JP2002094283A - Coiled carbon fiber and its manufacturing method and electromagnetic absorption material - Google Patents

Coiled carbon fiber and its manufacturing method and electromagnetic absorption material

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JP2002094283A
JP2002094283A JP2000275699A JP2000275699A JP2002094283A JP 2002094283 A JP2002094283 A JP 2002094283A JP 2000275699 A JP2000275699 A JP 2000275699A JP 2000275699 A JP2000275699 A JP 2000275699A JP 2002094283 A JP2002094283 A JP 2002094283A
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coiled carbon
coiled
coil
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Seiji Motojima
栖二 元島
Yukio Hishikawa
幸雄 菱川
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CMC Technology Development Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide coiled carbon fiber that can efficiently absorb an electromagnetic wave in a high-frequency band, the manufacturing method of the coiled carbon fiber, and an electromagnetic absorption material. SOLUTION: This coiled carbon fiber is made of amorphous carbon fiber in a coil shape. The diameter of a coil is set to 1 nm or more and less than 100 nm. Also, the coiled carbon fiber has spiral structure including single or double spiral structure. In general, the coiled carbon fiber having the single spiral structure becomes a main constituent in one reaction system. In addition, in one reaction system, the coiled carbon fiber with clockwise spiral structure as the winding direction of the spiral of the coil, the coiled carbon fiber with counterclockwise one, or the mixture of them exists. In the mixture, the content of the coiled carbon fiber which has the clockwise spiral structure is different from the content of the coiled carbon fiber which has the counterclockwise one.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、特に高周波帯域
の電磁波を吸収可能なコイル状炭素繊維、その製造方法
及び電磁波吸収材に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a coiled carbon fiber capable of absorbing electromagnetic waves in a high frequency band, a method for producing the same, and an electromagnetic wave absorbing material.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、例えば、携帯電話から発生する電
磁波による医療機器の誤作動、航空機、鉄道車両などの
運行障害、あるいは健康障害が指摘されている。そのた
め、電磁波吸収材、遮蔽材等が提案され、電磁波吸収材
としては、例えばコイル状炭素繊維が挙げられる。この
コイル状炭素繊維は炭素繊維によりコイル状に形成さ
れ、繊維の直径が0.01〜5μm 、コイル径が0.1
〜2000μm 、コイルのピッチが0〜50μm 及びコ
イルの長さが100μm 〜5mであり、コイルが右巻き
の二重螺旋構造を有するものと、左巻きの二重螺旋構造
を有するものとを含有するものである。このコイル状炭
素繊維はコイル径が実質上ミクロンメートルオーダーで
あり、外部から電磁波が照射され、変動電場や磁場にさ
らされると、ファラデーの法則に従いコイル内に誘導起
電力による誘導電流が流れてジュール熱が発生し、電磁
波を吸収する。このコイル状炭素繊維により吸収される
電磁波の周波数帯域は、コイル径等に依存する。コイル
径が大きく形成されると低周波帯域の電磁波が吸収さ
れ、コイル径が小さく形成されると高周波帯域の電磁波
が吸収される。
2. Description of the Related Art In recent years, for example, malfunctions of medical equipment due to electromagnetic waves generated from mobile phones, operational obstacles such as aircraft and railway vehicles, and health disorders have been pointed out. Therefore, an electromagnetic wave absorbing material, a shielding material, and the like have been proposed, and examples of the electromagnetic wave absorbing material include coiled carbon fibers. This coiled carbon fiber is formed into a coil shape by carbon fiber, the fiber diameter is 0.01 to 5 μm, and the coil diameter is 0.1.
20002000 μm, coil pitch of 0-50 μm, coil length of 100 μm -5 m, containing a coil having a right-handed double helical structure and a left-handed double helical structure It is. The coiled carbon fiber has a coil diameter substantially on the order of microns, and when exposed to electromagnetic waves from the outside and exposed to a fluctuating electric field or magnetic field, an induced current due to induced electromotive force flows in the coil according to Faraday's law and causes joules. Generates heat and absorbs electromagnetic waves. The frequency band of the electromagnetic wave absorbed by the coiled carbon fiber depends on the coil diameter and the like. When the coil diameter is large, the electromagnetic waves in the low frequency band are absorbed, and when the coil diameter is small, the electromagnetic waves in the high frequency band are absorbed.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来のコイル状炭
素繊維はコイル径はミクロンメートルオーダーであり、
吸収可能な電磁波の周波数帯域は数GHzの低周波帯域
である。そのため、現在、携帯電話に使用されている電
磁波の周波数0.8〜1.5GHzは従来のコイル状炭
素繊維で吸収可能となっている。ところが、自動交通シ
ステムや衛星放送の発達により使用される電磁波の周波
数帯域は将来的には数十GHz〜数百GHzの高周波帯
域へ移行することが想定されるため、従来のコイル状炭
素繊維では高周波数帯域の電磁波を吸収することができ
なくなるという問題があった。
The above-mentioned conventional coiled carbon fiber has a coil diameter on the order of microns.
The frequency band of the electromagnetic wave that can be absorbed is a low frequency band of several GHz. Therefore, frequencies of 0.8 to 1.5 GHz of electromagnetic waves currently used in mobile phones can be absorbed by conventional coiled carbon fibers. However, the frequency band of electromagnetic waves used by the development of automatic transportation systems and satellite broadcasting is expected to shift to a high frequency band of several tens of GHz to several hundred GHz in the future. There is a problem that electromagnetic waves in a high frequency band cannot be absorbed.

【0004】この発明は、上記従来技術に存在する問題
を解決するためになされたものである。その目的とする
ところは、高周波数帯域の電磁波を効率良く吸収するこ
とができるコイル状炭素繊維、その製造方法及び電磁波
吸収材を提供することにある。
[0004] The present invention has been made to solve the problems existing in the prior art. An object of the present invention is to provide a coiled carbon fiber that can efficiently absorb electromagnetic waves in a high frequency band, a method for producing the same, and an electromagnetic wave absorbing material.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に記載の発明のコイル状炭素繊維は、非
晶質の炭素繊維によりコイル状に形成され、そのコイル
径が1nm以上で100nm未満であるものである。
In order to achieve the above object, the coiled carbon fiber according to the first aspect of the present invention is formed of an amorphous carbon fiber in a coil shape and has a coil diameter of 1 nm. Above is less than 100 nm.

【0006】請求項2に記載の発明のコイル状炭素繊維
は、請求項1に記載の発明において、前記コイルは一重
螺旋構造を有するものを主成分とするものである。請求
項3に記載の発明のコイル状炭素繊維は、請求項1又は
請求項2に記載の発明において、前記コイルは右巻きの
螺旋構造を有するもの若しくは左巻きの螺旋構造を有す
るもの又はそれらの混合物であり、混合物の場合には右
巻きの螺旋構造を有するものと左巻きの螺旋構造を有す
るものとの含有量が異なるように構成されているもので
ある。
A coiled carbon fiber according to a second aspect of the present invention is the coiled carbon fiber according to the first aspect of the present invention, wherein the coil has a single spiral structure as a main component. According to a third aspect of the present invention, in the coiled carbon fiber according to the first or second aspect, the coil has a right-handed spiral structure, a left-handed spiral structure, or a mixture thereof. In the case of a mixture, the mixture is configured so that the content of the mixture having a right-handed spiral structure is different from that of the mixture having a left-handed spiral structure.

【0007】請求項4に記載の発明のコイル状炭素繊維
の製造方法は、炭化水素又は一酸化炭素を、金属触媒の
存在下に600〜950℃に加熱し、気相で炭化水素又
は一酸化炭素を分解反応させて炭素繊維をコイル状に成
長させるに際し、前記金属触媒の粒子径が1〜1000
nmであることを特徴とするものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for producing a coiled carbon fiber, wherein a hydrocarbon or carbon monoxide is heated to 600 to 950 ° C. in the presence of a metal catalyst, and the hydrocarbon or carbon monoxide is vapor-phased. When the carbon fiber is grown in a coil shape by a decomposition reaction of carbon, the particle diameter of the metal catalyst is 1 to 1000.
nm.

【0008】請求項5に記載の発明のコイル状炭素繊維
の製造方法は、請求項4に記載の発明において、さら
に、電磁場及び静磁場の存在下で分解反応を行うことを
特徴とするものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the method for producing a coiled carbon fiber according to the fourth aspect, further comprising performing a decomposition reaction in the presence of an electromagnetic field and a static magnetic field. is there.

【0009】請求項6に記載の発明の電磁波吸収材は、
請求項1に記載のコイル状炭素繊維よりなり、周波数が
1〜1000GHzの電磁波を吸収可能なものである。
[0009] The electromagnetic wave absorbing material of the invention according to claim 6 is:
It is made of the coiled carbon fiber according to claim 1, and can absorb electromagnetic waves having a frequency of 1 to 1000 GHz.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
形態について詳細に説明する。コイル状炭素繊維は、非
晶質の炭素繊維によりコイル状に形成され、そのコイル
径が1nm以上で100nm未満のものである。さら
に、コイル状炭素繊維はそのコイルのピッチが0〜50
μm 、コイルの長さが100μm 〜5mのものである。
また、コイル状炭素繊維は螺旋構造を有し、その螺旋構
造には一重螺旋構造又は二重螺旋構造が含まれ、1つの
反応系内においては一重螺旋構造を有するものが主成分
となるようになっている。即ち、上記サイズのコイル状
炭素繊維では1つの反応系内のコイル状炭素繊維の全体
重量の50重量%以上が一重螺旋構造を有するものにな
っている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail. The coiled carbon fiber is formed in a coil shape from amorphous carbon fiber, and has a coil diameter of 1 nm or more and less than 100 nm. Further, the coiled carbon fiber has a coil pitch of 0 to 50.
μm, and the coil length is 100 μm to 5 m.
Further, the coiled carbon fiber has a helical structure, and the helical structure includes a single helical structure or a double helical structure. In a single reaction system, the one having a single helical structure is mainly used. Has become. That is, in the coiled carbon fiber of the above size, 50% by weight or more of the total weight of the coiled carbon fiber in one reaction system has a single spiral structure.

【0011】さらに、1つの反応系内において、コイル
の螺旋の巻き方向として右巻きの螺旋構造を有するもの
若しくは左巻きの螺旋構造を有するもの又はそれらの混
合物が存在する。混合物として存在する場合には右巻き
の螺旋構造を有するものと左巻きの螺旋構造を有するも
のとの含有量が異なる場合が多く、同数のなる場合もあ
る。
Furthermore, in one reaction system, a coil having a right-handed spiral structure, a left-handed spiral structure, or a mixture thereof exists as a coil spiral direction. When present as a mixture, the content of the right-handed helical structure and the content of the left-handed helical structure are often different, and may be the same.

【0012】得られるコイル状炭素繊維は、炭素粒が非
晶質の状態で成長しているため、結晶質のコイル状炭素
繊維と比較して柔軟性及び弾力性が大きくなる。その結
果、例えば、非晶質のコイル状炭素繊維を高分子材料に
分散して電磁波吸収材のような複合材料を製造した際、
コイル状炭素繊維が高分子材料中で折れてしまうという
不具合をなくすことができる。また、複合材料が伸縮性
を有し、その複合材料を伸縮させたとき、コイル状炭素
繊維が切断されてしまうという不具合もなくすことがで
きる。加えて、結晶質の場合と異なりコイル状炭素繊維
外面における炭素粒の表面積が大きくなる。そのため、
コイル状炭素繊維表面に吸着可能なガス(例えば水素ガ
ス)の量が結晶質の場合と比較して多くなる。
[0012] The obtained coiled carbon fiber has a higher flexibility and elasticity than the crystalline coiled carbon fiber because the carbon particles are grown in an amorphous state. As a result, for example, when a composite material such as an electromagnetic wave absorber is manufactured by dispersing amorphous coiled carbon fibers in a polymer material,
The disadvantage that the coiled carbon fiber is broken in the polymer material can be eliminated. Further, the composite material has elasticity, and when the composite material is expanded and contracted, the problem that the coiled carbon fiber is cut can be eliminated. In addition, unlike the crystalline case, the surface area of the carbon particles on the outer surface of the coiled carbon fiber increases. for that reason,
The amount of gas (for example, hydrogen gas) that can be adsorbed on the surface of the coiled carbon fiber is larger than that in the case of crystalline.

【0013】また、コイル状炭素繊維はほとんどがその
繊維の中心部分まで微細な炭素粒が詰まった状態で形成
され、一部に中空状に形成されたものも観察される。コ
イル状炭素繊維により吸収される電磁波の周波数帯域
は、コイル径、コイルピッチ及びコイル長さに依存す
る。そして、コイル状炭素繊維は、そのコイル径が大き
く形成されていると低周波帯域の電磁波を効果的に吸収
することができ、コイル径が小さく形成されると高周波
帯域の電磁波を効果的に吸収することができる。
[0013] Further, most of the coiled carbon fibers are formed in a state where fine carbon particles are packed up to the center of the fiber, and some are formed to be hollow. The frequency band of the electromagnetic wave absorbed by the coiled carbon fiber depends on the coil diameter, coil pitch and coil length. When the coiled carbon fiber has a large coil diameter, it can effectively absorb electromagnetic waves in a low frequency band, and when the coil diameter is small, it can effectively absorb electromagnetic waves in a high frequency band. can do.

【0014】即ち、コイル状炭素繊維のコイル径がナノ
メートルオーダーのように小さくなればなるほど、繊維
径、コイルピッチも小さくなり、電磁波の周期が短くな
る高周波帯域と同調しやすくなるため、高周波帯域の電
磁波を効率良く吸収することができるようになる。従っ
て、実施形態のコイル状炭素繊維はコイル径が1nm以
上100nm未満に形成されているため、1〜1000
GHzまでの高周波帯域の電磁波を効果的に吸収するこ
とができるようになっている。高周波帯域の電磁波をよ
り効果的に吸収するために、コイル状炭素繊維のコイル
径は70〜100nm未満が好ましく、20〜70nm
未満がより好ましい。そして、コイル状炭素繊維のコイ
ル径が1〜20nm未満が特に好ましい。
That is, as the coil diameter of the coiled carbon fiber becomes smaller, such as on the order of nanometers, the fiber diameter and the coil pitch become smaller, and it becomes easier to tune with the high frequency band in which the period of the electromagnetic wave is shortened. Can be efficiently absorbed. Therefore, the coiled carbon fiber of the embodiment has a coil diameter of 1 nm or more and less than 100 nm,
Electromagnetic waves in a high frequency band up to GHz can be effectively absorbed. In order to more effectively absorb electromagnetic waves in a high-frequency band, the coil diameter of the coiled carbon fiber is preferably less than 70 to 100 nm, more preferably 20 to 70 nm.
Less than is more preferable. The coil diameter of the coiled carbon fiber is particularly preferably less than 1 to 20 nm.

【0015】また、一重螺旋構造のコイル状炭素繊維は
二重螺旋構造のコイル状炭素繊維と比較して、その電気
抵抗値が大きくなっている。そのため、それらコイル状
炭素繊維に電磁波が照射され、ファラデーの法則に従い
コイル内に誘導起電力による誘導電流が流れたとき、一
重螺旋構造のコイル状炭素繊維は二重螺旋構造のコイル
状炭素繊維より誘導電流に対する電気抵抗が大きくな
る。従って、コイル状炭素繊維に誘導電流が流れること
によるジュール熱の発生量が大きくなり電磁波吸収量が
二重螺旋構造のコイル状炭素繊維より大きくなる。
The electric resistance of the coiled carbon fiber having a single spiral structure is larger than that of the coiled carbon fiber having a double spiral structure. Therefore, when electromagnetic waves are irradiated on these coiled carbon fibers and an induced current due to induced electromotive force flows in the coils according to Faraday's law, the coiled carbon fibers having a single helical structure are more than the coiled carbon fibers having a double helical structure. The electric resistance to the induced current increases. Therefore, the amount of Joule heat generated by the induction current flowing through the coiled carbon fiber becomes large, and the electromagnetic wave absorption becomes larger than that of the coiled carbon fiber having the double helical structure.

【0016】さらに、左巻き又は右巻きのコイル状炭素
繊維において、例えば左偏波の電磁波に対しては左巻き
のコイル状炭素繊維の方が、右巻きのコイル状炭素繊維
よりも電磁波吸収量が大きくなる。一方、右偏波の電磁
波に対しては右巻きのコイル状炭素繊維の方が、左巻き
のコイル状炭素繊維よりも電磁波吸収量が大きくなる。
Further, in the left-handed or right-handed coiled carbon fiber, for example, the left-handed coiled carbon fiber absorbs a larger amount of electromagnetic waves than the right-handed coiled carbon fiber with respect to left-polarized electromagnetic waves. Become. On the other hand, for right-polarized electromagnetic waves, the right-handed coiled carbon fiber has a larger electromagnetic wave absorption than the left-handed coiled carbon fiber.

【0017】上記構成のコイル状炭素繊維を母材中に分
散させ、それを所定形状に成形することにより電波吸収
材を製造することができ、この電磁波吸収材は1〜10
00GHzまでの高周波帯域の電磁波を効果的に吸収す
ることができる。前記母材としては高分子が挙げられ、
その高分子としては熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、架橋
ゴム及び熱可塑性エラストマーから選ばれる少なくとも
一種が挙げられる。これらは、得られる電波吸収体の硬
さ、機械的強度、耐熱性、電気抵抗等の電気的特性、耐
久性等の要求に応じて、少なくとも一種が適宜選択して
使用される。
The electromagnetic wave absorbing material can be manufactured by dispersing the coiled carbon fiber having the above structure in a base material and molding it into a predetermined shape.
Electromagnetic waves in a high frequency band up to 00 GHz can be effectively absorbed. Examples of the matrix include a polymer,
Examples of the polymer include at least one selected from a thermoplastic resin, a thermosetting resin, a crosslinked rubber, and a thermoplastic elastomer. At least one of these is appropriately selected and used depending on the requirements of electrical characteristics such as hardness, mechanical strength, heat resistance, electric resistance and durability of the obtained radio wave absorber.

【0018】熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチ
レン、ポリプロピレン等が挙げられ、熱可塑性エラスト
マーとしては、スチレン−ブタジエン又はスチレン−イ
ソプレンブロック共重合体とその水添共重合体、スチレ
ン系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。架橋ゴムと
しては、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム等
が挙げられ、熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フ
ェノール樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
Examples of the thermoplastic resin include polyethylene and polypropylene. Examples of the thermoplastic elastomer include a styrene-butadiene or styrene-isoprene block copolymer and a hydrogenated copolymer thereof, a styrene-based thermoplastic elastomer, and the like. Is mentioned. Examples of the crosslinked rubber include natural rubber, butadiene rubber, and isoprene rubber, and examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, a phenol resin, and a polyimide resin.

【0019】さらに、可塑剤、充填材、有機繊維(アラ
ミド繊維等)、炭素繊維、無機繊維(ガラス繊維等)、
セルロース、絹、木綿、羊毛等の天然高分子、安定剤、
着色剤を必要に応じて添加してもよい。また、コイル状
炭素繊維と高分子とよりなる組成物の粘度を低下させ
て、コイル状炭素繊維を高分子中に配合しやすくしたり
するために、有機溶剤や水を添加してもよい。
Furthermore, plasticizers, fillers, organic fibers (such as aramid fibers), carbon fibers, inorganic fibers (such as glass fibers),
Natural polymers such as cellulose, silk, cotton, and wool, stabilizers,
A coloring agent may be added as needed. In addition, an organic solvent or water may be added in order to lower the viscosity of the composition comprising the coiled carbon fiber and the polymer to facilitate the incorporation of the coiled carbon fiber in the polymer.

【0020】次に、コイル状炭素繊維の製造方法につい
て説明する。コイル状炭素繊維の製造方法は、炭化水素
又は一酸化炭素を、金属触媒の存在下に600〜950
℃に加熱し、気相で炭化水素又は一酸化炭素を分解反応
させて炭素繊維をコイル状に成長させるものである。
Next, a method for producing the coiled carbon fiber will be described. The method for producing the coiled carbon fiber includes the steps of converting a hydrocarbon or carbon monoxide to 600 to 950
C. is heated to cause a decomposition reaction of hydrocarbons or carbon monoxide in a gas phase to grow carbon fibers into a coil shape.

【0021】コイル状炭素繊維は、触媒活性化CVD
(化学気相成長)法等により得ることができる。例え
ば、内部に金属触媒の存在する横型熱化学気相合成装置
内に基材を配置し、周期律表の5B族又は6B族の化合
物よりなる触媒ガス、水素ガス及びシールガスを注入
し、さらに、炭化水素又は一酸化炭素を注入して所定温
度で加熱分解したとき、前記金属触媒の結晶面から成長
するものである。
[0021] The coiled carbon fiber is formed by catalyst activated CVD.
(Chemical vapor deposition) method or the like. For example, a substrate is placed in a horizontal thermochemical vapor synthesis apparatus in which a metal catalyst is present, and a catalyst gas, a hydrogen gas, and a seal gas composed of a compound of Group 5B or 6B of the periodic table are injected, and When a hydrocarbon or carbon monoxide is injected and thermally decomposed at a predetermined temperature, it grows from the crystal plane of the metal catalyst.

【0022】コイル状炭素繊維が成長する場所としての
基材は、グラファイト、ニッケル又は石英により板状に
形成されたものが使用され、その基材外面にニッケルが
溶射、焼結又はメッキ蒸着されているものを使用しても
よい。前記金属触媒は、金属の酸化物、炭化物、硫化
物、リン化物、炭酸化物及び炭硫化物から選択される少
なくとも一種の化合物であり、好ましくは、ニッケル、
コバルト、ニオブ、タンタル、チタン、タングステン、
炭化ニッケル、硫化ニッケル、酸化ニッケル、炭硫化ニ
ッケル、炭酸化ニッケル等が挙げられる。なお、ニッケ
ロセン、メタロセン等の金属含有化合物を反応容器内で
昇華熱分解することにより基材外面に金属触媒を沈殿さ
せて担持させてもよい。また、コイル状炭素繊維を効率
良く成長させるために、金属触媒のうちのニッケル、炭
化ニッケル、硫化ニッケル、酸化ニッケル、炭硫化ニッ
ケル、炭酸化ニッケル及びニッケロセンのニッケル系化
合物を使用するのが好ましい。
As the substrate on which the coiled carbon fiber grows, a substrate formed of graphite, nickel or quartz in a plate shape is used, and nickel is sprayed, sintered or plated on the outer surface of the substrate. May be used. The metal catalyst is at least one compound selected from metal oxides, carbides, sulfides, phosphides, carbonates and carbosulfides, preferably nickel,
Cobalt, niobium, tantalum, titanium, tungsten,
Nickel carbide, nickel sulfide, nickel oxide, nickel carbon sulfide, nickel carbonate and the like can be mentioned. The metal catalyst may be precipitated and carried on the outer surface of the substrate by sublimating and pyrolyzing a metal-containing compound such as nickelocene and metallocene in a reaction vessel. In order to grow the coiled carbon fiber efficiently, it is preferable to use a nickel-based compound of nickel, nickel carbide, nickel sulfide, nickel oxide, nickel carbon sulfide, nickel carbonate, and nickelocene among the metal catalysts.

【0023】また、コイル状炭素繊維のコイル径、コイ
ルピッチ及びコイル長さは、金属触媒の各結晶面での触
媒活性の異方性や粒径に依存している。そのため、コイ
ル径をナノメートルオーダーに形成するために金属触媒
の粒子径が1〜1000nmのものが使用される。そし
て、上記範囲内の粒子径を有する金属触媒を使用するこ
とにより、コイル径がナノメートルオーダーのコイル状
炭素繊維を成長させることができるようになっている。
また、金属触媒の粒子径がナノメートルオーダーである
ため、粒子径がミクロンメートルオーダーの金属触媒と
比較して基材外面に担持される金属触媒の量が多くな
る。加えて、粒子径がミクロンメートルオーダーの金属
触媒と比較して基材外面の金属触媒の表面積が大きくな
り、各種ガスとの接触効率が向上する。そのため、成長
するコイル状炭素繊維の量も増加してその収率を向上さ
せることができる。
The coil diameter, coil pitch and coil length of the coiled carbon fiber depend on the anisotropy and the particle size of the catalytic activity on each crystal plane of the metal catalyst. Therefore, in order to form a coil diameter on the order of nanometers, a metal catalyst having a particle diameter of 1 to 1000 nm is used. By using a metal catalyst having a particle diameter within the above range, a coiled carbon fiber having a coil diameter on the order of nanometers can be grown.
Further, since the particle size of the metal catalyst is on the order of nanometers, the amount of the metal catalyst supported on the outer surface of the base material is larger than that of the metal catalyst having a particle size on the order of microns. In addition, the surface area of the metal catalyst on the outer surface of the base material is larger than that of a metal catalyst having a particle diameter on the order of microns, and the contact efficiency with various gases is improved. Therefore, the amount of the growing coiled carbon fiber also increases, and the yield can be improved.

【0024】前記炭化水素としてはアセチレン、メタ
ン、プロパン等が使用され、アセチレンは微量のイオウ
又はリン等の不純物を含んでいてもよい。触媒ガスは、
周期律表の5B族及び6B族元素を含むガスで、硫黄、
チオフェン、メチルメルカプタン、硫化水素等の硫黄原
子を含む化合物又は、リン、3塩化リン等のリン原子を
含む化合物が使用される。
As the hydrocarbon, acetylene, methane, propane or the like is used, and acetylene may contain a small amount of impurities such as sulfur or phosphorus. The catalyst gas is
A gas containing a 5B group element and a 6B group element of the periodic table;
A compound containing a sulfur atom such as thiophene, methyl mercaptan, or hydrogen sulfide, or a compound containing a phosphorus atom such as phosphorus or phosphorus trichloride is used.

【0025】なお、コイル状炭素繊維の製造時に、反応
系を電磁場及び静磁場のうちの少なくともいずれか一方
が発生している状況に配置し、反応系に電磁波及び静磁
波のうちの少なくともいずれか一方を照射してもよい。
電磁場を発生させる手段としては交流又は直流の電熱ヒ
ーターが挙げられ、静磁場を発生させる手段としては永
久磁石又は導線(直線又はコイル状)に直流電流を流す
こと等が挙げられる。照射する電磁波の周波数として
は、1Hz〜1GHzが好ましく、電磁波を反応系に照
射する際の利便性から周波数50〜60Hzがより好ま
しい。また、電磁波及び静磁波のうちの少なくともいず
れか一方は、コイル状炭素繊維の成長する方向に対して
いずれの方向から照射してもよい。従って、反応系を電
磁場及び静磁場のうちの少なくともいずれか一方の存在
下、特に電磁場及び静磁場の両存在下に配置することに
より、金属触媒の各結晶面での触媒活性の異方性が増大
され、コイル径が小さくなるとともに、コイル状炭素繊
維の成長率が向上する。また、粒子径が1〜1000n
mのニッケルを金属触媒として使用し、反応系に前記電
熱ヒーターからの電磁場に加えて他の磁場、例えば静磁
場を発生させることにより、1〜3μmの均一なコイル
径を有するコイル状炭素繊維が得られる。
During the production of the coiled carbon fiber, the reaction system is placed in a state where at least one of an electromagnetic field and a static magnetic field is generated, and the reaction system is provided with at least one of an electromagnetic wave and a static magnetic wave. One may be irradiated.
Means for generating an electromagnetic field include an AC or DC electric heater, and means for generating a static magnetic field include flowing a DC current through a permanent magnet or a conducting wire (straight or coiled). The frequency of the electromagnetic wave to be irradiated is preferably 1 Hz to 1 GHz, and more preferably 50 to 60 Hz for convenience in irradiating the reaction system with the electromagnetic wave. Further, at least one of the electromagnetic wave and the magnetostatic wave may be irradiated from any direction with respect to the growth direction of the coiled carbon fiber. Therefore, by arranging the reaction system in the presence of at least one of an electromagnetic field and a static magnetic field, particularly in the presence of both an electromagnetic field and a static magnetic field, the anisotropy of the catalytic activity on each crystal plane of the metal catalyst is reduced. As a result, the coil diameter is reduced, and the growth rate of the coiled carbon fiber is improved. Moreover, the particle diameter is 1 to 1000 n.
m nickel as a metal catalyst, and in addition to the electromagnetic field from the electric heater in the reaction system, by generating another magnetic field, for example, a static magnetic field, a coiled carbon fiber having a uniform coil diameter of 1 to 3 μm is obtained. can get.

【0026】前記シールガスは窒素ガス、ヘリウムガス
等の化学的に不活性で、系の物質と反応しない不活性ガ
ス又は水素ガスが使用される。シールガスが横型熱化学
気相合成装置内に注入されると、酸素ガス等により余分
な、あるいは有害な影響が反応系に加えられるのを防止
できるようになっている。
As the seal gas, an inert gas such as a nitrogen gas and a helium gas, or an inert gas which does not react with a substance of the system or a hydrogen gas is used. When the sealing gas is injected into the horizontal thermochemical vapor synthesis apparatus, it is possible to prevent an extra or harmful influence from being added to the reaction system by oxygen gas or the like.

【0027】前記実施形態より発揮される効果につい
て、以下に記載する。 ・ 炭素繊維がコイル状に形成され、コイル径がナノメ
ートルオーダーに形成されているため、コイル径がミク
ロンメートルオーダーに形成されている炭素繊維よりも
高周波帯域の電磁波を効果的に吸収することができる。
The effects of the above embodiment will be described below.・ Since the carbon fiber is formed in a coil shape and the coil diameter is formed on the order of nanometers, it can absorb electromagnetic waves in the high-frequency band more effectively than the carbon fiber formed on the order of microns. it can.

【0028】・ コイル状炭素繊維は非晶質であるた
め、結晶質のコイル状炭素繊維と異なり、その柔軟性及
び弾力性が大きくなる。従って、コイル状炭素繊維を使
用した複合材料の製造、使用時等に複合材料中のコイル
状炭素繊維が折れたり、切断されたりするといった不具
合をなくすことができ、複合材料におけるコイル状炭素
繊維に依存した電磁波吸収特性等の効果を効果的に発揮
させることができる。
Since the coiled carbon fiber is amorphous, the flexibility and elasticity thereof are increased unlike the crystalline coiled carbon fiber. Therefore, it is possible to eliminate such a problem that the coiled carbon fiber in the composite material is broken or cut at the time of manufacturing and using the composite material using the coiled carbon fiber. An effect such as a dependent electromagnetic wave absorption characteristic can be effectively exhibited.

【0029】・ 一重螺旋構造のコイル状炭素繊維は二
重螺旋構造のコイル状炭素繊維と比較して、電磁波吸収
量が大きくなっている。そのため、コイル状炭素繊維を
成長させたとき、一重螺旋構造のコイル状炭素繊維が主
成分として成長するため、得られるコイル状炭素繊維に
より電磁波吸収効果を効果的に発揮させることができ
る。
The coiled carbon fiber having a single helical structure has a larger electromagnetic wave absorption than the coiled carbon fiber having a double helical structure. Therefore, when the coiled carbon fiber is grown, the coiled carbon fiber having a single helical structure grows as a main component, so that the obtained coiled carbon fiber can effectively exert an electromagnetic wave absorbing effect.

【0030】・ 左偏波の電磁波に対しては右巻きのコ
イル状炭素繊維より左巻きのコイル状炭素繊維の方が効
果的に吸収することができ、右偏波の電磁波に対しては
左巻きのコイル状炭素繊維より右巻きのコイル状炭素繊
維の方が効果的に吸収することができる。従って、コイ
ル状炭素繊維が右巻きと左巻きの螺旋構造を有するもの
との混合物として存在し、右巻きと左巻きの螺旋構造を
有するものとの含有量が異なるようになっている場合、
右巻きと左巻きの螺旋構造を有するものとの含有量が同
じ場合と異なり、右又は左偏波のいずれかの電磁波を効
果的に吸収することができる。
The left-handed coiled carbon fiber can more effectively absorb left-polarized electromagnetic waves than the right-handed coiled carbon fiber. The right-handed coiled carbon fiber can absorb more effectively than the coiled carbon fiber. Therefore, when the coiled carbon fiber exists as a mixture of a right-handed and a left-handed helical structure, and the content of the right-handed and the left-handed helical structure is different,
Unlike the case where the right-handed and left-handed helical structures have the same content, either right-handed or left-handed polarized electromagnetic waves can be effectively absorbed.

【0031】また、現在のラジオ波やテレビ波等の通信
に使用されている電磁波は左右偏波の区別なく信号に変
換されている。一方、右巻き又は左巻きのコイル状炭素
繊維により右偏波又は左偏波を区別することができるた
め、前記ラジオ波やテレビ波の帯域の電磁波で2倍の情
報を送ることが可能になる。
Electromagnetic waves currently used for communication such as radio waves and television waves are converted into signals without distinction between left and right polarized waves. On the other hand, right-handed or left-handed coiled carbon fibers can distinguish right-handed or left-handed polarized waves, so that twice as much information can be transmitted by electromagnetic waves in the radio wave and television wave bands.

【0032】・ 金属触媒は粒子径が1〜1000nm
のものが使用されるため、コイル径がナノメートルオー
ダーのコイル状炭素繊維を確実に成長させることができ
る。また、粒子径がミクロンメートルオーダーの金属触
媒と比較して基材外面に担持される金属触媒の量を多
く、表面積を広くすることができ、コイル状炭素繊維の
収率を向上させることができる。
The metal catalyst has a particle diameter of 1 to 1000 nm.
Is used, so that a coiled carbon fiber having a coil diameter on the order of nanometers can be surely grown. In addition, the amount of the metal catalyst supported on the outer surface of the base material can be increased, the surface area can be increased, and the yield of the coiled carbon fiber can be improved as compared with a metal catalyst having a particle diameter of the order of microns. .

【0033】・ 金属触媒としてニッケル系化合物を使
用することでコイル状炭素繊維を金属触媒から効率良く
成長させることができる。 ・ コイル状炭素繊維の製造時に、反応系に照射される
電磁波及び静磁波のうちの少なくともいずれか一方によ
り金属触媒の各結晶面での触媒活性の異方性を増大さ
せ、コイル径を確実に小さくすることができ、ナノメー
トルオーダーのコイル状炭素繊維を確実に形成すること
ができる。同様に、コイル状炭素繊維の成長率を向上さ
せることができる。
The use of a nickel-based compound as the metal catalyst allows the coiled carbon fiber to be efficiently grown from the metal catalyst.・ During the production of coiled carbon fibers, the anisotropy of catalytic activity on each crystal plane of the metal catalyst is increased by at least one of the electromagnetic wave and the magnetostatic wave irradiated to the reaction system, and the coil diameter is assured. It is possible to reduce the size and to reliably form a coiled carbon fiber on the order of nanometers. Similarly, the growth rate of the coiled carbon fiber can be improved.

【0034】・ 1〜1000GHzの高周波帯域の電
磁波を吸収可能なコイル状炭素繊維を母材に分散させる
ことにより電磁波吸収材を製造することができる。従っ
て、例えば、電磁波吸収材を使用してパソコンの本体ケ
ースを製造することにより、パソコンから発生する電磁
波、特に高周波帯域の電磁波を効果的に吸収することが
できる。
An electromagnetic wave absorbing material can be manufactured by dispersing a coiled carbon fiber capable of absorbing electromagnetic waves in a high frequency band of 1 to 1000 GHz in a base material. Therefore, for example, by manufacturing the main body case of the personal computer using the electromagnetic wave absorbing material, it is possible to effectively absorb the electromagnetic wave generated from the personal computer, particularly, the electromagnetic wave in a high frequency band.

【0035】・ 粒子径が1〜1000nmのニッケル
を金属触媒として使用し、反応系に前記電熱ヒーターか
らの電磁場に加えて他の磁場を発生させることにより、
1〜3μmの均一なコイル径を有するコイル状炭素繊維
が得られる。そのため。コイル径の範囲が狭いコイル状
炭素繊維を確実に製造することができ、限定された帯域
の電磁波を確実に吸収することができる。従って、多量
のコイル状炭素繊維により幅広い帯域の電磁波を吸収す
る場合と比較して、少量のコイル状炭素繊維により対応
した周波数帯域の電磁波を効果的に吸収することができ
る。また、電気機器個々から発生する電磁波の周波数に
対応したコイル状炭素繊維を使用することにより、電磁
波を効果的に吸収することができ、
By using nickel having a particle diameter of 1 to 1000 nm as a metal catalyst and generating another magnetic field in the reaction system in addition to the electromagnetic field from the electric heater,
A coiled carbon fiber having a uniform coil diameter of 1 to 3 μm is obtained. for that reason. Coiled carbon fibers having a narrow coil diameter range can be reliably manufactured, and electromagnetic waves in a limited band can be reliably absorbed. Therefore, compared with the case where a large amount of coiled carbon fiber absorbs electromagnetic waves in a wide band, the small amount of coiled carbon fiber can effectively absorb electromagnetic waves in a corresponding frequency band. In addition, by using coiled carbon fibers corresponding to the frequency of the electromagnetic waves generated from each electrical device, it is possible to effectively absorb the electromagnetic waves,

【0036】[0036]

【実施例】以下、実施例及び比較例により、前記実施形
態をさらに具体的に説明する。 (実施例1)実施例1では金属含有化合物を反応容器内
で昇華熱分解させて基板外面に金属触媒を沈殿させ、さ
らに、反応系に静磁場及び電磁場を発生させてコイル状
炭素繊維を成長させた。まず、内径100mm、長さ1
000mmの透明石英管からなる反応容器を横型にセッ
トするとともに、その反応容器の中央部にグラファイト
製の基板(幅40mm、長さ100mm)を基材として
セットした。さらに、反応容器の外側に炭素鋼パイプ
(ヨーク:内径100mm、長さ50mm)を設置し、
その炭素鋼パイプの内側にサマリウム−コバルト系永久
磁石(残留磁束密度:1テスラ)をセットしてその永久
磁石により反応容器内に静磁場を発生させた。
The above embodiment will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. (Example 1) In Example 1, a metal-containing compound was sublimated and pyrolyzed in a reaction vessel to precipitate a metal catalyst on the outer surface of a substrate, and further, a static magnetic field and an electromagnetic field were generated in the reaction system to grow coiled carbon fibers. I let it. First, inner diameter 100mm, length 1
A reaction vessel consisting of a 000 mm transparent quartz tube was set horizontally, and a graphite substrate (width 40 mm, length 100 mm) was set as a base material in the center of the reaction vessel. Further, a carbon steel pipe (yoke: inner diameter 100 mm, length 50 mm) is installed outside the reaction vessel,
A samarium-cobalt permanent magnet (residual magnetic flux density: 1 Tesla) was set inside the carbon steel pipe, and a static magnetic field was generated in the reaction vessel by the permanent magnet.

【0037】そして、反応容器内にアセチレン、触媒ガ
ス、水素ガス及びニッケロセンを流入させ、直流のニク
ロム線の電熱ヒーターにより750〜800℃に加熱す
るとともに、反応容器内に前記静磁場に加えて静電磁場
(基板中央の磁束密度:0.25〜0.30テスラ)を
発生させて前記温度で1時間反応を行った。その結果、
ニッケロセンが気相で熱分解されて粒径約5オングスト
ロームの原子状態になり、その原子状態のニッケロセン
が基板上に複数個集合して平均粒径1〜10nmのニッ
ケルが基板上に沈殿して同基板に担持される。
Then, acetylene, a catalyst gas, hydrogen gas and nickelocene were introduced into the reaction vessel, heated to 750 to 800 ° C. by a DC nichrome wire electric heater, and added to the static magnetic field in the reaction vessel by applying the static magnetic field. An electromagnetic field (magnetic flux density at the center of the substrate: 0.25 to 0.30 Tesla) was generated, and the reaction was performed at the above temperature for 1 hour. as a result,
The nickelocene is thermally decomposed in the gas phase to become an atomic state having a particle size of about 5 angstroms, and a plurality of the nickelocene in the atomic state assemble on the substrate, and nickel having an average particle size of 1 to 10 nm precipitates on the substrate. It is carried on a substrate.

【0038】このニッケルが金属触媒となり、そのニッ
ケルの各結晶面からコイル状炭素繊維が成長した。この
コイル状炭素繊維は原料アセチレンに対して40%の収
率で得られ、コイル状炭素繊維全体量のうちコイル径が
ナノメートルオーダーのものは89%であった。ナノメ
ートルオーダーのコイル状炭素繊維は平均のコイル径が
1〜20nm未満、長さが5〜10mmの一重螺旋構造
及び二重螺旋構造を有し、右巻きの螺旋構造を有するも
のと左巻きの螺旋構造を有するものとの比率は同じであ
った。
The nickel served as a metal catalyst, and coiled carbon fibers grew from each crystal face of the nickel. The coiled carbon fiber was obtained in a yield of 40% based on the raw material acetylene, and 89% of the total coiled carbon fiber had a coil diameter on the order of nanometers. Coiled carbon fibers of the order of nanometers have an average coil diameter of less than 1 to 20 nm, a length of 5 to 10 mm, a single helical structure and a double helical structure, a right-handed helical structure and a left-handed helical structure. The ratio with that having the structure was the same.

【0039】(実施例2)実施例2では、実施例1にお
いて、永久磁石を省略して静磁場を発生させず、反応系
に交流のニクロム線の電熱ヒーターにより変動電磁場の
みを発生させてコイル状炭素繊維を成長させた。その結
果、このコイル状炭素繊維は原料アセチレンに対して3
5%の収率で得られ、コイル状炭素繊維全体量のうちコ
イル径がナノメートルオーダーのものは80%であっ
た。ナノメートルオーダーのコイル状炭素繊維は平均の
コイル径が20〜70nm未満、長さが4〜7mmの一
重螺旋構造及び二重螺旋構造を有し、右巻きの螺旋構造
を有するものと左巻きの螺旋構造を有するものとの比率
は同じであった。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, a permanent magnet is omitted and a static magnetic field is not generated, and only a fluctuating electromagnetic field is generated in the reaction system by an AC nichrome wire electric heater. Carbon fibers were grown. As a result, this coiled carbon fiber was 3% based on the raw material acetylene.
A yield of 5% was obtained, and 80% of the total coiled carbon fibers had a coil diameter on the order of nanometers. Coiled carbon fibers of the order of nanometers have an average coil diameter of less than 20 to 70 nm, a length of 4 to 7 mm, a single helical structure and a double helical structure, a right-handed helical structure and a left-handed helical structure. The ratio with that having the structure was the same.

【0040】(実施例3)実施例3では、実施例1にお
いて、金属含有化合物を反応容器内で昇華熱分解させて
基板外面に金属触媒を沈殿させる代わりに、基板外面に
平均粒径30nmのニッケル粉末を金属触媒として塗布
し、反応系に静磁場及び変動電磁場を発生させてコイル
状炭素繊維を成長させた。その結果、コイル状炭素繊維
は原料アセチレンに対して20%の収率で得られ、コイ
ル状炭素繊維全体量のうちコイル径がナノメートルオー
ダーのものは93%であった。ナノメートルオーダーの
コイル状炭素繊維は平均のコイル径が70〜100nm
未満、長さが3〜5mmの一重螺旋構造及び二重螺旋構
造を有し、右巻きの螺旋構造を有するものと左巻きの螺
旋構造を有するものとの比率は同じであった。また、コ
イル状炭素繊維全体量のうちコイル径がマイクロメート
ルオーダーのものは7%で、そのコイル径は1.0〜
3.0μmであった。
(Example 3) In Example 3, instead of sublimating and pyrolyzing the metal-containing compound in the reaction vessel in Example 1 to precipitate the metal catalyst on the outer surface of the substrate, the outer surface of the substrate had an average particle diameter of 30 nm. Nickel powder was applied as a metal catalyst, and a static magnetic field and a fluctuating electromagnetic field were generated in the reaction system to grow coiled carbon fibers. As a result, the coiled carbon fiber was obtained in a yield of 20% with respect to the raw material acetylene, and 93% of the total coiled carbon fiber had a coil diameter on the order of nanometers. Nanometer-order coiled carbon fiber has an average coil diameter of 70-100 nm
, Having a single spiral structure and a double spiral structure with a length of 3 to 5 mm, and the ratio of those having a right-handed spiral structure to those having a left-handed spiral structure was the same. Also, 7% of the total amount of the coiled carbon fiber has a coil diameter on the order of micrometers, and the coil diameter is 1.0 to 1.0%.
It was 3.0 μm.

【0041】(実施例4)実施例3の反応容器の外側
に、平面円環状をなす炭素鋼が基板と同じ高さで水平に
回転できるように設置するとともに、その炭素鋼の内側
に2つの永久磁石をN極とS極とが相対向するように設
置した。そして、この炭素鋼を、反応容器の下側から見
て右方向へ回転数200rpmで回転させて反応容器内
に変動静磁場を発生させ、実施例3と同様の方法に従っ
てコイル状炭素繊維を成長させた。
Example 4 A flat annular carbon steel was installed outside the reaction vessel of Example 3 so that it could rotate horizontally at the same height as the substrate, and two carbon steels were placed inside the carbon steel. The permanent magnet was set so that the N pole and the S pole faced each other. Then, the carbon steel is rotated at a rotation speed of 200 rpm to the right as viewed from below the reaction vessel to generate a fluctuating static magnetic field in the reaction vessel, and the coiled carbon fiber is grown in the same manner as in Example 3. I let it.

【0042】その結果、基板上にコイル状炭素繊維が成
長し、コイル状炭素繊維は原料アセチレンに対して20
%の収率で得られ、コイル状炭素繊維全体量のうちコイ
ル径がナノメートルオーダーのものは75%であった。
ナノメートルオーダーのコイル状炭素繊維は平均のコイ
ル径が70〜100nm未満、長さが3〜5mmの一重
螺旋構造を有し、右巻きの螺旋構造を有するものと左巻
きの螺旋構造を有するものとの比率は55:45であっ
た。
As a result, the coiled carbon fiber grows on the substrate, and the coiled carbon fiber is 20% of the raw material acetylene.
%, And 75% of the total coiled carbon fibers had a coil diameter on the order of nanometers.
Coiled carbon fibers of the order of nanometers have an average coil diameter of less than 70 to 100 nm, a length of 3 to 5 mm, a single spiral structure, a right-handed spiral structure and a left-handed spiral structure. Was 55:45.

【0043】(実施例5)実施例4において、炭素鋼
を、反応容器の下側から見て左方向へ回転数200rp
mで回転させて静磁場を発生させ、コイル状炭素繊維を
成長させた。
(Example 5) In Example 4, the carbon steel was rotated leftward at a rotational speed of 200 rpm as viewed from below the reaction vessel.
m, a static magnetic field was generated to grow the coiled carbon fiber.

【0044】その結果、基板上にコイル状炭素繊維が成
長し、コイル状炭素繊維は原料アセチレンに対して20
%の収率で得られ、コイル状炭素繊維全体量のうちコイ
ル径がナノメートルオーダーのものは75%であった。
ナノメートルオーダーのコイル状炭素繊維は平均のコイ
ル径が70〜100nm未満、長さが3〜5mmの一重
螺旋構造を有し、右巻きの螺旋構造を有するものと左巻
きの螺旋構造を有するものとの比率は39:61であっ
た。
As a result, the coiled carbon fiber grows on the substrate, and the coiled carbon fiber is 20% of the starting acetylene.
%, And 75% of the total coiled carbon fibers had a coil diameter on the order of nanometers.
Coiled carbon fibers of the order of nanometers have an average coil diameter of less than 70 to 100 nm, a length of 3 to 5 mm, a single spiral structure, a right-handed spiral structure and a left-handed spiral structure. Was 39:61.

【0045】(比較例1)比較例1では、実施例1にお
いて、金属含有化合物を反応容器内で昇華熱分解させて
基材表面に金属触媒を沈殿させる代わりに、基板外面に
平均粒径2〜6μmのニッケル粉末を金属触媒として塗
布し、反応系に前記変動電磁場を発生させてコイル状炭
素繊維を成長させた。その結果、コイル状炭素繊維は原
料アセチレンに対して35%の収率で得られ、コイル径
が50〜7000nm、長さが1〜3mmの二重螺旋構
造を有し、右巻きの螺旋構造を有するものと左巻きの螺
旋構造を有するものとの比率は同じであった。
Comparative Example 1 In Comparative Example 1, instead of sublimating and pyrolyzing a metal-containing compound in a reaction vessel in Example 1 to precipitate a metal catalyst on the surface of a substrate, an average particle size of 2 was formed on the outer surface of the substrate. Nickel powder of about 6 μm was applied as a metal catalyst, and the above-mentioned variable electromagnetic field was generated in the reaction system to grow the coiled carbon fiber. As a result, the coiled carbon fiber is obtained with a yield of 35% based on the raw material acetylene, has a double helical structure with a coil diameter of 50 to 7000 nm and a length of 1 to 3 mm, and has a right-handed helical structure. The ratio between those having the left-handed spiral structure and those having the left-handed spiral structure was the same.

【0046】(比較例2)比較例2では、比較例1にお
いて、反応系に前記変動電磁場の代わりに静電磁場を発
生させてコイル状炭素繊維を成長させた。その結果、コ
イル状炭素繊維は原料アセチレンに対して40%の収率
で得られ、コイル径が30〜3000nm、長さが1〜
3mmの一重螺旋構造及び二重螺旋構造を有し、右巻き
の螺旋構造を有するものと左巻きの螺旋構造を有するも
のとの比率は同じであった。
Comparative Example 2 In Comparative Example 2, a coiled carbon fiber was grown by generating an electrostatic magnetic field in the reaction system instead of the fluctuating electromagnetic field in Comparative Example 1. As a result, the coiled carbon fiber was obtained in a yield of 40% based on the raw material acetylene, the coil diameter was 30 to 3000 nm, and the length was 1 to 1
It had a 3 mm single helical structure and a double helical structure, and the ratio between those having a right-handed helical structure and those having a left-handed helical structure was the same.

【0047】(電磁波吸収試験)上記実施例1〜5及び
比較例1〜2で得られたコイル状炭素繊維をエポキシ樹
脂に分散し、電磁波吸収材を製造して各電磁波吸収材の
10GHz、100GHz及び1000GHzの各周波
数帯域における電磁波吸収特性を評価した。なお、コイ
ル状炭素繊維は各電磁波吸収材の30重量%となるよう
に添加した。その結果を表1に示す。
(Electromagnetic Wave Absorption Test) The coiled carbon fibers obtained in the above Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 were dispersed in an epoxy resin to produce an electromagnetic wave absorbing material, and 10 GHz and 100 GHz of each electromagnetic wave absorbing material were manufactured. And the electromagnetic wave absorption characteristics in each frequency band of 1000 GHz were evaluated. In addition, the coiled carbon fiber was added so as to be 30% by weight of each electromagnetic wave absorbing material. Table 1 shows the results.

【0048】[0048]

【表1】 表1に示すように、コイル径が小さいコイル状炭素繊維
を使用した電磁波吸収材の方が1000GHzのように
高周波帯域の電磁波を減衰させる度合いが高い、即ち、
高周波帯域の電磁波を効果的に吸収することが示され
た。
[Table 1] As shown in Table 1, the electromagnetic wave absorber using the coiled carbon fiber having a small coil diameter has a higher degree of attenuating electromagnetic waves in a high frequency band such as 1000 GHz, that is,
It was shown that electromagnetic waves in the high frequency band were effectively absorbed.

【0049】(巻き方向に依存した電磁波吸収試験)上
記実施例3〜5で得られたコイル状炭素繊維を使用して
製造された上記電磁波吸収材の10GHz、100GH
z及び1000GHzの各周波数帯域における右偏波及
び左偏波の電磁波吸収特性を評価した。その結果を表2
及び表3に示す。
(Electromagnetic Wave Absorption Test Dependent on Winding Direction) The above-mentioned electromagnetic wave absorbing material manufactured using the coiled carbon fibers obtained in Examples 3 to 5 was 10 GHz and 100 GHz.
The electromagnetic wave absorption characteristics of right and left polarized waves in each frequency band of z and 1000 GHz were evaluated. Table 2 shows the results.
And Table 3.

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】[0051]

【表3】 表2及び表3に示すように、右偏波の電磁波を照射した
場合、右巻きのコイル状炭素繊維が多く含まれる実施例
4の電磁波吸収材が、左巻きのコイル状炭素繊維が多く
含まれる実施例5の電磁波吸収材及び右巻きと左巻きの
コイル状炭素繊維とが同数含まれる実施例3の電磁波吸
収材より電磁波を効果的に吸収することが示された。一
方、左偏波の電磁波を照射した場合、前記実施例5の電
磁波吸収材が前記実施例4の電磁波吸収材及び実施例3
の電磁波吸収材より電磁波を効果的に吸収することが示
された。
[Table 3] As shown in Tables 2 and 3, when irradiated with right-polarized electromagnetic waves, the electromagnetic wave absorbing material of Example 4 containing a large amount of right-handed coiled carbon fibers contains many left-handed coiled carbon fibers. It was shown that the electromagnetic wave absorbing material of Example 5 and the electromagnetic wave absorbing material of Example 3 in which the same number of right-handed and left-handed coiled carbon fibers are included absorb electromagnetic waves more effectively. On the other hand, when the electromagnetic wave of the left polarization is irradiated, the electromagnetic wave absorbing material of the fifth embodiment is replaced with the electromagnetic wave absorbing material of the fourth embodiment and the third embodiment.
It was shown that the electromagnetic wave absorbing material effectively absorbed electromagnetic waves.

【0052】(コイル状炭素繊維の含有量に依存した電
磁波吸収試験)上記実施例3で得られたコイル状炭素繊
維を、全体量に対して含有量が10,30,60重量%
となるように変更して電磁波吸収材を製造し、各電磁波
吸収材の電磁波吸収特性を評価した。その結果を表4に
示す。
(Electromagnetic wave absorption test depending on the content of coiled carbon fiber) The content of the coiled carbon fiber obtained in Example 3 was 10, 30, 60% by weight based on the total amount.
The electromagnetic wave absorbing materials were manufactured with the following changes, and the electromagnetic wave absorbing characteristics of each electromagnetic wave absorbing material were evaluated. Table 4 shows the results.

【0053】[0053]

【表4】 表4に示すように、コイル状炭素繊維が多く含まれてい
る方が各周波数帯域において電磁波吸収量が多くなるこ
とが示された。
[Table 4] As shown in Table 4, it was shown that the larger the amount of the coiled carbon fibers, the greater the amount of electromagnetic wave absorption in each frequency band.

【0054】(金属触媒の粒径と収率との関係試験)上
記実施例3で静磁場を発生させない状態において、ニッ
ケル粉末の粒径を変更してコイル状炭素繊維を成長さ
せ、各粒径におけるコイル状炭素繊維の収率を測定し
た。その結果を表5に示す。
(Relationship Test between Particle Size of Metal Catalyst and Yield) In the above-mentioned Example 3, in a state where a static magnetic field was not generated, the particle size of the nickel powder was changed to grow coiled carbon fibers. Was measured for the yield of the coiled carbon fiber. Table 5 shows the results.

【0055】[0055]

【表5】 表5に示すように、ニッケル粉末の粒径が小さければ小
さいほどコイル状炭素繊維の収率が向上することが示さ
れた。
[Table 5] As shown in Table 5, it was shown that the smaller the particle size of the nickel powder, the higher the yield of coiled carbon fibers.

【0056】(金属触媒の粒径と電磁場及び静磁場との
関係試験)上記実施例3でマイクロメートルオーダーの
粒径のニッケルを使用し、電磁場を発生させる一方、静
磁場を発生させないでコイル状炭素繊維を成長させた場
合、コイル状炭素繊維のコイル径は0.1〜2000μ
mであった。また、上記実施例3でマイクロメートルオ
ーダーの粒径のニッケルを使用し、電磁場及び静磁場を
発生させてコイル状炭素繊維を成長させた場合、コイル
状炭素繊維のコイル径は0.1〜500μmであった。
また、実施例3において、コイル状炭素繊維全体量のう
ちコイル径がマイクロメートルオーダーのものは7%
で、そのコイル径は1.0〜3.0μmであった。従っ
て、粒子径が1〜1000nmのニッケルを金属触媒と
して使用し、反応系に前記電熱ヒーターからの電磁場に
加えて静磁場を発生させることにより、コイル径の範囲
が狭いコイル状炭素繊維が得られることが示された。
(Relationship Test between Particle Size of Metal Catalyst and Electromagnetic Field and Static Magnetic Field) Nickel having a particle size on the order of micrometers was used in Example 3 to generate an electromagnetic field, while forming a coil without generating a static magnetic field. When the carbon fiber is grown, the coil diameter of the coiled carbon fiber is 0.1 to 2000 μ.
m. In the case of using nickel having a particle size on the order of micrometers in Example 3 above and generating an electromagnetic field and a static magnetic field to grow the coiled carbon fiber, the coil diameter of the coiled carbon fiber is 0.1 to 500 μm. Met.
In Example 3, 7% of the total amount of the coiled carbon fibers had a coil diameter on the order of micrometers.
The coil diameter was 1.0 to 3.0 μm. Accordingly, by using nickel having a particle diameter of 1 to 1000 nm as a metal catalyst and generating a static magnetic field in addition to the electromagnetic field from the electric heater in the reaction system, a coiled carbon fiber having a narrow coil diameter range can be obtained. It was shown that.

【0057】尚、前記実施形態を次のように変更して具
体化することも可能である。 ・ 反応系に静磁場を発生させた状態でガスバーナー等
により反応系を加熱し、静磁場のみが発生した状態でコ
イル状炭素繊維を成長させてもよい。
The above embodiment can be modified and embodied as follows. The reaction system may be heated by a gas burner or the like in a state where a static magnetic field is generated in the reaction system, and the coiled carbon fiber may be grown in a state where only the static magnetic field is generated.

【0058】さらに、前記実施形態から把握できる技術
的思想について以下に述べる。 ・ 前記静磁場は、永久磁石により発生される請求項5
に記載のコイル状炭素繊維の製造方法。このように構成
した場合、反応系に対して静磁場を安定した状態で発生
させることができる。
Further, a technical idea which can be grasped from the embodiment will be described below. -The static magnetic field is generated by a permanent magnet.
3. The method for producing a coiled carbon fiber according to item 1. With this configuration, a static magnetic field can be generated in a stable state with respect to the reaction system.

【0059】・ 前記金属触媒はニッケル系化合物であ
る請求項4又は請求項5に記載のコイル状炭素繊維の製
造方法。このように構成した場合、ニッケル系化合物以
外の金属触媒と比較してコイル状炭素繊維を効率良く成
長させることができる。
The method for producing a coiled carbon fiber according to claim 4, wherein the metal catalyst is a nickel-based compound. With this configuration, the coiled carbon fiber can be grown more efficiently than a metal catalyst other than the nickel-based compound.

【0060】[0060]

【発明の効果】この発明は以上のように構成されている
ため、次のような効果を奏する。請求項1に記載のコイ
ル状炭素繊維によれば、高周波数帯域の電磁波を効率良
く吸収することができる。
As described above, the present invention has the following advantages. According to the coiled carbon fiber of the first aspect, electromagnetic waves in a high frequency band can be efficiently absorbed.

【0061】請求項2に記載のコイル状炭素繊維によれ
ば、請求項1に記載の発明の効果に加え、一重螺旋構造
のコイル状炭素繊維は二重螺旋構造のコイル状炭素繊維
と比較して、電磁波吸収量が大きくなっている。そのた
め、一重螺旋構造のコイル状炭素繊維が主成分として成
長したとき、得られるコイル状炭素繊維により電磁波吸
収効果を効果的に発揮させることができる。
According to the coiled carbon fiber according to the second aspect, in addition to the effect of the first aspect, the coiled carbon fiber having a single helical structure is compared with the coiled carbon fiber having a double helical structure. Therefore, the electromagnetic wave absorption amount is large. Therefore, when the coiled carbon fiber having a single helical structure is grown as a main component, the obtained coiled carbon fiber can effectively exert an electromagnetic wave absorbing effect.

【0062】請求項3に記載のコイル状炭素繊維によれ
ば、請求項1又は請求項2に記載の発明の効果に加え、
コイル状炭素繊維が右巻きと左巻きの螺旋構造を有する
ものとの混合物として存在し、右巻きと左巻きの螺旋構
造を有するものとの含有量が異なるようになっている場
合、右巻きと左巻きの螺旋構造を有するものとの含有量
が同じ場合と異なり、右又は左偏波のいずれかの電磁波
を効果的に吸収することができる。
According to the coiled carbon fiber of the third aspect, in addition to the effect of the first or second aspect,
When the coiled carbon fiber exists as a mixture of a right-handed and left-handed helical structure and the content of the right-handed and left-handed helical structure is different, the right-handed and left-handed helical structures are used. Unlike the case where the content of the helical structure is the same, the electromagnetic wave of either right or left polarization can be effectively absorbed.

【0063】請求項4に記載のコイル状炭素繊維の製造
方法によれば、コイル径がナノメートルオーダーのコイ
ル状炭素繊維を確実に成長させることができる。請求項
5に記載のコイル状炭素繊維の製造方法によれば、請求
項4に記載の発明の効果に加え、電磁波及び静磁波によ
り金属触媒の各結晶面での触媒活性の異方性を増大させ
てコイル径を確実に小さくすることができ、ナノメート
ルオーダーのコイル状炭素繊維を確実に形成することが
できる。
According to the method of manufacturing the coiled carbon fiber according to the fourth aspect, the coiled carbon fiber having a coil diameter on the order of nanometers can be surely grown. According to the method of manufacturing the coiled carbon fiber according to the fifth aspect, in addition to the effects of the fourth aspect, the anisotropy of catalytic activity on each crystal plane of the metal catalyst is increased by electromagnetic waves and magnetostatic waves. As a result, the coil diameter can be reliably reduced, and a coiled carbon fiber of the order of nanometers can be reliably formed.

【0064】請求項6に記載の電磁波吸収材によれば、
1〜1000GHzの高周波帯域の電磁波を効果的に吸
収することができる。
According to the electromagnetic wave absorbing material of the sixth aspect,
Electromagnetic waves in a high frequency band of 1 to 1000 GHz can be effectively absorbed.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菱川 幸雄 岐阜県各務原市須衛町四丁目179番地の1 テクノプラザ内 シーエムシー技術開発 株式会社内 Fターム(参考) 4L037 CS03 FA05 PA03 PA06 PA10 PA12 UA02 5E070 AB01 AB10 BB02 CA02 CA16 5E321 BB60 GG11 5J020 EA01  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yukio Hishikawa 4-179, Suemachi, Kakamigahara-shi, Gifu Prefecture Techno Plaza CMC Technology Development Co., Ltd. F-term (reference) 4L037 CS03 FA05 PA03 PA06 PA10 PA12 UA02 5E070 AB01 AB10 BB02 CA02 CA16 5E321 BB60 GG11 5J020 EA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非晶質の炭素繊維によりコイル状に形成
され、そのコイル径が1nm以上で100nm未満であ
るコイル状炭素繊維。
1. A coiled carbon fiber formed of an amorphous carbon fiber into a coil and having a coil diameter of 1 nm or more and less than 100 nm.
【請求項2】 前記コイルは一重螺旋構造を有するもの
を主成分とするものである請求項1に記載のコイル状炭
素繊維。
2. The coiled carbon fiber according to claim 1, wherein the coil has a single spiral structure as a main component.
【請求項3】 前記コイルは右巻きの螺旋構造を有する
もの若しくは左巻きの螺旋構造を有するもの又はそれら
の混合物であり、混合物の場合には右巻きの螺旋構造を
有するものと左巻きの螺旋構造を有するものとの含有量
が異なるように構成されている請求項1又は請求項2に
記載のコイル状炭素繊維。
3. The coil has a right-handed helical structure, a left-handed helical structure, or a mixture thereof. In the case of a mixture, the coil has a right-handed helical structure and a left-handed helical structure. The coiled carbon fiber according to claim 1, wherein a content of the coiled carbon fiber is different from a content of the coiled carbon fiber.
【請求項4】 炭化水素又は一酸化炭素を、金属触媒の
存在下に600〜950℃に加熱し、気相で炭化水素又
は一酸化炭素を分解反応させて炭素繊維をコイル状に成
長させるに際し、前記金属触媒の粒子径が1〜1000
nmであることを特徴とするコイル状炭素繊維の製造方
法。
4. A method for heating a hydrocarbon or carbon monoxide to 600 to 950 ° C. in the presence of a metal catalyst to cause a decomposition reaction of the hydrocarbon or carbon monoxide in a gas phase to grow carbon fibers into a coil shape. The particle diameter of the metal catalyst is 1 to 1000;
a method of producing a coiled carbon fiber, wherein
【請求項5】 さらに、電磁場及び静磁場の存在下で分
解反応を行うことを特徴とする請求項4に記載のコイル
状炭素繊維の製造方法。
5. The method for producing coiled carbon fibers according to claim 4, further comprising performing a decomposition reaction in the presence of an electromagnetic field and a static magnetic field.
【請求項6】 請求項1に記載のコイル状炭素繊維より
なり、周波数が1〜1000GHzの電磁波を吸収可能
な電磁波吸収材。
6. An electromagnetic wave absorbing material comprising the coiled carbon fiber according to claim 1 and capable of absorbing electromagnetic waves having a frequency of 1 to 1000 GHz.
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