JP2005343726A - カーボンナノチューブの製造方法および変形カーボンナノチューブ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係るCNTの製造方法は、反応管12内に、主触媒16として鉄塩を、副触媒18としてモリブデン酸塩を配置し、炭素源を不活性ガスと共に反応管12内に流して、所要温度で反応させて、カーボンナノチューブ(CNT)を気相成長させることを特徴とする。副触媒(コンディショニング触媒)としてモリブデン酸塩を用いることによって、DWCNTリッチのCNTを製造することができる。
【選択図】 図1
Description
しかし、このようなDWCNTを選択的に、しかも工業的に生産できる技術は開発されていない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、DWCNTを選択的に、工業的に生産できる技術を初めて確立した。
副触媒(コンディショニング触媒)としてモリブデン酸塩を用いることによって、DWCNTリッチのCNTを製造することができた。
炭素源としてメタンガスを用い、875〜1100℃の温度で反応させると好適である。
図1は、合成装置(水平電気炉)10の説明図である。
12は反応管で、周辺に電熱ヒータ14配置がされ、反応管12内が加熱されるようになっている。
反応管12内に、主触媒として鉄塩を含む基板16を、副触媒としてモリブデン酸塩を含む基板18を配置する。
炭素源は特に限定されるものではないが、メタンガスを好適に用いることができる。不活性ガスはアルゴンガスが好適である。
それぞれの生成温度による生成サンプルのHR−TEM観察を行った結果を図2〜図7に示す。
具体的には、まず、上記のように生成したCNTを、FeとMgOを除去するために、35%塩酸中に9時間浸漬した。次いで、500℃で20分間、空気中で酸化処理した。
上記のように、高純度に精製されたDWCNTが得られる(多少のMWCNTを含む)。このDWCNTは、同軸構造に由来するユニークな物理的、化学的性質を有することから、種々の複合材料として好適に用い得る。
この熱処理は、高純度の不活性ガス(アルゴンガス)雰囲気中で、1500〜2800℃の種々の温度で、約30分間行った。
むろん、図10からも明らかなように、2100℃の熱処理でSWCNTは消失している。
図11は、2100℃で熱処理したDWCNTのHR―TEMイメージである。このイメージは、DWCNTのシーケンシャルな変化プロセスを示している。
図11の(III)区では、(II)区における閉じられたスペース内の2つのインナー層が分解し、アウター層の内壁に沿って展開して1つのシングルインナー層を形成し初めている。すなわち、より大きな径の1つのDWCNTに再編されようとしている。このことは熱処理温度が高く(2200℃以上)なるにつれ、より大きな径のDWCNTに再編されることを示唆している。
図12から明らかなように、2000℃の熱処理温度のものまではインナー層の大きさやDWCNTそのものの数に大きな変化はない。2100℃のものでは、DWCNTの数に大きな変化は見られないが、上記のように、変形CNTに変化している。2200℃から2500℃までは、DWCNTの数そのものも減少し、またその直径も熱処理温度が高くなるにつれ、大径なものに移行している。これは、上記のように、2つのDWCNTが1つのより大きな径のDWCNTに再編されるためである。2800℃の熱処理のものでは、DWCNTの数そのものが大幅に減少し、またその直径も一段と大きく変化している。2800℃では、かなり熱分解が進んでいると考えられる。
2200〜2500℃のものでは、かなりのDWCNTがより直径の大きなDWCNTに変化している。このような高温で熱処理されたDWCNTはそれだけ熱的に安定であり、また直径も大きくなっていることから、さらなる新規な用途開発が期待される。
なお、より大きな直径のDWCNTに再編された場合であっても、そのアウター層とインナー層との層間間隔はそれ程変化しないことがわかっている。図11の(III)区の再編DWCNTのアウター層とインナー層との間隔は、その周辺に存在するDWCNTのそれと大差ないことがわかる。
12 反応管
14 電熱ヒータ
16 鉄塩
18 モリブデン酸塩
Claims (8)
- 反応管内に、主触媒として鉄塩を、副触媒としてモリブデン酸塩を配置し、炭素源を不活性ガスと共に反応管内に流して、所要温度で反応させて、カーボンナノチューブ(CNT)を気相成長させることを特徴とするCNTの製造方法。
- 前記鉄塩として、酸化マグネシウムに担持したクエン酸アンモニウムを用い、前記モリブデン酸塩として、酸化アルミニウムに担持したモリブデン酸アンモニウムを用いることを特徴とする請求項1記載のCNTの製造方法。
- 炭素源としてメタンガスを用い、875〜1100℃の温度で反応させることを特徴とする請求項1または2記載のCNTの製造方法。
- 生成したCNTを酸化性雰囲気中で約500℃の温度で酸化処理して単層CNTを分解し、二層CNTリッチのCNTに精製することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載のCNTの製造方法。
- 約500℃の温度で酸化処理したCNTをさらに不活性ガス中で1500〜2800℃の温度で熱処理することを特徴とする請求項4記載のCNTの製造方法。
- 約500℃の温度で酸化処理したCNTをさらに不活性ガス中で2200〜2800℃の温度で熱処理することを特徴とする請求項4記載のCNTの製造方法。
- 約500℃の温度で酸化処理したCNTをさらに不活性ガス中で約2100℃の温度で熱処理し、隣接する2つの二層CNTのアウター層を断面長円状に融合させ、該長円状の1つのアウター層内に、アウター層の長軸方向に隣接して2つのインナー層が位置する変形CNTを形成することを特徴とする請求項4記載のCNTの製造方法。
- 隣接する2つの二層CNTのアウター層が断面長円状に融合し、該長円状の1つのアウター層内に、アウター層の長軸方向に隣接して2つのインナー層が位置することを特徴とする変形CNT。
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