JP2011102203A - 窒化ホウ素ナノチューブ誘導体、その分散液、及び該窒化ホウ素ナノチューブ誘導体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面元素組成の3原子%以上が酸素であることを特徴とする窒化ホウ素ナノチューブ誘導体。
【選択図】図1
Description
2. 平均直径が0.4nm〜1μmであり、平均長さが1〜10μmである、前記1項に記載の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体。
3. 前記1又は2に記載の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体が溶媒中に分散している、窒化ホウ素ナノチューブ誘導体分散液。
4. 溶媒が、水、クロロホルム、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトン、トルエン及びエタノールよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、前記3項に記載の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体分散液。
5. 窒化ホウ素ナノチューブを3〜70質量%の過酸化水素溶液、または過酸化水素を3〜70質量%、鉄(II)イオンを10〜1000質量ppm含む混合組成物溶液にて処理することを特徴とする、前記1項又は2項に記載の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体の製造方法。
6. 窒化ホウ素ナノチューブに対して、質量比で2倍を超える量の前記過酸化水素溶液、または質量比で2倍を超える量の前記混合組成物溶液を添加して該窒化ホウ素ナノチューブを処理する、前記5項に記載の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体の製造方法。
本発明の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体分散液は、前記の本発明の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体を溶媒に分散させたものであり、分散濃度としては、溶媒100質量部にていして窒化ホウ素ナノチューブ誘導体が0.1〜40質量部であると好ましく、0.3〜20質量部であるとより好ましく、0.5〜10質量部であると更に好ましく、0.8〜5質量部であると極めて好ましい。
本発明の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体は、前記の窒化ホウ素ナノチューブを3〜70質量%の過酸化水素溶液、または過酸化水素を3〜70質量%、鉄(II)イオンを10〜1000質量ppm含む混合組成物溶液にて処理することにより得られる。
前記の過酸化水素の濃度としては5〜60質量%であると好ましく、30〜55質量%であるとより好ましい。
<窒化ホウ素ナノチューブ及びその誘導体の平均直径、平均長さ、及び外観>
透過型電子顕微鏡(TEM)により50点以上窒化ホウ素ナノチューブを観察し、その直径と長さの平均をとることで窒化ホウ素ナノチューブの平均直径および平均長さとした。また、窒化ホウ素ナノチューブ誘導体についても同様に観察及び測定を行い、写真撮影も行った。
<窒化ホウ素ナノチューブ及びその誘導体の表面元素組成>
窒化ホウ素ナノチューブ及びその誘導体の試料を用いて、硬X線光電子分光スペクトル測定を行い、表面元素組成の分析を行った。
窒化ホウ素製のるつぼに、1:1のモル比でホウ素と酸化マグネシウムを入れ、坩堝を高周波誘導加熱炉で1300℃に加熱した。ホウ素と酸化マグネシウムは反応し、気体状の酸化ホウ素(B2O2)とマグネシウムの蒸気が生成した。この生成物をアルゴンガスにより反応室へ移送し、温度を1100℃に維持してアンモニアガスを導入した。酸化ホウ素とアンモニアが反応し、窒化ホウ素が生成した。1.55gの混合物を十分に加熱し、副生成物を蒸発させると、反応室の壁から310mgの白色の固体が得られた。続いて得られた白色固体を濃塩酸で洗浄、イオン交換水で中性になるまで洗浄後、60℃で減圧乾燥を行い窒化ホウ素ナノチューブ(以下、BNNTと略すことがある)を得た。得られたBNNTは、平均直径が27.6nm、平均長さが2460nm(2.46μm)のチューブ状であった。表1に前記の窒化ホウ素ナノチューブの表面元素組成解析結果を示した。
参考例1と同様の方法にて調製した窒化ホウ素ナノチューブ1g及び50%過酸化水素水溶液(アルドリッチ(株)製)50mLをフラスコに入れ、超音波照射下に50℃で24時間撹拌した。その後、この分散液を2000rpmの条件で遠心分離し、得られた固体分をロ別、イオン交換水500mLおよびメタノール洗浄することで、白色粉末の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体1gを得た。図1に、該窒化ホウ素ナノチューブ誘導体試料の透過型電子顕微鏡写真図を示す。該窒化ホウ素ナノチューブ誘導体は、平均直径が27.1nmであり、平均長さが2410nm(2.41μm)であった。これにより、窒化ホウ素ナノチューブ誘導体の一次元性、寸法およびアスペクト比は処理前の窒化ホウ素ナノチューブの構造が維持されていることが確認できた。また、表1に窒化ホウ素ナノチューブ誘導体の表面元素組成解析結果を示した。表1から明らかなように、処理前後の窒化ホウ素ナノチューブ組成と比較して、窒化ホウ素ナノチューブ誘導体では酸素原子由来の吸収ピークが増大しており、表面組成の約5原子%が酸素となったことが確認された。
硫酸鉄(II)七水和物40mgを30mLサンプル菅瓶に取り、これにイオン交換水を加え、全量が10gになるよう調製した。これを、フラスコ中にて50%過酸化水素水(アルドリッチ(株)製、密度1.20g/mL)50mLに氷浴上で滴下、混合してフェントン試薬を調製した(混合液中の鉄イオン濃度は115質量ppm)。これに参考例1と同様の方法にて調製した窒化ホウ素ナノチューブ1gを加え、超音波照射下に50℃で3時間撹拌した。その後、この分散液を2000rpmの条件で遠心分離し、得られた固体分をロ別、イオン交換水500mLおよびメタノール洗浄することで、白色粉末の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体1gを得た。図2に、該窒化ホウ素ナノチューブ誘導体試料の透過型電子顕微鏡写真図を示す。該窒化ホウ素ナノチューブ誘導体は、平均直径が26.5nmであり、その平均長さが2380nm(2.38μm)であることが分かった。これにより、窒化ホウ素ナノチューブ誘導体の一次元性、寸法およびアスペクト比は処理前の窒化ホウ素ナノチューブの構造が維持されていることが確認できた。また、表1に該窒化ホウ素ナノチューブ誘導体の表面元素組成を示した。
イオン交換水、エタノール、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、クロロホルムの各溶媒(10質量部ずつ)に対して、参考例1と同様の方法にて調製した窒化ホウ素ナノチューブ0.1質量部を加え、バス型超音波分散機にて20秒分散処理を行った処理液を室温に静置して分散状態を観察評価したが、いずれの溶媒においても1週間安定な分散状態を維持することはできず、窒化ホウ素ナノチューブの凝集や相分離による沈殿が起こり、安定な分散液にはならなかった。
Claims (6)
- 表面元素組成の3原子%以上が酸素であることを特徴とする窒化ホウ素ナノチューブ誘導体。
- 平均直径が0.4nm〜1μmであり、平均長さが1〜10μmである、請求項1に記載の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体。
- 請求項1又は2に記載の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体が溶媒中に分散している、窒化ホウ素ナノチューブ誘導体分散液。
- 溶媒が、水、クロロホルム、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトン、トルエン及びエタノールよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項3に記載の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体分散液。
- 窒化ホウ素ナノチューブを3〜70質量%の過酸化水素溶液、または過酸化水素を3〜70質量%、鉄(II)イオンを10〜1000質量ppm含む混合組成物溶液にて処理することを特徴とする、請求項1又は2に記載の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体の製造方法。
- 窒化ホウ素ナノチューブに対して、質量比で2倍を超える量の前記過酸化水素溶液、または質量比で2倍を超える量の前記混合組成物溶液を添加して該窒化ホウ素ナノチューブを処理する、請求項5に記載の窒化ホウ素ナノチューブ誘導体の製造方法。
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