JP2006219364A - Manufacturing unit for fullerene base material, and its manufacturing method - Google Patents

Manufacturing unit for fullerene base material, and its manufacturing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that the efficient refinement of a fullerene base material such as inclusion fullerene and heterofullerene can not be achieved by the currently used solvent extraction and liquid chromatography, because there is no solvent having sufficiently high solubility to a fullerene base material. <P>SOLUTION: In this method, an ionic or polarized fullerene base materials is refined using electrophoresis. In the method, a fullerene base material which is hard to dissolve in solvents can be efficiently refined and the mass refining of a high purity fullerene base material became possible. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、フラーレンベース材料の分離精製に用いる製造装置及び製造方法に関する。   The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method used for separation and purification of fullerene base materials.

「フラーレンの化学と物理」 篠原久典、斎藤弥八 名古屋大学出版会"Fullerene Chemistry and Physics" Hisashino Shinohara, Yahachi Saito Nagoya University Press

(従来のフラーレンベース材料の精製方法)
フラーレンベース材料、例えば、内包フラーレンは、フラーレンに、アルカリ金属などの内包対象原子を内包した炭素クラスターで、エレクトロニクス、医療などへの応用が期待される材料である。内包フラーレンの製造方法としては、レーザー蒸発法、アーク放電法、イオン注入法、プラズマ照射法などの方法がある。
(Conventional purification method of fullerene base material)
Fullerene-based materials, for example, endohedral fullerenes, are carbon clusters in which fullerenes encapsulate atoms to be encapsulated such as alkali metals, and are expected to be applied to electronics and medicine. Examples of the method for producing the endohedral fullerene include a laser evaporation method, an arc discharge method, an ion implantation method, and a plasma irradiation method.

これらの方法で製造された内包フラーレンを含む生成物の中には、内包フラーレン以外に、空のフラーレン、内包されなかった内包対象原子などが不純物として含まれている。そのため、高純度の内包フラーレンを製造するためには、内包フラーレンとこれらの不純物を分離し、内包フラーレンを精製する必要がある。   In the products containing the endohedral fullerenes produced by these methods, in addition to the endohedral fullerenes, empty fullerenes, encapsulated target atoms and the like are included as impurities. Therefore, in order to produce a high purity endohedral fullerene, it is necessary to separate the endohedral fullerene and these impurities and purify the endohedral fullerene.

内包フラーレンを精製する方法としては、特定の溶液に対する溶解度の差を利用する方法(溶媒抽出)、カラムの保持時間の差を利用する方法(液体クロマトグラフィー)、又は、溶媒抽出と液体クロマトグラフィーを組み合わせた方法が用いられている。   The method for purifying the endohedral fullerene includes a method utilizing the difference in solubility in a specific solution (solvent extraction), a method utilizing the difference in column retention time (liquid chromatography), or solvent extraction and liquid chromatography. A combined method is used.

(溶媒抽出)
フラーレンは一般に無極性溶媒(トルエン、ベンゼンなど)に可溶であり、極性溶媒(水、アルコールなど)に不溶性か難溶性を示す。一方、内包フラーレン、例えば、Li@C60はトルエンに対し難溶性を示す。内包フラーレンの生成物を粉末状にし、トルエンに混合攪拌した後、フィルターで濾過すると、生成物に含まれる空のフラーレンの多くがトルエンに溶解し、トルエンに溶けにくいLi@C60がフィルター内に残渣物として残るので、Li@C60を精製することができる。
(Solvent extraction)
Fullerenes are generally soluble in nonpolar solvents (toluene, benzene, etc.) and insoluble or sparingly soluble in polar solvents (water, alcohol, etc.). On the other hand, endohedral fullerenes, such as Li @ C 60, are sparingly soluble in toluene. When the endohedral fullerene product is powdered, mixed and stirred in toluene, and filtered with a filter, most of the empty fullerene contained in the product is dissolved in toluene, and Li @ C 60, which is difficult to dissolve in toluene, is contained in the filter. Since it remains as a residue, Li @ C 60 can be purified.

しかし、空のフラーレンの全てがトルエンに溶解するわけではなく、また、空のフラーレンを含むダイマーやトリマーがトルエンに溶けにくいため、残渣物から完全に空のフラーレンを除去することが困難である。溶媒抽出によれば、Li@C60などの内包フラーレンをせいぜい80%程度の純度までしか精製することができないという問題があった。 However, not all empty fullerenes are dissolved in toluene, and dimers and trimers containing empty fullerenes are difficult to dissolve in toluene, so that it is difficult to completely remove empty fullerenes from the residue. According to the solvent extraction, there is a problem that the endohedral fullerene such as Li @ C 60 can be purified only to a purity of about 80%.

(液体クロマトグラフィー)
液体クロマトグラフィーは、有機化学の分野で頻繁に使用される分離精製方法である。液体クロマトグラフィー(オープンカラム液体クロマトグラフィー又は高速液体クロマトグラフィー(HPLC))では、分離対象物質を溶媒(移動層)と共にカラム(固定相)の中を移動させる。分離対象物質と不純物で、固液界面でのカラムとの相互作用の違いにより溶出時間が異なる性質を利用して、分離対象物質と不純物を分離する。(非特許文献1)
(Liquid chromatography)
Liquid chromatography is a separation and purification method frequently used in the field of organic chemistry. In liquid chromatography (open column liquid chromatography or high performance liquid chromatography (HPLC)), a substance to be separated is moved through a column (stationary phase) together with a solvent (moving bed). The separation target substance and the impurity are separated by utilizing the property that the elution time differs depending on the interaction between the separation target substance and the impurity at the solid-liquid interface. (Non-Patent Document 1)

例えば、5PPBをカラムとして用い、ODCB(オルトジクロロベンゼン)を移動相として用いて、Li@C60を分離する場合は、C60が先に溶出し、Li@C60が後に溶出する。しかし、空のフラーレンを含むダイマーやトリマーもLi@C60と同じ時間に溶出するため、やはり、純度の高いLi@C60を精製するのが困難であるという問題があった。さらに、Li@C60のODCBに対する溶解度は十分高いものではなく、そのため移動相の溶媒に溶解し液体クロマトグラフィーで一度に精製できるLi@C60の量は極めて少なく、精製効率が悪いという問題があった。 For example, when 5 @ PPB is used as a column and ODCB (orthodichlorobenzene) is used as a mobile phase to separate Li @ C 60 , C 60 elutes first and Li @ C 60 elutes later. However, since dimers and trimers containing empty fullerenes elute at the same time as Li @ C 60 , there is still a problem that it is difficult to purify high purity Li @ C 60 . Furthermore, the solubility of Li @ C 60 in ODCB is not high enough, so the amount of Li @ C 60 that can be dissolved in a mobile phase solvent and purified at once by liquid chromatography is extremely small, and the purification efficiency is poor. there were.

同様に、フラーレンベース材料の他の例として、窒素誘導ヘテロフラーレンC59Nに対し十分高い溶解度を持つ溶媒がみつかっていなかった。そのため、C59Nを液体クロマトグラフィーで効率よく精製することができないという問題があった。 Similarly, as another example of a fullerene-based material, a solvent having a sufficiently high solubility for nitrogen-derived heterofullerene C 59 N has not been found. For this reason, there is a problem that C 59 N cannot be efficiently purified by liquid chromatography.

本発明(1)は、泳動液を入れる容器と、前記泳動液の攪拌手段と、前記容器内で互いに向き合う位置に配置された複数の電極と、前記電極間に電圧を印加する電源とを有し、前記泳動液中に分散させたフラーレンベース材料を含む物質から電気泳動によりフラーレンベース材料を分離精製することを特徴とするフラーレンベース材料の製造装置である。   The present invention (1) has a container for containing an electrophoretic liquid, a stirring means for the electrophoretic liquid, a plurality of electrodes arranged at positions facing each other in the container, and a power source for applying a voltage between the electrodes. Then, the fullerene base material manufacturing apparatus is characterized in that the fullerene base material is separated and purified by electrophoresis from a substance containing the fullerene base material dispersed in the electrophoresis solution.

本発明(2)は、前記電極間に印加する前記電圧が、直流電圧又は交流電圧であることを特徴とする前記発明(1)のフラーレンベース材料の製造装置である。   The present invention (2) is the fullerene base material manufacturing apparatus according to the invention (1), wherein the voltage applied between the electrodes is a DC voltage or an AC voltage.

本発明(3)は、前記攪拌手段が超音波振動を発生する圧電体であることを特徴とする前記発明(1)又は前記発明(2)のフラーレンベース材料の製造装置である。   The present invention (3) is the fullerene base material manufacturing apparatus according to the invention (1) or the invention (2), wherein the stirring means is a piezoelectric body that generates ultrasonic vibrations.

本発明(4)は、泳動液の攪拌により、前記泳動液中にフラーレンベース材料を含む炭素系物質を分散させた後に、前記泳動液中で複数の電極間に電圧を印加する電気泳動によりフラーレンベース材料を分離精製することを特徴とするフラーレンベース材料の製造方法である。   In the present invention (4), a carbonaceous material containing a fullerene base material is dispersed in the electrophoresis solution by stirring the electrophoresis solution, and then fullerene is applied by electrophoresis in which a voltage is applied between a plurality of electrodes in the electrophoresis solution. A method for producing a fullerene base material, wherein the base material is separated and purified.

本発明(5)は、泳動液の攪拌により、前記泳動液中にフラーレンベース材料を含む物質を分散させ、同時に、前記泳動液中で複数の電極間に電圧を印加する電気泳動によりフラーレンベース材料を分離精製することを特徴とするフラーレンベース材料の製造方法である。   In the present invention (5), a substance containing a fullerene base material is dispersed in the electrophoresis solution by stirring the electrophoresis solution, and at the same time, a fullerene base material is applied by electrophoresis in which a voltage is applied between a plurality of electrodes in the electrophoresis solution. Is a method for producing a fullerene base material.

本発明(6)は、超音波振動により前記泳動液を攪拌することを特徴とする前記発明(4)又は前記発明(5)のフラーレンベース材料の製造方法である。   The present invention (6) is the method for producing a fullerene base material according to the invention (4) or the invention (5), wherein the electrophoresis solution is stirred by ultrasonic vibration.

本発明(7)は、前記電気泳動の前に、前記フラーレンベース材料を含む物質から未反応の反応対象原子を除去する前処理を行うことを特徴とする前記発明(4)又は前記発明(6)のフラーレンベース材料の製造方法である。   The present invention (7) is characterized in that the pretreatment for removing unreacted reaction target atoms from the substance containing the fullerene base material is performed before the electrophoresis. ) Of the fullerene base material.

本発明(8)は、前記前処理が、水又は酸による処理であることを特徴とする前記発明(4)又は前記発明(7)のフラーレンベース材料の製造方法である。   The present invention (8) is the method for producing a fullerene base material according to the invention (4) or the invention (7), wherein the pretreatment is a treatment with water or an acid.

本発明(9)は、前記フラーレンベース材料が、内包フラーレン又はヘテロフラーレンであることを特徴とする前記発明(4)又は前記発明(8)のフラーレンベース材料の製造方法である。   The present invention (9) is the method for producing a fullerene base material according to the invention (4) or the invention (8), wherein the fullerene base material is an endohedral fullerene or a heterofullerene.

本発明(10)は、前記フラーレンベース材料の原料となるフラーレンが、C60、C70又はこれらの混合フラーレンであることを特徴とする前記発明(9)のフラーレンベース材料の製造方法である。 The present invention (10) is the method for producing a fullerene base material according to the invention (9), wherein the fullerene as a raw material of the fullerene base material is C 60 , C 70 or a mixed fullerene thereof.

本発明(11)は、前記フラーレンベース材料が、Li@C60、Li@C70、C59N、又はC58BNであることを特徴とする前記発明(9)のフラーレンベース材料の製造方法である。 The present invention (11), the fullerene base material, Li @ C 60, Li @ C 70, C 59 N, or method for producing a fullerene-based material of the invention (9), which is a C 58 BN It is.

(1)フラーレンベース材料を泳動液に分散して電気泳動により該フラーレンベース材料を分離精製できるので、溶媒に溶けにくいフラーレンベース材料でも高い効率で分離精製できる。
(2)直流電圧を電極に印加して電気泳動を行うことにより、イオン性のフラーレンベース材料を高い効率で分離精製できる。
(3)交流電圧を電極に印加して電気泳動を行うことにより、分極性のフラーレンベース材料を高い効率で分離精製できる。
(4)電気泳動の前にフラーレンベース材料を入れた泳動液を超音波振動で攪拌することにより、フラーレンベース材料が泳動液中に均一に分散するので、電極上に集積するフラーレンベース材料が増え、フラーレンベース材料の回収効率が向上する。
(5)電気泳動と同時に泳動液を超音波振動で攪拌し続けることにより、電気泳動中のフラーレンベース材料の沈殿を防止でき、フラーレンベース材料の回収効率が向上する。
(6)電気泳動の前に水又は酸による処理などの前処理を行い、未反応の反応対象原子を除去することにより、不要なイオンがフラーレンベース材料と同時に電極上に集積することを防止できる。
(7)フラーレンベース材料を泳動液に分散して電気泳動により該フラーレンベース材料を分離精製できるので、溶媒に溶けにくいLi@C60、Li@C70、C59N、又はC58BNなどエレクトロニクスや医療分野での応用が期待される工業材料の効率的な製造が可能になる。
(8)C60、C70又はこれらの混合フラーレンは、他の高次フラーレンと比較して入手が容易でかつ安価である。
(1) Since the fullerene base material can be separated and purified by electrophoresis by dispersing the fullerene base material in an electrophoresis solution, even a fullerene base material that is hardly soluble in a solvent can be separated and purified with high efficiency.
(2) The ionic fullerene base material can be separated and purified with high efficiency by carrying out electrophoresis by applying a DC voltage to the electrode.
(3) A polarizable fullerene base material can be separated and purified with high efficiency by carrying out electrophoresis by applying an alternating voltage to an electrode.
(4) Since the fullerene base material is uniformly dispersed in the electrophoretic liquid by stirring the electrophoretic liquid containing the fullerene base material by ultrasonic vibration before electrophoresis, the amount of fullerene base material accumulated on the electrode increases. In addition, the recovery efficiency of the fullerene base material is improved.
(5) By continuing to stir the electrophoresis solution with ultrasonic vibration simultaneously with electrophoresis, precipitation of the fullerene base material during electrophoresis can be prevented, and the recovery efficiency of the fullerene base material is improved.
(6) By performing pretreatment such as treatment with water or acid before electrophoresis and removing unreacted target atoms, it is possible to prevent unnecessary ions from accumulating on the electrode simultaneously with the fullerene base material. .
(7) Electronics such as Li @ C 60 , Li @ C 70 , C 59 N, or C 58 BN, which are difficult to dissolve in solvents, can be obtained by dispersing the fullerene base material in the electrophoresis solution and electrophoresis. And efficient production of industrial materials expected to be applied in the medical field.
(8) C 60 , C 70 or a mixed fullerene thereof is easily available and inexpensive compared to other higher-order fullerenes.

以下、本発明の最良形態について説明する。   The best mode of the present invention will be described below.

本発明の請求項1は、泳動液を入れる容器と、前記泳動液の攪拌手段と、前記容器内で互いに向き合う位置に配置された複数の電極と、前記電極間に電圧を印加する電源とを有し、前記泳動液中に分散させたフラーレンベース材料を含む物質から電気泳動によりフラーレンベース材料を分離精製することを特徴とするフラーレンベース材料の製造装置である。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a container for containing an electrophoretic liquid, a stirring means for the electrophoretic liquid, a plurality of electrodes arranged at positions facing each other in the container, and a power source for applying a voltage between the electrodes. The fullerene base material manufacturing apparatus is characterized in that the fullerene base material is separated and purified by electrophoresis from a substance containing the fullerene base material dispersed in the electrophoresis solution.

(フラーレン、フラーレンベース材料、混合フラーレン)
本明細書中で、「フラーレン」とは、Cn(n=60, 70, 76, 78・・・)で示される中空の炭素クラスター物質であり、例えば、C60やC70を挙げることができる。また、「フラーレンベース材料」とは、フラーレンをベースにして製造した材料のことであり、内包フラーレン、ヘテロフラーレン、化学修飾フラーレン、フラーレン重合体、フラーレンポリマーを含むものとする。
「内包フラーレン」とは、篭状のフラーレン分子の中空部に原子が一個又は複数個閉じ込められたフラーレンのことであり、フラーレンに内包される原子としては、Li、Naなどのアルカリ金属、Ca、Srなどのアルカリ土類金属、Fe、Coなどの遷移金属、Fなどのハロゲン元素が挙げられる。
「ヘテロフラーレン」とは、フラーレン分子を構成する一つ又は複数の炭素原子を炭素以外の原子で置き換えたフラーレンのことであり、炭素原子を置換する原子としては、窒素、ボロンが挙げられる。
「反応対象原子」とは、フラーレンと反応してフラーレンベース材料を生成する原料となる原子のことであり、例えば、内包フラーレンにおける内包対象原子、ヘテロフラーレンにおける置換原子が該当する。
また、原料となるフラーレンとして、混合フラーレンを用いることも可能である。「混合フラーレン」とは、種類の異なる複数のフラーレンが混合した炭素クラスター物質のことである。抵抗加熱法やアーク放電法でフラーレンを製造する場合、生成されたフラーレンの中で、重量比にして、70〜85%がC60、10〜15%がC70、残りがC76、C78、C84などの高次フラーレンとなる。燃焼法によるフラーレンの製造においても、C60、C70の重量比は高次フラーレンよりも大きい。従って、C60、C70は、他の高次フラーレンと比較して入手が容易でかつ安価である。また、C60とC70からなる混合フラーレンも、フロンティアカーボンなどから市販されており、容易に入手してフラーレンベース材料の製造に利用することができる。
さらに、原料となるフラーレンには、酸化フラーレンを含むものとする。酸化フラーレンは、フラーレンをプラズマ処理し、例えば内包フラーレンなどのフラーレンベース材料を製造するときに大量に合成される副生成物であり、これを再利用して、産業上より価値の高いフラーレンベース材料を製造することが可能である。
(Fullerene, fullerene base material, mixed fullerene)
In this specification, “fullerene” is a hollow carbon cluster material represented by C n (n = 60, 70, 76, 78...), And examples thereof include C 60 and C 70. it can. The “fullerene base material” refers to a material produced based on fullerene, and includes endohedral fullerenes, heterofullerenes, chemically modified fullerenes, fullerene polymers, and fullerene polymers.
The “encapsulated fullerene” is a fullerene in which one or more atoms are confined in the hollow portion of the cage-like fullerene molecule, and the atoms encapsulated in the fullerene include alkali metals such as Li and Na, Ca, Examples include alkaline earth metals such as Sr, transition metals such as Fe and Co, and halogen elements such as F.
“Heterofullerene” is a fullerene in which one or more carbon atoms constituting the fullerene molecule are replaced with atoms other than carbon, and examples of the atom replacing a carbon atom include nitrogen and boron.
The “reaction target atom” is an atom that is a raw material that reacts with fullerene to produce a fullerene base material, and includes, for example, an inclusion target atom in an inclusion fullerene and a substitution atom in a heterofullerene.
In addition, mixed fullerene can be used as the fullerene as a raw material. The “mixed fullerene” is a carbon cluster material in which a plurality of different types of fullerenes are mixed. When producing fullerene by the resistance heating method or the arc discharge method, 70 to 85% is C 60 , 10 to 15% is C 70 , and the remainder is C 76 and C 78 in the weight ratio among the generated fullerenes. , C 84 and other higher fullerenes. Also in the production of fullerene by the combustion method, the weight ratio of C 60 and C 70 is larger than that of higher-order fullerene. Therefore, C 60 and C 70 are easily available and inexpensive compared with other higher-order fullerenes. Also, mixed fullerenes composed of C 60 and C 70 are commercially available from frontier carbon and the like, and can be easily obtained and used for the production of fullerene base materials.
Furthermore, the fullerene used as the raw material includes oxide fullerene. Fullerene oxide is a by-product that is synthesized in large quantities when fullerenes are plasma-treated to produce fullerene-based materials such as endohedral fullerenes, which can be reused to produce industrially more valuable fullerene-based materials. Can be manufactured.

本発明の請求項8は、前記前処理が、水又は酸による処理であることを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項記載のフラーレンベース材料の製造方法である。   An eighth aspect of the present invention is the method for producing a fullerene base material according to any one of the fourth to seventh aspects, wherein the pretreatment is a treatment with water or an acid.

ここで、「水又は酸による処理」とは、内包フラーレンの生成物に含まれるアルカリ金属などの内包されなかった内包対象原子を除去するために行う処理である。水としては、純水又は精製水など不純物の少ない水を使用し、酸としては、アルカリ金属を溶解(反応して溶解する場合も含む)する酸であって、量産工程で使用する場合は、安全性の高い酸を使用するのが好ましい。例えば、希塩酸などを使用することが可能である。ここにいう「処理」とは、生成物を粉末状にした後、水又は酸に混合攪拌し、又は、水又は酸により洗浄し、フィルターで濾過して、残渣物を回収する工程のことである。水又は酸以外にも、アルカリ金属などの内包対象原子を溶解し、内包フラーレンを溶解しない液体であれば、本発明に係る電気泳動による精製工程の前処理に用いることが可能である。   Here, the “treatment with water or acid” is a treatment performed to remove encapsulated atoms that are not encapsulated such as alkali metal contained in the encapsulated fullerene product. As water, use water with few impurities such as pure water or purified water, and as acid, it is an acid that dissolves alkali metal (including when it reacts and dissolves), and when used in mass production process, It is preferable to use a highly safe acid. For example, dilute hydrochloric acid can be used. The term “treatment” as used herein refers to a process in which the product is powdered and then mixed and stirred in water or acid, or washed with water or acid and filtered through a filter to recover the residue. is there. In addition to water or acid, any liquid that dissolves the inclusion target atoms such as alkali metal and does not dissolve the inclusion fullerene can be used for the pretreatment of the purification step by electrophoresis according to the present invention.

以下、本明細書中で使用される他の用語についても、その意義を明らかにする。
「空のフラーレン」とは、フラーレン分子を構成する原子が全て炭素原子から構成されており、フラーレン分子の中空部に原子が内包されていないフラーレンのことである。
Hereinafter, the significance of other terms used in the present specification will be clarified.
The “empty fullerene” is a fullerene in which all atoms constituting the fullerene molecule are composed of carbon atoms, and the atoms are not included in the hollow part of the fullerene molecule.

2分子以上が重合又は結合した分子のことを「重合体」という。
「モノマー」とは、重合体の構成単位となる分子で、他の分子と重合していない分子(単量体)のことである。例えば、フラーレンC60、内包フラーレンLi@ C60はモノマーである。
「ダイマー」とは、2個のモノマーが重合又は結合した分子であり、(C60)2、(Li@ C60)2、(C60)-( Li@ C60)はダイマーである。
「トリマー」とは、3個のモノマーが重合又は結合した分子であり、(C60)3、(Li@ C60)3、(C60) (Li@ C60)2、(C60)2 (Li@ C60)はトリマーである。
A molecule in which two or more molecules are polymerized or bonded is referred to as a “polymer”.
A “monomer” is a molecule (monomer) that is a polymer constituting unit of a polymer and is not polymerized with other molecules. For example, fullerene C 60 and endohedral fullerene Li @ C 60 are monomers.
A “dimer” is a molecule in which two monomers are polymerized or bonded, and (C 60 ) 2 , (Li @ C 60 ) 2 , (C 60 )-(Li @ C 60 ) are dimers.
A “trimer” is a molecule in which three monomers are polymerized or bonded, and (C 60 ) 3 , (Li @ C 60 ) 3 , (C 60 ) (Li @ C 60 ) 2 , (C 60 ) 2 (Li @ C 60) is a trimmer.

「生成物」とは、レーザー蒸発法、アーク放電法、イオン注入法、プラズマ照射法などにより製造された未精製のフラーレンベース材料のことを言う。生成物の中には、フラーレンベース材料以外に空のフラーレンなどの不純物が含まれている。
「精製物」とは、精製を行い、純度を向上したフラーレンベース材料のことを言う。純度が100%でない場合も含め、精製物と言う。
The “product” refers to an unpurified fullerene base material produced by a laser evaporation method, an arc discharge method, an ion implantation method, a plasma irradiation method, or the like. In the product, impurities such as empty fullerene are contained in addition to the fullerene base material.
“Purified product” refers to a fullerene-based material that has been purified and improved in purity. It is said to be a purified product, even when the purity is not 100%.

「不純物」とは、フラーレンベース材料のモノマー、及び、フラーレンベース材料を含む重合体以外の物質のことである。フラーレンベース材料を、例えば、プラズマ照射法で製造すると、生成された物質の中に、フラーレンと反応しなかった反応対象原子、フラーレンが分解して生成された質量数の小さい炭素化合物、空のフラーレンのモノマー、ダイマー、トリマーが含まれる可能性があり、これらの物質は、いずれも、フラーレンベース材料の製造における不純物に該当する。   An “impurity” is a substance other than a monomer of a fullerene base material and a polymer containing the fullerene base material. For example, when a fullerene base material is manufactured by a plasma irradiation method, a reaction target atom that does not react with fullerene, a carbon compound with a small mass number generated by decomposition of fullerene, and an empty fullerene in the generated substance Monomers, dimers and trimers, all of which are impurities in the production of fullerene-based materials.

(フラーレンベース材料の製造方法)
本発明に係るフラーレンベース材料は、例えば、真空容器中で加熱した熱電離プレートに対し反応対象原子蒸気を噴射してプラズマ流を発生させ、発生したプラズマ流をプラズマ流の下流に配置した堆積基板に照射し、フラーレンベース材料を堆積させる方法により製造可能である。
(Manufacturing method of fullerene base material)
The fullerene base material according to the present invention is, for example, a deposition substrate in which a reactive atom vapor is jetted onto a thermoionization plate heated in a vacuum vessel to generate a plasma flow, and the generated plasma flow is arranged downstream of the plasma flow. Can be produced by a method of depositing fullerene base material.

例えば、本発明に係るフラーレンベース材料は、図4に示す製造装置で製造することが可能である。フラーレンベース材料の製造装置は、プラズマ発生部、フラーレン導入部、フラーレンベース材料堆積部を有する管状の真空容器31、真空容器31を排気する真空ポンプ32、プラズマを閉じ込めるための電磁コイル33により構成される。最初に、Liなどの反応対象原子材料をオーブン36で加熱し昇華させる。発生した反応対象原子蒸気をプラズマ発生部に導入管37を通して導入し、熱電離プレート35上で反応対象原子プラズマを発生させる。発生した反応対象原子プラズマは、均一磁場に沿って管軸方向に流れる。フラーレン導入部において、オーブン38によりC60などのフラーレンを昇華させた蒸気をプラズマ流に対し噴射することにより、プラズマ流を構成する電子がC60に付着してC60の負イオンが発生する。反応対象原子の正イオンと発生したC60の負イオンからなるプラズマ流は、フラーレンベース材料堆積部において、バイアス電源41により正のバイアス電圧を印加した堆積基板40前面で衝突し、堆積基板40表面にフラーレンベース材料が堆積する。 For example, the fullerene base material according to the present invention can be manufactured by a manufacturing apparatus shown in FIG. The fullerene base material manufacturing apparatus includes a plasma generation unit, a fullerene introduction unit, a tubular vacuum vessel 31 having a fullerene base material deposition unit, a vacuum pump 32 for exhausting the vacuum vessel 31, and an electromagnetic coil 33 for confining plasma. The First, a reaction target atomic material such as Li is heated in an oven 36 to be sublimated. The generated reaction target atomic vapor is introduced into the plasma generation section through the introduction tube 37, and the reaction target atomic plasma is generated on the thermoionization plate 35. The generated reaction target atomic plasma flows in the tube axis direction along a uniform magnetic field. In fullerene introduction, by injection to the plasma stream a vapor sublimed fullerene such as C 60 in an oven 38, an electronic negative ion C 60 is generated by adhering to C 60 constituting the plasma flow. The plasma flow composed of positive ions of reaction target atoms and generated negative ions of C 60 collides with the front surface of the deposition substrate 40 to which a positive bias voltage is applied by the bias power source 41 in the fullerene base material deposition portion, and the surface of the deposition substrate 40 The fullerene base material is deposited on the substrate.

(水又は酸による処理)
図4に示す装置で生成した堆積膜を堆積基板から剥離し、すりつぶして粉末状にする。堆積膜は、フラーレンベース材料以外に空のフラーレン、未反応の反応対象原子などの不純物を含む。反応対象原子として、特に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を用いた場合は、泳動液中でイオン化したときに、フラーレンベース材料及び反応対象原子はいずれも正イオンになりやすい。従って、本発明に係る電気泳動を用いた精製を行う前に、予め、水又は酸による処理を行い、未反応の反応対象原子を除去しておくのが好ましい。反応対象原子は水又は酸に溶解しやすいのに対し、フラーレンベース材料は水又は酸に溶解しにくいので、水又は酸による処理を行うことにより反応対象原子を選択的に除去することができる。予め反応対象原子を除去しておくことにより、電気泳動による分離精製工程において、電極上で回収されるフラーレンベース材料の純度を向上することが可能になる。
(Treatment with water or acid)
The deposited film produced by the apparatus shown in FIG. 4 is peeled off from the deposited substrate and ground into a powder. The deposited film contains impurities such as empty fullerene and unreacted target atoms in addition to the fullerene base material. In particular, when alkali metal or alkaline earth metal is used as the reaction target atom, both the fullerene base material and the reaction target atom are likely to be positive ions when ionized in the electrophoresis solution. Therefore, before performing purification using electrophoresis according to the present invention, it is preferable to perform treatment with water or acid in advance to remove unreacted atoms to be reacted. While the reaction target atoms are easily dissolved in water or acid, the fullerene base material is difficult to dissolve in water or acid. Therefore, the reaction target atoms can be selectively removed by treatment with water or acid. By removing the reaction target atoms in advance, it is possible to improve the purity of the fullerene base material collected on the electrode in the separation and purification step by electrophoresis.

(精製方法)
図1は、本発明のフラーレンベース材料を分離精製する精製装置の断面図である。
精製装置は、容器1、容器1に取り付けた超音波振動用の圧電体5、圧電体5を駆動する電源6、容器1内に対向して配置した2個の電極3、4、電極3、4に直流又は交流電圧を印加する電源9により構成される。精製は、容器1に泳動液2を入れて、泳動液2の中にフラーレンベース材料生成物の粉末7、8を入れる。超音波振動で泳動液2を攪拌して、泳動液2中に粉末を構成するフラーレンベース材料分子7と空のフラーレンなどの不純物8を分散させる。電極3、4間に直流電圧又は交流電圧を印加して、電気泳動を行う。電気泳動中には、超音波振動を停止してもよいし、振動を続けてもよい。
(Purification method)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a purification apparatus for separating and purifying a fullerene base material of the present invention.
The purification apparatus includes a container 1, a piezoelectric body 5 for ultrasonic vibration attached to the container 1, a power source 6 for driving the piezoelectric body 5, two electrodes 3, 4, an electrode 3 disposed in the container 1. 4 includes a power source 9 that applies a DC or AC voltage. For purification, the electrophoresis solution 2 is placed in the container 1, and the fullerene-based material product powders 7 and 8 are placed in the electrophoresis solution 2. The electrophoresis solution 2 is stirred by ultrasonic vibration to disperse the fullerene base material molecules 7 constituting the powder and the impurities 8 such as empty fullerene in the electrophoresis solution 2. Electrophoresis is performed by applying a DC voltage or an AC voltage between the electrodes 3 and 4. During the electrophoresis, the ultrasonic vibration may be stopped or the vibration may be continued.

精製するフラーレンベース材料がイオン性の物質である場合は、直流電気泳動により分離精製を行うことができる。フラーレンベース材料が正イオンになる場合は、負電極に集積する。また、フラーレンベース材料が負イオンになる場合は、正電極に集積する。   When the fullerene base material to be purified is an ionic substance, separation and purification can be performed by direct current electrophoresis. If the fullerene base material becomes positive ions, it accumulates on the negative electrode. When the fullerene base material becomes negative ions, it accumulates on the positive electrode.

精製するフラーレンベース材料が分極性の物質である場合は、交流電気泳動により分離精製を行うことができる。特に、フラーレンベース材料が内包フラーレンである場合は、フラーレン分子内で内包原子が局在することでフラーレンベース材料が分極する。一方、不純物である空のフラーレンは内包原子がなく、対称性の高い分子であるため分極しない。そのため、電気泳動により交流電界を印加すると、分極したフラーレンベース材料は電極上に集積する。一方、不純物は電極上に集積せず、泳動液中に分散されたままで、一部の不純物は超音波振動を停止すると容器底部に沈殿する。   When the fullerene base material to be purified is a polarizable substance, separation and purification can be performed by alternating current electrophoresis. In particular, when the fullerene base material is an endohedral fullerene, the fullerene base material is polarized by localization of the endohedral atoms in the fullerene molecule. On the other hand, empty fullerene, which is an impurity, has no internal atoms and is a highly symmetric molecule, so it is not polarized. Therefore, when an alternating electric field is applied by electrophoresis, the polarized fullerene base material is accumulated on the electrode. On the other hand, the impurities do not accumulate on the electrode and remain dispersed in the electrophoresis solution, and some impurities settle on the bottom of the container when the ultrasonic vibration is stopped.

(泳動液)
泳動液としてはフラーレンベース材料生成物を構成するカーボン物質混合物を分散でき、カーボン物質混合物がその液中で電気泳動する溶媒であれば何でも利用できる。該溶媒としては、水性溶媒や有機溶媒又はそれらの混合溶媒が利用でき、例えば、水、酸性溶液、アルカリ性溶液、アルコール、エーテル、石油エーテル、ベンゼン、酢酸エチル、クロロホルム等公知の溶媒が利用できる。より具体的には、イソプロピルアルコール(IPA)、アセトニトリル、エチルアルコール、アセトン、トルエン等の汎用の有機溶媒が利用できる。
(Electrophoresis solution)
As the electrophoretic liquid, any carbon substance mixture constituting the fullerene-based material product can be dispersed, and any solvent can be used as long as the carbon substance mixture is electrophoresed in the liquid. As the solvent, an aqueous solvent, an organic solvent, or a mixed solvent thereof can be used. For example, known solvents such as water, acidic solution, alkaline solution, alcohol, ether, petroleum ether, benzene, ethyl acetate, and chloroform can be used. More specifically, general-purpose organic solvents such as isopropyl alcohol (IPA), acetonitrile, ethyl alcohol, acetone, and toluene can be used.

(直流電気泳動)
図2(a)乃至(c)は、直流電気泳動によりフラーレンベース材料を精製する本発明の製造方法に係る工程順断面図である。
(DC electrophoresis)
FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views in order of steps according to the production method of the present invention for purifying a fullerene base material by direct current electrophoresis.

泳動液11の中に、フラーレンベース材料14と不純物15からなる生成物の粉末を入れる(図2(a))。フラーレンベース材料14は、例えば、Li内包フラーレンであり、不純物15は、例えば、空のフラーレンである。圧電体16により泳動液11に超音波振動を与える。フラーレンベース材料14、不純物15などの粒子は泳動液11中に分散する(図2(b))。電極12、13間には、電極12が負極、電極13が正極となるように直流電圧を印加する。電子の移動により、フラーレンベース材料14は正イオンになり、空のフラーレン15は負イオンになる。電気泳動を十分な時間行った後に、正イオンは負極12側に集積し、負イオンは正極13側に集積する(図2(c))。   In the electrophoresis solution 11, a powder of a product composed of a fullerene base material 14 and impurities 15 is placed (FIG. 2 (a)). The fullerene base material 14 is, for example, Li-included fullerene, and the impurity 15 is, for example, empty fullerene. An ultrasonic vibration is applied to the electrophoretic liquid 11 by the piezoelectric body 16. Particles such as the fullerene base material 14 and the impurities 15 are dispersed in the electrophoresis solution 11 (FIG. 2B). A DC voltage is applied between the electrodes 12 and 13 so that the electrode 12 is a negative electrode and the electrode 13 is a positive electrode. Due to the movement of electrons, the fullerene base material 14 becomes positive ions, and the empty fullerene 15 becomes negative ions. After performing electrophoresis for a sufficient time, positive ions accumulate on the negative electrode 12 side and negative ions accumulate on the positive electrode 13 side (FIG. 2 (c)).

電気泳動の間、超音波攪拌を弱い強度で継続すると粒子が容器底部に沈殿しにくいので、フラーレンベース材料の回収効率が向上する。フラーレンベース材料が正イオンになる場合は、負極を取り出し乾燥させ、負極表面に集積した物質を剥離することによりフラーレンベース材料を回収できる。空のフラーレンは正極側に集積するので、正極を乾燥し、表面に集積した物質を剥離することにより回収できる。空のフラーレンは、例えば、フラーレンベース材料生成の原料として再利用することができる。   If ultrasonic stirring is continued at a low intensity during electrophoresis, the particles are unlikely to settle at the bottom of the container, thereby improving the recovery efficiency of the fullerene base material. When the fullerene base material becomes positive ions, the fullerene base material can be recovered by taking out the negative electrode, drying it, and peeling off the substances accumulated on the negative electrode surface. Since empty fullerene accumulates on the positive electrode side, it can be recovered by drying the positive electrode and peeling off the material accumulated on the surface. The empty fullerene can be reused, for example, as a raw material for producing the fullerene base material.

(交流電気泳動)
図3(a)乃至(c)は、交流電気泳動によりフラーレンベース材料を精製する本発明の製造方法に係る工程順断面図である。
(AC electrophoresis)
3 (a) to 3 (c) are cross-sectional views in order of steps according to the production method of the present invention for purifying a fullerene base material by alternating current electrophoresis.

泳動液21の中に、フラーレンベース材料24と不純物25からなる生成物の粉末を入れる(図3(a))。フラーレンベース材料24は、例えば、Li内包フラーレンであり、不純物25は、例えば、空のフラーレンである。圧電体26により泳動液21に超音波振動を与える。フラーレンベース材料24、不純物25などの粒子は泳動液21中に分散する(図3(b))。電極22、23間に交流電圧を印加する。フラーレンベース材料は分極し、泳動液21中で電極22又は23に向かって移動する。一方、空のフラーレン25は分極しないので、泳動液21中に分散された状態を維持する(図3(c))。電気泳動を十分な時間行った後に、超音波攪拌を停止すると、フラーレンベース材料は電極12又は電極13に集積する。一方、空のフラーレン25は一部が泳動液に溶解し、一部が容器の底部に沈殿する。   A product powder composed of a fullerene base material 24 and impurities 25 is placed in the electrophoresis solution 21 (FIG. 3A). The fullerene base material 24 is, for example, Li-included fullerene, and the impurity 25 is, for example, empty fullerene. An ultrasonic vibration is applied to the electrophoretic liquid 21 by the piezoelectric body 26. Particles such as the fullerene base material 24 and the impurities 25 are dispersed in the electrophoresis solution 21 (FIG. 3B). An AC voltage is applied between the electrodes 22 and 23. The fullerene base material is polarized and moves toward the electrode 22 or 23 in the electrophoresis solution 21. On the other hand, since empty fullerene 25 is not polarized, it maintains a dispersed state in electrophoresis solution 21 (FIG. 3C). When the ultrasonic stirring is stopped after sufficient time for electrophoresis, the fullerene base material is accumulated on the electrode 12 or the electrode 13. On the other hand, a part of the empty fullerene 25 is dissolved in the electrophoresis solution, and a part is precipitated at the bottom of the container.

電気泳動の間、超音波攪拌を弱い強度で継続すると生成物の粒子が容器底部に沈殿しにくいので、フラーレンベース材料の回収効率が向上する。電極を取り出し乾燥させ、電極表面に集積した物質を剥離することによりフラーレンベース材料を回収できる。一方、泳動液をフィルターで濾過し、残渣物を取り出すことにより、空のフラーレンを回収できる。空のフラーレンは、例えば、フラーレンベース材料生成の原料として再利用することができる。   If ultrasonic stirring is continued at a low intensity during electrophoresis, the product particles are unlikely to settle on the bottom of the container, so that the recovery efficiency of the fullerene base material is improved. The fullerene base material can be recovered by taking out the electrode, drying it, and peeling off the substance accumulated on the electrode surface. On the other hand, empty fullerenes can be recovered by filtering the electrophoretic solution through a filter and taking out the residue. The empty fullerene can be reused, for example, as a raw material for producing the fullerene base material.

交流電気泳動の周波数は10Hzから10MHzの範囲とするのが好ましい。特に、1kHzから10MHzの高周波を印加するのが好ましい。この周波数範囲にすることにより、特に、フラーレンベース材料の純度を高くすることができる。   The frequency of AC electrophoresis is preferably in the range of 10 Hz to 10 MHz. In particular, it is preferable to apply a high frequency of 1 kHz to 10 MHz. By setting the frequency range, the purity of the fullerene base material can be increased.

(Li内包フラーレンの生成)
Liを内包した内包フラーレンの製造に、円筒形状のステンレス製容器の周囲に電磁コイルを配置した構造の、図4に示す構成の製造装置を用いた。使用原料であるLiは、アルドリッチ製の同位体に関し未精製のLiを用い、また、使用原料であるC60は、フロンティアカーボン製のC60を用いた。真空容器31を真空度4.2×10-5Paに排気し、電磁コイル33により、磁場強度0.2Tの磁界を発生させた。内包原子昇華オーブン36に固体状のLiを充填し、480℃の温度に加熱してLiを昇華させ、Li ガスを発生させた。発生したLi ガスを500℃に加熱したガス導入管37を通して導入し、2500℃に加熱した熱電離プレート35に噴射した。Li蒸気が熱電離プレート35表面で電離し、Liの正イオンと電子からなるプラズマ流が発生した。さらに、発生したプラズマ流に、フラーレンオーブン38で610℃に加熱、昇華させたC60蒸気を導入した。プラズマ流と接触する堆積基板40に+10Vのバイアス電圧を印加し、堆積基板40表面に内包フラーレンを含む薄膜を堆積した。約1時間の堆積を行い、厚さ0.9μmの薄膜が堆積した。
(Generation of Li-encapsulated fullerene)
For the production of the endohedral fullerene containing Li, a production apparatus having a structure shown in FIG. 4 having a structure in which an electromagnetic coil is arranged around a cylindrical stainless steel container was used. Li used as raw material used was unpurified Li for isotopes manufactured by Aldrich, and C 60 used as raw material used was C 60 manufactured by Frontier Carbon. The vacuum vessel 31 was evacuated to a vacuum degree of 4.2 × 10 −5 Pa, and a magnetic field having a magnetic field strength of 0.2 T was generated by the electromagnetic coil 33. The encapsulated atom sublimation oven 36 was filled with solid Li and heated to a temperature of 480 ° C. to sublimate Li to generate Li 2 gas. The generated Li gas was introduced through a gas introduction pipe 37 heated to 500 ° C. and sprayed onto a thermoionization plate 35 heated to 2500 ° C. Li vapor was ionized on the surface of the thermal ionization plate 35, and a plasma flow composed of Li positive ions and electrons was generated. Further, C 60 vapor heated and sublimated to 610 ° C. in the fullerene oven 38 was introduced into the generated plasma flow. A bias voltage of +10 V was applied to the deposition substrate 40 that was in contact with the plasma flow, and a thin film containing endohedral fullerene was deposited on the surface of the deposition substrate 40. Deposition was performed for about 1 hour, and a thin film having a thickness of 0.9 μm was deposited.

(希塩酸処理)
堆積基板上に堆積した薄膜を堆積基板から剥離して、粉末状にした内包フラーレン生成物(約5mg)を、500mlの希塩酸に混合し、超音波攪拌を10分間おこなった。攪拌後、常温で1時間静置し、メンブレンフィルターで濾過し、フィルターに残った残渣物を回収した。回収した残渣物を乾燥させ、すりつぶして生成物の粉末を約4mg得た。
(Diluted hydrochloric acid treatment)
The thin film deposited on the deposition substrate was peeled off from the deposition substrate, and the powdered endohedral fullerene product (about 5 mg) was mixed with 500 ml of dilute hydrochloric acid and subjected to ultrasonic stirring for 10 minutes. After stirring, the mixture was allowed to stand at room temperature for 1 hour, filtered through a membrane filter, and the residue remaining on the filter was collected. The collected residue was dried and ground to give about 4 mg of product powder.

(Li内包フラーレンの分離精製)
希塩酸処理により、フラーレンに内包されなかったLiを除去した生成物の粉末を、図1に示す精製装置を用いて、AC電気泳動法により分離精製し、高純度のLi内包フラーレンを回収した。
(Separation and purification of Li-encapsulated fullerene)
The powder of the product from which Li that was not encapsulated in fullerene was removed by the treatment with dilute hydrochloric acid was separated and purified by AC electrophoresis using the purification apparatus shown in FIG. 1, and high purity Li-encapsulated fullerene was recovered.

円筒形の容器1には100mlのIPAからなる泳動液2を入れた。泳動液2の中には、2個のAl電極3、4を対向して配置した。電極3、4の間隔は0.8mmとした。電極の対向面の面積は3cm×3cmであった。分離精製は、特に加熱や冷却を行わず、約25℃の室温中で行った。泳動液2の中に希塩酸処理済みの生成物の粉末を入れて、まず、圧電体5により泳動液2に対し10分間の超音波振動を与え、泳動液2を攪拌し、泳動液2中に内包フラーレン7と不純物8を分散させた。分散工程は、超音波振動の相対強度を10にして泳動液2の攪拌を行った。次に、超音波振動の相対強度を2に弱めて、電極3、4間に交流電圧を1時間印加し、電気泳動を行った。交流電圧の振幅Vp-pは10Vで、周波数は10MHzとした。電気泳動中、徐々に電極表面の色が茶褐色に変化していった。電極に対する交流電圧印加を停止し、同時に超音波振動も停止し、10分間精製装置を静止させた。10分間の静止の後、容器底部に黒褐色の粉末が沈殿した。   A cylindrical container 1 was charged with an electrophoresis solution 2 composed of 100 ml of IPA. In the electrophoretic solution 2, two Al electrodes 3 and 4 were arranged facing each other. The distance between the electrodes 3 and 4 was 0.8 mm. The area of the opposing surface of the electrode was 3 cm × 3 cm. Separation and purification were carried out at room temperature of about 25 ° C. without particularly heating or cooling. A powder of a product that has been treated with dilute hydrochloric acid is placed in the electrophoresis solution 2. First, ultrasonic vibration is applied to the electrophoresis solution 2 by the piezoelectric body 5 for 10 minutes, and the electrophoresis solution 2 is stirred. The endohedral fullerene 7 and the impurities 8 were dispersed. In the dispersion step, the electrophoretic solution 2 was stirred with the relative intensity of ultrasonic vibration set to 10. Next, the relative intensity of the ultrasonic vibration was weakened to 2, and an alternating voltage was applied between the electrodes 3 and 4 for 1 hour for electrophoresis. The amplitude of the AC voltage Vp-p was 10 V, and the frequency was 10 MHz. During the electrophoresis, the color of the electrode surface gradually changed to brown. The application of AC voltage to the electrode was stopped, and at the same time, the ultrasonic vibration was stopped, and the purification apparatus was stationary for 10 minutes. After 10 minutes of rest, a dark brown powder precipitated at the bottom of the container.

(質量分析)
精製装置の電極を泳動液から取り出して乾燥させ、電極上に堆積した茶褐色の物質を剥離し、物質Aとして回収した。また、泳動液をメンブレンフィルターで濾過して、フィルターに残った黒褐色の残渣物を乾燥させ、物質Bとして回収した。回収した物質Aと物質Bに対しレーザー脱離質量分析により組成分析を行った。物質Aでは、質量数727のピークが質量数720のピークに対し、相対強度95:5の割合で現れた。質量数727のピークはLi@C60に対応し、質量数720のピークはC60に対応するので、精製装置により純度95%のLi内包フラーレンが精製できたことが確認された。一方、物質Bでは、質量数727のピークが質量数720のピークに対し、相対強度10:90の割合で現れた。物質Bの中に含まれるLi内包フラーレンの量が少ないことが確認でき、本発明に係る精製方法によりLi内包フラーレンを効率的に回収できることが確認できた。
(Mass spectrometry)
The electrode of the purifier was taken out of the electrophoresis solution and dried, and the brown substance deposited on the electrode was peeled off and recovered as substance A. In addition, the electrophoretic solution was filtered through a membrane filter, and the dark brown residue remaining on the filter was dried and recovered as substance B. The recovered substance A and substance B were subjected to composition analysis by laser desorption mass spectrometry. In substance A, the peak with mass number 727 appeared at a relative intensity of 95: 5 with respect to the peak with mass number 720. Since the peak with mass number 727 corresponds to Li @ C60 and the peak with mass number 720 corresponds to C60, it was confirmed that the Li-containing fullerene having a purity of 95% could be purified by a purifier. On the other hand, in substance B, the peak with mass number 727 appeared at a relative intensity of 10:90 with respect to the peak with mass number 720. It was confirmed that the amount of Li-encapsulated fullerene contained in the substance B was small, and it was confirmed that the Li-encapsulated fullerene could be efficiently recovered by the purification method according to the present invention.

本発明のフラーレンベース材料の精製装置の断面図である。It is sectional drawing of the refiner | purifier of the fullerene base material of this invention. (a)乃至(c)は、直流電気泳動によりフラーレンベース材料を精製する本発明の製造方法に係る工程順断面図である。(a) thru | or (c) are process order sectional drawings concerning the manufacturing method of this invention which refine | purifies fullerene base material by DC electrophoresis. (a)乃至(c)は、交流電気泳動によりフラーレンベース材料を精製する本発明の製造方法に係る工程順断面図である。(a) thru | or (c) are process order sectional drawings concerning the manufacturing method of this invention which refine | purifies fullerene base material by alternating current electrophoresis. フラーレンベース材料の製造装置の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing apparatus of fullerene base material.

符号の説明Explanation of symbols

1 容器
2、11、21 有機溶媒
3、4、12、13、22、23 電極
5、16、26 圧電体
6 超音波駆動用電源
7、14、24 内包フラーレン
8、15、25 空のフラーレン
9 分離精製用電源
31 真空容器
32 真空ポンプ
33 電磁コイル
34 加熱フィラメント
35 熱電離プレート
36 反応対象原子昇華オーブン
37 反応対象原子蒸気導入管
38 フラーレン昇華オーブン
39 再昇華用円筒
40 堆積基板
41 バイアス電圧印加電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2, 11, 21 Organic solvent 3, 4, 12, 13, 22, 23 Electrode 5, 16, 26 Piezoelectric body 6 Ultrasonic drive power supply 7, 14, 24 Enclosed fullerene 8, 15, 25 Empty fullerene 9 Separation and purification power source 31 Vacuum vessel 32 Vacuum pump 33 Electromagnetic coil 34 Heating filament 35 Thermoionization plate 36 Reaction target atom sublimation oven 37 Reaction target atom vapor introduction tube 38 Fullerene sublimation oven 39 Resublimation cylinder 40 Deposit substrate 41 Bias voltage application power source

Claims (11)

泳動液を入れる容器と、前記泳動液の攪拌手段と、前記容器内で互いに向き合う位置に配置された複数の電極と、前記電極間に電圧を印加する電源とを有し、前記泳動液中に分散させたフラーレンベース材料を含む物質から電気泳動によりフラーレンベース材料を分離精製することを特徴とするフラーレンベース材料の製造装置。 A container for containing an electrophoresis solution, a stirring means for the electrophoresis solution, a plurality of electrodes arranged at positions facing each other in the container, and a power source for applying a voltage between the electrodes. An apparatus for producing a fullerene base material, wherein the fullerene base material is separated and purified by electrophoresis from a substance containing the dispersed fullerene base material. 前記電極間に印加する前記電圧が、直流電圧又は交流電圧であることを特徴とする請求項1記載のフラーレンベース材料の製造装置。 The fullerene base material manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the voltage applied between the electrodes is a DC voltage or an AC voltage. 前記攪拌手段が超音波振動を発生する圧電体であることを特徴とする請求項1又は2のいずれか1項記載のフラーレンベース材料の製造装置。 The fullerene base material manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the stirring means is a piezoelectric body that generates ultrasonic vibrations. 泳動液の攪拌により前記泳動液中にフラーレンベース材料を含む炭素系物質を分散させた後に、前記泳動液中で複数の電極間に電圧を印加する電気泳動によりフラーレンベース材料を分離精製することを特徴とするフラーレンベース材料の製造方法。 After dispersing the carbonaceous material containing the fullerene base material in the electrophoresis solution by stirring the electrophoresis solution, separating and purifying the fullerene base material by electrophoresis applying a voltage between a plurality of electrodes in the electrophoresis solution. A method for producing a fullerene base material. 泳動液の攪拌により前記泳動液中にフラーレンベース材料を含む物質を分散させ、同時に、前記泳動液中で複数の電極間に電圧を印加する電気泳動によりフラーレンベース材料を分離精製することを特徴とするフラーレンベース材料の製造方法。 A substance containing a fullerene base material is dispersed in the electrophoretic liquid by stirring the electrophoretic liquid, and at the same time, the fullerene base material is separated and purified by electrophoresis in which a voltage is applied between a plurality of electrodes in the electrophoretic liquid. A method for producing a fullerene base material. 超音波振動により前記泳動液を攪拌することを特徴とする請求項4又は5のいずれか1項記載のフラーレンベース材料の製造方法。 6. The method for producing a fullerene base material according to claim 4, wherein the electrophoresis solution is stirred by ultrasonic vibration. 前記電気泳動の前に、前記フラーレンベース材料を含む物質から未反応の反応対象原子を除去する前処理を行うことを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項記載のフラーレンベース材料の製造方法。 The fullerene base material production according to any one of claims 4 to 6, wherein a pretreatment for removing unreacted atoms from the substance containing the fullerene base material is performed before the electrophoresis. Method. 前記前処理が、水又は酸による処理であることを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項記載のフラーレンベース材料の製造方法。 The method for producing a fullerene base material according to claim 4, wherein the pretreatment is a treatment with water or an acid. 前記フラーレンベース材料が、内包フラーレン又はヘテロフラーレンであることを特徴とする請求項4乃至8のいずれか1項記載のフラーレンベース材料の製造方法。 The method for producing a fullerene base material according to any one of claims 4 to 8, wherein the fullerene base material is an endohedral fullerene or a heterofullerene. 前記フラーレンベース材料の原料となるフラーレンが、C60、C70又はこれらの混合フラーレンであることを特徴とする請求項9記載のフラーレンベース材料の製造方法。 The fullerene base material manufacturing method according to claim 9, wherein the fullerene used as a raw material of the fullerene base material is C 60 , C 70, or a mixed fullerene thereof. 前記フラーレンベース材料が、Li@C60、Li@C70、C59N、又はC58BNであることを特徴とする請求項9記載のフラーレンベース材料の製造方法。 The fullerene base material, Li @ C 60, Li @ C 70, C 59 N, or method for producing a fullerene-based material according to claim 9, wherein it is a C 58 BN.
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