JP2845675B2 - カーボンナノチューブの製造方法 - Google Patents
カーボンナノチューブの製造方法Info
- Publication number
- JP2845675B2 JP2845675B2 JP4172242A JP17224292A JP2845675B2 JP 2845675 B2 JP2845675 B2 JP 2845675B2 JP 4172242 A JP4172242 A JP 4172242A JP 17224292 A JP17224292 A JP 17224292A JP 2845675 B2 JP2845675 B2 JP 2845675B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- torr
- electrode
- arc discharge
- carbon nanotube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
Description
ンナノチューブの高収率な製造方法に関するもので、カ
ーボンナノチューブという新素材を産業、とりわけエレ
クトロニクス産業のために大量に生産することに関す
る。
グラファイト状炭素原子面を丸めた円筒が、複数個入れ
子になったものであり、nmオーダーの外径のきわめて
微小な物質である。チューブは1991年に発見され
[ネイチャー(Nature)1991年、354巻。
pp.56−58]、世界中から1次元ワイヤや触媒な
ど多様な応用の可能性を秘めた材料として注目を浴びて
きている。この材料に関しては、現在カーボン棒をアー
ク放電法により蒸発させて、カーボンロッドに再び凝縮
して成長させる方法を用いている。実際には、最初に報
告された上記原論文では、直流カーボンアーク放電を1
00Torrアルゴン雰囲気でおこなわせてカーボンナ
ノチューブを作成している。
されている製造方法(100Torrアルゴン、直流カ
ーボンアーク放電)では回収された物質はほとんどがア
モルファスカーボンでそのなかにわずかにカーボンナノ
チューブが混じっているに過ぎず、新素材として広範囲
に活用するためにはこの材料の高収率な製造方法が必要
であった。
ーボンナノチューブの収率が少ないという状況を解決す
るためになされたものであり、本発明者は収率を向上さ
せるために鋭意研究を進めた結果、アーク放電の不活性
ガス雰囲気の圧力が非常に重要であり、作製時の雰囲気
ガスの圧力を適性な範囲に調節する事で収率が最適化さ
れカーボンナノチューブが高収率で作製可能であること
を見いだし本発明に至った。
りも太い径の対電極を用いると非常に効果が良いことを
見いだした。
用いるカーボンのアーク放電では、不活性ガスで満たさ
れた作製容器の中でCやC2やC3などのカーボン種を
含むプラズマを発生させる。この様な状況下で発生した
これらの小さなカーボン種は次の段階でより大きな構造
体、例えばすすやフラーレンや高密度の固体へと凝縮す
る。この様な条件下で気相中でC60等のフラーレンが
製造され、またカーボン棒の電極表面からカーボンナノ
チューブが成長することがわかっている。我々は、カー
ボンナノチューブの収率を多くするために鋭意検討を重
ねた結果、カーボンナノチューブの収率が作製時のガス
圧に強く依存している事を見いだした。
ルゴン雰囲気下でおこなった実験では、電極表面に積層
してくるカーボンナノチューブはわずかであった。しか
し、本発明に示すように不活性ガスの圧力を高くしてい
くことにより、カーボン電極表面に得られるカーボンナ
ノチューブの収率はいちじるしく向上することがわかっ
た。100Torrの場合収率は数%であったが200
Torrにすると25%程度、500Torr以上だと
60%に向上する。この事実は、カーボン種の凝縮反応
の化学反応速度やいまだ明らかにされていないナノチュ
ーブの生成機構そのものに関与するものと考えられる。
また、従来の報告ではアルゴンが用いられているが、本
発明者は不活性ガスの圧力が非常に重要であり、ヘリウ
ムがアルゴンと同様の働きをする事を見いだした。さら
にまた驚くべき事に直流・交流どちらの放電でも回収し
た固体物質中でのチューブの存在比率はほぼ同じであっ
た。直流を使用する事の利点は、回収可能な固体物質の
量が増えている事である。作製時の電圧・電流の値もそ
れらが作製容器中でプラズマが立つに充分な値である限
り厳密である必要はない。
いて、使用するカーボン棒の直径は通常5mm〜50m
mのものが用いられるが、装置の大きさにより任意に選
んで差し支えない。また片方のカーボン電極にカーボン
ナノチューブを有効に成長させるために、消費されるカ
ーボン棒の径はカーボンナノチューブを成長させる対電
極の大きさより小さくしておくことが望ましい。なぜな
らば、両方のカーボン棒の径が同じならば、成長が両方
の電極で生じる確率が高くなり、均一な反応条件が得ら
れないからである。さらには、DCモードで放電させ消
費されるカーボン電極を陽極にし、カーボンナノチュー
ブを成長させるカーボン電極をこの陽極より太い陰極に
すると非常に安定したカーボンナノチューブ製造条件が
得られることがわかった。これは、カーボンナノチュー
ブの成長に陽イオンのカーボン種が大きく寄与している
ためと考えられる。
ルゴンを用いると効果的であるが、これらのガス以外に
もネオン、キセノン、クリプトン、ラドンなどのガスを
用いることもできる。
リウムとアルゴンの圧力を、20Torrから2500
Torrの範囲で変えて実験した。実験後、炭素棒に堆
積した炭素クラスターを回収し粉砕して透過電子顕微鏡
(TEM)で形状を観測してカーボンナノチューブの生
成量を調べた。20Torrではナノチューブは形成さ
れなかった。また、100Torrの圧力の時、ナノチ
ューブは回収物中に検出されたが収率は低かった。図1
に示すように500Torrから2500Torrの間
で60%ていどの平坦な収率領域を形成しそこでは回収
物はほとんどがチューブで、他のグラファイト関連物質
の量はごくわずかだった。得られたサンプルの質および
量は透過型電子顕微鏡(TEM)で調べた。収率の定義
は、カーボンロッドに堆積したカーボンをTEMで観測
した場合に得られる像より、カーボンナノチューブとア
モルファスあるいはグラファイト状のカーボン微粒子と
を区別して体積比として算出したものである。以下に詳
細に条件を変化させた実験の場合に得られる結果を実施
例として示す。
験した。図2は(a)100Torrおよび(b)50
0Torrの場合に得られる物質のTEM写真である。
写真中針状のものがナノチューブで、それ以外のものは
アモルファスあるいはグラファイト状のカーボン微粒子
である。針状の部分の電子線回折像をみると、前述の文
献(ネイチャー)に示したナノチューブ特有のパターン
が表われ、針状の部分がナノチューブであることを確認
した。以下の実施例でも針状の部分がナノチューブであ
ることを確認している。本実施例2では電流は交流(A
C)でアーク電圧は18Vであった。チューブの量がア
ルゴンの圧力の増加と共に目立って増加している事が明
かである。
囲気を使用して実験した。図3はそれぞれ(a)20T
orr、(b)100Torr、図4はそれぞれ(a)
500Torr、(b)2500Torrである。放電
条件はACモードでおこなった。圧力が500Torr
と2500Torrでカーボンナノチューブの量が著し
く増えていくことがわかる。
力で比較した。図5は、500Torrの圧力のもとで
のアルゴン雰囲気およびヘリウム雰囲気でおこなったD
Cモードの実験の結果である。炭素電極上に堆積生成す
るカーボン微粒子中のナノチューブの収率はACとDC
で同じであるが、堆積量がDCモードだと著しく多く、
結果として収量が増加する。またDCモードの方が放電
条件が安定するため均一なナノチューブが得やすい。
した。実験は10mmの電極カーボンに対して対電極カ
ーボンを(a)6mmおよび(b)3mmにした。片方
の電極が対電極に比較して小さい場合に、両方の電極が
同じ場合に比較して、回収した単位重量あたりの収率は
変わらなかったが、実施例4で述べたと同じようにカー
ボンロッド(この場合は、より太い10mmロッド)に
堆積生成して回収される実効的なカーボンナノチューブ
の量が(a)の場合に30%、(b)の場合に50%増
え、収量が増えることがわかる。
mmと3mmに設定し、さらに500Torrのヘリウ
ム雰囲気でDCモードで実験した。10mmの方を陰
極、3mmの方を陽極とした。その結果、収率はほぼ6
0%であったが、消費したカーボン量に対する、電極上
に堆積し回収されるカーボンナノチューブを大量に含む
カーボン微粒子回収量が向上した。つまり電極の太さが
等しいDCモードの実験あるいは電極の太さに差異のあ
るACモードの同様な実験に比べ、回収量は50%向上
した。
を高収率で作製することができ、ナノチューブを用いた
新素材作製という点で工業的有用性は極めて高い。
の収率の圧力による変化を示す図である。
示す透過電子顕微鏡写真で、製造条件はACモード、ア
ルゴン雰囲気で、圧力は(a)が100Torr、
(b)が500Torrである。
示す透過電子顕微鏡写真で、製造条件はACモード、ヘ
リウム雰囲気で、圧力は(a)、(b)でそれぞれ2
0、100Torrである。
示す透過電子顕微鏡写真で、製造条件はACモード、ヘ
リウム雰囲気で、圧力は(a)、(b)でそれぞれ50
0、2500Torrである。
示す透過電子顕微鏡写真で、製造条件は、DCモード、
圧力500Torrで、雰囲気は(a)がヘリウム、
(b)がアルゴンである。
Claims (5)
- 【請求項1】 アーク放電によりカーボンを蒸発させた
後凝縮させてカーボンナノチューブを炭素電極上に形成
させるに際し、アーク放電を200〜2500Torr
の圧力範囲の不活性ガス雰囲気で行うことを特徴とする
カーボンナノチューブの製造方法。 - 【請求項2】 不活性ガスとしてヘリウムガスまたはア
ルゴンガスを用いることを特徴とする請求項1記載のカ
ーボンナノチューブの製造方法。 - 【請求項3】 アーク放電をDCモードで行うことを特
徴とする請求項1または請求項2記載のカーボンナノチ
ューブの製造方法。 - 【請求項4】 アーク放電を大きさの異なる2つの電極
を用いて行うことを特徴とする請求項1または請求項2
または請求項3記載のカーボンナノチューブの製造方
法。 - 【請求項5】 アーク放電の陰電極に用いるカーボンの
径を陽電極に用いる電極の径より大きくすることを特徴
とする請求項3または請求項4記載のカーボンナノチュ
ーブの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4172242A JP2845675B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | カーボンナノチューブの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4172242A JP2845675B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | カーボンナノチューブの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06280116A JPH06280116A (ja) | 1994-10-04 |
JP2845675B2 true JP2845675B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=15938256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4172242A Expired - Lifetime JP2845675B2 (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | カーボンナノチューブの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2845675B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6641792B2 (en) | 2001-08-03 | 2003-11-04 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Hollow carbon fiber and production method |
US8449858B2 (en) | 2009-06-10 | 2013-05-28 | Carbon Solutions, Inc. | Continuous extraction technique for the purification of carbon nanomaterials |
US8454923B2 (en) | 2009-06-10 | 2013-06-04 | Carbon Solutions, Inc. | Continuous extraction technique for the purification of carbon nanomaterials |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2526408B2 (ja) * | 1994-01-28 | 1996-08-21 | 工業技術院長 | カ―ボンナノチュ―ブの連続製造方法及び装置 |
JP3183845B2 (ja) | 1997-03-21 | 2001-07-09 | 財団法人ファインセラミックスセンター | カーボンナノチューブ及びカーボンナノチューブ膜の製造方法 |
KR20000066907A (ko) * | 1999-04-21 | 2000-11-15 | 장진 | 탄소 나노튜브의 제조방법 |
EP1209714A3 (en) * | 2000-11-21 | 2005-09-28 | Futaba Corporation | Method for manufacturing nano-tube, nano-tube manufactured thereby, apparatus for manufacturing nano-tube, method for patterning nano-tube, nano-tube material patterned thereby, and electron emission source |
JP4724930B2 (ja) | 2001-03-01 | 2011-07-13 | ソニー株式会社 | 炭素質材料の製造方法及び製造装置 |
JP3998241B2 (ja) | 2002-10-18 | 2007-10-24 | キヤノン株式会社 | カーボンファイバーが固定された基体の製造方法 |
JP3913181B2 (ja) | 2003-02-06 | 2007-05-09 | 三菱重工業株式会社 | カーボンナノファイバの製造方法及び製造装置 |
JP3925459B2 (ja) * | 2003-05-07 | 2007-06-06 | 日立化成工業株式会社 | カーボンナノファイバ及びその製造方法 |
KR100784993B1 (ko) | 2006-02-14 | 2007-12-11 | 주식회사 엘지화학 | 강직한 랜덤 코일 및 이를 포함하는 조성물 |
JP4949794B2 (ja) * | 2006-10-05 | 2012-06-13 | 三菱重工業株式会社 | ナノカーボン材料製造用触媒の製造方法 |
JP5291707B2 (ja) | 2008-05-30 | 2013-09-18 | 三菱重工業株式会社 | ナノカーボン材料製造装置及び方法 |
JP5422625B2 (ja) * | 2011-09-28 | 2014-02-19 | 三菱重工業株式会社 | ナノカーボン材料の製造方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0621378B2 (ja) * | 1985-12-04 | 1994-03-23 | 昭和電工株式会社 | 炭素繊維の製造法 |
JPH0361373A (ja) * | 1989-07-31 | 1991-03-18 | Idemitsu Petrochem Co Ltd | 無機材料の合成方法及びその装置 |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP4172242A patent/JP2845675B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
NATURE,Vol.354,NOVEMBER(1991)p.56−58 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6641792B2 (en) | 2001-08-03 | 2003-11-04 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Hollow carbon fiber and production method |
US7273652B2 (en) | 2001-08-03 | 2007-09-25 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Hollow carbon fiber and production method |
US8449858B2 (en) | 2009-06-10 | 2013-05-28 | Carbon Solutions, Inc. | Continuous extraction technique for the purification of carbon nanomaterials |
US8454923B2 (en) | 2009-06-10 | 2013-06-04 | Carbon Solutions, Inc. | Continuous extraction technique for the purification of carbon nanomaterials |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06280116A (ja) | 1994-10-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2845675B2 (ja) | カーボンナノチューブの製造方法 | |
JP2541434B2 (ja) | カ―ボンナノチュ―ブの製造方法 | |
JP3049019B2 (ja) | 単層カーボンナノチューブの皮膜を形成する方法及びその方法により皮膜を形成された単層カーボンナノチューブ | |
Zhao et al. | Preparation of high-grade carbon nanotubes by hydrogen arc discharge | |
Choi et al. | Controlling the diameter, growth rate, and density of vertically aligned carbon nanotubes synthesized by microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition | |
Ando et al. | Preparation of carbon nanotubes by arc-discharge evaporation | |
Huczko | Synthesis of aligned carbon nanotubes | |
US20020031465A1 (en) | Production of carbon nanotube | |
Han et al. | Growth and microstructure of Ga2O3 nanorods | |
JP2526782B2 (ja) | 炭素繊維とその製造方法 | |
EP2431325A1 (en) | Carbon nanotubes and process for producing same | |
JP2000095509A (ja) | カ―ボンナノチュ―ブの製造方法および製造用触媒 | |
US5510098A (en) | CVD method of producing and doping fullerenes | |
Shimotani et al. | New synthesis of multi-walled carbon nanotubes using an arc discharge technique under organic molecular atmospheres | |
JP3657574B2 (ja) | カーボンナノワイヤの製造法 | |
KR100935867B1 (ko) | 예단 다층 카본나노튜브 방사상 집합체의 제조방법 | |
Harbec et al. | Carbon nanotubes from the dissociation of C2Cl4 using a dc thermal plasma torch | |
RU2681630C1 (ru) | Дуговой способ получения графена | |
JPH0761803A (ja) | フラーレン及びカーボンナノチューブの合成方法 | |
Golovko et al. | Submicron patterning of Co colloid catalyst for growth of vertically aligned carbon nanotubes | |
Makita et al. | Synthesis of single wall carbon nanotubes by using arc discharge technique in nitrogen atmosphere | |
JP3950042B2 (ja) | カーボンナノチューブの製造方法 | |
US10822236B2 (en) | Method of manufacturing carbon nanotubes using electric arc discharge | |
JPH11263610A (ja) | カーボンナノチューブの製造方法 | |
Yokomichi et al. | Room temperature synthesis of nano-carbons using an electrochemical technique of organic solution |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19951003 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071030 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081030 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091030 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091030 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101030 Year of fee payment: 12 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111030 Year of fee payment: 13 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121030 Year of fee payment: 14 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121030 Year of fee payment: 14 |