JP2586807B2 - Method for producing fullerene intercalation compound - Google Patents

Method for producing fullerene intercalation compound

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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フラーレンと他の元素
のインターカレーション化合物の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing an intercalation compound of fullerene and another element.

【0002】[0002]

【従来の技術】C60は炭素原子が60個サッカーボール
形状に集合した新しい物質で1985年にクロト等によ
って発見された。また、この物質は1990年クレッチ
マー等によりその大量合成が発見されてその実際の応用
が期待されている。また、同様な炭素の新しい形態とし
て60個炭素が集合したC60以外にも炭素原子が70個
集合したC70ならびにさらに多くの炭素原子が集合した
一連のCn 物質が見いだされてきた。これらの新物質は
フラーレンと総称されている。
2. Description of the Related Art C 60 is a new substance in which 60 carbon atoms are gathered in the form of a soccer ball, and was discovered in 1985 by Kroto et al. In addition, mass production of this substance was discovered by Kretschmer et al. In 1990, and its practical application is expected. The series of C n substances set is similar new 60 C 70 and more carbon atoms carbon carbon atoms other than C 60 was set was set 70 in the form of carbon have been found. These new substances are collectively called fullerenes.

【0003】フラーレンの固体は一般に半導体である
が、これらの中でも特にC60物質はその対称性から種々
の物性が期待されている。例えば、この材料のもつ光電
効果を利用した発光素子への応用ならびにプリンターの
感光体への応用、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金
属とのインターカレーション化合物を用いた導電体ある
いは超伝導体は次世代の新素材として多くの可能性を示
している。また、フラーレンはサイズがnm領域にあ
り、従来の素材と比較して量子化領域あるいはメススコ
ピック領域の光閉じこめあるいは電子閉じこめ等の現象
を利用した新しい応用も期待されている。
[0003] Fullerene solids are generally semiconductors. Among them, C60 substances are expected to have various physical properties due to their symmetry. For example, application to light-emitting elements utilizing the photoelectric effect of this material and application to printer photoconductors, conductors or superconductors using intercalation compounds with alkali metals or alkaline earth metals will be the next generation It has many possibilities as a new material. Further, fullerenes have a size in the nm range, and are expected to have new applications utilizing phenomena such as light confinement or electron confinement in the quantization region or mesotropic region as compared with conventional materials.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように、C60をは
じめとするフラーレンは魅力溢れる新素材として注目さ
れてきたが、フラーレン自体は基本的には閉殻電子構造
をもつクラスタ分子であるので、電子物性あるいは磁性
物性を出現させるためには他の元素とのインターカレー
ション等を利用して、キャリヤーとして電子あるいホー
ルをフラーレンに導入する必要がある。このような目的
のために、これまでインターカレーション化合物を作る
方法として、フラーレンと他の元素を含む材料を混合し
た後で熱拡散する方法が用いられてきた。しかし、かか
る方法では、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属と
のインターカレーション化合物はできてもこれ以外の元
素とのインターカレーション化合物はできないのが現状
である。また、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属
とのインターカレーション化合物においても、合成時に
生成する多くの結晶相ができるため、所望の結晶相を作
ることは困難であるという状況にあった。
The [invention is a problem to be solved this way, but fullerene, including the C 60 has been attracting attention as an attractive full of new material, because the fullerene itself is basically is a cluster molecule having a closed shell electronic structure, In order to make electronic properties or magnetic properties appear, it is necessary to introduce electrons or holes as carriers into fullerenes by utilizing intercalation with other elements. For such a purpose, a method of mixing fullerene and a material containing another element and then performing thermal diffusion has been used as a method for producing an intercalation compound. However, in such a method, an intercalation compound with an alkali metal or an alkaline earth metal can be formed, but an intercalation compound with another element cannot be formed at present. In addition, even in the case of an intercalation compound with an alkali metal or an alkaline earth metal, it is difficult to form a desired crystal phase because many crystal phases are formed during synthesis.

【0005】本発明の目的は、フラーレンと他の元素と
のインターカレーション化合物を容易に合成できる製造
方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a production method capable of easily synthesizing an intercalation compound of fullerene and another element.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】第1の発明のフラーレン
インターカレーション化合物の製造方法は、フラーレン
(C60 または70)とインターカレーション材料とを真
空チャンバー内に設けられたセルに別々に入れたのち真
空中でフラックス量を制御しながら蒸発させ、前記セル
に対向して設けられた反応基板に蒸着するかまたは反応
容器中に導入して混合し、この反応基板または反応容器
を加熱することを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for producing a fullerene intercalation compound, wherein a fullerene (C 60 or C 70 ) and an intercalation material are separately placed in a cell provided in a vacuum chamber. After being charged, the mixture is evaporated while controlling the amount of flux in a vacuum, and is vapor-deposited on a reaction substrate provided opposite to the cell or introduced into a reaction container and mixed, and the reaction substrate or the reaction container is heated. It is characterized by the following.

【0007】第2の発明のフラーレンインターカレーシ
ョン化合物の製造方法は、フラーレン(C60または
70)とインターカレーション材料とを真空チャンバー
内に設けられたセルに別々に入れたのち真空中でフラッ
クス量を制御しながら蒸発させ、前記セルに対向して設
けられた反応基板に蒸着するかまたは反応容器中に導入
して混合し、この反応基板または反応容器を不活性ガス
雰囲気中で加熱することを特徴とするものである。
A method for producing a fullerene intercalation compound according to a second aspect of the present invention is a method for producing a fullerene (C 60 or C 70 ) and an intercalation material separately in a cell provided in a vacuum chamber, Evaporate while controlling the amount of flux, deposit on a reaction substrate provided opposite to the cell, or introduce into a reaction vessel and mix, and heat the reaction substrate or the reaction vessel in an inert gas atmosphere. It is characterized by the following.

【0008】[0008]

【作用】フラーレンの固体は、その形状により母体結晶
の結晶系は決まっている。例えば、C60結晶は面心立方
晶と呼ばれる結晶系を示す。それぞれの結晶系により結
晶中のフラーレンクラスタ分子とフラーレンクラスタ分
子の間の距離すなわち格子間隙の大きさは決まってい
る。従って、原理的に元の結晶系の格子間隙よりも大き
な元素半径を有する元素とのインターカレーション化合
物を作る事はできない。実際にシリコンあるいはスズ等
の元素とC60のインターカレーション化合物は非常に作
るのは困難で、殆どできないといっても過言ではない。
さらに、第4周期の4aから7a族元素あるいは第4周
期8族元素を取りあげてみても、これらの金属はd電子
を有するために磁性体の観点からも非常に興味深いイン
ターカレーション化合物の候補であるが、従来の方法で
は極めて高い加熱処理が必要であり、これらの元素は多
くの場合炭素とのカーバイド化合物を作るので、これま
でC60のインターカレーション化合物を作ることができ
なかった。また、インターカレーション化合物を作る元
素との組み合わせにおいても、種々の組成を含む何種類
かの結晶相が混在することがある。例えば、金属として
知られているカリウムとC60のインターカレーション化
合物K3 60の場合、従来の製造方法では同時に別の組
成を有する結晶相である体心正方晶形のK4 60および
体心立方晶形のK6 60が同時に混在するために、合成
は非常に多くの注意が払われねばならなかった。
The crystal system of the host crystal of fullerene solid is determined by its shape. For example, C 60 crystal shows a crystal system called face-centered cubic. The distance between the fullerene cluster molecules in the crystal, that is, the size of the lattice gap, is determined by each crystal system. Therefore, an intercalation compound with an element having an element radius larger than the lattice gap of the original crystal system cannot be produced in principle. In fact intercalation compound of an element and the C 60 such as silicon or tin is difficult to make a very, it is no exaggeration to say that it can not almost.
Furthermore, even when picking up group 4a to group 7a elements or group 4 group 8 elements in the fourth period, these metals have d-electrons and are therefore very interesting candidates for intercalation compounds from the viewpoint of magnetic material. However, conventional methods require extremely high heat treatments, and these elements often form carbide compounds with carbon, so that C 60 intercalation compounds have not been possible to date. In addition, even in combination with an element that forms an intercalation compound, several types of crystal phases including various compositions may be mixed. For example, in the case of K 3 C 60, an intercalation compound of potassium and C 60 , which is known as a metal, K 4 C 60 in a body-centered tetragonal form, which is a crystal phase having a different composition, and K 4 C 60 in a conventional manufacturing method Due to the simultaneous co-mingling of the K 6 C 60 in the centered cubic form, the synthesis had to be given a great deal of attention.

【0009】発明者等はこのような問題に対して種々の
検討を行った結果、C60またはC70のフラーレンをイン
ターカレーションさせる他の元素と基板上あるいは反応
容器内にそれぞれ別々に量論的に気相状態で導入して混
合し、熱を与えてインターカレーションを作れば、フラ
ーレンと種々の元素のインターカレーション化合物を作
ることができることを見いだし本発明に至った。例え
ば、C60とシリコンとのインターカレーションは従来の
方法、すなわちC60とシリコンを混ぜ合わせて熱処理す
るという方法では、不活性ガス雰囲気下あるいは10-6
Torr減圧下1000℃の熱処理においてもインター
カレーション化合物は合成できなかったが、本発明の方
法によると合成できる。これは、従来の方法では、C60
結晶の格子間隙に対してシリコンの原子半径(0.18
9nm)は大きいために、インターカレーション化合物
は生成しがたいが、本発明の方法によれば、気相でC60
クラスタ分子とシリコン元素を衝突反応させ、固体状態
にする場合にインターカレーション化合物を形成するの
で成功したものと考えられる。また、熱処理温度は80
0℃と低温でよかった。
[0009] inventors have the result of various studies with respect to such a problem, each separately fullerene C 60 or C 70 to intercalation other elements and substrate to Deployment or reaction vessel Ryoron It has been found that fullerene and intercalation compounds of various elements can be produced by introducing and mixing in a gaseous state and then applying heat to produce intercalation. For example, C 60 and intercalation conventional method with silicon, i.e. C 60 and in the method of the silicon mixed with heat-treated in an inert gas atmosphere or 10-6
Although the intercalation compound could not be synthesized by the heat treatment at 1000 ° C. under the reduced pressure of Torr, it can be synthesized according to the method of the present invention. This is because, in the conventional manner, C 60
Silicon atomic radius to the grating gap crystal (0.18
For 9 nm) is large, intercalation compounds are difficult to produce, according to the method of the present invention, C 60 in the gas phase
It is considered that the intercalation compound was formed when the cluster molecule and the silicon element were subjected to collision reaction to form a solid state. The heat treatment temperature is 80
0 ° C and low temperature were good.

【0010】さらに、本発明の方法によるとカーバイド
の生成などの理由で、C60のインターカレーション化合
物の生成が阻害される第4周期の元素の場合でも、気相
中で混合するので後の熱処理過程が極めて低温で済み、
カーバイト生成温度より低くできる。このために、熱平
衡を最安定化合物であるカーバイトまで進行させないこ
とが可能である、準安定相のインターカレーション化合
物を形成できることをみいだした。また、カリウムとC
60のインターカレーション化合物の場合にも、それぞれ
別の蒸発源から量論比を制御して合成するために、カリ
ウムの量をC60の量に対して3:1と制御することによ
り面心立方晶形のK3 60金属相だけを安定にしかも低
温で製造することができた。これは、バルクのC60とバ
ルクのカリウムの反応に比べて格段に均一性を制御でき
たためと考えられる。
Furthermore, for reasons such as formation of carbide according to the method of the present invention, even if the fourth period element generating the intercalation compound of C 60 is inhibited, after so mixing in the gas phase The heat treatment process is extremely low temperature,
It can be lower than the carbide formation temperature. For this reason, it has been found that it is possible to form a metastable phase intercalation compound which can prevent the thermal equilibrium from proceeding to the most stable compound, carbide. Also, potassium and C
In the case of intercalation compounds of 60 also, in order to respectively synthesized by controlling the stoichiometric ratio from different evaporation sources, the amount of potassium relative to the amount of C 60 3: face-centered by controlling 1 Only the cubic K 3 C 60 metal phase could be produced stably and at low temperature. This is probably because that can control a much uniformity as compared to the reaction of potassium C 60 and the bulk of the bulk.

【0011】インターカレーション化合物を作るために
用いられる元素のうちアルカリ金属としては、リチウ
ム,ナトリウム,カリウム,ルビジウム,セシウムがあ
る。この場合には、これらの元素の蒸気圧は極めて高い
ので、蒸発混合した後に一度不活性ガス雰囲気下で常圧
にもどしてから100〜400℃で熱処理する必要があ
る。100℃以下では反応が進まず、また400℃以上
では再離脱が生じる。またアルカリ土類元素としては、
カルシウム,ストロンチウム,バリウムがある。これら
の元素の場合には、蒸気圧はあまり高くないので加熱処
理を不活性ガス中10-2〜300Torrの間でしかも
熱処理温度は400〜1000℃と高く設定する必要が
あることがわかった。希土類元素としては、ランタン,
セリウム,サマリウム,ガドリニウム,イットリビウム
などが挙げられる。これらの元素とのインターカレーシ
ョンを作る場合には、不活性ガスの加圧状態で700℃
以下で加熱処理する必要があることがわかった。周期律
表の4b族元素としては、シリコン,ゲルマニウム,ス
ズ,鉛が挙げられる。これらの元素とのインターカレー
ションは、蒸発源からの気相混合物を反応容器内で同時
に処理することが非常に効果的であることがわかった。
特にこの中でもシリコンはC60とインターカレーション
を蒸発混合法で高純度で形成できることが判明した。こ
れは、C60がsp2 とsp3 との混成結合状態をしてい
ることとシリコン元素がこれらの結合様式をとり易いこ
とと相関があると思われる。第4周期4a,5a,6
a,7aの元素あるいは第4周期8族の元素としては、
チタン,バナジウム,クロム,マンガン,鉄,コバル
ト,ニッケルなどがある。これらの元素は炭素と容易に
カーバイトを形成するので、熱処理温度をこれらの元素
に関してはカーバイド形成温度以下に十分に低くする必
要があることがわかった。
Among the elements used for forming the intercalation compound, alkali metals include lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium. In this case, since the vapor pressures of these elements are extremely high, it is necessary to return to normal pressure in an inert gas atmosphere once after evaporating and mixing, and then to perform heat treatment at 100 to 400 ° C. At 100 ° C. or lower, the reaction does not proceed, and at 400 ° C. or higher, elimination occurs. Also, as alkaline earth elements,
There are calcium, strontium and barium. In the case of these elements, since the vapor pressure is not so high, it has been found that it is necessary to set the heat treatment at 10 −2 to 300 Torr in an inert gas and at a high heat treatment temperature of 400 to 1000 ° C. As rare earth elements, lanthanum,
Cerium, samarium, gadolinium, yttrium and the like can be mentioned. When making intercalation with these elements, 700 ° C.
It turned out that it is necessary to heat-treat below . Examples of group 4b elements of the periodic table include silicon, germanium, tin, and lead. Intercalation with these elements has proven to be very effective if the gas phase mixture from the evaporation source is treated simultaneously in the reaction vessel.
Especially silicon Among these were found to be formed in high purity C 60 and intercalation by evaporation mixing method. This seems to be correlated with the fact that C 60 is in a hybrid bonding state of sp 2 and sp 3 and that the silicon element easily takes these bonding modes. Fourth period 4a, 5a, 6
The elements a and 7a or the elements of the fourth period group 8 include
Titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel and the like. Since these elements easily form carbide with carbon, it has been found that the heat treatment temperature needs to be sufficiently lower than the carbide formation temperature for these elements.

【0012】また、銅,亜鉛,カドミニウム,水銀のう
ちのいずれかあるいはこれらの混合物を用いるC60イン
ターカレーション化合物は蒸発混合法に適しており、品
質のよいインターカレーション化合物ができることがわ
かった。これは、これらの元素とフラーレン、特にC60
との間で電荷の移動が非常にスムーズに生じるためであ
ると思われる。さらに、スカンジウム,イットリウム,
あるいはランタンの場合には蒸着原料をこれらのハロゲ
ン化物の形で供給し蒸発混合することが非常に有効なこ
とが判明した。
Further, copper, zinc, cadmium, either or C 60 intercalation compound using these mixtures of mercury is suitable for evaporation mixing method, it was found that it is better intercalation compound quality . This is because these elements and fullerenes, especially C 60
It is considered that the transfer of the charge occurs very smoothly. In addition, scandium, yttrium,
Alternatively, in the case of lanthanum, it has been found to be very effective to supply the vapor deposition raw materials in the form of these halides and to mix them by evaporation.

【0013】熱処理の温度範囲は、用いる元素の種類と
フラーレンの種類により異なるが、気相での混合で既に
ある程度混合できているので、一般に100〜1000
℃の範囲で従来に比べてかなり低温で良い。また、混合
速度も使用する組み合わせで異なるが、一般に0.1〜
100nm/minの蒸着速度の範囲が好ましい。これ
はこれ以上遅いと実用的ではないし、あまり速くすると
混合が不均一になるからである。また、熱処理は混合し
た後でも混合中でもよいが、混合中の方が熱の均一性を
保つために好ましい。
The temperature range of the heat treatment varies depending on the type of the element used and the type of the fullerene.
In the range of ° C., a considerably lower temperature than in the past is sufficient. The mixing speed also varies depending on the combination used, but is generally 0.1 to
A deposition rate range of 100 nm / min is preferred. This is because if it is too slow, it is not practical, and if it is too fast, the mixing becomes uneven. In addition, the heat treatment may be performed after or during the mixing, but the mixing is more preferable in order to maintain heat uniformity.

【0014】[0014]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の実施例に用いる製造装置の
構成図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a manufacturing apparatus used in an embodiment of the present invention.

【0015】図1において、真空チャンバー10内に
は、加熱電源14に接続されたヒーター11により加熱
される反応容器12または反応基板13が設けられてい
る。そして、この反応容器12に対向する真空チャンバ
10内には、蒸着電源17により加熱される複数のセル
(加熱抵抗セルまたは電子ビーム蒸着用セル)16A〜
16Cが設けられ、セルと反応容器との間にはフラック
ス量を制御するフラックスモニター系18が設けられて
いる。尚15はターボポンプやロータリーポンプ等から
なる排気系であり、19はバリアブルバルブやアルゴン
等の不活性ガスの導入管等を有する圧力制御系である。
In FIG. 1, a reaction vessel 12 or a reaction substrate 13 heated by a heater 11 connected to a heating power supply 14 is provided in a vacuum chamber 10. A plurality of cells (heating resistance cells or cells for electron beam evaporation) 16A to 16A to be heated by the evaporation power supply 17 are provided in the vacuum chamber 10 facing the reaction vessel 12.
16C is provided, and a flux monitor system 18 for controlling the amount of flux is provided between the cell and the reaction vessel. Reference numeral 15 denotes an exhaust system composed of a turbo pump, a rotary pump, and the like, and reference numeral 19 denotes a pressure control system having a variable valve, a pipe for introducing an inert gas such as argon, and the like.

【0016】実施例に用いたフラーレンは100Tor
rのヘリウム雰囲気で陰電極として直径10mmの炭素
棒を使用し、また陽電極として6mmの炭素棒を使用し
て直流20Vで放電させることにより作った。実験後す
すの中に含まれているC60及びC70をアルミナを充填剤
とするカラムでヘキサン/トルエンを展開溶媒として分
離精製した。
The fullerene used in the examples was 100 Torr.
It was produced by using a carbon rod having a diameter of 10 mm as a negative electrode and a carbon rod having a diameter of 6 mm as a positive electrode in a helium atmosphere of r and discharging at a direct current of 20 V. Was separated and purified hexane / toluene as a developing solvent column of C 60 and C 70 are contained within the experimental after soot and alumina as filler.

【0017】実施例1として、精製したC60を加熱抵抗
セル16Aに入れ、もう一方の電子ビーム蒸着用のセル
16Bにランタンを入れた。そして真空チャンバー10
を10-7Torrに減圧した後、C60をセル温度約40
0℃で、ランタンを加速電圧4kV、エミッション電流
100mAで200℃に保った反応容器12に、C60
ランタンの割合いが1:3の量論比になるようにして導
入した。この生成物をアルゴン雰囲気下10気圧で50
0℃で2日間加熱処理した。生成した化合物をX−線回
折を用いて測定したところ、格子間隔1.46nmの面
心立方晶形のインターカレーション化合物が得られた。
[0017] As Example 1, placed in C 60 purified to the heating resistance cell 16A, put lanthanum other cell 16B for electron beam evaporation. And the vacuum chamber 10
Was reduced to 10 −7 Torr, and C 60 was reduced to a cell temperature of about 40.
At 0 ° C., lanthanum was introduced into the reaction vessel 12 maintained at 200 ° C. with an acceleration voltage of 4 kV and an emission current of 100 mA so that the ratio of C 60 to lanthanum was a stoichiometric ratio of 1: 3. The product is treated under argon at 10 atm for 50 atmospheres.
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 2 days. When the generated compound was measured using X-ray diffraction, a face-centered cubic intercalation compound having a lattice spacing of 1.46 nm was obtained.

【0018】比較例1として同様の実験を従来の方法に
従い、C60とランタン元素を量論比1:3で混合し封管
して1000℃で2日間加熱処理した。取りだしてX−
線解析したところ、C60とランタン元素はインターカレ
ーションを形成しておらず相分離したままであった。
[0018] In accordance with conventional methods the same experiment as Comparative Example 1, C 60 and lanthanum the stoichiometric ratio 1: heat-treated for 2 days with mixed was sealed to 1000 ° C. at 3. Take out X-
It was line analysis, C 60 and lanthanum remained phase separation does not form intercalation.

【0019】実施例2として実施例1と同様の実験を、
60とシリコンとのインターカレーションに関しておこ
なった。この場合、シリコンを加熱抵抗セルに入れて1
000℃の温度で、C60とシリコンの比が量論比1:3
になるように蒸発混合させた。反応容器の温度は800
℃に実験中保持した。できた化合物をX−線回折で測定
したところ、格子半径1.45nmの面心立方晶形を有
するインターカレーション化合物ができていた。
As Example 2, an experiment similar to that of Example 1 was performed.
It was carried out with respect to intercalation of the C 60 and the silicon. In this case, put silicon into the heating resistance cell and
At a temperature of 000 ° C., the stoichiometric ratio of C 60 to silicon is 1: 3
Were mixed by evaporation. The temperature of the reaction vessel is 800
C. was maintained during the experiment. When the obtained compound was measured by X-ray diffraction, an intercalation compound having a face-centered cubic crystal with a lattice radius of 1.45 nm was formed.

【0020】比較例2として実施例2と同様の実験を従
来方法でおこなった。C60とシリコンを石英チューブに
封管して混合し、900℃で1週間反応させた。できた
ものをX−線解析で調べると、インターカレーション化
合物は生成せず相分離をおこしていた。
As Comparative Example 2, an experiment similar to that of Example 2 was performed by a conventional method. The C 60 and silicon were mixed in sealed quartz tube and allowed to react for 1 week at 900 ° C.. When the resulting product was examined by X-ray analysis, no intercalation compound was formed and phase separation occurred.

【0021】実施例3としてアルカリ金属であるカリウ
ムとC60を3:1の割合で混合しながら加熱抵抗セルか
らMoS2 からなる反応基板13に蒸着した。基板の温
度は100℃であった。できた化合物を反射高速電子線
回折(Rheed)でみると格子定数1.42nmの格
子定数面心立方構造に相当するK3 60インターカレー
ション化合物ができていた。
Was deposited from the heating resistor cell while mixing at a ratio of 1 to the reaction substrate 13 consisting of MoS 2: [0021] Potassium and C 60 is an alkali metal as a third embodiment 3. The temperature of the substrate was 100 ° C. K 3 C 60 Lee centers intercalation compound corresponding to the lattice constant face-centered cubic structure lattice constant 1.42nm Looking can compounds with reflection high-energy electron diffraction (RHEED) were able.

【0022】比較例3として実施例3と同様の実験を、
従来のようにC60薄膜を200nmの厚さに基板13に
蒸着した後に、カリウムをC60の量に対して量論比3の
割合で蒸着して熱拡散さておこなった。これをRhee
d観察すると何種類かの結晶相が混在することがわかっ
た。
As Comparative Example 3, an experiment similar to that of Example 3 was performed.
As before, a C 60 thin film was deposited on the substrate 13 to a thickness of 200 nm, and then potassium was deposited at a stoichiometric ratio of 3 to the amount of C 60 and thermally diffused. This is Rhee
Observation d revealed that several types of crystal phases were mixed.

【0023】実施例4として実施例3の実験をカリムウ
とC60が6:1の量論比になるようにして気相混合し
た。その結果体心立方構造のK6 60の単一結晶相を有
するインターカレーション化合物が単一に形成されてい
るこがRheedにより判明した。
As Example 4, the experiment of Example 3 was carried out by gas phase mixing so that the ratio of karimou to C 60 was 6: 1. As a result, Rheed revealed that an intercalation compound having a single crystal phase of K 6 C 60 having a body-centered cubic structure was formed singly.

【0024】実施例5としてはアルカリ土類金属として
バリウムを用いて、バリウムとC60を加熱抵抗セルから
3:1の量論比で制御して気相で混合して反応基板13
に蒸着した。その後加熱処理を真空チャンバ10内の圧
力をアルゴン雰囲気下200Torrにして300℃で
おこなった。その結果。1.13nmのA15構造を有
するインターカレーション化合物ができていることがR
heed測定から確認された。
[0024] Using barium as the alkaline earth metal as Example 5, 3 barium and C 60 from the heating resistor cells: were mixed and controlled by one of the stoichiometric ratio in the gas phase reaction substrate 13
Was deposited. Thereafter, a heat treatment was carried out at 300 ° C. in a vacuum chamber 10 at a pressure of 200 Torr in an argon atmosphere. as a result. The fact that an intercalation compound having an A15 structure of 1.13 nm is produced
It was confirmed from the head measurement.

【0025】実施例6として精製したC60を加熱抵抗セ
ルに入れ、もう一方の電子ビーム蒸着用のセルにトリク
ロロイットリウムを入れた。そして真空チャンバー10
を10-7Torrに減圧した後、C60をセル温度約45
0℃で、トリクロロイットリウムを加速電圧4kV、エ
ミッション電流20mAで200℃に保った反応容器1
2にC60とイットリウムの割合いが1:3の量論比にな
るようにして導入した。生成した化合物をX−線回折を
用いて測定したところ、格子間隔1.49nmの面心立
方晶形のインターカレーション化合物が得られた。
[0025] The C 60 purified as in Example 6 was placed in a heating resistance cell was charged with trichloroacetic yttrium to the other cells for electron beam evaporation. And the vacuum chamber 10
Was reduced to 10 −7 Torr, and C 60 was reduced to a cell temperature of about 45.
Reaction vessel 1 in which trichloroyttrium was kept at 200 ° C. at 0 ° C. with an acceleration voltage of 4 kV and an emission current of 20 mA
2 to C 60 and the ratio of yttrium bur 1: was introduced in such a manner that a stoichiometric ratio of 3. When the generated compound was measured using X-ray diffraction, a face-centered cubic intercalation compound having a lattice spacing of 1.49 nm was obtained.

【0026】実験例7として精製したC60と第4周期の
遷移金属であるニッケルを別々の蒸着セルから10-6
orrで量論比を1:6に制御して蒸発させ混合した。
混合実験中の反応容器12の温度は200℃に保ってい
た。その後、アルゴン雰囲気下600Torrにして8
00℃で24時間加熱処理を続けた。精製した化合物を
X−線解析すると、C60の結晶構造とは異なる別のイン
ターカレート結晶相ができていることが確認された。
In Experimental Example 7, purified C60 and nickel, which is a transition metal of the fourth period, were placed in separate vapor deposition cells at 10 −6 T.
The mixture was evaporated and mixed at a stoichiometric ratio of 1: 6 at orr.
The temperature of the reaction vessel 12 during the mixing experiment was kept at 200 ° C. Then, the pressure is set to 600 Torr in an argon atmosphere for 8 hours.
Heat treatment was continued at 00 ° C. for 24 hours. When purified compound X- is linear analysis, it was confirmed that it is different from another intercalated crystal phase and crystal structure of C 60.

【0027】実施例8として実施例1と同様の操作を3
b族元素であるボロンを電子ビーム蒸着用セルを用いて
行った。C60とボロンの量論比を1:12に保ち反応容
器12の温度を250℃とした条件で混合させた。その
後、アルゴン雰囲気下常圧の条件下で900℃24時間
反応させた。できた化合物をX−線解析したところ、格
子定数1.43nmの面心立方構造を有するインターカ
レーション化合物ができていることが確認された。
In the eighth embodiment, the same operation as in the first embodiment
Boron, a group b element, was performed using an electron beam evaporation cell. The temperature of the reaction vessel 12 keeps the C 60 and the stoichiometric ratio of the boron to 1:12 were mixed at the conditions 250 ° C.. Thereafter, the reaction was carried out at 900 ° C. for 24 hours under a normal pressure under an argon atmosphere. X-ray analysis of the resulting compound confirmed that an intercalation compound having a face-centered cubic structure with a lattice constant of 1.43 nm was formed.

【0028】実施例9として実施例1と同様の操作を亜
鉛を電子ビーム蒸着用セルを用いて行った。C60と亜鉛
の量論比を1:6に保ち反応容器12の温度を200℃
とした条件で混合させた。その後、アルゴン雰囲気下常
圧条件下で500℃24時間反応させた。できた化合物
をX−線解析したところ、格子定数1.41nmの面心
立方構造を有するインターカレーション化合物ができて
いることが確認された。
As Example 9, the same operation as in Example 1 was performed using zinc in an electron beam evaporation cell. The stoichiometric ratio of C 60 to zinc was kept at 1: 6 and the temperature of the reaction vessel 12 was kept at 200 ° C.
Under the same conditions. Thereafter, the reaction was performed at 500 ° C. for 24 hours under an atmospheric pressure under an argon atmosphere. X-ray analysis of the resulting compound confirmed that an intercalation compound having a face-centered cubic structure with a lattice constant of 1.41 nm was formed.

【0029】尚、上記実施例ではフラーレンとしてC60
を用いた場合について説明したが、C70を用いてもC60
の場合と同様にインターカレーション化合物を製造でき
た。また不活性ガスとしてはArの他Ne等を用いても
よい。
In the above embodiment, C 60 is used as fullerene.
Although the case of using C has been described, even if C 70 is used, C 60
An intercalation compound could be produced as in the case of Ne or the like may be used as the inert gas in addition to Ar.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来の方法ではできなかった種々の異元素とフラーレンの
インターカレーション化合物を作り出すことができる。
このような種々のインターカレーション化合物はフラー
レンを基本構造にしたさまざまな新機能材料を生み出す
ことが期待され、工業的有用性は極めて高い。
As described above, according to the present invention, it is possible to produce intercalation compounds of various foreign elements and fullerenes which cannot be obtained by the conventional method.
Such various intercalation compounds are expected to produce various new functional materials having fullerene as a basic structure, and their industrial utility is extremely high.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例に用いられる装置の構成を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an apparatus used in an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 真空チャンバー 11 ヒータ 12 反応容器 13 反応基板 14 加熱電源 15 排気系 16A〜16C セル 17 蒸着電源 18 フラックスモニター系 19 圧力制御系 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vacuum chamber 11 Heater 12 Reaction container 13 Reaction substrate 14 Heating power supply 15 Exhaust system 16A-16C cell 17 Deposition power supply 18 Flux monitor system 19 Pressure control system

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 フラーレン(C60 または70)とインタ
ーカレーション材料とを真空チャンバー内に設けられた
セルに別々に入れたのち真空中でフラックス量を制御し
ながら蒸発させ、前記セルに対向して設けられた反応基
板に蒸着するかまたは反応容器中に導入して混合し、こ
の反応基板または反応容器を加熱することを特徴とする
フラーレンインターカレーション化合物の製造方法。
1. A fullerene (C 60 or C 70 ) and an intercalation material are separately placed in a cell provided in a vacuum chamber, and then evaporated in a vacuum while controlling the amount of flux to face the cell. A method for producing a fullerene intercalation compound, comprising: depositing on a reaction substrate provided in advance or introducing into a reaction vessel and mixing, and heating the reaction substrate or the reaction vessel.
【請求項2】 インターカレーション材料が周期律表の
3b族または4b族のうちの1つの元素からなる物質で
ある請求項1記載のフラーレンインターカレーション化
合物の製造方法。
2. The method for producing a fullerene intercalation compound according to claim 1, wherein the intercalation material is a substance consisting of one element of Group 3b or 4b of the periodic table.
【請求項3】 インターカレーション材料が周期律表の
第4周期4a族,5a族,6a族,7a族または8族の
うちの1つの元素からなる金属であり、加熱温度がこれ
らの金属が炭素とカーバイドを作る温度以下である請求
項1記載のフラーレンインターカレーション化合物の製
造方法。
3. The intercalation material is a metal composed of one element of the fourth period group 4a, 5a group, 6a group, 7a group or 8 group of the periodic table. The method for producing a fullerene intercalation compound according to claim 1, wherein the temperature is lower than a temperature at which carbon and carbide are formed.
【請求項4】 インターカレーション材料が銅,亜鉛,
カドミウム,水銀のうちの1つの金属またはこれら金属
の混合物である請求項1記載のフラーレンインターカレ
ーション化合物の製造方法。
4. An intercalation material comprising copper, zinc,
2. The method for producing a fullerene intercalation compound according to claim 1, wherein the metal is one of cadmium and mercury or a mixture of these metals.
【請求項5】 インターカレーション材料がスカンジウ
ム,イットリウムまたはランタンのハロゲン化物である
請求項1記載のフラーレンインターカレーション化合物
の製造方法。
5. The method for producing a fullerene intercalation compound according to claim 1, wherein the intercalation material is a halide of scandium, yttrium or lanthanum.
【請求項6】 フラーレン(C60またはC70)とインタ
ーカレーション材料とを真空チャンバー内に設けられた
セルに別々に入れたのち真空中でフラックス量を制御し
ながら蒸発させ、前記セルに対向して設けられた反応基
板に蒸着するかまたは反応容器中に導入して混合し、こ
の反応基板または反応容器を不活性ガス雰囲気中で加熱
することを特徴とするフラーレンインターカレーション
化合物の製造方法。
6. A fullerene (C 60 or C 70 ) and an intercalation material are separately placed in a cell provided in a vacuum chamber, and then vaporized in a vacuum while controlling the amount of flux to face the cell. A method for producing a fullerene intercalation compound, characterized in that the reaction substrate or the reaction vessel is mixed by being vapor-deposited on a reaction substrate or a reaction vessel provided therein and heated in an inert gas atmosphere. .
【請求項7】 インターカレーション材料がアルカリ金
属のうちの1つの元素からなる物質であり、常圧の不活
性ガス雰囲気中にて100〜400℃で加熱する請求項
6記載のフラーレンインターカレーション化合物の製造
方法。
7. The fullerene intercalation according to claim 6, wherein the intercalation material is a substance composed of one of the alkali metals, and is heated at 100 to 400 ° C. in an inert gas atmosphere at normal pressure. A method for producing a compound.
【請求項8】 インターカレーション材料がアルカリ土
類のうちの1つの元素からなる物質であり、10-2〜3
00Torrの不活性ガス雰囲気中にて400〜100
0℃で加熱する請求項6記載のフラーレンインターカレ
ーション化合物の製造方法。
8. The intercalation material is a substance composed of one element of alkaline earth, and is 10 −2 to 3.
400 to 100 in an inert gas atmosphere of 00 Torr
The method for producing a fullerene intercalation compound according to claim 6, which is heated at 0 ° C.
【請求項9】 インターカレーション材料が希土類のう
ちの1つの元素からなる物質であり、加圧状態の不活性
ガス雰囲気中にて少くとも700℃以下で加熱する請求
項6記載のフラーレンインターカレーション化合物の製
造方法。
9. The fullerene intercalation according to claim 6, wherein the intercalation material is a substance made of one of rare earth elements, and is heated at least at 700 ° C. or less in an inert gas atmosphere under a pressurized state. A method for producing a compound.
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