioxid und Zirconiumdioxid gewonnen
werden, dann drängt sich
auf, daß die
Grenzen des gegenwärtigen
Syntheseverfahrens überschritten
werden müssen,
um Edelmetallnanoröhren
herzustellen. Andererseits ist bekannt, daß bei Vermischen zweier Arten
von Tensiden mit unterschiedlichen Strukturen hydrophiler Gruppen
die Oberflächenspannung
und die kritische Mizellenkonzentration (CMC) im Vergleich zum Fall mit
einer Art reduziert werden und eine synergistische Wirkung aufweisen,
wie z. B. eine Verbesserung der Emulsionseigenschaft und des Schaumbildungsvermögens, und
diese Substanzen werden als praktische Materialien genutzt, wie
z. B. als Reinigungsmittel [Manabu Senoo und ein weiterer Forscher,
Chemistry and applications of surfactants, Dainippon-tosho, Kapitel
4 (1995)].
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Es
gibt jedoch keine früheren
Fälle der
Anwendung solcher komplexer Effekte auf die Matrixsynthese. Bei
der Synthese der nanoporösen
Struktur und anorganischer Nanoröhren
unter Verwendung eines Tensids als Matrix wird im einen wie im anderen
Fall eine Tensidart als Matrixmittel genutzt. Die Forschergruppe,
zu der die Erfinder gehören, stellte
vor kurzem fest, daß man
durch Verwendung von nematischem Flüssigkristall als Reaktionsfeld, der
durch Vermischen von nichtionogenem Tensid und kationischem Tensid
entsteht, drahtähnliches
Silberbromid und Zinnoxid mit einem Durchmesser von etwa 1 μm erhält, und
fand heraus, daß das
vermischte Tensid eine Wirkung auf die Nanostruktursynthese hat
[T. Kijima und drei andere Forscher, Langmuir (2003), in Druck].
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Als
Ergebnis gründlicher
Untersuchungen zur Art der Metallquelle und der zu verwendenden Tenside
und Reaktionsbedingungen zum Zweck der Herstellung von Edelmetallnanoröhren durch
Matrixsynthese auf der Basis eines Tensidgemischs haben die Erfinder
festgestellt, daß Nanoröhrenteilchen,
deren Gerüst
aus Edelmetall besteht, durch eine Reaktion zur Reduktion von Edelmetallkomponenten
gezüchtet
werden können,
die zuvor in molekularer Organisation zugesetzt werden, die man
durch Vermischen von zwei Komponentenarten erhält: einem nichtionischen Tensid
mit relativ kleinem hydrophilem Teil oder einem ionischen Tensid
und einem nichtionischen Tensid mit relativ großem hydrophilem Teil.
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Das
heißt,
als Ergebnis gründlicher
Untersuchungen gelang es den Erfindern, die oben erwähnte Aufgabe
durch Erfindungsgegenstände
zu lösen
und auszuführen,
welche die nachstehend beschriebenen technischen Merkmale implementieren.
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Das
heißt,
der erste Erfindungsgegenstand (1) ist eine Edelmetallnanoröhre, wobei
das Gerüst der
Edelmetallnanoröhre
aus einem einzigen Edelmetallelement von den Edelmetallelementen
Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh)
oder Iridium (Ir) besteht, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine
Röhrenform
von etwa 5–7
nm Außendurchmesser,
2–4 nm
Innendurchmesser, etwa 1–2
nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist.
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Die
hierein offenbarte Edelmetallnanoröhre ist eine Nanoröhrenverbindung
mit Gerüststruktur, welche
die Basis von Nanoröhren
gemäß den nachstehenden
Definitionen (2) und (3) bildet. Die nachstehend unter (2) und (3)
definierten Edelmetallnanoröhren
sind von der oben unter (1) definierten Nanoröhre abgeleitet.
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Das
heißt,
die Nanoröhre
gemäß (2) oder
(3) ist eine Nanoröhre,
die der Edelmetallnanoröhre
(1) ähnlich
ist, wobei aber das Gerüst
so organisiert bzw. aufgebaut ist, daß zwei oder mehrere Elemente,
ausgewählt
aus einer Gruppe, die aus den in (1) beschriebenen Edelmetallelementen
und Ruthenium (Ru) besteht, oder ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus
einer Gruppe, die aus den in (1) beschriebenen Edelmetallelementen
und Ruthenium (Ru) besteht, und ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus
einer Gruppe, die aus unedlen Metallelementen wie z. B. Nickel (Ni)
besteht, in beliebigen Verhältnissen
vermischt werden.
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Das
heißt,
der zweite Erfindungsgegenstand (2) ist eine Edelmetallnanoröhre, wobei
das Gerüst der
Edelmetallnanoröhre
aus einem Aufbau besteht, in dem zwei Edelmetallelemente, ausgewählt aus
einer Gruppe, die aus Gold (Au), Silber (Ag), Pla tin (Pt), Palladium
(Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, in
beliebigen Verhältnissen miteinander
vermischt sind, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform von etwa 5–7 nm Außendurchmesser,
etwa 2–4
nm Innendurchmesser, etwa 1–2
nm Dicke und mindestens 10 nm Länge aufweist.
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Der
dritte Erfindungsgegenstand ist (3) eine Edelmetallnanoröhre, wobei
das Gerüst
der Edelmetallnanoröhre
aus einem Aufbau besteht, in dem ein oder mehrere Elemente, ausgewählt aus
der Gruppe die aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd),
Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, und ein oder
mehrere Elemente, die aus einer Gruppe unedler Metalle wie z. B.
Nickel (Ni) ausgewählt
sind, in beliebigen Verhältnissen
miteinander vermischt sind, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine
Röhrenform
von etwa 5–7
nm Außendurchmesser,
etwa 2–4
nm Innendurchmesser, etwa 1–2
nm Dicke und mindestens 10 nm Länge
aufweist.
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Die
nachstehenden vierten bis sechsten Erfindungsgegenstände offenbaren
Herstellungsverfahren der Edelmetallnanoröhren gemäß den oben erwähnten ersten
bis dritten Erfindungsgegenständen.
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Das
heißt,
der vierte Erfindungsgegenstand ist (4) ein Herstellungsverfahren
für eine
im obigen Punkt (1) beschriebene Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus
einem einzigen, unter Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium
(Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) ausgewählten Edelmetallelement
besteht und die Edelmetallnanoröhre
eine Röhrenform
von etwa 5–7
nm Außendurchmesser,
etwa 2–4
nm Innendurchmesser, etwa 1–2
nm Dicke und mindestens 10 nm Länge
aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Reaktionsgemischs
aus einem Metallsalz oder einer Metallkomplexverbindung, ausgewählt aus
einer Gruppe von Edelmetallsalzen und Edelmetallkomplexverbindungen
wie zum Beispiel Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von Gold (Au),
Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium
(Ir) als Edelmetallelementen; zwei nichtionogenen Tensidarten oder
einer nichtionogenen Tensidart und einer ionogenen Tensidart, d.
h. zwei Tensidarten, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyoxyethylenalkylethern,
wie z. B. No naethylenglycolmonohexadecylether, Polyoxyethylenfettsäureestern,
organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und
Natriumdodecylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltrimethylammoniumbromid,
Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat,
Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer; und
Wasser, oder Herstellen eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu
dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder
einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beides enthält, und
danach Zugabe eines Reduktionsmittels, wie z. B. von Hydrazin, zu
dem Reaktionsgemisch oder Bestrahlen des Reaktionsgemischs mit Licht, um
eine Reaktion zur Erzeugung der Edelmetallnanoröhre herbeizuführen, und
Auffangen der Edelmetallnanoröhre.
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Der
fünfte
Erfindungsgegenstand ist (5) ein Herstellungsverfahren für eine im
obigen Punkt (2) beschriebene Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus
einem Aufbau besteht, in dem zwei oder mehrere Edelmetallelemente, die
aus einer Gruppe ausgewählt
sind, die aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd),
Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, in beliebigen
Verhältnissen
miteinander vermischt sind, und wobei die Edelmetallnanoröhre eine
Röhrenform von
etwa 5–7
nm Außendurchmesser,
etwa 2–4
nm Innendurchmesser, etwa 1–2
nm Dicke und mindestens 10 nm Länge
aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Reaktionsgemischs
aus zwei oder mehreren Metallsalzen oder Metallkomplexverbindungen,
ausgewählt
aus einer Gruppe von Edelmetallsalzen und Edelmetallkomplexverbindungen wie
zum Beispiel Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von Gold (Au),
Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium
(Ir) und Ruthenium (Ru) als Edelmetallelementen; zwei nichtionischen Tensidarten
oder einer nichtionischen Tensidart und einer ionischen Tensidart,
d. h. zwei Tensidarten, die aus der Gruppe ausgewählt sind,
die aus Polyoxyethylenalkylethern, wie z. B. Nonaethylenglycolmonohexadecylether,
Polyoxyethylenfettsäureestern,
organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und
Natriumdodecylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltri methylammoniumbromid,
Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat,
Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer;
und Wasser, oder Herstellen eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu
dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder
einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beides enthält, und
danach Zugabe eines Reduktionsmittels, wie z. B. Hydrazin, zu dem Reaktionsgemisch
oder Bestrahlen des Reaktionsgemischs mit Licht, um eine Reaktion
zur Erzeugung der Edelmetallnanoröhre herbeizuführen, und
Auffangen der Edelmetallnanoröhre.
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Der
sechste Erfindungsgegenstand ist (6) ein Herstellungsverfahren für eine im
obigen Punkt (3) beschriebene Edelmetallnanoröhre, wobei das Gerüst der Edelmetallnanoröhre aus
einem Aufbau besteht, in dem ein oder mehrere Edelmetallelemente,
die aus einer Gruppe ausgewählt
sind, die aus Gold (Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium
(Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) besteht, und ein oder mehrere
Elemente, ausgewählt aus
einer Gruppe unedler Metalle, wie z. B. Nickel (Ni), in beliebigen
Verhältnissen
miteinander vermischt sind, wobei die Edelmetallnanoröhre eine Röhrenform
von etwa 5–7
nm Außendurchmesser, etwa
2–4 nm
Innendurchmesser, etwa 1–2
nm Dicke und mindestens 10 nm Länge
aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Reaktionsgemischs
aus einem oder mehreren Metallsalzen oder Metallkomplexverbindungen,
ausgewählt
aus einer Gruppe von Edelmetallsalzen und Edelmetallkomplexverbindungen
wie zum Beispiel Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von Gold
(Au), Silber (Ag), Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium
(Ir) und Ruthenium (Ru) als Edelmetallelementen; einem oder mehreren
Salzen unedler Metalle, ausgewählt
aus einer Gruppe von Metallsalzen wie z. B. Nitratsalzen und Chloriden
von unedlen Metallelementen, wie z. B. Nickel, zwei nichtionischen
Tensidarten oder einer nichtionischen Tensidart und einer ionischen
Tensidart, d. h. zwei Tensidarten, die aus der Gruppe ausgewählt sind,
die aus Polyoxyethylenalkylethern, wie z. B. Nonaethylenglycolmonohexadecylether,
Polyoxyethylenfettsäureestern,
organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und
Natriumdode cylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltrimethylammoniumbromid,
Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat,
Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer;
und Wasser, oder Herstellen eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu
dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder
einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beides enthält, und
danach Zugabe eines Reduktionsmittels, wie z. B. von Hydrazin, zu dem
Reaktionsgemisch oder Bestrahlen des Reaktionsgemischs mit Licht,
um eine Reaktion zur Erzeugung der Edelmetallnanoröhre herbeizuführen, und Auffangen
der Edelmetallnanoröhre.
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Die
folgenden siebenten bis fünfzehnten
Erfindungsgegenstände
offenbaren Anwendungserfindungen der Edelmetallnanoröhren gemäß den ersten bis
dritten Erfindungsgegenständen.
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Das
heißt,
der siebente Erfindungsgegenstand ist (7) ein Funktionsmaterial,
das eine oder mehrere Edelmetallnanoröhre(n) gemäß der Beschreibung in den obigen
Punkten (1) bis (3) enthält wobei
das Funktionsmaterial für
Anwendungen eingesetzt wird, die auf den Eigenschaften der Edelmetallnanoröhre(n) basieren.
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Der
achte Erfindungsgegenstand ist (8) ein Funktionsmaterial, wie im
obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung
als Katalysator für
eine Brennstoffzelle, einen Kraftfahrzeugauspuff oder dergleichen
eingesetzt wird.
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Der
neunte Erfindungsgegenstand ist (9) ein Funktionsmaterial, wie im
obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung
als Elektrode für
Elektrolyse oder dergleichen eingesetzt wird.
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Der
zehnte Erfindungsgegenstand ist (10) ein Funktionsmaterial, wie
im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur
Anwendung als Sensor oder als Sensor mit Formgedächtnis zur Erfassung von Temperatur, Druck,
Feuchtigkeit, Taukondensation, Durchflußgeschwindigkeit, Windgeschwindigkeit,
Licht, Gas, Sauerstoffkonzentration oder Verschiebung eingesetzt
wird.
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Der
elfte Erfindungsgegenstand ist (11) ein Funktionsmaterial, wie im
obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur Anwendung
als Paste eingesetzt wird.
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Der
zwölfte
Erfindungsgegenstand ist (12) ein Funktionsmaterial, wie im obigen
Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur
Anwendung als elektrisches Leitungsmaterial, elektrisches Widerstandmaterial
oder als Kondensator eingesetzt wird.
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Der
dreizehnte Erfindungsgegenstand ist (13) ein Funktionsmaterial,
wie im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial
hauptsächlich
zur Anwendung als Dauermagnet eingesetzt wird.
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Der
vierzehnte Erfindungsgegenstand ist (14) ein Funktionsmaterial,
wie im obigen Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial
hauptsächlich
zur Anwendung als Komponente eines Mikroreaktors eingesetzt wird.
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Der
fünfzehnte
Erfindungsgegenstand ist (15) ein Funktionsmaterial, wie im obigen
Punkt (7) beschrieben, wobei das Funktionsmaterial hauptsächlich zur
Anwendung als Substanzspeichermaterial eingesetzt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die 1(A)–1(C) zeigen Beobachtungsansichten von erfindungsgemäßen Nanoröhren, die durch
ein Transmissionselektronenmikroskop aufgenommen wurden, wobei 1(A) eine durch das durch das Transmissionselektronenmikroskop
aufgenommene Darstellung einer in Beispiel 1 erhaltenen Platinnanoröhre, 1(B) eine durch das Transmissionselektronenmikroskop
aufgenommene Darstellung einer in Beispiel 2 erhaltenen Palladiumnanoröhre und 1(C) eine durch das Transmissionselektronenmikroskop
aufgenommene Darstellung einer in Beispiel 3 erhaltenen Silbernanoröhre zeigt.
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BESTE AUSFÜHRUNGSART
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung gemäß der vorliegenden
Patentanmeldung weist die oben erwähnten Merkmale auf, und nachstehend
werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und Tabellen Beispiele konkret
beschrieben. Diese offenbarten Beispiele dienen dem Zweck, Aspekte
der vorliegenden Erfindung zu zeigen, und sollen den Umfang der
vorliegenden Erfindung nicht einschränken. Das heißt, die vorliegende
Erfindung zielt darauf ab, eine dünne Metallnanoröhre bereitzustellen,
die gemäß der obigen
Beschreibung die, wie oben erwähnt,
aus einem oder mehreren Edelmetallelementen als Hauptbestandteil
aufgebaut ist. Was die Bestandteile und die Struktur betrifft, weist
die Nanoröhre
eine bestimmte Größe auf und
besteht aus einem Gerüst
aus einer oder mehreren Arten von Edelmetallelementen oder aus derartigen
Edelmetallelementen als Hauptbestandteil und unedlen Metallelementen
als Zusatzbestandteil. Beispiele der Bestandteile schließen sehr viele
Gemische ein, da sowohl der Hauptbestandteil als auch der Zusatzbestandteil
viele Kombinationen in der Zusammensetzung ermöglichen und außerdem eine
weitere Metallelementart leicht durch einen Amalgambildungsvorgang
oder dergleichen in den Gerüstaufbau
eingebaut werden kann.
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Die
Grundzüge
des Herstellungsverfahrens sind die Reduktion von Metallsalz, wobei
als Matrix eine Struktur verwendet wird, die man durch Vermischen
von mindestens zwei Tensidarten und Metallsalzlösung unter geeigneten Bedingungen
erhält,
die zu einer Nanoröhre
von bestimmter Größe führen. Die
richtigen Temperatur- und Mischungsbedingungen für die Herstellung der Matrix
variieren in Abhängigkeit
von der Metallart als Gegenstand und den Eigenschaften der zu verwendenden
Tenside. Daher dienen die nachstehenden Beispiele nur dem Zweck, Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen, und die Metallart
und das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung sollten nicht
auf diese Beispiele beschränkt
werden.
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Die 1(A), 1(B) und 1(C) sind Beobachtungs-Mikrofotografien der erfindungsgemäßen Edelmetallnanoröhren, aufgenommen
durch ein Transmissionselektronenmikroskop. Aus diesen Mikrofotografien
ist erkennbar, daß die
erfindungsgemäßen Edelmetallsysteme
eine Röhrenstruktur
von sehr geringer Dicke aufweisen.
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BEISPIELE
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Beispiel 1
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Nonaethylenglycolmonododecylether (C12EO9) wurde in eine
wäßrige Lösung von
Chlorplatinsäure
(H2PtCl6) getropft,
die in einem Reagenzglas enthalten war, und wurde auf 60°C erhitzt.
Ferner wurde Polyoxyethylen(20)sorbitanmonostearat (Handelsbezeichnung "tween60"; beziehbar von Wako
Pure Chemical Industries, Ltd.) zugesetzt. Nach dreiminütigem Schütteln des
Reagenzglases im Wasserbad bei 60°C
wurde das Reagenzglas zwei Minuten bei 25°C in einem Lufttemperierbad
belassen. Dieses Verfahren wurde dreimal wiederholt.
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Das
Reagenzglas wurde zwanzig Minuten auf 25°C gehalten, wodurch ein Reaktionsgemisch mit
einem Eintragsmolverhältnis
von H2PtCl6:C12EO9:tween60:H2O = 1:1:1:60 hergestellt wurde. Hydrazin
mit dem 16-fachen Molverhältnis der
Chlorplatinsäure
wurde bei der gleichen Temperatur in das Reaktionsgemisch getropft
und 24 Stunden lang zur Reaktion gebracht. Die feinkörnige Feststoffablagerung
wurde zentrifugiert, danach mit Wasser und dann mit Ethanol gewaschen
und getrocknet, wodurch man ein schwarzes Pulver erhielt.
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Das
Pulver wurde durch das Transmissionselektronenmikroskop beobachtet,
und es wurde bestätigt,
daß das
Hauptprodukt des Pulvers röhrenförmige Teilchen
von etwa 6 nm Außendurchmesser,
3 nm Innendurchmesser und 1,5 nm Dicke waren [1(A)].
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Beispiel 2
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Nonaethylenglycolmonododecylether (C12EO9) wurde in eine
wäßrige Lösung von
Palladiumchlorid (PdCl2) getropft, die in
einem Reagenzglas enthalten war, und wurde auf 60°C erhitzt.
Ferner wurde Polyoxyethylen(20)sorbitanmonostearat (Handelsbezeichnung "tween60"; beziehbar von Wako
Pure Chemical Industries, Ltd.) zugesetzt. Nach 15-minütigem Schütteln des
Reagenzglases im Wasserbad bei 60°C
wurde das Reagenzglas auf 25°C
abgekühlt
und zwanzig Minuten auf dieser Temperatur gehalten, wodurch ein
Reaktionsgemisch mit einem Eintragsmolverhältnis von PdCl2:C12EO9:tween60:H2O = 1:1:1:60 hergestellt wurde. Hydrazin
mit dem 16-fachen Molverhältnis des
Palladium chlorids wurde bei der gleichen Temperatur in das Reaktionsgemisch
getropft und 24 Stunden lang zur Reaktion gebracht.
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Die
feinkörnige
Feststoffablagerung wurde zentrifugiert, danach mit Wasser und dann
mit Ethanol gewaschen und getrocknet, wodurch man ein schwarzes
Pulver erhielt.
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Das
Pulver wurde durch das Transmissionselektronenmikroskop beobachtet,
und es wurde bestätigt,
daß das
Hauptprodukt des Pulvers röhrenförmige Teilchen
von etwa 6 nm Außendurchmesser,
3 nm Innendurchmesser und 1,5 nm Dicke waren [1(B)].
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Beispiel 3
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Natriumdodecylsulfat
(SDS) wurde 0,056M Salpetersäurelösung von
Silbernitrat (AgNO3) zugesetzt, die in einem
Reagenzglas enthalten war, und auf 60°C erhitzt, um eine gleichmäßige Lösung zu
erhalten. Ferner wurde Polyoxyethylen(20)sorbitanmonostearat (Handelsbezeichnung "tween60"; beziehbar von Wako
Pure Chemical Industries, Ltd.) der Lösung zugesetzt. Nach zehnminütigem Schütteln des Reagenzglases
wurde das Reagenzglas auf 25°C abgekühlt, wodurch
ein Reaktionsgemisch mit einem Eintragsmolverhältnis von AgNO3:SDS:tween60: H2O (0,056M HNO3)
= 1:1:1:60 hergestellt wurde. Hydrazin mit dem 16-fachen Molverhältnis des
Silbernitrats wurde bei der gleichen Temperatur in das Reaktionsgemisch
getropft und 24 Stunden lang zur Reaktion gebracht. Die feinkörnige Feststoffablagerung wurde
zentrifugiert, danach mit Wasser und dann mit Ethanol gewaschen
und getrocknet, wodurch man ein graues Pulver erhielt.
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Das
Pulver wurde durch das Transmissionselektronenmikroskop beobachtet,
und es wurde bestätigt,
daß das
Hauptprodukt des Pulvers röhrenförmige Teilchen
von etwa 7 nm Außendurchmesser,
4 nm Innendurchmesser und 1 nm Dicke waren [1(C)].
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Als
Ergebnis der Durchführung
von Dauerversuchen zusätzlich
zu den obigen Beispielen und der Prüfung der erhaltenen Daten bestätigt sich,
daß die
vorliegende Erfindung eine Edelmetallnanoröhre bereitstellt, wie im obigen
Punkt (1) definiert. Darüberhinaus
zeigt sich, daß die
in den obigen Punk ten (2) und (3) definierten Edelmetallnanoröhren von
der im obigen Punkt (1) definierten Edelmetallnanoröhre abgeleitet
werden können.
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Als
Ergebnis liefert die vorliegende Erfindung eine Edelmetallelementverbindung
aus einem einzigen Edelmetallelement, eine Legierung oder eine intermetallische
Verbindung, die verschiedene, aus der materialeigenen Elektronenstruktur
des Edelmetalls resultierende Funktionen aufweisen kann, wie zum Beispiel
Oxidationsbeständigkeit,
Korrosionsbeständigkeit,
elektrochemische Eigenschaften und katalytische Wirkung, da die
vorliegende Erfindung das Edelmetall als Nanoröhrenkomponente nutzt, wie aus
der Erwähnung
am Beginn der vorliegenden Patentbeschreibung und den Berichten
in vielen Dokumenten hervorgeht, und die sehr neuartig ist, da sie sehr
dünn ist
und Nanoröhrenstruktur
aufweist. Es ist zu erwarten, daß die Edelmetallelementverbindung als
hervorragendes Funktionsmaterial auf vielen technischen Gebieten
eingesetzt wird.
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Wir
haben überhaupt
keinen Zweifel, daß die vorliegende
Erfindung von großer
Bedeutung ist, da die vorliegende Erfindung der Erfolg der Entwicklung und
Produktion der Nanoröhrenverbindung
von spezifischer Hohlkonfiguration mit einem Edelmetallelement ist.
Die Offenbarung der konkreten Daten in Bezug auf die detaillierten
Eigenschaften, Kenngrößen und
funktionellen Wirkungen auf verschiedenen technischen Gebieten und
die aus diesen Eigenschaften resultierende neue technische Machbarkeit
und Expansionsfähigkeit
sind in hohem Maße
von der zukünftigen
Forschung und Entwicklung abhängig
und bleiben diesen überlassen.
Nach der Zusammensetzung und der Nanoröhrenstruktur zu urteilen, muß die Möglichkeit,
hervorragende funktionelle Wirkungen auf verschiedenen technischen
Gebieten aufzuweisen, äußerst groß sein.
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Das
heißt,
die vorliegende Erfindung stellt erfolgreich eine Nanoröhrenstruktur
bereit, die verschiedene nutzbare Funktionen aufweist, wie zum Beispiel
eine hervorragende Katalysatoreigenschaft, Elektrodeneigenschaft
für elektrochemische
Reaktionen, verschiedene Sensoreigenschaften, Widerstands-/Magneteigenschaften,
eine Mikroreaktorfunktion und selektives Haftvermögen an bestimmten Molekülen, die
sich aus der einzig artigen Konfiguration und der sehr dünnen und
großen
spezifischen Oberfläche
des Edelmetalls ergeben und für
verschiedene Anwendungen genutzt werden können, die für die Industrie und den Umweltschutz
sehr wichtig sind, wie zum Beispiel als Brennstoffzellenkatalysator,
Kraftfahrzeug-Auspuffkatalysator, petrochemischer Katalysator und
als Grundstoff oder als Funktionselemente für Photonik/Elektronik/Informationstechnologien.
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Das
Herstellungsverfahren von Edelmetallnanoröhren wird zwar durch konkrete
und individuelle Beschreibung der vorstehenden Beispiele offenbart, aber
die Reaktionsbedingungen bei dem Herstellungsverfahren im Fall der
Durchführung
der Herstellung des Reaktionsgemischs wird nachstehend beschrieben
und zusammengefaßt.
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Zunächst gibt
es als Herstellungsverfahren eine Art (1) der Herstellung eines
Reaktionsgemischs aus einem oder mehreren Edelmetallsalzen oder Edelmetallkomplexverbindungen,
die aus einer Gruppe von Nitratsalzen, Chloriden und Metalloxiden von
Gold, Silber, Platin, Palladium, Rhodium, Iridium und dergleichen
ausgewählt
sind; zwei nichtionischen Tensidarten oder einer nichtionischen
Tensidart und einer ionischen Tensidart, d. h. zwei Tensidarten,
ausgewählt
aus einer Gruppe, die aus Polyoxyethylenalkylethern, wie z. B. Nonaethylenglycolmonohexadecylether,
Polyoxyethylenfettsäureestern,
organischen Natriumsulfaten, wie z. B. Natriumdodecylsulfat und
Natriumdodecylbenzolsulfonat, Alkylammoniumsalzen, wie z. B. Hexadecyltrimethylammoniumbromid,
Polyoxyethylensorbitanester, wie z. B. Polyoxyethylensorbitanmonostearat,
Polyoxyethylenalkylphenylether und Polyoxyethylen-Polyoxypropylen-Blockpolymer
besteht; und Wasser, oder Herstellung eines Reaktionsgemischs zusätzlich zu
dem obigen Reaktionsgemisch, das entweder eine Säure, wie z. B. Salpetersäure, oder
einen Alkohol, wie z. B. Dodecylalkohol, oder beide enthält (Ansprüche 1 und 4),
oder eine Herstellungsart (2), wobei zuvor ein vorgegebener Anteil
eines Edelmetallsalzes oder einer Edelmetallkomplexverbindung oder
eines Salzes eines unedlen Metalls von einer Art, die sich von den obigen
unterscheidet, in das Reaktionsgemisch gegeben wird (Ansprüche 2, 3,
5 und 6) und danach ein Redukti onsmittel, wie z. B. Hydrazin, in
das Reaktionsgemisch gegeben wird oder das Reaktionsgemisch mit
Licht bestrahlt wird, um eine Reaktion herbeizuführen.
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Nachstehend
werden die Reaktionsbedingungen zur Erläuterung beschrieben.
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Die
Beschreibung wird in Bezug auf Nanoröhren gegeben, deren Edelmetallkomponente
Platin oder Palladium ist. Reaktionsablauf und Reaktionsbedingungen
von der Herstellung des Reaktionsgemischs bis zur Entnahme des Endprodukts
lassen sich wie folgt anschaulich beschreiben: zunächst wird
eine Phase zur Herstellung eines Reaktionsgemischs durchgeführt, indem
Nonaethylenglycoldodecylether als erstes Tensid in einer Menge von
1–3 Mol,
vorzugsweise von einem Mol, und Wasser in einer Menge von 40–80 Mol,
vorzugsweise von 60 Mol, im Verhältnis
zu einem Mol Chlorplatinsäure
oder Palladiumchlorid zugesetzt werden, um ein vorgegebenes molares
Mischungsverhältnis
der erforderlichen Komponenten zu erhalten; diese werden eine Stunde
bei 60–70°C geschüttelt und
vermischt; dann wird Polyoxyethylen(20)sorbitanmonostearat (Handelsbezeichnung
tween60, beziehbar von Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) als
zweites Tensid in einer Menge von 1–3 Mol, vorzugsweise von einem
Mol, zugegeben; 2–30
Minuten geschüttelt;
ein Verfahren, das aus dem 2–10-minütigem Schütteln der
Bestandteile direkt an der Luft oder in einem Wasserbad von 60°C, anschließendem Stehenlassen
während
2–3 Minuten
bei 0–30°C, vorzugsweise
bei 10–25°C besteht,
wird 1–10
mal, vorzugsweise 3–4
mal wiederholt; wonach die Bestandteile ausreichend auf 10–30°C, vorzugsweise
auf 20–25°C abgekühlt werden;
Hydrazin wird tropfenweise in einem Anteil von 1–30 Mol pro 1 Mol Chlorplatinsäure zugesetzt,
und das Gemisch wird 24 Stunden auf der gleichen Temperatur gehalten.
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Die
obige Beschreibung wurde zwar zum Reaktionsablauf und zu den Reaktionsbedingungen
im Fall der Herstellung von Nanoröhren aus Platin, Palladium
und Silber gegeben, aber durch Verfahren und Bedingungen, die dem
oben erwähnten
Reaktionsablauf und den Reaktionsbedingungen gleich oder ähnlich sind,
erhält
man auch Nanoröhren
aus anderen Edelmetallelementen.
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Das
heißt,
es ist erforderlich, das Molverhältnis
des Reaktionsgemischs so weit wie möglich auf einen konstanten
Molverhältnisbereich
einzustellen und den Vorgang des Beimischens der Tenside zum Reaktionsgemisch
in zwei getrennten Phasen durchzuführen, d. h. einer Phase zum
Beimischen des ersten Tensids und der anderen Phase zum Beimischen des
zweiten Tensids, unter Bedingungen einer relativ hohen Temperatur
von 60–70°C.
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In
der zweiten Phase ist es erforderlich, die für das entsprechende Reaktionssystem
geeignete Reaktionstemperatur zu halten, indem das Reaktionsgemisch
nach dem geeigneten Schütteln
des Reaktionsgemischs direkt auf 25°C oder darunter abgekühlt wird,
oder indem der Erwärmungsvorgang
und der Abkühlvorgang
während
des geeigneten Schüttelns
des Reaktionsgemischs mehrmals wiederholt werden und danach das
Reaktionsgemisch auf 25°C oder
darunter abgekühlt
wird.
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Gegenwärtig ist
es nicht möglich,
rationalistisch zu erklären,
weshalb während
des Erwärmungsvorgangs
des Reaktionsgemischs im Fall der Platingruppe der Abkühlungsvorgang
erforderlich ist. Jedenfalls ist sichergestellt, daß die Edelmetallnanoröhre gemäß dem oben
erwähnten
Temperaturzyklus erzeugt werden kann. Die oben erwähnte Begründung einschließlich des
Durchbrechens des Reaktionsmechanismus wird gegenwärtig untersucht
oder ist auf zukünftige
Untersuchung angewiesen.
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Wie
aus den obigen Beispielen ersichtlich, können nicht auf jedes Edelmetallelement
die gleichen wie die oben erwähnten
Reaktionsbedingungen angewandt werden. Man wird erkennen, daß die Reaktionsbedingungen
in Abhängigkeit
von der Art des Edelmetallelements leicht variieren. Auf der Basis der
offenbarten Bedingungen in Bezug auf Platin, Palladium und Silber
dürften
die richtigen Bedingungen leicht zu ermitteln sein.
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Das
heißt,
die normale Vorgehensweise für den
Fachmann ist, passende Bedingungen für andere Edelmetallelemente
durch Experimente auf der Basis der oben erwähnten Beispiele zu suchen und zu
bestimmen. Die Bedingungen sind ein natürlicher Weg zur Ausführung der
vorliegenden Erfindung, und Produkte gemäß den auf diese Weise ermittelten
Bedingungen sind in Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung enthalten.
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Durch
Trennen des Feststoffprodukts von der durch die Reaktion (1) erhaltenen
Flüssigkeit, Waschen
des Feststoffprodukts mit Wasser und weiter mit Alkohol und Trocknen
des Feststoffprodukts während
6–24 Stunden
bei 30–40°C kann röhrenförmiges Material
gewonnen werden, dessen Gerüstkomponente
ein Edelmetallelement ist. Es wurde festgestellt, daß das röhrenförmige Material
eine Röhrenstruktur
von etwa 6 nm Außendurchmesser,
3 nm Innendurchmesser und etwa 1,5 nm Dicke aufweist.
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ANWENDBARKEIT IN DER INDUSTRIE
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Da
die erfindungsgemäße Edelmetallnanoröhre die
oben erwähnte
Struktur hat, wird erwartet, daß die
vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen aufweist.
- 1) Wenn die Nanoröhren
der Platingruppe oder der Platinlegierungsgruppe, wie z. B. Platin/Ruthenium,
als Brennstoffzellenkatalysator zur Gewinnung von Elektroenergie
und Wärme
durch Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff eingesetzt wird,
wirken der von der Nanostruktur mit sehr dünner und breiter spezifischer
Oberfläche
herrührende
Effekt und der Effekt der ungewöhnlichen
Konfiguration synergetisch, um eine wesentlich höhere Katalysatorwirkung als
bei herkömmlichen
Materialien aufzuweisen, so daß eine erhebliche
Verminderung der erforderlichen Katalysatormenge zu erwarten ist.
- 2) Wenn die Nanoröhre
als Katalysator zur Reinigung von Autoabgasen, in der Petrolchemie,
bei der Erzeugung von Synthesegas oder der Herstellung von Arzneimitteln/Fettölen eingesetzt wird,
kann sie eine wesentlich höhere
Katalysatorwirkung aufweisen, so daß wesentliche Auswirkungen
zu erwarten sind, wie z. B. Umweltverbesserung und Energieeinsparungen
beim Herstellungsprozeß.
- 3) Wenn die Nanoröhre
als Elektrode zur Elektrolyse oder dergleichen eingesetzt wird,
kann ein dramatischer Anstieg des Reaktionswirkungsgrads erwartet
werden, da die Elektrode eine wesentlich größere Elektrodenoberfläche aufweist als
herkömmliche
Materialien.
- 4) Wenn die Nanoröhre
als Sensor oder als Sensor mit Formgedächtnis zur Erfassung von Temperatur,
Druck, Taukondensa tion, Durchflußgeschwindigkeit, Windgeschwindigkeit,
Licht, Gas, Sauerstoffkonzentration oder Verschiebung eingesetzt
wird, zeigt sich eine dramatisch verbesserte Erfassungsgenauigkeit
oder Empfindlichkeit, wodurch eine Verringerung der Größe und eine
Verbesserung des Bauelements erzielt werden.
- 5) Wenn die Nanoröhre
als Paste eingesetzt wird, kann man eine leitfähige Paste, Widerstandspaste
oder dergleichen mit erheblich niedrigerer Sintertemperatur als
bei herkömmlichen
Materialien erhalten.
- 6) Wenn die Nanoröhre
als elektrisches Leitungsmaterial, elektrisches Widerstandsmaterial
oder als Kondensator eingesetzt wird, kann man eine elektronische
Schaltung herstellen, die im Vergleich zu herkömmlichem Material erheblich
feiner strukturiert ist.
- 7) Wenn die Nanoröhre
als Dauermagnet eingesetzt wird, kann ein hohler röhrenförmiger Feinstmagnet
zur Verwendung für
eine Mikromaschine bereitgestellt werden.
- 8) Wenn die Nanoröhre
als Komponente eines Mikroreaktors eingesetzt wird, kann ein Reaktor
bereitgestellt werden, der hervorragende Korrosionsbeständigkeit,
Oxidationsbeständigkeit,
eine für
die entsprechende Reaktion geeignete Katalysatoreigenschaft, elektrochemische
Eigenschaften oder Größenselektivität aufweist,
um nur Moleküle
oder Ionen mit einem Außendurchmesser von
2–4 nm
oder weniger ins Innere der Röhre eintreten
zu lassen.
- 9) Wenn die Nanoröhre
als Materialtrennmittel eingesetzt wird, können nur Moleküle oder
Ionen mit einem Außendurchmesser
von 2–4
nm oder weniger ins Innere der Röhre
eintreten, wodurch die Trennung von relativ kleinem Material, beispielsweise
endokrin wirksamen Substanzen wie etwa Nonylphenol oder Phthalatester
oder Aminosäure,
von Material mit hohem Molekulargewicht, wie z. B. Proteinsubstanz,
erleichtert wird. Da die röhrenförmige Zusammensetzung
Magneteigenschaft aufweist, kann sie eine hervorragende Wirkung
bei der selektiven Trennung von anorganischem oder organischem Material
mit Magneteigenschaft aufweisen.