JP3432447B2 - カーボン繊維とその保持体からなる構造物の製造方法 - Google Patents
カーボン繊維とその保持体からなる構造物の製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水素吸蔵材料等、各
種用途が期待されるカーボン繊維とその保持体からなる
構造物及びその製造方法に関するものである。
種用途が期待されるカーボン繊維とその保持体からなる
構造物及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】触媒を用いた気相成長等による微細なカ
ーボン繊維は種々の用途が期待されている。例えば、Ro
driguz等によって発表されたグラファイト・ナノファイ
バー（GNF）は、従来の水素吸蔵合金と比較して極めて
高い水素吸収能・放出能を有する(J.Phys.Chem.B,102(1
998)4253.)。GNFはナノメーターオーダーの金属触媒粒
子にC2H4などの原料ガスを供給することにより、触媒粒
子と同等寸法のナノメーターオーダーの直径を有する繊
維として合成される。
ーボン繊維は種々の用途が期待されている。例えば、Ro
driguz等によって発表されたグラファイト・ナノファイ
バー（GNF）は、従来の水素吸蔵合金と比較して極めて
高い水素吸収能・放出能を有する(J.Phys.Chem.B,102(1
998)4253.)。GNFはナノメーターオーダーの金属触媒粒
子にC2H4などの原料ガスを供給することにより、触媒粒
子と同等寸法のナノメーターオーダーの直径を有する繊
維として合成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなカ
ーボン繊維は非常に微細なため、嵩が大きく空間充填率
が低いという問題があった。本発明は触媒粒子を高密度
に配置し、さらにカーボン繊維の成長する空間を制御す
ることにより、カーボン繊維が高密度に存在する構造体
を得ることを目的とする。
ーボン繊維は非常に微細なため、嵩が大きく空間充填率
が低いという問題があった。本発明は触媒粒子を高密度
に配置し、さらにカーボン繊維の成長する空間を制御す
ることにより、カーボン繊維が高密度に存在する構造体
を得ることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のカーボン繊維と
その保持体からなる構造物の製造方法は、Ｓｉ、Ｆｅお
よび酸素を含むアモルファス体を空気中もしくは酸素を
含む雰囲気中で、５００〜８００℃の温度で酸化し、シ
リカと鉄の酸化物２相に分解する工程と、前記鉄の酸化
物を還元したＦｅ金属を触媒として炭化水素ガスを用い
た気相成長によりカーボン繊維を形成する工程とを具備
することを特徴とするものである。 また、本発明のカー
ボン繊維とその保持体からなる構造物の製造方法は、Ｓ
ｉ、Ｆｅおよび酸素を含むアモルファス体を空気中もし
くは酸素を含む雰囲気中で、５００〜８００℃の温度で
酸化し、シリカと鉄の酸化物２相に分解する工程と、前
記鉄の酸化物を一部除去して細孔を形成する工程と、前
記細孔内に残存する鉄の酸化物を還元したＦｅ金属を触
媒として炭化水素ガスを用いた気相成長によりカーボン
繊維を形成する工程とを具備することを特徴とするもの
である。
その保持体からなる構造物の製造方法は、Ｓｉ、Ｆｅお
よび酸素を含むアモルファス体を空気中もしくは酸素を
含む雰囲気中で、５００〜８００℃の温度で酸化し、シ
リカと鉄の酸化物２相に分解する工程と、前記鉄の酸化
物を還元したＦｅ金属を触媒として炭化水素ガスを用い
た気相成長によりカーボン繊維を形成する工程とを具備
することを特徴とするものである。 また、本発明のカー
ボン繊維とその保持体からなる構造物の製造方法は、Ｓ
ｉ、Ｆｅおよび酸素を含むアモルファス体を空気中もし
くは酸素を含む雰囲気中で、５００〜８００℃の温度で
酸化し、シリカと鉄の酸化物２相に分解する工程と、前
記鉄の酸化物を一部除去して細孔を形成する工程と、前
記細孔内に残存する鉄の酸化物を還元したＦｅ金属を触
媒として炭化水素ガスを用いた気相成長によりカーボン
繊維を形成する工程とを具備することを特徴とするもの
である。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施するための形
態について説明する。
態について説明する。
【０００６】本発明は、天然鉱物のFayalite（Fe2Si
O4）が600゜C程度の酸化雰囲気でMagnetite（Fe3O4）とS
ilica（SiO2）に分解すること（S. Kondoh他、Am. Mine
ralogist, 70, 737-746 (1985)）や、Fe、Siと酸素を含
むアモルファス体がやはり鉄の酸化物（Hematite（Fe2O
3）など）とSiO2に分解することを利用するものであ
る。２相複合体中の鉄酸化物の形態は、島状や表面に垂
直な線状などに制御することができ、数nm〜数10nmとい
った微細な大きさで、密に配置することができる。分解
させるものはFayaliteでも、Fe、Siと酸素を含むアモル
ファス体でもよいが、均質性や制御性の点から、アモル
ファス体の方が望ましい。この分解によって生じた２相
からなる複合体を水素気流中で加熱すると、鉄の酸化物
のみが還元されて、微細な金属FeがSiO2の中に多数分布
したものが得られる。このFeを触媒として、500〜700゜C
程度で、炭化水素ガスと反応させるとFeの微細粒子の部
分から微細なカーボン繊維が成長する。カーボン繊維の
径は触媒粒子の粒径によって決まるので、本発明のよう
な複合体を用いてカーボン繊維を作製すると、微細な繊
維が密に配置した形態の構造を得ることができる。
O4）が600゜C程度の酸化雰囲気でMagnetite（Fe3O4）とS
ilica（SiO2）に分解すること（S. Kondoh他、Am. Mine
ralogist, 70, 737-746 (1985)）や、Fe、Siと酸素を含
むアモルファス体がやはり鉄の酸化物（Hematite（Fe2O
3）など）とSiO2に分解することを利用するものであ
る。２相複合体中の鉄酸化物の形態は、島状や表面に垂
直な線状などに制御することができ、数nm〜数10nmとい
った微細な大きさで、密に配置することができる。分解
させるものはFayaliteでも、Fe、Siと酸素を含むアモル
ファス体でもよいが、均質性や制御性の点から、アモル
ファス体の方が望ましい。この分解によって生じた２相
からなる複合体を水素気流中で加熱すると、鉄の酸化物
のみが還元されて、微細な金属FeがSiO2の中に多数分布
したものが得られる。このFeを触媒として、500〜700゜C
程度で、炭化水素ガスと反応させるとFeの微細粒子の部
分から微細なカーボン繊維が成長する。カーボン繊維の
径は触媒粒子の粒径によって決まるので、本発明のよう
な複合体を用いてカーボン繊維を作製すると、微細な繊
維が密に配置した形態の構造を得ることができる。
【０００７】次に、上記した分解反応を利用した技術と
して、Fe3O4が表面に垂直な線状に析出させ、この鉄の
酸化物部分のみを酸などで溶かして抽出し、ナノメータ
ーオーダーの細孔が一次元に並んだメソポーラス膜を作
製する技術が開発された（平野眞一、第２回シナジーセ
ラミックスシンポジウム予稿集、1998年2月16日〜17
日、ファインセラミックス技術研究組合、東京、pp53-5
8）。そこで、本発明では、この技術をさらに発展さ
せ、微細なカーボン繊維を、その成長空間を制限して、
形成する技術を開発した。すなわち、一次元に並んだ鉄
の酸化物部分のみを酸などで溶かして抽出するが、これ
によって形成される細孔の底部に鉄の酸化物を一部残存
させる。これを、上記と同様に水素で還元して、細孔底
部に触媒となる金属Feを形成し、炭化水素と反応させて
カーボン繊維を成長させる。カーボン繊維は、予め形成
された細孔に沿って成長することになるので、一次元に
規則的に、かつ高密度に配置されたカーボン繊維を得る
ことができる。
して、Fe3O4が表面に垂直な線状に析出させ、この鉄の
酸化物部分のみを酸などで溶かして抽出し、ナノメータ
ーオーダーの細孔が一次元に並んだメソポーラス膜を作
製する技術が開発された（平野眞一、第２回シナジーセ
ラミックスシンポジウム予稿集、1998年2月16日〜17
日、ファインセラミックス技術研究組合、東京、pp53-5
8）。そこで、本発明では、この技術をさらに発展さ
せ、微細なカーボン繊維を、その成長空間を制限して、
形成する技術を開発した。すなわち、一次元に並んだ鉄
の酸化物部分のみを酸などで溶かして抽出するが、これ
によって形成される細孔の底部に鉄の酸化物を一部残存
させる。これを、上記と同様に水素で還元して、細孔底
部に触媒となる金属Feを形成し、炭化水素と反応させて
カーボン繊維を成長させる。カーボン繊維は、予め形成
された細孔に沿って成長することになるので、一次元に
規則的に、かつ高密度に配置されたカーボン繊維を得る
ことができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。
する。
【０００９】実施例１
酸化鉄（FeO）とSiO2の混合粉末をターゲットとして、
基板上にFe-Si-O系のアモルファス膜を形成した。FeOと
SiO2の混合比はFeOが70％（体積分率）とした。基板は
膜に影響しないものであれば何でもよいが、今回はガラ
ス基板とした。得られたアモルファス膜を空気中800゜C
の条件で１時間加熱処理した。この処理により分解が起
こり、ナノメータオーダーの微細な鉄酸化物がSiO2中に
分散した。
基板上にFe-Si-O系のアモルファス膜を形成した。FeOと
SiO2の混合比はFeOが70％（体積分率）とした。基板は
膜に影響しないものであれば何でもよいが、今回はガラ
ス基板とした。得られたアモルファス膜を空気中800゜C
の条件で１時間加熱処理した。この処理により分解が起
こり、ナノメータオーダーの微細な鉄酸化物がSiO2中に
分散した。
【００１０】次に、この複合膜を600゜Cで、水素還元し
表面に鉄の微細粒子が多数分散した膜とした。さらに、
これを600゜Cで、エチレンと水素の混合ガス（エチレン2
5％）と20分間反応させ、微細なカーボン繊維を成長さ
せた。
表面に鉄の微細粒子が多数分散した膜とした。さらに、
これを600゜Cで、エチレンと水素の混合ガス（エチレン2
5％）と20分間反応させ、微細なカーボン繊維を成長さ
せた。
【００１１】以上の過程を図１に示した。
【００１２】実施例２
酸化鉄（FeO）とSiO2の混合粉末をターゲットとして、
ガラス基板上にFe-Si-O系のアモルファス膜を形成し
た。FeOとSiO2の混合比はFeOが60％（体積分率）とし
た。得られたアモルファス膜を空気中600゜Cの条件で１
時間加熱処理した。この処理により分解が起こり、ナノ
メータオーダーの微細な線状の鉄酸化物が膜に垂直にSi
O2中に分散した構造となった。
ガラス基板上にFe-Si-O系のアモルファス膜を形成し
た。FeOとSiO2の混合比はFeOが60％（体積分率）とし
た。得られたアモルファス膜を空気中600゜Cの条件で１
時間加熱処理した。この処理により分解が起こり、ナノ
メータオーダーの微細な線状の鉄酸化物が膜に垂直にSi
O2中に分散した構造となった。
【００１３】次に、この膜を、塩酸に浸漬して、鉄の酸
化物を抽出して、ナノメーターオーダーの細孔を形成す
るが、そのときに完全に抽出せず、一部が細孔の底部に
残るようにした。
化物を抽出して、ナノメーターオーダーの細孔を形成す
るが、そのときに完全に抽出せず、一部が細孔の底部に
残るようにした。
【００１４】こののちに、この複合膜を500゜Cで水素還
元し、密に存在するナノメーターオーダーの細孔の底部
に鉄の微細粒子が存在する膜とした。さらに、これを60
0゜Cで、エチレンと水素の混合ガス（エチレン20％）と2
0分間反応させ、微細なカーボン繊維を成長させた。
元し、密に存在するナノメーターオーダーの細孔の底部
に鉄の微細粒子が存在する膜とした。さらに、これを60
0゜Cで、エチレンと水素の混合ガス（エチレン20％）と2
0分間反応させ、微細なカーボン繊維を成長させた。
【００１５】以上の過程を図２に示した。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明を用いるこ
とにより、カーボン繊維が高密度に存在する構造体を得
ることができる。
とにより、カーボン繊維が高密度に存在する構造体を得
ることができる。
【図１】本発明の実施例１カーボン繊維とその保持体か
らなる構造物とその製造方法を示す模式図である。
らなる構造物とその製造方法を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例２におけるカーボン繊維とその
保持体からなる構造物とその製造方法模式図である。
保持体からなる構造物とその製造方法模式図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 Ｗ．Ｚ．Ｌｉ 他７名，Ｌａｒｇｅ−
Ｓｃａｌｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ
Ａｌｉｎｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎ
ｏｔｕｂｅｓ，ＳＣＩＥＮＣＥ，米国,
1996年12月 ６日，ＶＯＬ．274，1701
−1703
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
D01F 9/127
C01B 31/02 101
Claims (2)
- 【請求項１】Ｓｉ、Ｆｅおよび酸素を含むアモルファス
体を空気中もしくは酸素を含む雰囲気中で、５００〜８
００℃の温度で酸化し、シリカと鉄の酸化物２相に分解
する工程と、前記鉄の酸化物を還元したＦｅ金属を触媒
として炭化水素ガスを用いた気相成長によりカーボン繊
維を形成する工程とを具備することを特徴とするカーボ
ン繊維とその保持体からなる構造物の製造方法。 - 【請求項２】Ｓｉ、Ｆｅおよび酸素を含むアモルファス
体を空気中もしくは酸素を含む雰囲気中で、５００〜８
００℃の温度で酸化し、シリカと鉄の酸化物２相に分解
する工程と、前記鉄の酸化物を一部除去して細孔を形成
する工程と、前記細孔内に残存する鉄の酸化物を還元し
たＦｅ金属を触媒として炭化水素ガスを用いた気相成長
によりカーボン繊維を形成する工程とを具備することを
特徴とするカーボン繊維とその保持体からなる構造物の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09336599A JP3432447B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | カーボン繊維とその保持体からなる構造物の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09336599A JP3432447B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | カーボン繊維とその保持体からなる構造物の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000282334A JP2000282334A (ja) | 2000-10-10 |
| JP3432447B2 true JP3432447B2 (ja) | 2003-08-04 |
Family
ID=14080275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09336599A Expired - Fee Related JP3432447B2 (ja) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | カーボン繊維とその保持体からなる構造物の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3432447B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4330917B2 (ja) * | 2002-04-17 | 2009-09-16 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | 気相成長炭素繊維の製造方法 |
| JP3883928B2 (ja) * | 2002-08-05 | 2007-02-21 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | 気相成長炭素繊維の製造方法 |
| JP4639798B2 (ja) * | 2004-12-27 | 2011-02-23 | 三菱化学株式会社 | 気相成長法炭素繊維製造用触媒および炭素繊維の製造方法 |
| JP4778381B2 (ja) * | 2006-05-02 | 2011-09-21 | 日本放送協会 | 冷陰極素子及びその製造方法 |
| JP5169589B2 (ja) * | 2008-07-31 | 2013-03-27 | 株式会社デンソー | 接着用シート、及びその製造方法 |
| JP5500850B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2014-05-21 | 日立造船株式会社 | カーボンナノチューブの製造方法 |
-
1999
- 1999-03-31 JP JP09336599A patent/JP3432447B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｗ．Ｚ．Ｌｉ 他７名，Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ａｌｉｎｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ＳＣＩＥＮＣＥ，米国，１９９６年１２月 ６日，ＶＯＬ．２７４，１７０１−１７０３ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000282334A (ja) | 2000-10-10 |
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