JP2580509B2 - 強磁性炭素材料及びその製造方法 - Google Patents
強磁性炭素材料及びその製造方法Info
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H01F1/0036—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、遷移金属元素を全く含
まず炭素質１００％からなる強磁性炭素材料及びその製
造方法に関するものである。
まず炭素質１００％からなる強磁性炭素材料及びその製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまで、強磁性材料としては、鉄、コ
バルト、ニッケル、などの遷移金属の単体、合金、酸化
物などが用いられてきている。これらの強磁性材料は磁
化率が大きく、保磁力及び残留磁化値が大きいなど、磁
性材料として多くの長所を有する反面、幾つかの短所を
有する。その（１）は、重金属元素であるために比重が
大きく宇宙空間などへ運搬するためには不都合である。
その（２）は、鉄以外の元素は、地球上に資源として偏
在するため、将来的に資源の枯渇が心配されることであ
る。その（３）は、金属元素であるため、硬度が大き
く、軟質な材料とはなりにくいことである。その（４）
は、不要になった場合に、消磁して処分したい場合があ
るが、多大のエネルギーを要することである。その
（５）は、金属系の強磁性材料は生体への適合性が良く
なく、血液中で溶解して毒性を示すなど、生物体の中へ
埋め込んだり或いは血液中に微粉状態で分散して磁気的
なイメージングなどに利用する事がしにくい。これに対
して、炭素強磁性体では、このような問題が少ない。
バルト、ニッケル、などの遷移金属の単体、合金、酸化
物などが用いられてきている。これらの強磁性材料は磁
化率が大きく、保磁力及び残留磁化値が大きいなど、磁
性材料として多くの長所を有する反面、幾つかの短所を
有する。その（１）は、重金属元素であるために比重が
大きく宇宙空間などへ運搬するためには不都合である。
その（２）は、鉄以外の元素は、地球上に資源として偏
在するため、将来的に資源の枯渇が心配されることであ
る。その（３）は、金属元素であるため、硬度が大き
く、軟質な材料とはなりにくいことである。その（４）
は、不要になった場合に、消磁して処分したい場合があ
るが、多大のエネルギーを要することである。その
（５）は、金属系の強磁性材料は生体への適合性が良く
なく、血液中で溶解して毒性を示すなど、生物体の中へ
埋め込んだり或いは血液中に微粉状態で分散して磁気的
なイメージングなどに利用する事がしにくい。これに対
して、炭素強磁性体では、このような問題が少ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の強磁性材料の有
する欠点を克服した材料、言い換えると、従来の強磁性
材料と相補的に使える強磁性材料は、上記に述べたよう
に、（１）比重が小さく、（２）資源的に豊富であり、
（３）非金属元素であり、（４）簡単に焼却処分ができ
る、（５）生体への適合性が良い、等の性質を有するも
のである。このような材料の候補の一つとしては炭素材
料がある。本発明は、強磁性を付与した炭素材料及びそ
の製造方法を提供することをその課題とする。
する欠点を克服した材料、言い換えると、従来の強磁性
材料と相補的に使える強磁性材料は、上記に述べたよう
に、（１）比重が小さく、（２）資源的に豊富であり、
（３）非金属元素であり、（４）簡単に焼却処分ができ
る、（５）生体への適合性が良い、等の性質を有するも
のである。このような材料の候補の一つとしては炭素材
料がある。本発明は、強磁性を付与した炭素材料及びそ
の製造方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに
至った。即ち、本発明によれば、多孔質物質に担持され
た炭素質１００％の未グラファイト化炭化物からなる強
磁性炭素材料が提供される。また、本発明によれば、有
機物質を多孔質物質に担持させ、ハロゲン又はハロゲン
発生剤の存在下、２５０〜８００℃の温度で加熱処理
し、炭素質１００％の未グラファイト炭化物を生成させ
ることを特徴とする強磁性炭素材料の製造方法が提供さ
れる。
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに
至った。即ち、本発明によれば、多孔質物質に担持され
た炭素質１００％の未グラファイト化炭化物からなる強
磁性炭素材料が提供される。また、本発明によれば、有
機物質を多孔質物質に担持させ、ハロゲン又はハロゲン
発生剤の存在下、２５０〜８００℃の温度で加熱処理
し、炭素質１００％の未グラファイト炭化物を生成させ
ることを特徴とする強磁性炭素材料の製造方法が提供さ
れる。
【０００５】本発明において、強磁性を有する炭素材料
を得るには、未グラファイト炭化物において、それに含
まれる水素原子を、そのグラファイト化を回避させなが
ら、徹底的に除去し、炭素質１００％の未グラファイト
化炭化物とすることが必要である。このような炭化物が
強磁性を有することは、本発明者らが初めて見出したも
のである。有機物質の加熱処理によって得られる従来の
炭化物には、水素原子が含有されているが、このような
炭化物は強磁性を示さない。しかし、ハロゲン又はハロ
ゲン発生剤の存在下で加熱処理を行うと、水素原子は、
炭素に結合するよりも、ハロゲンと結合した方がより安
定化するので、炭化物中の水素はハロゲンと反応して炭
化物中から除去され、炭素質１００％の炭化物を得るこ
とができる。また、加熱処理温度を８００℃を超えない
ようにコントロールすることで、炭化物のグラファイト
化を制止し、ＳＰ2−シグマ不対電子を有する強磁性を
示す炭素原子を生成させることができる。
を得るには、未グラファイト炭化物において、それに含
まれる水素原子を、そのグラファイト化を回避させなが
ら、徹底的に除去し、炭素質１００％の未グラファイト
化炭化物とすることが必要である。このような炭化物が
強磁性を有することは、本発明者らが初めて見出したも
のである。有機物質の加熱処理によって得られる従来の
炭化物には、水素原子が含有されているが、このような
炭化物は強磁性を示さない。しかし、ハロゲン又はハロ
ゲン発生剤の存在下で加熱処理を行うと、水素原子は、
炭素に結合するよりも、ハロゲンと結合した方がより安
定化するので、炭化物中の水素はハロゲンと反応して炭
化物中から除去され、炭素質１００％の炭化物を得るこ
とができる。また、加熱処理温度を８００℃を超えない
ようにコントロールすることで、炭化物のグラファイト
化を制止し、ＳＰ2−シグマ不対電子を有する強磁性を
示す炭素原子を生成させることができる。
【０００６】本発明においては、出発物質として、未炭
化の有機物質を用い、これを多孔質物質に吸着担持さ
せ、この状態で、ハロゲン又はハロゲン発生剤の存在
下、２５０〜８００℃、好ましくは４００〜６００℃の
温度で熱処理する。未炭化の有機物質は、その物質の種
類によっては、加熱条件下でガス化や昇華を起こすとい
う問題がある。本発明では、この問題を解決するため
に、有機物質をあらかじめ多孔質物質に吸着担持させ、
この状態で加熱処理する。このようにして加熱処理を行
うときには、有機物質のガス化や昇華を効果的に抑制
し、効率よく炭化することが可能となる。
化の有機物質を用い、これを多孔質物質に吸着担持さ
せ、この状態で、ハロゲン又はハロゲン発生剤の存在
下、２５０〜８００℃、好ましくは４００〜６００℃の
温度で熱処理する。未炭化の有機物質は、その物質の種
類によっては、加熱条件下でガス化や昇華を起こすとい
う問題がある。本発明では、この問題を解決するため
に、有機物質をあらかじめ多孔質物質に吸着担持させ、
この状態で加熱処理する。このようにして加熱処理を行
うときには、有機物質のガス化や昇華を効果的に抑制
し、効率よく炭化することが可能となる。
【０００７】有機物質としては、常温で液体又は固体状
のものが使用される。液体状のものは、これをそのまま
多孔質物質に吸着させればよく、一方、固体状の有機物
質は、これを溶媒に溶解して多孔質物質に吸着させた
後、その溶媒を蒸発除去すればよい。有機物質として
は、コールタール、石油、石炭系又は石油系ピッチの
他、ベンゼン、トルエン、キシレン等の単環芳香族炭化
水素；ビフェニル、インデン、ナフタリン、アントラセ
ン、フェナントレン、アセナフテン、クリセン、ピレン
等の多環芳香族炭化水素；ポリスチレン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の各種高分子物質
が挙げられる。本発明の出発物質としては、特に、縮合
環式芳香族炭化水素の使用が、高い炭素収率を与える点
から好ましい。有機物質は、炭素原子及び水素原子の
他、酸素原子や、窒素原子、イオウ原子、アルカリ金属
原子を含んでいてもよいが、ケイ素原子や重金属原子
は、炭化物中に残留してくるので、これらの原子はでき
る限り含まないのが好ましく、その炭化物中の含有量
は、１０重量％以下、好ましくはゼロ％に保持する。
のものが使用される。液体状のものは、これをそのまま
多孔質物質に吸着させればよく、一方、固体状の有機物
質は、これを溶媒に溶解して多孔質物質に吸着させた
後、その溶媒を蒸発除去すればよい。有機物質として
は、コールタール、石油、石炭系又は石油系ピッチの
他、ベンゼン、トルエン、キシレン等の単環芳香族炭化
水素；ビフェニル、インデン、ナフタリン、アントラセ
ン、フェナントレン、アセナフテン、クリセン、ピレン
等の多環芳香族炭化水素；ポリスチレン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリエチレン、ポリプロピレン等の各種高分子物質
が挙げられる。本発明の出発物質としては、特に、縮合
環式芳香族炭化水素の使用が、高い炭素収率を与える点
から好ましい。有機物質は、炭素原子及び水素原子の
他、酸素原子や、窒素原子、イオウ原子、アルカリ金属
原子を含んでいてもよいが、ケイ素原子や重金属原子
は、炭化物中に残留してくるので、これらの原子はでき
る限り含まないのが好ましく、その炭化物中の含有量
は、１０重量％以下、好ましくはゼロ％に保持する。
【０００８】多孔質物質としては、シリカ、シリカゲ
ル、アルミナ、シリカ／アルミナ、マグネシア、カルシ
ア、セピオライト、ジルコニア、ベンガラ（Ｆｅ
2Ｏ3）、ケイソウ土、ゼオライト、活性炭等が挙げられ
る。耐熱性のある多孔質物質であればどのようなもので
もよく、また、その形状も粉体状、顆粒状、板状、筒
状、容器状等任意の形状であることができる。
ル、アルミナ、シリカ／アルミナ、マグネシア、カルシ
ア、セピオライト、ジルコニア、ベンガラ（Ｆｅ
2Ｏ3）、ケイソウ土、ゼオライト、活性炭等が挙げられ
る。耐熱性のある多孔質物質であればどのようなもので
もよく、また、その形状も粉体状、顆粒状、板状、筒
状、容器状等任意の形状であることができる。
【０００９】ハロゲンとしては、通常、塩素又は臭素が
用いられ、また、ハロゲン発生剤としては、加熱条件で
ハロゲンを生成する物質、例えば、四塩化炭素や、各種
のハロゲン化炭化水素が用いられる。加熱雰囲気は、ハ
ロゲン又はハロゲン発生剤雰囲気の他、これを含む不活
性ガス（Ｎ2やＣＯ2、アルゴンガス等）であることがで
きる。ハロゲン又はハロゲン発生剤を含む不活性ガス雰
囲気の場合、そのハロゲン又はハロゲン発生剤の含有量
は、１〜５ｖｏｌ％である。また、雰囲気中の酸素濃度
は０．１ｖｏｌ％以下、好ましくはゼロ％である。
用いられ、また、ハロゲン発生剤としては、加熱条件で
ハロゲンを生成する物質、例えば、四塩化炭素や、各種
のハロゲン化炭化水素が用いられる。加熱雰囲気は、ハ
ロゲン又はハロゲン発生剤雰囲気の他、これを含む不活
性ガス（Ｎ2やＣＯ2、アルゴンガス等）であることがで
きる。ハロゲン又はハロゲン発生剤を含む不活性ガス雰
囲気の場合、そのハロゲン又はハロゲン発生剤の含有量
は、１〜５ｖｏｌ％である。また、雰囲気中の酸素濃度
は０．１ｖｏｌ％以下、好ましくはゼロ％である。
【００１０】
【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。
する。
【００１１】実施例１ クリセン０．２１３ｇをとり、これを１００メッシュ以
下に粉砕したシリカゲル２．００３ｇと十分に良く混合
する。これにベンゼン１０ｍｌを加えてよくかき混ぜて
空気中に放置すると、クリセンがベンゼンに溶解してか
らシリカゲル表面に吸着される。ベンゼンが自然蒸発し
てから、これを通気孔を備えた硬質ガラス製アンプルに
入れて圧力１Ｐａの四塩化炭素気流中で熱処理を行っ
た。四塩化炭素の流速は５００℃において１８３ｍ／秒
であった。昇温速度は２０℃より３００℃までは５℃／
分であり、以後４００℃までは２℃／分、５００℃まで
は１℃／分とした。５００℃に１００分間保持してから
急冷して、炭化物を含んだシリカゲルを得た。これをア
ンプルより取り出し、磁性ボートに入れて、再び１Ｐａ
の四塩化炭素気流中で、流速は５００℃換算で１８３ｍ
／秒の割合として、２０℃より５００℃まで１５℃／分
で昇温し、５００℃より５５０℃まで５℃／分で昇温
し、５５０℃に１００分間保持してから急冷却した。こ
の物質は強磁性材料であることが確認された。
下に粉砕したシリカゲル２．００３ｇと十分に良く混合
する。これにベンゼン１０ｍｌを加えてよくかき混ぜて
空気中に放置すると、クリセンがベンゼンに溶解してか
らシリカゲル表面に吸着される。ベンゼンが自然蒸発し
てから、これを通気孔を備えた硬質ガラス製アンプルに
入れて圧力１Ｐａの四塩化炭素気流中で熱処理を行っ
た。四塩化炭素の流速は５００℃において１８３ｍ／秒
であった。昇温速度は２０℃より３００℃までは５℃／
分であり、以後４００℃までは２℃／分、５００℃まで
は１℃／分とした。５００℃に１００分間保持してから
急冷して、炭化物を含んだシリカゲルを得た。これをア
ンプルより取り出し、磁性ボートに入れて、再び１Ｐａ
の四塩化炭素気流中で、流速は５００℃換算で１８３ｍ
／秒の割合として、２０℃より５００℃まで１５℃／分
で昇温し、５００℃より５５０℃まで５℃／分で昇温
し、５５０℃に１００分間保持してから急冷却した。こ
の物質は強磁性材料であることが確認された。
【００１２】実施例２ 実施例１により得られた、シリカゲルを担体として含有
する炭化物を１０％のＮａＯＨ水溶液に浸漬して１０時
間放置して、シリカゲルが溶解したのちに、これを濾過
して炭素粉末５５ｍｇを得た。出発原料であるクリセン
０．２１３ｇから期待されるＣ18の重量０．２０２ｇに
対して約２７％の収率である。この炭素粉末について磁
化率を測定したところ、１．５テスラに於いて０．４０
３ｅｍｕ／ｇを得た。また０±１００ｍＴの領域におい
て測定したヒステリシス曲線を図１に示す。この図か
ら、残留磁化１．６５×１０-3ｅｍｕ／ｇ、保磁力２
３．５ｍＴが得られる。
する炭化物を１０％のＮａＯＨ水溶液に浸漬して１０時
間放置して、シリカゲルが溶解したのちに、これを濾過
して炭素粉末５５ｍｇを得た。出発原料であるクリセン
０．２１３ｇから期待されるＣ18の重量０．２０２ｇに
対して約２７％の収率である。この炭素粉末について磁
化率を測定したところ、１．５テスラに於いて０．４０
３ｅｍｕ／ｇを得た。また０±１００ｍＴの領域におい
て測定したヒステリシス曲線を図１に示す。この図か
ら、残留磁化１．６５×１０-3ｅｍｕ／ｇ、保磁力２
３．５ｍＴが得られる。
【００１３】実施例３ 実施例１と同じ方法により、有機物質として、ｐ−ター
フェニル、トリフェニレン、ビオラントロン、テトラフ
ェニルポルフィンの各々０．２００ｇ、０．２００ｇ、
０．２００ｇ、０．２０３ｇをそれぞれシリカゲル２．
０００ｇと混合し、ベンゼン１０ｍｌを加えて放置し、
シリカゲルに吸着された有機物質試料を作製した。これ
らの試料を、実施例１と同様に、通気孔をあけた硬質ガ
ラスアンプル中で炭化した。この炭化生成物を、磁性ボ
ート中で、実施例１と同じように、５５０℃に昇温及び
保持して炭化物／シリカゲル系を得た。これらの各々に
ついて磁化率を１．５Ｔにおいて測定したところ、ｐ−
ターフェニル／シリカゲル系、トリフェニレン／シリカ
ゲル系及びビオラントロン／シリカゲル系及びテトラフ
ェニルポルフィン／シリカゲル系のいずれにおいても、
強磁性材料であることが確認された。
フェニル、トリフェニレン、ビオラントロン、テトラフ
ェニルポルフィンの各々０．２００ｇ、０．２００ｇ、
０．２００ｇ、０．２０３ｇをそれぞれシリカゲル２．
０００ｇと混合し、ベンゼン１０ｍｌを加えて放置し、
シリカゲルに吸着された有機物質試料を作製した。これ
らの試料を、実施例１と同様に、通気孔をあけた硬質ガ
ラスアンプル中で炭化した。この炭化生成物を、磁性ボ
ート中で、実施例１と同じように、５５０℃に昇温及び
保持して炭化物／シリカゲル系を得た。これらの各々に
ついて磁化率を１．５Ｔにおいて測定したところ、ｐ−
ターフェニル／シリカゲル系、トリフェニレン／シリカ
ゲル系及びビオラントロン／シリカゲル系及びテトラフ
ェニルポルフィン／シリカゲル系のいずれにおいても、
強磁性材料であることが確認された。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、強磁性を示す炭化物が
多孔質物質に担持された形態の生成物が得られる。この
ものは、そのままの状態で強磁性材料として使用するこ
とができる。また、多孔質物質がシリカゲルや、マグネ
シアのように、アルカリや酸に可溶性を示すものの場
合、その生成物をアルカリや酸に溶解させることによっ
て、強磁性炭化物を分離し製品とすることもできる。本
発明によれば、各種有機物質を原料として強磁性炭素材
料を容易に製造することができ、その産業的意義は多大
である。
多孔質物質に担持された形態の生成物が得られる。この
ものは、そのままの状態で強磁性材料として使用するこ
とができる。また、多孔質物質がシリカゲルや、マグネ
シアのように、アルカリや酸に可溶性を示すものの場
合、その生成物をアルカリや酸に溶解させることによっ
て、強磁性炭化物を分離し製品とすることもできる。本
発明によれば、各種有機物質を原料として強磁性炭素材
料を容易に製造することができ、その産業的意義は多大
である。
【図１】クリセン炭化生成物の磁化曲線を示す。
Claims (2)
- 【請求項１】 多孔質物質に担持された炭素質１００％
の未グラファイト化炭化物からなる強磁性炭素材料。 - 【請求項２】 有機物質を多孔質物質に担持させ、ハロ
ゲン又はハロゲン発生剤の存在下、２５０〜８００℃の
温度で加熱処理し、炭素質１００％の未グラファイト炭
化物を生成させることを特徴とする強磁性炭素材料の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3109780A JP2580509B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 強磁性炭素材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3109780A JP2580509B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 強磁性炭素材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06211509A JPH06211509A (ja) | 1994-08-02 |
| JP2580509B2 true JP2580509B2 (ja) | 1997-02-12 |
Family
ID=14519039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3109780A Expired - Lifetime JP2580509B2 (ja) | 1991-04-15 | 1991-04-15 | 強磁性炭素材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2580509B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100612896B1 (ko) | 2005-05-18 | 2006-08-14 | 삼성에스디아이 주식회사 | 중형 다공성 탄소체 및 그의 제조방법 |
| CN108665438B (zh) * | 2017-03-30 | 2020-12-15 | 湖南大学 | 一种玻璃瓶安瓿的瓶头碳化视觉检测方法及系统 |
-
1991
- 1991-04-15 JP JP3109780A patent/JP2580509B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06211509A (ja) | 1994-08-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |