JP2017057091A - Inclusion method of water-soluble chemical in carbon nanotube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a method of encapsulating a water-soluble chemical inside a carbon nanotube.
カーボンナノチューブは、炭素原子により構成される円筒状の炭素繊維であり、多くの優れた性質を持つ。そのため、カーボンナノチューブについて、工学的応用の模索が進められている。 A carbon nanotube is a cylindrical carbon fiber composed of carbon atoms and has many excellent properties. Therefore, the search for the engineering application is advanced about the carbon nanotube.
また、カーボンナノチューブのさらなる高機能化を目指し、カーボンナノチューブの中空部に炭素以外の物質、例えば金属系物質を導入した物質内包カーボンナノチューブに関する製造技術の開発が進められている。 In addition, with the aim of further increasing the functionality of carbon nanotubes, development of manufacturing technology relating to carbon nanotubes containing substances in which a substance other than carbon, for example, a metal-based substance is introduced into the hollow part of carbon nanotubes, is being promoted.
上記した従来の物質内包カーボンナノチューブの製造方法では、カーボンナノチューブを生成しながら、物質をカーボンナノチューブの内部に導入している。この製造方法では、カーボンナノチューブの生成と物質の導入とを１つの工程で行うため、工程の操作が煩雑であった。さらには、物質の導入はカーボンナノチューブの生成条件下で実施されるため、物質の導入方法が制限されることがあった。また、既に生成されたカーボンナノチューブを用いて、そのカーボンナノチューブの内部に物質を導入することは容易ではなかった。 In the above-described conventional method for producing a substance-encapsulating carbon nanotube, the substance is introduced into the carbon nanotube while producing the carbon nanotube. In this manufacturing method, since the production of carbon nanotubes and the introduction of substances are performed in one step, the operation of the steps is complicated. Furthermore, since the introduction of the substance is performed under the conditions for generating carbon nanotubes, the method for introducing the substance may be limited. In addition, it is not easy to introduce a substance into the carbon nanotube using the already generated carbon nanotube.
本発明が解決しようとする課題は、カーボンナノチューブの生成後に、簡便で量産的に、カーボンナノチューブ内部に水溶性薬品を内包させる方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a method for encapsulating a water-soluble chemical inside a carbon nanotube in a simple and mass production manner after the production of the carbon nanotube.
実施形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法は、水を含む液体中にカーボンナノチューブを分散させる分散工程と、（ａ）または（ｂ）の工程とを有する。前記（ａ）の工程は、前記カーボンナノチューブを分散させた前記液体中に水溶性薬品を水和させる水和工程と、前記カーボンナノチューブを分散させ、前記水溶性薬品を水和させた前記液体の周囲の雰囲気を減圧させる減圧工程とを有する。前記（ｂ）の工程は、前記カーボンナノチューブを分散させた前記液体の周囲の雰囲気を減圧させる減圧工程と、前記カーボンナノチューブを分散させ、前記雰囲気を減圧させた前記液体中に水溶性薬品を水和させる水和工程とを有する。 The method for encapsulating a water-soluble chemical in the carbon nanotube according to the embodiment includes a dispersion step of dispersing the carbon nanotube in a liquid containing water, and a step (a) or (b). The step (a) includes a hydration step of hydrating a water-soluble chemical in the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed, and a step of hydrating the water-soluble chemical in which the carbon nanotubes are dispersed and the water-soluble chemical is hydrated. And a decompression step of decompressing the surrounding atmosphere. The step (b) includes a depressurizing step of depressurizing the atmosphere around the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed, and water-soluble chemicals in the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed and the atmosphere is depressurized. A hydration step to be summed.
カーボンナノチューブの生成後に、簡便で量産的に、カーボンナノチューブ内部に水溶性薬品を内包させる方法を提供することができる。 It is possible to provide a method for encapsulating a water-soluble chemical inside a carbon nanotube after production of the carbon nanotube in a simple and mass production manner.
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法を示す工程図である。第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法は、分散工程Ａ、水和工程Ｂ、および減圧工程Ｃを有する。第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法は、図１に示す左側の経路のように、分散工程Ａの後に水和工程Ｂを実施し、水和工程Ｂの後に減圧工程Ｃを実施してもよいし、図１に示す右側の経路のように、分散工程Ａの後に減圧工程Ｃを実施し、減圧工程Ｃの後に水和工程Ｂを実施してもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 is a process diagram showing a method of encapsulating a water-soluble chemical inside a carbon nanotube according to the first embodiment. The method for encapsulating a water-soluble chemical inside a carbon nanotube according to the first embodiment includes a dispersion step A, a hydration step B, and a decompression step C. In the method of encapsulating a water-soluble chemical inside the carbon nanotube of the first embodiment, the hydration step B is performed after the dispersion step A, and the hydration step B is performed after the dispersion step A as shown in the path on the left side in FIG. The depressurization step C may be performed, or the depressurization step C may be performed after the dispersion step A and the hydration step B may be performed after the depressurization step C, as in the right path shown in FIG.
第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法においてはじめに実施される分散工程Ａは、水を含む液体中にカーボンナノチューブを分散させる。液体中にカーボンナノチューブを分散させる方法は、既知の方法を用いることができる。液体中にカーボンナノチューブを分散させる方法として、例えば、カーボンナノチューブを添加した液体を撹拌する方法、カーボンナノチューブを添加した液体に超音波のような所定の高周波を有する振動を与える方法などが挙げられる。分散工程Ａは、大気圧下で実施されることが好ましい。 The dispersion step A, which is first performed in the method for encapsulating a water-soluble chemical inside the carbon nanotube of the first embodiment, disperses the carbon nanotube in a liquid containing water. A known method can be used as a method of dispersing the carbon nanotubes in the liquid. Examples of the method of dispersing the carbon nanotubes in the liquid include a method of stirring the liquid added with the carbon nanotubes, and a method of applying vibration having a predetermined high frequency such as ultrasonic waves to the liquid added with the carbon nanotubes. It is preferable that the dispersion | distribution process A is implemented under atmospheric pressure.
液体中に分散させるカーボンナノチューブは、少なくとも１か所が開口している。開口は、カーボンナノチューブの端部であっても、側面部であってもよい。開口を備えていないカーボンナノチューブであっても、当該カーボンナノチューブに酸などの化学処理や所定の温度での加熱処理のような開口処理を施して、当該カーボンナノチューブを構成する一部の炭素を取り除き、当該カーボンナノチューブの少なくとも１か所を開口させたカーボンナノチューブを液体中に分散させてもよい。 The carbon nanotubes dispersed in the liquid have at least one opening. The opening may be an end portion of the carbon nanotube or a side surface portion. Even if the carbon nanotube does not have an opening, the carbon nanotube is subjected to an opening treatment such as a chemical treatment such as acid or a heat treatment at a predetermined temperature to remove a part of the carbon constituting the carbon nanotube. The carbon nanotubes having at least one opening of the carbon nanotubes may be dispersed in the liquid.
また、カーボンナノチューブは、一枚のグラファイトシートからなる単層カーボンナノチューブであっても、直径の異なる複数の単層カーボンナノチューブが同軸で多層に重なった多層カーボンナノチューブであってもよい。 Further, the carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube made of a single graphite sheet, or may be a multi-walled carbon nanotube in which a plurality of single-walled carbon nanotubes having different diameters are coaxially stacked in multiple layers.
液体中に分散させるカーボンナノチューブは、カップスタック型カーボンナノチューブが好ましい。カップスタック型カーボンナノチューブは、その構造上の特徴から、上述したカーボンナノチューブの開口処置を行わなくとも、少なくとも一方の先端が開口している。そのため、開口処理を省略することができる。 The carbon nanotube dispersed in the liquid is preferably a cup-stacked carbon nanotube. Due to the structural characteristics of the cup-stacked carbon nanotube, at least one tip is opened without performing the above-described carbon nanotube opening treatment. Therefore, the opening process can be omitted.
カーボンナノチューブの内径は、後述する液体中に水和している水溶性薬品を内包できれば、特には限定されない。カーボンナノチューブの長さは特には限定されない。 The inner diameter of the carbon nanotube is not particularly limited as long as a water-soluble chemical hydrated in the liquid described later can be included. The length of the carbon nanotube is not particularly limited.
また、カーボンナノチューブを分散させる液体は、水を５０ｗｔ％以上含むことが好ましい。液体が水を５０ｗｔ％以上含むと、後述する水溶性薬品がカーボンナノチューブを分散させる液体に溶解され、水溶性薬品を効率良くカーボンナノチューブ内部に導入することができる。液体中に不純物を除く水以外の物質が含まれる場合、当該水以外の物質は、実施の形態の内包方法の効果が低下しなければ、特には限定されない。 The liquid in which the carbon nanotubes are dispersed preferably contains 50 wt% or more of water. When the liquid contains 50 wt% or more of water, a water-soluble chemical described later is dissolved in the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed, and the water-soluble chemical can be efficiently introduced into the carbon nanotube. When a substance other than water excluding impurities is contained in the liquid, the substance other than water is not particularly limited as long as the effect of the encapsulation method of the embodiment does not deteriorate.
ここで、実施の形態の内包方法の効果が低下するとは、水溶性薬品の水への溶解が阻害されること、当該水以外の物質がカーボンナノチューブや水溶性薬品と反応して、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包速度や内包率が低下すること、当該水以外の物質が水溶性薬品と反応して、水溶性薬品の特性が低下することなどが挙げられる。水溶性薬品の内包率とは、水溶性薬品の導入前におけるカーボンナノチューブの内部の体積に占める、当該内部に導入した水溶性薬品の体積の割合である。 Here, the effect of the encapsulating method of the embodiment is reduced that the dissolution of water-soluble chemicals in water is inhibited, and substances other than the water react with carbon nanotubes or water-soluble chemicals, so that the inside of the carbon nanotubes Examples include a decrease in the encapsulation rate and encapsulation rate of water-soluble chemicals, and a decrease in the properties of water-soluble chemicals by reacting substances other than water with the water-soluble chemicals. The encapsulation rate of the water-soluble chemical is the ratio of the volume of the water-soluble chemical introduced into the carbon nanotube to the volume inside the carbon nanotube before introduction of the water-soluble chemical.
図１に示す左側の経路のように、分散工程Ａの後に水和工程Ｂが実施される場合、水和工程Ｂは、カーボンナノチューブを分散させた液体中に水溶性薬品を水和させる。液体中に水溶性薬品を水和させる方法は、既知の方法を用いることができる。液体中に水溶性薬品を水和させる方法として、例えば、水溶性薬品を添加した液体を撹拌する方法などが挙げられる。水和工程Ｂは、大気圧下で実施されることが好ましい。 When the hydration step B is performed after the dispersion step A as in the left-side route shown in FIG. 1, the hydration step B hydrates the water-soluble chemicals in the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed. As a method of hydrating a water-soluble chemical in a liquid, a known method can be used. Examples of a method for hydrating a water-soluble chemical in a liquid include a method of stirring a liquid to which a water-soluble chemical is added. The hydration step B is preferably performed under atmospheric pressure.
水和工程Ｂの後に実施される減圧工程Ｃは、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた液体の周囲の雰囲気を、分散工程Ａ時および水和工程Ｂ時の液体の周囲の雰囲気よりも、減圧させる。液体の周囲の雰囲気を減圧させる方法は、既知の方法を用いることができる。液体の周囲の雰囲気を減圧させる方法として、例えば、液体を収容した容器を減圧装置内に入れて、減圧装置によって液体の周囲の雰囲気を減圧する方法などが挙げられる。 The decompression step C, which is performed after the hydration step B, is performed by changing the atmosphere around the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed and the water-soluble chemicals are hydrated. The pressure is reduced from the atmosphere. A known method can be used as a method for reducing the atmosphere around the liquid. Examples of the method for reducing the atmosphere around the liquid include a method in which a container containing the liquid is placed in a decompression device and the atmosphere around the liquid is decompressed by the decompression device.
また、図１に示す右側の経路のように、分散工程Ａの後に減圧工程Ｃが実施される場合、減圧工程Ｃは、カーボンナノチューブを分散させた液体の周囲の雰囲気を、分散工程Ａ時の液体の周囲の雰囲気よりも、減圧させる。液体の周囲の雰囲気を減圧させる方法は、既知の方法を用いることができる。 Further, when the decompression step C is performed after the dispersion step A as in the right-side path shown in FIG. 1, the decompression step C represents the atmosphere around the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed in the dispersion step A. The pressure is reduced from the atmosphere around the liquid. A known method can be used as a method for reducing the atmosphere around the liquid.
減圧工程Ｃの後に実施される水和工程Ｂは、カーボンナノチューブを分散させ、周囲の雰囲気を減圧させた液体中に水溶性薬品を水和させる。液体中に水溶性薬品を水和させる方法は、既知の方法を用いることができる。 In the hydration step B performed after the decompression step C, the water-soluble chemicals are hydrated in a liquid in which the carbon nanotubes are dispersed and the surrounding atmosphere is decompressed. As a method of hydrating a water-soluble chemical in a liquid, a known method can be used.
水和工程Ｂで用いる水溶性薬品は、防錆効果を持つものであることが好ましい。防錆効果を持つ水溶性薬品としては、例えば、ケイ酸塩、リン酸塩、亜硝酸塩、クロム酸塩、およびアンモニウム塩などの化合物が好適である。カーボンナノチューブは、上記した水溶性薬品のうちのいずれか１種のみを内包してもよいし、２種以上の水溶性薬品を内包してもよい。 It is preferable that the water-soluble chemical used in the hydration step B has a rust preventive effect. As water-soluble chemicals having an antirust effect, for example, compounds such as silicates, phosphates, nitrites, chromates, and ammonium salts are suitable. The carbon nanotube may include only one of the above-described water-soluble chemicals, or may include two or more water-soluble chemicals.
図２は、第１の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における減圧工程Ｃの構成の一例を模式的に示す概略図である。図２では、図１に示す右側の経路のように、分散工程Ａの後に減圧工程Ｃが実施される場合について説明する。 FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing an example of the configuration of the decompression step C in the water-soluble drug encapsulation method according to the first embodiment. In FIG. 2, the case where the pressure reduction process C is implemented after the dispersion | distribution process A like the path | route on the right side shown in FIG. 1 is demonstrated.
図２に示すように、分散工程Ａにおいて液体中にカーボンナノチューブを分散させて得られたカーボンナノチューブ分散液１を収容している容器２は、真空容器４内に設置される。容器２内に収容しているカーボンナノチューブ分散液１は、真空容器４内の雰囲気を構成する気体３に曝されている。真空容器４には、配管６を介して、真空ポンプ５が接続している。カーボンナノチューブ分散液１の周囲の雰囲気を構成する気体３は、真空ポンプ５により、配管６を通じて排出される。気体３が真空容器４から排出されると、カーボンナノチューブ分散液１の周囲の雰囲気が減圧される。気体３の排出の状態は、配管６に設けられた圧力調整弁７を用いて制御し、真空容器４内の圧力は、真空容器４に設けられた圧力計８によって確認できる。 As shown in FIG. 2, a container 2 containing a carbon nanotube dispersion liquid 1 obtained by dispersing carbon nanotubes in a liquid in the dispersion step A is installed in a vacuum container 4. The carbon nanotube dispersion liquid 1 accommodated in the container 2 is exposed to the gas 3 constituting the atmosphere in the vacuum container 4. A vacuum pump 5 is connected to the vacuum vessel 4 via a pipe 6. A gas 3 constituting the atmosphere around the carbon nanotube dispersion 1 is discharged through a pipe 6 by a vacuum pump 5. When the gas 3 is discharged from the vacuum container 4, the atmosphere around the carbon nanotube dispersion liquid 1 is depressurized. The discharge state of the gas 3 is controlled using a pressure regulating valve 7 provided in the pipe 6, and the pressure in the vacuum vessel 4 can be confirmed by a pressure gauge 8 provided in the vacuum vessel 4.
減圧工程Ｃにおいて、カーボンナノチューブ分散液１が曝される雰囲気を分散工程Ａ時よりも減圧することによって、カーボンナノチューブ分散液１中の液体は、カーボンナノチューブの内部に容易に内包されることができる。 In the decompression step C, the atmosphere in which the carbon nanotube dispersion liquid 1 is exposed to pressure is reduced more than that in the dispersion step A, so that the liquid in the carbon nanotube dispersion liquid 1 can be easily included in the carbon nanotubes. .
雰囲気を減圧することでカーボンナノチューブが容易に液体を内包できる理由は、次の通りである。カーボンナノチューブ分散液１が曝される雰囲気を分散工程Ａ時よりも減圧すると、カーボンナノチューブ分散液中の溶存気体の濃度が下がる。例えば、分散工程Ａを大気圧下で実施した場合、カーボンナノチューブ分散液１が曝される雰囲気を大気圧未満に減圧すると、カーボンナノチューブ分散液中の溶存気体の濃度が下がる。溶存気体の濃度が下がると、カーボンナノチューブの内部に存在している気体のカーボンナノチューブ分散液中への溶解が促進される。そして、カーボンナノチューブの内部に存在している気体がカーボンナノチューブから排出されることから、カーボンナノチューブの内部には当該気体に代わり液体が入る。すなわち、減圧工程Ｃでは、カーボンナノチューブ内部に占める気体の占有率が減少され、カーボンナノチューブ内部への液体の侵入が助長される。 The reason why the carbon nanotubes can easily contain the liquid by reducing the atmosphere is as follows. When the atmosphere to which the carbon nanotube dispersion liquid 1 is exposed is reduced in pressure compared to the time of the dispersion step A, the concentration of dissolved gas in the carbon nanotube dispersion liquid decreases. For example, when the dispersion step A is performed under atmospheric pressure, the concentration of dissolved gas in the carbon nanotube dispersion decreases when the atmosphere to which the carbon nanotube dispersion 1 is exposed is reduced to less than atmospheric pressure. When the concentration of the dissolved gas decreases, dissolution of the gas existing inside the carbon nanotube into the carbon nanotube dispersion liquid is promoted. And since the gas which exists in the inside of a carbon nanotube is discharged | emitted from a carbon nanotube, a liquid enters the inside of a carbon nanotube instead of the said gas. That is, in the decompression step C, the occupation ratio of the gas occupying the inside of the carbon nanotube is reduced, and the penetration of the liquid into the carbon nanotube is promoted.
図２に示す減圧工程Ｃが完了した後、図１に示す右側の経路のように、水和工程Ｂが実施される。水和工程Ｂでは、周囲の雰囲気を減圧したカーボンナノチューブ分散液１に、水溶性薬品を水和させる。ここで、減圧工程Ｃによって、カーボンナノチューブの内部には液体が導入されている。そのため、気体を内包しているカーボンナノチューブに比べて、液体を内包しているカーボンナノチューブの内部には、カーボンナノチューブ分散液１中に水和している水溶性薬品が容易に入る。こうして、カーボンナノチューブは、水溶性薬品を容易に内包することができる。 After the decompression step C shown in FIG. 2 is completed, the hydration step B is performed as in the right path shown in FIG. In the hydration step B, the water-soluble chemical is hydrated in the carbon nanotube dispersion liquid 1 in which the ambient atmosphere is decompressed. Here, the liquid is introduced into the carbon nanotube by the decompression step C. Therefore, the water-soluble chemicals hydrated in the carbon nanotube dispersion liquid 1 easily enter the carbon nanotubes containing the liquid as compared with the carbon nanotubes containing the gas. Thus, the carbon nanotube can easily enclose the water-soluble chemical.
また、図３は、第１の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における減圧工程Ｃの構成の他の例を模式的に示す概略図である。図３では、図１に示す左側の経路のように、水和工程Ｂの後に減圧工程Ｃが実施される場合について説明する。 FIG. 3 is a schematic view schematically showing another example of the configuration of the pressure-reducing step C in the water-soluble drug encapsulation method of the first embodiment. FIG. 3 illustrates a case where the decompression step C is performed after the hydration step B, as in the path on the left side shown in FIG.
図１に示す左側の経路のように、分散工程Ａの後に実施される水和工程Ｂでは、カーボンナノチューブ分散液１中に水溶性薬品を水和させて、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１を得る。水和工程Ｂが完了した後、減圧工程Ｃでは、図３に示すように、水和工程Ｂで得られた水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１を収容している容器２は、真空容器４内に設置される。容器２内に収容している水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１は、真空容器４内の雰囲気を構成する気体３に曝されている。水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１の周囲の雰囲気を構成する気体３は、真空ポンプ５により、配管６を通じて排出される。気体３が真空容器４から排出されると、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１の周囲の雰囲気が減圧される。 In the hydration step B performed after the dispersion step A as shown in the left-hand route shown in FIG. 1, the water-soluble chemicals are hydrated in the carbon nanotube dispersion liquid 1 and the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion liquid 11 is obtained. Get. After the hydration step B is completed, in the decompression step C, as shown in FIG. 3, the container 2 containing the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 obtained in the hydration step B is a vacuum vessel 4. Installed inside. The water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 accommodated in the container 2 is exposed to the gas 3 constituting the atmosphere in the vacuum container 4. The gas 3 constituting the atmosphere around the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 is discharged through a pipe 6 by a vacuum pump 5. When the gas 3 is discharged from the vacuum vessel 4, the atmosphere around the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 is depressurized.
減圧工程Ｃにおいて、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１が曝される雰囲気を分散工程Ａ時および水和工程時Ｂよりも減圧することによって、カーボンナノチューブの内部に存在している気体に代わり、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中に水和している水溶性薬品が液体と共に容易に入る。こうして、カーボンナノチューブは、水溶性薬品を容易に内包することができる。 In the decompression step C, the atmosphere in which the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 is exposed is reduced in pressure compared to the dispersion step A and the hydration step B, thereby replacing the gas present inside the carbon nanotubes, The water-soluble chemicals hydrated in the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 easily enter with the liquid. Thus, the carbon nanotube can easily enclose the water-soluble chemical.
上述のように、図１に示す右側の経路のように減圧工程Ｃの後に水和工程Ｂが実施される場合と、図１に示す左側の経路のように水和工程Ｂの後に減圧工程Ｃが実施される場合とでは、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包メカニズムが異なる。すなわち、図１に示す右側の経路のように減圧工程Ｃが水和工程Ｂの前に実施される場合には、カーボンナノチューブの内部に存在している気体が排出された後に、カーボンナノチューブの内部には液体が導入され、その後に、水溶性薬品が導入される。また、図１に示す左側の経路のように減圧工程Ｃが水和工程Ｂの後に実施される場合には、カーボンナノチューブの内部に存在している気体が排出された後に、カーボンナノチューブの内部には水溶性薬品が導入される。 As described above, when the hydration step B is performed after the depressurization step C as in the right route shown in FIG. 1, and after the hydration step B as in the left route shown in FIG. Is different from the case where the water-soluble chemical is included in the carbon nanotube. That is, in the case where the decompression step C is performed before the hydration step B as in the right path shown in FIG. 1, after the gas existing inside the carbon nanotube is discharged, the inside of the carbon nanotube A liquid is introduced into the liquid, followed by a water-soluble chemical. In addition, when the decompression step C is performed after the hydration step B as in the left path shown in FIG. 1, after the gas present in the carbon nanotubes is discharged, Water-soluble chemicals are introduced.
減圧工程Ｃでは、カーボンナノチューブを分散させた液体の周囲の雰囲気を６ｈＰａ以上０．１０ＭＰａ以下に減圧させることが好ましい。カーボンナノチューブを分散させた液体の周囲の雰囲気が０．１０ＭＰａ以下に減圧されると、分散工程Ａや水和工程Ｂが大気圧下で実施された場合、カーボンナノチューブ内部に存在する気体の占有率の減少が促進され、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品や液体の侵入が容易になる。また、液体の周囲の雰囲気が６ｈＰａ未満に減圧される場合、水を主成分とする液体では低温（水の場合０℃）でも沸騰しうる領域となるため、適さない。 In the decompression step C, it is preferable that the atmosphere around the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed is decompressed to 6 hPa or more and 0.10 MPa or less. When the atmosphere around the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed is depressurized to 0.10 MPa or less, the occupancy ratio of the gas present inside the carbon nanotubes when the dispersion step A and the hydration step B are performed under atmospheric pressure. This facilitates the reduction of water and facilitates the entry of water-soluble chemicals and liquids into the carbon nanotubes. In addition, when the atmosphere around the liquid is reduced to less than 6 hPa, a liquid mainly composed of water is not suitable because it becomes a region that can boil even at a low temperature (0 ° C. in the case of water).
上記したように、第１の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法によれば、カーボンナノチューブの生成後に、簡便で量産的に、カーボンナノチューブ内部に水溶性薬品を内包することができる。 As described above, according to the method for encapsulating a water-soluble chemical inside the carbon nanotube of the first embodiment, after the carbon nanotube is generated, the water-soluble chemical is encapsulated inside the carbon nanotube simply and mass-produced. Can do.
（第２の実施の形態）
図４は、第２の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法を示す工程図である。なお、以下に示す実施の形態において、第１の実施の形態の水溶性薬品の内包方法の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a process diagram showing a method of encapsulating a water-soluble chemical inside a carbon nanotube according to the second embodiment. In the following embodiment, the same components as those of the water-soluble drug encapsulation method of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted or simplified.
第２の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法において、振動工程Ｄをさらに有する以外は、第１の実施の形態の内包方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。 The method for encapsulating water-soluble chemicals inside the carbon nanotubes of the second embodiment is basically the same as the configuration of the encapsulation method of the first embodiment except that it further includes a vibration step D. Therefore, here, the different configuration will be mainly described.
第２の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法は、分散工程Ａ、水和工程Ｂ、減圧工程Ｃおよび振動工程Ｄを有する。第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法は、図４に示す左側の経路のように、水和工程Ｂの後に振動工程Ｄを実施し、振動工程Ｄの後に減圧工程Ｃを実施してもよいし、図４に示す中央の経路のように、減圧工程Ｃの後に振動工程Ｄを実施してもよいし、図４に示す右側の経路のように、水和工程Ｂの後に振動工程Ｄを実施してもよい。図４に示すように、第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法において、振動工程Ｄは、水和工程Ｂ以降に実施される。なお、図４に示す左側および中央の経路は、図１に示す左側の経路に対応し、図４に示す右側の経路は、図１に示す右側の経路に対応する。 The method for encapsulating a water-soluble chemical inside the carbon nanotube of the second embodiment includes a dispersion step A, a hydration step B, a decompression step C, and a vibration step D. In the method of encapsulating water-soluble chemicals according to the second embodiment, the vibration process D is performed after the hydration process B, and the decompression process C is performed after the vibration process D, as shown in the left path of FIG. Alternatively, the vibration step D may be performed after the decompression step C as in the central route shown in FIG. 4, or the vibration after the hydration step B as in the right route shown in FIG. Step D may be performed. As shown in FIG. 4, in the water-soluble drug encapsulation method according to the second embodiment, the vibration step D is performed after the hydration step B. 4 correspond to the left route shown in FIG. 1, and the right route shown in FIG. 4 corresponds to the right route shown in FIG.
図４に示す左側の経路のように、分散工程Ａおよび水和工程Ｂの後に振動工程Ｄが実施される場合、振動工程Ｄは、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える。また、図４に示す中央の経路および右側の経路のように、分散工程Ａ、水和工程Ｂおよび減圧工程Ｃの後に振動工程Ｄが実施される場合、振動工程Ｄは、周囲の雰囲気を減圧させ、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える。 When the vibration process D is performed after the dispersion process A and the hydration process B as shown in the left-hand path shown in FIG. 4, the vibration process D is a water solution in which carbon nanotubes are dispersed and water-soluble chemicals are hydrated. A vibration is given to the carbon nanotube dispersion 11 containing the chemical agent. In addition, when the vibration step D is performed after the dispersion step A, the hydration step B, and the pressure reduction step C as in the central route and the right side route shown in FIG. 4, the vibration step D reduces the ambient atmosphere. Then, the carbon nanotubes are dispersed, and the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 in which the water-soluble chemicals are hydrated is vibrated.
図４に示すように、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える振動工程Ｄを水和工程Ｂ以降に実施すると、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中での水溶性薬品の拡散、およびカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包がより促進される。水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える方法は、既知の方法を用いることができる。水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える方法として、例えば、超音波のような所定の高周波を発生する振動発生装置を用いて振動を与える方法などが挙げられる。 As shown in FIG. 4, when the vibration step D for applying vibration to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 is performed after the hydration step B, the diffusion of the water-soluble chemical in the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 is performed. And the inclusion of water-soluble chemicals inside the carbon nanotubes is further promoted. As a method for applying vibration to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11, a known method can be used. Examples of a method of applying vibration to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 include a method of applying vibration using a vibration generator that generates a predetermined high frequency such as ultrasonic waves.
図５は、第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における振動工程Ｄの構成の一例を模式的に示す概略図である。図５では、図４に示す中央の経路のように、減圧工程Ｃの後に振動工程Ｄが実施される場合について説明する。 FIG. 5 is a schematic diagram schematically showing an example of the configuration of the vibration step D in the water-soluble drug encapsulation method according to the second embodiment. In FIG. 5, the case where the vibration process D is implemented after the pressure reduction process C like the center path | route shown in FIG. 4 is demonstrated.
図５に示すように、振動工程Ｄでは、振動発生装置の振動発生部９は、容器２内に収容している水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中に挿入している。そして、容器２内で、振動発生装置の振動発生部９が水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に振動を与える。 As shown in FIG. 5, in the vibration process D, the vibration generator 9 of the vibration generator is inserted into the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 housed in the container 2. In the container 2, the vibration generating unit 9 of the vibration generating device applies vibration to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11.
図５に示す振動発生装置は、振動発生部９を水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に挿入する構成であるが、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１の少なくとも一部に対して振動を与えることができれば、振動工程Ｄで用いられる振動発生装置の種類や形状は限定されない。例えば、振動発生部９を水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に挿入せずに、容器２自身を振動発生部とする振動発生装置を用いることができる。 The vibration generator shown in FIG. 5 has a configuration in which the vibration generator 9 is inserted into the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11, and applies vibration to at least a part of the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11. If possible, the type and shape of the vibration generator used in the vibration process D are not limited. For example, it is possible to use a vibration generator that uses the container 2 itself as a vibration generator without inserting the vibration generator 9 into the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11.
振動工程Ｄにおいて、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に与える振動は、１５ｋＨｚ以上の周波数を有することが好ましい。１５ｋＨｚ以上の周波数を有する振動、いわゆる超音波領域の振動が水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に与えられると、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包がより促進される。また、振動工程Ｄにおいて、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に与える振動の上限は、特には限定されない。例えば、現状で最高水準であるＧＨｚオーダーの超音波であっても使用可能である。振動の上限としては、一般的な洗浄機等の分野で用いられる４００ｋＨｚ程度が好ましい。 In the vibration step D, the vibration applied to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 in which the carbon nanotubes are dispersed and the water-soluble chemicals are hydrated preferably has a frequency of 15 kHz or more. When vibration having a frequency of 15 kHz or higher, that is, vibration in a so-called ultrasonic region is applied to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion liquid 11, inclusion of the water-soluble chemical inside the carbon nanotube is further promoted. In the vibration step D, the upper limit of vibration given to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 is not particularly limited. For example, even ultrasonic waves in the order of GHz which is the highest level at present can be used. The upper limit of vibration is preferably about 400 kHz used in the field of general washing machines and the like.
１５ｋＨｚ以上の周波数を有する振動を与える振動発生装置として、例えば、市販の超音波洗浄機や超音波ホモジナイザー、大規模な超音波発生装置などが挙げられる。 Examples of the vibration generator that applies vibration having a frequency of 15 kHz or more include a commercially available ultrasonic cleaner, an ultrasonic homogenizer, and a large-scale ultrasonic generator.
なお、振動工程Ｄと、上述した分散工程Ａにおける、カーボンナノチューブを分散させるときに用いられる超音波のような高周波を有する振動を与えるプロセスとは、明確に作用が異なる。振動工程Ｄにおける振動は、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の侵入を促進させるものである。一方、上述した分散工程Ａにおける振動は、液体中へのカーボンナノチューブの分散を促進させるものである。 The action of the vibration process D and the process of applying a vibration having a high frequency such as an ultrasonic wave used when dispersing the carbon nanotubes in the dispersion process A described above are clearly different. The vibration in the vibration process D promotes the penetration of the water-soluble chemical into the carbon nanotube. On the other hand, the vibration in the dispersion step A described above promotes the dispersion of the carbon nanotubes in the liquid.
上記したように、第２の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法によれば、水和工程Ｂ以降に実施される振動工程Ｄを有する。そのため、カーボンナノチューブ内部に水溶性薬品をより容易に内包することができる。 As described above, according to the method for encapsulating a water-soluble chemical inside the carbon nanotube according to the second embodiment, the vibration process D is performed after the hydration process B. Therefore, the water-soluble chemical can be more easily included in the carbon nanotube.
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法において、水和工程Ｂが制御工程を有する以外は、第１および第２の実施の形態の内包方法の構成と基本的に同じである。そのため、ここでは、その異なる構成について主に説明する。なお、以下に示す実施の形態において、第１および第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略または簡略する。
(Third embodiment)
In the method for encapsulating water-soluble chemicals inside the carbon nanotubes of the third embodiment, basically the configuration of the encapsulation method of the first and second embodiments, except that the hydration step B has a control step. The same. Therefore, here, the different configuration will be mainly described. In the following embodiments, the same components as those of the water-soluble drug encapsulation method of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted or simplified. To do.
第３の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法では、上記した第１および第２の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における水和工程Ｂが制御工程を有する。制御工程は、カーボンナノチューブの内部における水溶性薬品の内包率を制御する。制御工程では、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中の水溶性薬品の濃度を調整することによって、カーボンナノチューブ内部の水溶性薬品の内包率を制御する。さらに、制御工程において、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１やカーボンナノチューブ分散液１に水溶性薬品を添加して水溶性薬品の濃度を調整するときに、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１やカーボンナノチューブ分散液１の温度を変化させてもよい。 In the method for encapsulating a water-soluble chemical inside the carbon nanotube of the third embodiment, the hydration step B in the method for encapsulating a water-soluble chemical in the first and second embodiments has a control step. The control step controls the encapsulation rate of the water-soluble chemical inside the carbon nanotube. In the control step, the inclusion rate of the water-soluble chemical inside the carbon nanotube is controlled by adjusting the concentration of the water-soluble chemical in the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11. Further, in the control step, when the concentration of the water-soluble chemical is adjusted by adding the water-soluble chemical to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 or the carbon nanotube dispersion 1, the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 or The temperature of the carbon nanotube dispersion liquid 1 may be changed.
図６は、第３の実施の形態の水溶性薬品の内包方法における制御工程の構成の一例を模式的に示す概略図である。図６では、図４に示す中央の経路において、分散工程Ａの後に実施される水和工程Ｂが制御工程を有する場合について説明する。 FIG. 6 is a schematic diagram schematically illustrating an example of a configuration of a control process in the water-soluble drug encapsulation method according to the third embodiment. In FIG. 6, the case where the hydration process B implemented after the dispersion | distribution process A has a control process in the center path | route shown in FIG. 4 is demonstrated.
図６に示すように、制御工程では、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１（またはカーボンナノチューブ分散液１）を収容している容器２は、恒温槽１０内に設置される。そして、恒温槽１０によって、容器２内に収容している水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１（またはカーボンナノチューブ分散液１）の温度が制御される。 As shown in FIG. 6, in the control step, the container 2 containing the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 (or the carbon nanotube dispersion 1) in which the carbon nanotubes are dispersed and the water-soluble chemicals are hydrated is It is installed in the thermostat 10. Then, the temperature of the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 (or the carbon nanotube dispersion 1) accommodated in the container 2 is controlled by the thermostatic chamber 10.
ここで、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１が飽和溶液でない場合、水和工程Ｂにおいて水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１（またはカーボンナノチューブ分散液１）に添加する水溶性薬品の量を調整することによって、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中の水溶性薬品の濃度を調整することができる。このとき、恒温槽１０によって、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１（またはカーボンナノチューブ分散液１）を温度制御して、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１（またはカーボンナノチューブ分散液１）の温度を変化させてもよい。 Here, when the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 is not a saturated solution, the amount of the water-soluble chemical added to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 (or the carbon nanotube dispersion 1) in the hydration step B is adjusted. By doing so, the concentration of the water-soluble chemical in the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 can be adjusted. At this time, the temperature of the water-soluble drug-containing carbon nanotube dispersion liquid 11 (or carbon nanotube dispersion liquid 1) is controlled by the thermostatic bath 10, and the temperature of the water-soluble drug-containing carbon nanotube dispersion liquid 11 (or carbon nanotube dispersion liquid 1) is controlled. May be changed.
一方、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１が飽和溶液である場合、恒温槽１０によって、飽和状態にある水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１の温度を上げて、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１への水溶性薬品の溶解度を高くする。その後、水溶性薬品を水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１にさらに添加して水溶性薬品の濃度を調整する。 On the other hand, when the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion liquid 11 is a saturated solution, the temperature of the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion liquid 11 in a saturated state is raised by the thermostatic bath 10, and the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion liquid 11 11 to increase the solubility of water-soluble chemicals. Thereafter, a water-soluble chemical is further added to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 to adjust the concentration of the water-soluble chemical.
このように、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中の水溶性薬品がカーボンナノチューブ内部に侵入する。そして、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に含まれる水溶性薬品の濃度が高くなるにつれて、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１に含まれる水溶性薬品の量は多くなるため、カーボンナノチューブ内部に侵入する水溶性薬品の量は増加する。そのため、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中の水溶性薬品の濃度を決める因子である、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１やカーボンナノチューブ分散液１への水溶性薬品の添加量の調整、および水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１やカーボンナノチューブ分散液１の温度制御による水溶性薬品の溶解度の調整により、水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液１１中の水溶性薬品の濃度を調整し、カーボンナノチューブ内部における水溶性薬品の内包率を制御することができる。 In this manner, the water-soluble chemical in the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 enters the carbon nanotube. As the concentration of the water-soluble chemical contained in the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 increases, the amount of the water-soluble chemical contained in the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 increases. The amount of water-soluble chemicals that enter increases. Therefore, adjustment of the amount of the water-soluble chemical added to the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11 or the carbon nanotube dispersion 1 is a factor that determines the concentration of the water-soluble chemical in the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion 11. And by adjusting the solubility of the water-soluble chemicals by controlling the temperature of the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion liquid 11 and the carbon nanotube dispersion liquid 1, the concentration of the water-soluble chemicals in the water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion liquid 11 is adjusted. It is possible to control the encapsulation rate of the water-soluble chemical inside the nanotube.
上記したように、第３の実施の形態のカーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法によれば、水和工程Ｂは水溶性薬品の内包率を制御する制御工程を有する。そのため、カーボンナノチューブ内部における水溶性薬品の内包率を制御することができる。 As described above, according to the method for encapsulating a water-soluble chemical inside the carbon nanotube of the third embodiment, the hydration step B has a control step for controlling the encapsulation rate of the water-soluble chemical. Therefore, the inclusion rate of water-soluble chemicals inside the carbon nanotube can be controlled.
以上説明した実施の形態によれば、カーボンナノチューブの生成後に、簡便で量産的に、カーボンナノチューブ内部に水溶性薬品を内包することが可能となる。さらに、固形物であるカーボンナノチューブの内部に水溶性薬品を担持させることで、カーボンナノチューブからの水溶性薬品の放出を制御することができ、さらには、吸着剤、触媒、電極材料などをカーボンナノチューブの内面および外面に担持させることで広い有効面積を確保することができる。一例として、実施の形態の水溶性薬品の内包方法によって水溶性薬品を内包したカーボンナノチューブは、防錆効果を持つ水溶性薬品を単に水和させて防錆効果を持たせた試料とは異なり、水溶性薬品の濃度の継時的な制御が可能であるため、防錆効果の継時的な制御ができる。 According to the embodiment described above, it is possible to encapsulate water-soluble chemicals inside the carbon nanotubes easily and mass-produced after the carbon nanotubes are generated. Furthermore, the release of water-soluble chemicals from carbon nanotubes can be controlled by loading water-soluble chemicals inside carbon nanotubes, which are solid materials, and adsorbents, catalysts, electrode materials, etc. A large effective area can be ensured by supporting the inner surface and the outer surface. As an example, a carbon nanotube encapsulating a water-soluble chemical by the method of embedding a water-soluble chemical of the embodiment is different from a sample having a rust-proofing effect by simply hydrating a water-soluble chemical having a rust-proofing effect, Since the concentration of water-soluble chemicals can be controlled over time, the anticorrosion effect can be controlled over time.
以下、実施例を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されない。 Hereinafter, a detailed description will be given with reference to examples. In addition, this invention is not limited at all by these Examples.
水溶性薬品を内包させるカーボンナノチューブとして、カーボンナノチューブ（カルベール２４ＰＳ（カップスタック型カーボンナノチューブ）、ＧＳＩクレオス社製）を用意した。図７は、実施例で用いたカーボンナノチューブ２１の先端について観察したＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像である。図７に示すように、カーボンナノチューブ２１の先端は開口していることが確認できる。 Carbon nanotubes (Carbale 24PS (cup-stacked carbon nanotubes), manufactured by GSI Creos) were prepared as carbon nanotubes that encapsulate water-soluble chemicals. FIG. 7 is a STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) image observed at the tip of the carbon nanotube 21 used in the example. As shown in FIG. 7, it can be confirmed that the tip of the carbon nanotube 21 is open.
次に、水に分散剤を加え、超音波ホモジナイザーを用いてカーボンナノチューブ５ｇを分散させた、１００ｍＬのカーボンナノチューブ分散液を得た。続いて、カーボンナノチューブ分散液中に、防錆効果を持つ水溶性薬品としてリン酸塩の一種であるリン酸ナトリウム（Ｎａ３ＰＯ４）１０ｇを添加し、カーボンナノチューブ分散液中にリン酸ナトリウムを水和させた。続いて、リン酸ナトリウムを水和させたカーボンナノチューブ分散液を収容しているビーカーを超音波洗浄機（ＶＳ−１００、井内盛栄堂製）に設置し、超音波洗浄機によって超音波領域の振動をカーボンナノチューブ分散液に与えた。続いて、リン酸ナトリウムを水和させたカーボンナノチューブ分散液を収容しているビーカーをデシケーター内に設置した。そして、当該分散液が曝されるデシケーター内の雰囲気を構成する気体を真空ポンプにより吸引し、分散液の周囲の雰囲気を減圧した。その後、減圧下でビーカーをデシケーター内に静置した。こうして、カーボンナノチューブの内部に水溶性薬品であるリン酸ナトリウムを内包させた。 Next, a dispersant was added to water, and a carbon nanotube dispersion liquid of 100 mL was obtained in which 5 g of carbon nanotubes were dispersed using an ultrasonic homogenizer. Subsequently, 10 g of sodium phosphate (Na 3 PO 4 ), which is a type of phosphate, is added to the carbon nanotube dispersion as a water-soluble chemical having a rust-preventing effect, and sodium phosphate is added to the carbon nanotube dispersion. Hydrated. Subsequently, a beaker containing a carbon nanotube dispersion in which sodium phosphate is hydrated is placed in an ultrasonic cleaner (VS-100, manufactured by Seiei Inoue), and vibration in the ultrasonic region is detected by the ultrasonic cleaner. To the carbon nanotube dispersion. Then, the beaker which accommodated the carbon nanotube dispersion liquid which hydrated sodium phosphate was installed in the desiccator. And the gas which comprises the atmosphere in the desiccator to which the said dispersion liquid is exposed was attracted | sucked with the vacuum pump, and the atmosphere around the dispersion liquid was pressure-reduced. Thereafter, the beaker was allowed to stand in a desiccator under reduced pressure. Thus, sodium phosphate, which is a water-soluble chemical, was encapsulated inside the carbon nanotube.
次に、デシケーターからビーカーを取り出し、ビーカー内の試料をエタノールで希釈し、カーボンナノチューブの外表面に付着したリン酸ナトリウムを除去した。図８は、リン酸ナトリウム２２を内包したカーボンナノチューブ２１について観察したＳＴＥＭ像である。図７に示した実施例の上記工程を施していないカーボンナノチューブ２１とは異なり、図８に示すように、水溶性薬品であるリン酸ナトリウム２２がカーボンナノチューブ２１の内部に内包していることが確認できる。 Next, the beaker was taken out from the desiccator, and the sample in the beaker was diluted with ethanol to remove sodium phosphate adhering to the outer surface of the carbon nanotube. FIG. 8 is an STEM image observed with respect to the carbon nanotube 21 including the sodium phosphate 22. Unlike the carbon nanotubes 21 that have not been subjected to the above-described steps of the embodiment shown in FIG. 7, the sodium phosphate 22 that is a water-soluble chemical is included inside the carbon nanotubes 21 as shown in FIG. I can confirm.
さらに、図８に示したＳＴＥＭの明視野像と同じ視野に対し、ＳＴＥＭ−ＥＤＸ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ−Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｅ）による元素マッピングを行った。図９は、図８に示すＳＴＥＭ像における炭素（Ｃ）の元素マップ像、図１０は、図８に示すＳＴＥＭ像における酸素（Ｏ）の元素マップ像、図１１は、図８に示すＳＴＥＭ像におけるナトリウム（Ｎａ）の元素マップ像、図１２は、図８に示すＳＴＥＭ像におけるリン（Ｐ）の元素マップ像である。図９に示す炭素の元素マップ像において、上下方向に薄く表示されている部分は、カーボンナノチューブの内部の部分に対応している。そして、図１０〜図１２に示す各種の元素マップ像において、このカーボンナノチューブの内部の部分に、酸素（図１０）、ナトリウム（図１１）、リン（図１２）が分布していることが確認された。 Further, element mapping by STEM-EDX (Scanning Transmission Electron Microscope-Energy Dispersive X-ray Spectroscope) was performed on the same field as the bright field image of STEM shown in FIG. 9 is an element map image of carbon (C) in the STEM image shown in FIG. 8, FIG. 10 is an element map image of oxygen (O) in the STEM image shown in FIG. 8, and FIG. 11 is an STEM image shown in FIG. FIG. 12 is an elemental map image of phosphorus (P) in the STEM image shown in FIG. In the carbon element map image shown in FIG. 9, the portion that is thinly displayed in the vertical direction corresponds to the portion inside the carbon nanotube. 10 to 12, it is confirmed that oxygen (FIG. 10), sodium (FIG. 11), and phosphorus (FIG. 12) are distributed in the inner part of the carbon nanotube. It was done.
なお、酸素が水分子由来であるか、またはリン酸ナトリウム由来であるかを特定することは困難であるが、カーボンナノチューブの内部の部分におけるナトリウムおよびリンの分布は、明らかにカーボンナノチューブ内部にリン酸ナトリウムの成分が内包されていることを示している。 Although it is difficult to specify whether oxygen is derived from water molecules or sodium phosphate, the distribution of sodium and phosphorus in the inner part of the carbon nanotube is clearly in the carbon nanotube. It shows that the component of sodium acid is included.
このように、上記のような水溶性薬品の内包方法は、既に生成されたカーボンナノチューブの内部に水溶性薬品を内包することができた。さらには、カーボンナノチューブを分散させ、水溶性薬品を水和させた液体に振動を与えることで、水溶性薬品をより容易に内包することができた。 As described above, the method for encapsulating a water-soluble chemical as described above has been able to encapsulate the water-soluble chemical within the already produced carbon nanotubes. Furthermore, the water-soluble chemical could be included more easily by dispersing the carbon nanotubes and applying vibration to the liquid in which the water-soluble chemical was hydrated.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１…カーボンナノチューブ分散液、２…容器、３…気体、４…真空容器、５…真空ポンプ、６…配管、７…圧力調整弁、８…圧力計、９…振動発生部、１０…恒温槽、１１…水溶性薬品含有カーボンナノチューブ分散液、２１…カーボンナノチューブ、２２…リン酸ナトリウム。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Carbon nanotube dispersion liquid, 2 ... Container, 3 ... Gas, 4 ... Vacuum container, 5 ... Vacuum pump, 6 ... Piping, 7 ... Pressure control valve, 8 ... Pressure gauge, 9 ... Vibration generating part, 10 ... Constant temperature bath 11 ... Water-soluble chemical-containing carbon nanotube dispersion, 21 ... carbon nanotube, 22 ... sodium phosphate.
Claims (13)
（ａ）または（ｂ）の工程とを有し、
前記（ａ）の工程は、
前記カーボンナノチューブを分散させた前記液体中に水溶性薬品を水和させる水和工程と、
前記カーボンナノチューブを分散させ、前記水溶性薬品を水和させた前記液体の周囲の雰囲気を減圧させる減圧工程とを有し、
前記（ｂ）の工程は、
前記カーボンナノチューブを分散させた前記液体の周囲の雰囲気を減圧させる減圧工程と、
前記カーボンナノチューブを分散させ、前記雰囲気を減圧させた前記液体中に水溶性薬品を水和させる水和工程とを有する
ことを特徴とする、カーボンナノチューブ内部への水溶性薬品の内包方法。 A dispersion step of dispersing carbon nanotubes in a liquid containing water;
(A) or (b)
The step (a)
A hydration step of hydrating a water-soluble chemical in the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed;
A depressurization step of depressurizing the atmosphere around the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed and the water-soluble chemicals are hydrated,
The step (b)
A depressurization step of depressurizing an atmosphere around the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed;
And a hydration step of hydrating the water-soluble chemical in the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed and the atmosphere is depressurized.
前記カーボンナノチューブを分散させ、前記水溶性薬品を水和させた前記液体に振動を与える振動工程をさらに有することを特徴とする請求項１または２記載の水溶性薬品の内包方法。 After the hydration step or the decompression step in the step (a), or after the hydration step in the step (b),
The method for encapsulating a water-soluble chemical according to claim 1 or 2, further comprising a vibration step of applying vibration to the liquid in which the carbon nanotubes are dispersed and the water-soluble chemical is hydrated.
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