JP2011058099A - 微細な中空炭素繊維 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外径6〜20nm、アスペクト比2〜30のペンシル状構造単位集合体が互いに黒鉛基底面を介して連結した外径6〜20nm、アスペクト比10〜200の微細な中空炭素繊維であり、該微細な中空炭素繊維に加えられたずり応力に対し、隣接する構造単位集合体の黒鉛基底面間で滑りを生じ得る連結構造を繊維中に少なくとも1個内包することを特徴とする微細な中空炭素繊維。
【選択図】図2
Description
イオン交換水500mLに硝酸コバルト〔Co(NO3)2・6H2O:分子量291.03〕115g(0.40モル)、硝酸マグネシウム〔Mg(NO3)2・6H2O:分子量256.41〕102g(0.40モル)を溶解させ、原料溶液(1)を調製した。また、重炭酸アンモニウム〔(NH4)HCO3:分子量79.06〕粉末220g(2.78モル)をイオン交換水1100mLに溶解させ、原料溶液(2)を調製した。次に、反応温度40℃で原料溶液(1)と(2)を混合し、その後4時間攪拌した。生成した沈殿物のろ過、洗浄を行い、乾燥した。
イオン交換水900mLに硝酸コバルト〔Co(NO3)2・6H2O:分子量291.03〕123g(0.42モル)を溶解させた後、さらに酸化マグネシウム(MgO:分子量40.30)17g(0.42モル)を加えて混合し原料スラリー(1)を調製した。また、重炭酸アンモニウム〔(NH4)HCO3:分子量79.06〕粉末123g(1.56モル)をイオン交換水800mLに溶解させ、原料溶液(2)を調製した。次に、室温で原料スラリー(1)と原料溶液(2)を混合し、その後2時間攪拌した。生成した沈殿物のろ過、洗浄を行い、乾燥した。これを焼成した後、乳鉢で粉砕し、48gの触媒を取得した。本触媒中のスピネル構造の結晶格子定数a(立方晶系)は0.8150nm、置換固溶によるスピネル構造中の金属元素の比はMg:Co=1.2:1.8であった。
収量は30.8gであり、灰分は0.6重量%であった。生成物についてXRD分析を行ない、学振法で002回折線の補正を行なった。その結果d(002)は0.3461nm、半値幅は3.055°、Lc(002)は2.99nm、Lc(002)/d(002)は8.7であった。またTEM画像から、得られた微細な中空炭素繊維を構成するペンシル状構造単位及びその集合体の寸法に関するパラメータは、D=10nm、d=5nm、L=24nm、L/D=2.4、θは1から14°であり、平均すると約6°であった。また、集合体を形成するペンシル状構造単位の積層数は約10であった。尚、D、dおよびθについては、集合体の塔頂から(1/4)L、(1/2)Lおよび(3/4)Lの3点について測定した。
硝酸マグネシウムの代わりに酢酸マグネシウム〔Mg(OCOCH3)2・4H2O:分子量214.45〕86g(0.40モル)を用いたほかは、実施例1と同様に触媒調製を行った。得られた触媒中のスピネル構造の結晶格子定数a(立方晶系)は0.8137nm、置換固溶によるスピネル構造中の金属元素の比はMg:Co=0.8:2.2であった。
硝酸マグネシウムを使用せず、重炭酸アンモニウム粉末とこれを溶解させるイオン交換水の量をそれぞれ110g、550mLとしたほかは、実施例1と同様に触媒調製を行った。得られた触媒中のスピネル構造の結晶格子定数a(立方晶系)は0.8091nmであった。この触媒を使用し実施例2と同様の手順にて合成実験を行ったところ、反応はごく僅かしか進行せず、仕込み触媒とほぼ同重量の回収物が得られたのみであった。
石英製反応管(内径75mmφ、高さ650mm)を立てて設置し、その中央部に石英ウール製の支持体を設け、実施例2で調製した触媒を、その支持体上に0.6gを散布した。He雰囲気中で炉内温度を500℃の温度に加熱した後、反応管の下部からH2を0.60L/分の流量で1時間流し、触媒を活性化した。その後、He雰囲気中で炉内温度を650℃まで上げ、CO、H2からなる混合ガス(容積比:CO/H2=60/40)を原料ガスとして0.78L/分の流量で6時間流し、微細な中空炭素繊維を合成した。
市販の多層カーボンナノチューブ(ナノシル製NC−7000)を実施例1と同様の方法でボールミル処理を行ない、またSEM観察と繊維の長さを測定した。市販の多層カーボンナノチューブは、繊維軸方向に黒鉛基底面が円筒状に配列し、本発明の特徴である黒鉛基底面を介する接続部を持たない。ボールミル処理前の市販の多層カーボンナノチューブのSEM像を図11に、処理後のSEM像を図12に示す。また、繊維長測定結果を表3に示す。図11、図12および表3より、黒鉛基底面を介する接合部分を有しない市販の多層カーボンナノチューブはボールミル処理を受けても切断されることは無く、その繊維長はほとんど変化のないことが分かる。
微細な中空炭素繊維0.5gを直径2cmの金属製容器に充填し、プレス圧力を変えながら粉体の体積抵抗を測定した結果を表4に示す。また、各試料のプレス圧力と体積抵抗率との関係を図13に示した。評価実験に使用した試料は次のとおりである。
評価例1:実施例1で製造した微細な中空炭素繊維
評価例2:実施例2で製造した微細な中空炭素繊維
評価例3:市販の多層カーボンナノチューブ(Aldrich製試薬677248)
評価例4:参考例1で製造した微細な中空炭素繊維
12 頭頂部
13 胴部
21、21a、21b、21c 集合体
Claims (6)
- 外径6〜20nm、アスペクト比2〜30のペンシル状構造単位集合体が互いに黒鉛基底面を介して連結した外径6〜20nm、アスペクト比10〜200の微細な中空炭素繊維であり、該微細な中空炭素繊維に加えられたずり応力に対し、隣接する構造単位集合体の黒鉛基底面間で滑りを生じ得る連結構造を繊維中に少なくとも1個内包することを特徴とする微細な中空炭素繊維。
- 前記ペンシル状構造単位集合体間の接合部を形成する黒鉛基底面が繊維軸となす角が15°以下であることを特徴とする請求項1記載の微細な中空炭素繊維。
- 窒素および硫黄を含まず、炭素以外の金属含有量が2重量%以下であることを特徴とする請求項1または2記載の微細な中空炭素繊維。
- 学振法で補正された(炭素002面のLc(002))/(炭素002面の面間隔(d002))が6〜15であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の微細な中空炭素繊維。
- X線回折法により測定される微細な中空炭素繊維の炭素002面の面間隔(d002)が0.343〜0.348nmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の微細な中空炭素繊維。
- 導電材、導電助材、熱伝導材、摺動材、または研磨材としての請求項1〜5のいずれか1項に記載の微細な中空炭素繊維の使用。
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JP2003221217A (ja) * | 2001-10-04 | 2003-08-05 | Canon Inc | ナノカーボン材料の製造方法 |
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