JP2010254494A - ナノチューブ状物質の分離方法、製造方法及び分離装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のナノチューブ状物質の分離方法は、第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも含むナノチューブ混合溶液中に、ナノチューブ状物質の長軸方向の長さの最大値とナノチューブ状物質の直径との間の孔径を有する細孔を備えたフィルタを配置し、ナノチューブ混合溶液に対して、フィルタのフィルタ面と略平行な基準方向に制御された電磁的作用を施し、第1のナノチューブ状物質または第2のナノチューブ状物質のいずれか一方を基準方向と略平行な方向に配向させ、フィルタとナノチューブ混合溶液を相対的に移動させる。
【選択図】 図1
Description
図1は、本発明の第1の実施形態に係るナノチューブ状物質の分離方法および製造方法を説明するためのフローチャートである。本実施形態では、まず、第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも含むナノチューブ混合溶液中に、フィルタを配置する(ステップS11)。このフィルタは細孔を備え、細孔の孔径はナノチューブ状物質の長軸方向の長さの最大値とナノチューブ状物質の直径との間の大きさである。
T(θ)=αLE2sin(2θ) (1)
また、そのときにナノチューブ状物質が持つエネルギーUは
U(θ)=(1/2)αLE2sin2(θ) (2)
と表すことができる。ナノチューブ状物質が電場に対してθの角度へ向く確率p(θ)は、エネルギーの式とデバイ−ランジュバン(Debye−Langevin)の式から、
p(θ)∝a×exp(−αE2Lsin2θ/2kT) (3)
となる。ここで、aは規格化定数、kはボルツマン定数、Tはナノチューブの温度である。配向した状態に必要な電場強度は、上述の定義よりp(θ)の半値全幅がθ=±15度となるのに必要な電場であるから、次の式が成り立つ。
0.5p(0)=p(15) (4)
この式を用いて、半導体性を有する単層カーボンナノチューブ及び金属性を有する単層カーボンナノチューブについて、配向した状態に必要な電場強度を求めると以下のようになる。ここで各数値には、それぞれ一般的に知られている値として以下のものを用いた。半導体性を有する単層カーボンナノチューブの分極テンソルαは非特許文献1より1.1×103Å2とし、単層カーボンナノチューブの長さは1μm、温度Tは300Kとした。このとき、式(4)を満たす電場の強度Esは約100V/mとなる。一方、金属性を有する単層カーボンナノチューブの場合、分極テンソルαは非特許文献1より7.8×105Å2とし、単層カーボンナノチューブの長さは1μm、温度Tは300Kとした。このとき、式(4)を満たす電場の強度Emは約3V/mとなる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図9は、本発明の第2の実施形態に係るナノチューブ状物質の分離装置400の断面図である。ナノチューブ状物質の分離装置400は、ナノチューブ混合溶液を収容する収容部を構成する貯蔵容器401と流路402と、流路402の貯蔵容器401と反対側に接続された回収部としての回収容器403、流路402内に設けられたフィルタ404と、電磁的作用を発生させる電磁的作用発生装置としてのレーザー光源405とを有する。フィルタ404は、ナノチューブ状物質の長軸方向の長さの最大値とナノチューブ状物質の直径との間の孔径を有する細孔を備えている。ここで、貯蔵容器401と流路402は、ナノチューブ混合溶液が貯蔵容器から流出して流路402内を流動し、フィルタ404を通過するように配置されており、移動機構を構成している。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図10は、本発明の第3の実施形態に係るナノチューブ状物質の分離装置500の断面図である。図10(a)に示すように、ナノチューブ状物質の分離装置500は、ナノチューブ混合溶液501を収容する収容部を構成する容器502と、この容器502内に設けられたフィルタ503と、電磁的作用発生装置としての交流電場発生装置を構成する電場印加用電極504とを有する。電場印加用電極504はフィルタ503の近傍に配置され、フィルタ移動装置505により両者は連動して容器502の上下方向に移動可能に構成されている。フィルタ503は、ナノチューブ状物質の長軸方向の長さの最大値とナノチューブ状物質の直径との間の孔径を有する細孔を備えている。本実施形態ではフィルタ503として細孔の平均直径が約0.5マイクロメートルであるメンブレンフィルタを用いた。
101 ナノチューブ状物質を内包する長方形の短辺
102 ナノチューブ状物質を内包する長方形の長辺
103 ナノチューブ状物質の向き
112 電場の方向
113 トルクの方向
201 容器
202、407 レーザー光
203 レーザー照射領域
203−2 交流電場印加領域
203−3 交流電場発生領域
204 非照射領域
204−2 交流電場非印加領域
204−3 交流電場非発生領域
205、305 金属性を有するカーボンナノチューブ
206、306 半導体性を有するカーボンナノチューブ
207 容器壁
208、408 偏光方向
209 交流電圧発生用電極
210 電場の方向
211 交流磁場発生装置
212 磁場の方向
213 誘導された電場の方向
301 フィルタ基材
302 細孔
303、404、503 フィルタ
304 移動方向
307 非配向領域
308、409、507 配向領域
309、509 カーボンナノチューブ残渣
310、410、510 カーボンナノチューブ溶液
400、500 ナノチューブ状物質の分離装置
401 貯蔵容器
402 流路
403 回収容器
405 レーザー光源
406 移動経路
501 ナノチューブ混合溶液
502 容器
504 電場印加用電極
505 フィルタ移動装置
506 電場の振動方向
508 フィルタ移動方向
Claims (11)
- 第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも含むナノチューブ混合溶液中に、前記ナノチューブ状物質の長軸方向の長さの最大値と前記ナノチューブ状物質の直径との間の孔径を有する細孔を備えたフィルタを配置し、
前記ナノチューブ混合溶液に対して、前記フィルタのフィルタ面と略平行な基準方向に制御された電磁的作用を施し、
前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質のいずれか一方を前記基準方向と略平行な方向に配向させ、
前記フィルタと前記ナノチューブ混合溶液を相対的に移動させる、
ことを特徴とするナノチューブ状物質の分離方法。 - 前記電磁的作用は偏光方向を制御したレーザー光を照射するものであり、前記基準方向は前記偏光方向であることを特徴とする請求項1に記載のナノチューブ状物質の分離方法。
- 前記電磁的作用は交流電場を印加するものであり、前記基準方向は前記交流電場の振動方向であることを特徴とする請求項1に記載のナノチューブ状物質の分離方法。
- 前記第1のナノチューブ状物質は金属性を有し、前記第2のナノチューブ状物質は半導体性を有することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のナノチューブ状物質の分離方法。
- 第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも含むナノチューブ混合溶液中に、前記ナノチューブ状物質の長軸方向の長さの最大値と前記ナノチューブ状物質の直径との間の孔径を有する細孔を備えたフィルタを配置し、
前記ナノチューブ混合溶液に対して、前記フィルタのフィルタ面と略平行な基準方向に制御された電磁的作用を施し、
前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質のいずれか一方を前記基準方向と略平行な方向に配向させ、
前記フィルタと前記ナノチューブ混合溶液を相対的に移動させ、
前記フィルタを通過したナノチューブ混合溶液から、前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質のうち、配向されていないナノチューブ状物質を回収する、
ことを特徴とするナノチューブ状物質の製造方法。 - 第1の誘電率を有する第1のナノチューブ状物質と第2の誘電率を有する第2のナノチューブ状物質とを少なくとも含むナノチューブ混合溶液を収容する収容部と、前記収容部に連結され、前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質を回収する回収部と、
前記収容部に設けられ、前記ナノチューブ状物質の長軸方向の長さの最大値と前記ナノチューブ状物質の直径との間の孔径を有する細孔を備えたフィルタと、
前記ナノチューブ混合溶液に対して、前記フィルタのフィルタ面と略平行な基準方向に制御された電磁的作用であって、前記第1のナノチューブ状物質または前記第2のナノチューブ状物質のいずれか一方を前記基準方向と略平行な方向に配向させる電磁的作用を発生させる電磁的作用発生装置と、
前記フィルタと前記ナノチューブ混合溶液を相対的に移動させる移動機構、
とを有することを特徴とするナノチューブ状物質の分離装置。 - 前記収容部は、前記ナノチューブ混合溶液を貯蔵する貯蔵容器と、前記ナノチューブ混合溶液を流通させる流路とを含み、
前記移動機構は、前記ナノチューブ混合溶液が前記貯蔵容器から流出して前記流路内を流動し、前記フィルタを通過するように前記貯蔵容器と前記流路が配置された構成を備える、
ことを特徴とする請求項6に記載のナノチューブ状物質の分離装置。 - 前記移動機構は、前記フィルタを前記収容部内で移動させるフィルタ移動装置を有することを特徴とする請求項6に記載のナノチューブ状物質の分離装置。
- 前記電磁的作用は偏光方向を制御したレーザー光を照射するものであり、前記電磁的作用発生装置は、前記偏光方向が前記基準方向と略平行なレーザー光を発生させるレーザー光発生装置であることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載のナノチューブ状物質の分離装置。
- 前記電磁的作用は交流電場を印加するものであり、前記電磁的作用発生装置は、電場の振動方向が前記基準方向と略平行な交流電場を発生させる交流電場発生装置であることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載のナノチューブ状物質の分離装置。
- 前記電磁的作用は交流電場を印加するものであり、前記電磁的作用発生装置は、電場の振動方向が前記基準方向と略平行な交流電場を誘導する交流磁場を発生させる交流磁場発生装置であることを特徴とする請求項6から8のいずれか一項に記載のナノチューブ状物質の分離装置。
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JP2013502318A (ja) * | 2009-08-24 | 2013-01-24 | エンパイア テクノロジー ディベロップメント エルエルシー | 磁性粒子を使用するカーボンナノチューブの分離 |
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