JP2002265207A - Method for manufacturing multilayered fullerene by abrasion - Google Patents

Method for manufacturing multilayered fullerene by abrasion

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JP2002265207A
JP2002265207A JP2001061573A JP2001061573A JP2002265207A JP 2002265207 A JP2002265207 A JP 2002265207A JP 2001061573 A JP2001061573 A JP 2001061573A JP 2001061573 A JP2001061573 A JP 2001061573A JP 2002265207 A JP2002265207 A JP 2002265207A
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JP
Japan
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fullerene
substrate
target
thin film
carbon
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Withdrawn
Application number
JP2001061573A
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Japanese (ja)
Inventor
Aleksandr Umunofu
アレクサンドル ウムノフ
Vladimir Mordkovich
ウラジミール モロドコヴィッチ
Yasumasa Takeuchi
安正 竹内
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KOKUSAI KIBAN ZAIRYO KENKYUSHO
International Center for Materials Research
Original Assignee
KOKUSAI KIBAN ZAIRYO KENKYUSHO
International Center for Materials Research
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing multilayered fullerene with a high yield and by a comparatively easy method. SOLUTION: The method for manufacturing multilayered fullerene includes a step to carry out abrasion by irradiating a composite material containing a fullerene compound as a target 10 with laser 30 and to make the product accumulate on a substrate 20.

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】本発明は、2つまたは3つの
炭素環状化合物が入れ子状態の構造を有する、多層フラ
ーレン化合物の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a multi-layer fullerene compound in which two or three carbocyclic compounds have a nested structure.

【0002】[0002]

【背景技術】2つまたは3つの炭素環状化合物が入れ子
状態の構造を有する多層フラーレン化合物については、
本出願人が既に特許を出願している(特願平11-34270
5、出願日:平成11年12月2日)。
BACKGROUND ART Multi-layered fullerene compounds having a structure in which two or three carbocyclic compounds are nested include:
The applicant has already applied for a patent (Japanese Patent Application No. 11-34270)
5, filing date: December 2, 1999).

【0003】この特許出願においては、C60フラーレン
の存在下に炭素含有物を2300℃以上の温度で熱処理
することにより、以下の多層フラーレンが製造すること
ができることが記述されている。 [1] C240フラーレンの中にC60フラーレンを入れ子
状に包含してなる2層フラーレン(以下「第1フラーレ
ン」という)。 [2]C560フラーレンの中にC240フラーレンを入れ子
状に内包してなる2層フラーレン(以下「第2フラーレ
ン」という)。 [3]C560フラーレンの中にC240フラーレンを入れ子
状に内包し、かつこのC 240フラーレンの中にC80フラ
ーレンを入れ子状に内包してなる3層フラーレン(以下
「第3フラーレン」という)。
In this patent application, C60Fullerene
Heat treatment of carbon-containing material at a temperature of 2300 ° C or higher in the presence of
By doing so, the following multilayer fullerenes can be produced
It is described that can be. [1] C240C in fullerene60Nest fullerenes
Fullerene (hereinafter referred to as “first fullerene”
"). [2] C560C in fullerene240Nest fullerenes
Fullerene (hereinafter referred to as “second fullerene”
"). [3] C560C in fullerene240Nest fullerenes
And this C 240C in fullerene80Hula
-Layer fullerenes with nesting
"3rd fullerene").

【0004】現在のところ前記の方法では収率が低く、
研究室的スケールで単離、精製する程度にとどまってい
る。
At present, the above methods have low yields,
It is only isolated and purified on a laboratory scale.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した新規な多層フラーレンを、収率良くかつ比較的容易
な方法で製造することができる製造方法を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing the above-mentioned novel fullerene in a high yield with a relatively easy method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる製造方法
は、フラーレン化合物を含む複合材をターゲットにし
て、レーザー照射することによってアブレーションを行
ない、生成物を基板上に集積させる工程を含む。本発明
によれば、収率よく多層フラーレンを得ることができ
る。
The manufacturing method according to the present invention includes a step of performing ablation by irradiating a laser on a composite material containing a fullerene compound as a target to accumulate products on a substrate. According to the present invention, multilayer fullerenes can be obtained with high yield.

【0007】本発明で得られる多層フラーレンは、フラ
ーレン化合物が有する特性(ガス吸蔵特性、超伝導特
性、磁性特性、光電効果、整流特性、感光特性、潤滑特
性、触媒作用、生理活性等)を保持することに加え、特
に水素吸蔵特性に優れることが期待される。
[0007] The multilayer fullerene obtained by the present invention retains the characteristics (gas storage characteristics, superconducting characteristics, magnetic characteristics, photoelectric effect, rectifying characteristics, photosensitive characteristics, lubricating characteristics, catalytic action, physiological activity, etc.) of fullerene compounds. In addition to that, it is expected that the hydrogen storage characteristics are particularly excellent.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】本発明にかかる製造方法の実施の
形態を図1に示す。
FIG. 1 shows an embodiment of a manufacturing method according to the present invention.

【0009】本実施の形態の製造方法では、反応室内に
ターゲット10と基板20とが、例えば向かいあった位
置に設置される。反応室は、不活性ガス雰囲気になって
おり、かつ反応室内の圧力は、20Torr以下が好ま
しい。不活性ガスは、ヘリウムガス、アルゴンガスなど
が用いられる。
In the manufacturing method of the present embodiment, the target 10 and the substrate 20 are set in, for example, opposed positions in the reaction chamber. The reaction chamber has an inert gas atmosphere, and the pressure in the reaction chamber is preferably 20 Torr or less. Helium gas, argon gas, or the like is used as the inert gas.

【0010】ターゲット10は、炭素源としてのフラー
レン化合物と結合剤との複合材である。複合材は、フラ
ーレン化合物としてC60フラーレンを使用することがで
きる。C60フラーレンの含有率は、好ましくは10重量
%以上、より好ましくは30重量%以上である。C60
ラーレンの含有率が10重量%未満では、目的とする多
層フラーレンが得られないことがある。前記フラーレン
化合物は、C60フラーレンの他に、C70、C80、C90
120、C240、C540等のフラーレンを用いることがで
きる。
The target 10 is a composite material of a fullerene compound as a carbon source and a binder. Composites can be used C 60 fullerene as the fullerene compound. The content of C 60 fullerene is preferably 10 wt% or more, more preferably 30 wt% or more. The content of C 60 fullerene is less than 10 wt%, there may not be obtained multilayered fullerenes of interest. The fullerene compound includes, in addition to C 60 fullerene, C 70 , C 80 , C 90 ,
Fullerenes such as C 120 , C 240 and C 540 can be used.

【0011】結合剤は、フラーレン化合物を結合できる
ものであれば、特に制限はなく、炭素材、ポリマー、金
属およびセラミックスなどを用いることができる。
The binder is not particularly limited as long as it can bind the fullerene compound, and carbon materials, polymers, metals and ceramics can be used.

【0012】結合剤としての炭素材は、カーボンナノチ
ューブ、カーボンナノファイバー、グラファイト、およ
びカーボンブラックなどを例示できる。
[0012] Examples of the carbon material as the binder include carbon nanotubes, carbon nanofibers, graphite, and carbon black.

【0013】ポリマーは、ポリフェニレンビニレン(P
PV)、ポリアクリル酸メチル(PMA)、ポリメタク
リル酸メチル(PMMA)およびポリフェニレンオキシ
ド(PPO)などを例示できる。
The polymer is polyphenylenevinylene (P
PV), polymethyl acrylate (PMA), polymethyl methacrylate (PMMA) and polyphenylene oxide (PPO).

【0014】金属は、コバルト、ニッケル、アルミニウ
ム、ランタンおよびビスマスなどを例示できる。
Examples of the metal include cobalt, nickel, aluminum, lanthanum and bismuth.

【0015】セラミックスは、アルミナ、アルミナシリ
カ、マグネシアおよびニッケルオキシドなどを例示でき
る。
Examples of the ceramic include alumina, alumina silica, magnesia and nickel oxide.

【0016】基板20は、生成物を集積するためのもの
で、その材料は、特に限定されない。基板20の材料と
しては、炭素化合物、石英、シリカおよびステンレスス
チールなどを用いることができる。
The substrate 20 is for accumulating products, and its material is not particularly limited. As a material of the substrate 20, a carbon compound, quartz, silica, stainless steel, or the like can be used.

【0017】レーザー30が、ターゲット10に向かっ
て照射されると、フラーレン化合物を含む複合材の表面
はアブレーションされ、それによりフラーレンのフラグ
メントを含むガス相40が生成する。生成物は、基板2
0に堆積して薄膜50を形成する。基板20に集積され
た生成物は、多層フラーレンを含んでいる。
When the laser 30 is directed toward the target 10, the surface of the composite containing the fullerene compound is ablated, thereby producing a gas phase 40 containing fragments of fullerene. The product is the substrate 2
0 to form a thin film 50. The product integrated on the substrate 20 includes the multi-layer fullerene.

【0018】本発明で照射するレーザーは、パルスレー
ザーを用いることができ、例えばKrFエキシマレーザ
ー、またはArFエキシマレーザーなどである。レーザ
ーは、波長193〜248nm、周波数1〜20Hz、
出力1〜30J/cm2などの特性を有するものを用い
ることができる。
The laser to be irradiated in the present invention may be a pulse laser, for example, a KrF excimer laser or an ArF excimer laser. The laser has a wavelength of 193 to 248 nm, a frequency of 1 to 20 Hz,
Those having characteristics such as an output of 1 to 30 J / cm 2 can be used.

【0019】[0019]

【実施例】以下に本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれらの実施例によって限定されるものではない。以
下の実施例において、反応室内はヘリウムガス雰囲気で
あり、かつ圧力は1Torrであった。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples, the reaction chamber was in a helium gas atmosphere, and the pressure was 1 Torr.

【0020】[実施例 1]基板は、ターゲットから4
0mm離れた位置に設置された。ターゲットは、90重
量%のC60フラーレンと10重量%の結合材であるPP
V(ポリフェニレンビニレン)で構成された。このター
ゲットには、KrFエキシマレーザー(248nm、5
Hz、1J/cm2)が照射され、アブレーションされ
た。生成物は、300℃に加熱されたステンレススチー
ル基板に集積された。基板上に形成された薄膜のTEM
(Transmission Electron Mi
croscopy)写真から、薄膜の構成は、15%の
第1フラーレンと、4%の第3フラーレンと、残りは未
反応のC60フラーレンと無定形炭素であることを確認し
た。
[Embodiment 1] The substrate was 4
It was installed at a position separated by 0 mm. Target is a C 60 fullerene and 10% by weight of the binder of 90 wt% PP
V (polyphenylene vinylene). A KrF excimer laser (248 nm, 5
Hz, 1 J / cm 2 ). The product was collected on a stainless steel substrate heated to 300 ° C. TEM of thin film formed on substrate
(Transmission Electron Mi
from Croscopy) photograph, arrangement of the thin film, a first fullerene 15%, and 4% in the third fullerene, and the rest was confirmed to be C 60 fullerene and amorphous carbon unreacted.

【0021】[実施例 2]基板は、ターゲットから4
0mm離れた位置に設置された。ターゲットは、10重
量%のC60フラーレンを含有したコバルトメタルで構成
された。このターゲットには、KrFエキシマレーザー
(248nm、5Hz、1J/cm2)が照射され、ア
ブレーションされた。生成物は、グラファイト基板に集
積された。基板上に生成した薄膜のTEM写真から、薄
膜の構成は、5%の第2フラーレンと、17%の第3フ
ラーレンと、残りは未反応のC60フラーレンと、グラフ
ァイトカーボンであることを確認した。
[Embodiment 2] The substrate was 4
It was installed at a position separated by 0 mm. Target consisted of cobalt metal containing 10% by weight of C 60 fullerene. The target was irradiated with a KrF excimer laser (248 nm, 5 Hz, 1 J / cm 2 ) and ablated. The product was integrated on a graphite substrate. From TEM photograph of the thin film produced on a substrate, the configuration of the thin film, and 5% of the second fullerene, and a third fullerene 17%, and the rest was confirmed and C 60 fullerene unreacted that the graphite carbon .

【0022】[実施例 3]基板は、ターゲットから4
0mm離れた位置に設置された。ターゲットは、40重
量%のC60フラーレンを含有したアルミナセラミックス
で構成された。このターゲットには、KrFエキシマレ
ーザー(248nm、5Hz、0.8J/cm2)が照
射され、アブレーションされた。生成物は、グラファイ
ト基板に集積された。基板上に生成した薄膜のTEM写
真から、薄膜の構成は、25%の第1フラーレンと、2
%の第2フラーレンと、残りは未反応のC60フラーレン
と、グラファイトカーボンであることを確認した。
[Embodiment 3] The substrate is 4
It was installed at a position separated by 0 mm. Target consisted of alumina ceramics containing 40% by weight of C 60 fullerene. The target was irradiated with a KrF excimer laser (248 nm, 5 Hz, 0.8 J / cm 2 ) and ablated. The product was integrated on a graphite substrate. From the TEM photograph of the thin film formed on the substrate, the composition of the thin film was 25% of the first fullerene,
And% of the second fullerene, and the rest was confirmed and C 60 fullerene unreacted that the graphite carbon.

【0023】[実施例 4]基板は、ターゲットから7
0mm離れた位置に設置された。ターゲットは、40重
量%のC60フラーレンと結合剤である60重量%のカー
ボンナノチューブで構成された。ターゲットには、Kr
Fエキシマレーザー(248nm、5Hz、0.8J/
cm2)が照射された。生成物は、300℃に加熱した
石英ガラス基板に集積された。基板上に生成した薄膜の
TEM写真を図2に示す。TEM写真から薄膜の構成
は、20%の第1フラーレンと、8%の第2フラーレン
と、5%の第3フラーレンと、残りは未反応のC60フラ
ーレンと、無定形炭素であることを確認した。
[Embodiment 4] The substrate was 7
It was installed at a position separated by 0 mm. Target consisted of 60 wt% of the carbon nanotube is a binder and 40 wt% of C 60 fullerene. The target is Kr
F excimer laser (248 nm, 5 Hz, 0.8 J /
cm 2) was irradiated. The product was accumulated on a quartz glass substrate heated to 300 ° C. FIG. 2 shows a TEM photograph of the thin film formed on the substrate. Configuration of a thin film from the TEM photograph, confirmed and 20% first fullerene, and a second fullerene 8%, and 5% third fullerene, rest and C 60 fullerene unreacted that the amorphous carbon did.

【0024】[実施例 5]基板は、ターゲットから5
0mm離れた位置に設置された。ターゲットは、50重
量%のC60フラーレンと結合剤である50重量%のカー
ボンナノチューブで構成された。このターゲットには、
KrFエキシマレーザー(248nm、5Hz、0.8
J/cm2)が照射され、アブレーションされた。生成
物は、ステンレススチール基板に集積された。基板上に
生成した薄膜のTEM写真を図3に示す。TEM写真か
ら薄膜の構成は、25%の第1フラーレンと、12%の
第1フラーレンと、5%の第3フラーレンと、残りは未
反応のC60フラーレンと、無定形炭素であることを確認
した。
[Embodiment 5] The substrate was 5
It was installed at a position separated by 0 mm. Target consisted of 50 wt% of the carbon nanotube is a binder and 50 wt% of C 60 fullerene. This target includes:
KrF excimer laser (248 nm, 5 Hz, 0.8
J / cm 2 ) and was ablated. The product was collected on a stainless steel substrate. FIG. 3 shows a TEM photograph of the thin film formed on the substrate. Configuration of a thin film from the TEM photograph, confirmed 25% of the first fullerene, and 12% of the first fullerene, and 5% third fullerene, rest and C 60 fullerene unreacted that the amorphous carbon did.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態を模式的に示した図であ
る。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例4において、基板に集積された
薄膜のTEM写真である。
FIG. 2 is a TEM photograph of a thin film integrated on a substrate in Example 4 of the present invention.

【図3】本発明の実施例5において、基板に集積された
薄膜のTEM写真である。
FIG. 3 is a TEM photograph of a thin film integrated on a substrate in Example 5 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ターゲット 20 基板 30 レーザー 40 フラーレンのフラグメントを含むガス相 50 薄膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Target 20 Substrate 30 Laser 40 Gas phase containing fragment of fullerene 50 Thin film

フロントページの続き (72)発明者 竹内 安正 神奈川県川崎市高津区坂戸3丁目2番1号 株式会社国際基盤材料研究所内 Fターム(参考) 4G046 CB03 CC06 4G075 AA22 AA24 BC02 CA36 CA62 CA65 DA01 EB01 EB31 FB03 4K029 BA34 BB02 BC00 CA01 DB20Continuation of the front page (72) Inventor Yasumasa Takeuchi 3-2-1 Sakado, Takatsu-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term in the International Fundamental Materials Research Institute, Inc. (reference) 4G046 CB03 CC06 4G075 AA22 AA24 BC02 CA36 CA62 CA65 DA01 EB01 EB31 FB03 4K029 BA34 BB02 BC00 CA01 DB20

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フラーレン化合物を含む複合材をターゲ
ットにして、レーザー照射することによってアブレーシ
ョンを行ない、生成物を基板上に集積させる工程を含
む、多層フラーレンの製造方法。
1. A method for producing a multi-layer fullerene, comprising a step of performing ablation by irradiating a laser beam on a composite material containing a fullerene compound to accumulate products on a substrate.
【請求項2】 請求項1において、 前記アブレーションは、不活性ガス雰囲気で行なわれ
る、多層フラーレンの製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the ablation is performed in an inert gas atmosphere.
【請求項3】 請求項1または請求項2において、 前記複合材は、C60フラーレンの含有率が10重量%以
上である、多層フラーレンの製造方法。
3. The method for producing a multilayer fullerene according to claim 1, wherein the composite material has a C 60 fullerene content of 10% by weight or more.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかにおいて、 前記複合材の結合剤は、炭素材、ポリマー、金属および
セラミックスから選択される少なくとも一種である、多
層フラーレンの製造方法。
4. The method for producing a multi-layer fullerene according to claim 1, wherein the binder of the composite material is at least one selected from a carbon material, a polymer, a metal, and a ceramic.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007145905A (en) * 2005-11-24 2007-06-14 Univ Nihon Method for producing fullerene polymer

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