JP3434926B2 - 巨大フラーレンの製造方法 - Google Patents
巨大フラーレンの製造方法Info
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Description
【０００１】本発明は、新規な巨大フラーレンの製造方
法に関する。
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｃ60に代表されるフラーレンは、分子間
力によって結合しており、高い対称性を持ったサッカー
ボール型の分子である。分子中の全てのカーボン原子は
等価であって、互いに共有結合しており、非常に安定な
結晶体である。Ｃ60等のフラーレンは、結晶構造的には
fcc構造をとると見なすことができ、塑性変形能や加工
硬化性等の金属的な力学特性を示すことから、新しい炭
素系材料として各種用途への応用が期待されている。ま
た、フラーレン自体の特性に基いて、超伝導材料、触
媒、非線形光学材料等としての応用も研究されている。
力によって結合しており、高い対称性を持ったサッカー
ボール型の分子である。分子中の全てのカーボン原子は
等価であって、互いに共有結合しており、非常に安定な
結晶体である。Ｃ60等のフラーレンは、結晶構造的には
fcc構造をとると見なすことができ、塑性変形能や加工
硬化性等の金属的な力学特性を示すことから、新しい炭
素系材料として各種用途への応用が期待されている。ま
た、フラーレン自体の特性に基いて、超伝導材料、触
媒、非線形光学材料等としての応用も研究されている。
【０００３】従来、Ｃ60等のフラーレンは、炭素棒や粒
状炭素を電極としたアーク放電法や紫外レーザをグラフ
ァイト表面に照射するレーザアブレーション法等によっ
て作製されている。フラーレンはスス中に混在した状態
で生成されるため、フィルタやベンゼン等を用いた捕集
装置により抽出して使用されている。
状炭素を電極としたアーク放電法や紫外レーザをグラフ
ァイト表面に照射するレーザアブレーション法等によっ
て作製されている。フラーレンはスス中に混在した状態
で生成されるため、フィルタやベンゼン等を用いた捕集
装置により抽出して使用されている。
【０００４】上述したアーク放電時に陰極側に堆積した
物質中には、カーボンナノカプセルやカーボンナノチュ
ーブと呼ばれる高次フラーレン（巨大フラーレン）が含
まれており、陰極側の堆積物を粉砕した後にエタノール
等の有機溶媒を用いて精製することにより、上述したカ
ーボンナノカプセルやカーボンナノチューブが得られて
いる。カーボンナノカプセルやカーボンナノチューブ
は、いずれも中空形状を有すると共に、例えば潤滑性や
耐候性等に優れることから、それらの中空部内に他の金
属原子や微細結晶等を閉じ込めることによって、新物質
の合成や新機能の探索等が行われている。
物質中には、カーボンナノカプセルやカーボンナノチュ
ーブと呼ばれる高次フラーレン（巨大フラーレン）が含
まれており、陰極側の堆積物を粉砕した後にエタノール
等の有機溶媒を用いて精製することにより、上述したカ
ーボンナノカプセルやカーボンナノチューブが得られて
いる。カーボンナノカプセルやカーボンナノチューブ
は、いずれも中空形状を有すると共に、例えば潤滑性や
耐候性等に優れることから、それらの中空部内に他の金
属原子や微細結晶等を閉じ込めることによって、新物質
の合成や新機能の探索等が行われている。
【０００５】しかし、従来のカーボンナノカプセルやカ
ーボンナノチューブは、上述したように、アーク放電法
によりＣ60等を作製する際に陰極側に副次的に生成され
る堆積物中に含まれるものであるため、黒鉛状物質やア
モルファスカーボン等の不純物との分離自体が困難であ
り、また分離した後においても形状や物性の制御、さら
には上述した他の金属原子等との合成（内包）制御等を
容易に行うことができないという難点を有している。
ーボンナノチューブは、上述したように、アーク放電法
によりＣ60等を作製する際に陰極側に副次的に生成され
る堆積物中に含まれるものであるため、黒鉛状物質やア
モルファスカーボン等の不純物との分離自体が困難であ
り、また分離した後においても形状や物性の制御、さら
には上述した他の金属原子等との合成（内包）制御等を
容易に行うことができないという難点を有している。
【０００６】また、巨大フラーレンの一種として、Ｃ60
等からなるコアの外殻にさらに大きな分子量を持つフラ
ーレンが同心円状に重なりあった、たまねぎ状グラファ
イトと呼ばれる物質も発見されている。しかし、現状で
は存在が確認された程度であって、その形状や物性等の
制御は行われておらず、さらにはその再現性のある製造
方法についても十分には確認されていない。
等からなるコアの外殻にさらに大きな分子量を持つフラ
ーレンが同心円状に重なりあった、たまねぎ状グラファ
イトと呼ばれる物質も発見されている。しかし、現状で
は存在が確認された程度であって、その形状や物性等の
制御は行われておらず、さらにはその再現性のある製造
方法についても十分には確認されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、フラ
ーレンに関する研究は各所で行われているものの、フラ
ーレンの物性制御や製造方法等を十分に開発するまでに
は至っていない。例えば、巨大フラーレンに関しては、
現状では精製法や製造法の開発自体も十分とは言えず、
従って形状や物性等の操作や制御に関する研究等を十分
に行えるほど、制御性の高い条件下で再現性よく巨大フ
ラーレンを得るまでには至っていない。
ーレンに関する研究は各所で行われているものの、フラ
ーレンの物性制御や製造方法等を十分に開発するまでに
は至っていない。例えば、巨大フラーレンに関しては、
現状では精製法や製造法の開発自体も十分とは言えず、
従って形状や物性等の操作や制御に関する研究等を十分
に行えるほど、制御性の高い条件下で再現性よく巨大フ
ラーレンを得るまでには至っていない。
【０００８】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、各種操作や制御が可能な状態の下で
再現性よく巨大フラーレンを得ることを可能にした巨大
フラーレンの製造方法を提供することを目的としてい
る。
になされたもので、各種操作や制御が可能な状態の下で
再現性よく巨大フラーレンを得ることを可能にした巨大
フラーレンの製造方法を提供することを目的としてい
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の第１の巨
大フラーレンの製造方法は、非晶質炭素膜上に活性なＡ
ｌ超微粒子を配置する工程と、真空雰囲気中にて前記非
晶質炭素膜に前記活性なＡｌ超微粒子と共に電子線を照
射し、前記電子線の照射部の炭素原子を再配列させるこ
とにより、閉殻構造の層状カーボン組織を有する巨大フ
ラーレンを生成する工程とを具備することを特徴として
いる。
大フラーレンの製造方法は、非晶質炭素膜上に活性なＡ
ｌ超微粒子を配置する工程と、真空雰囲気中にて前記非
晶質炭素膜に前記活性なＡｌ超微粒子と共に電子線を照
射し、前記電子線の照射部の炭素原子を再配列させるこ
とにより、閉殻構造の層状カーボン組織を有する巨大フ
ラーレンを生成する工程とを具備することを特徴として
いる。
【００１０】また、本発明の第２の巨大フラーレンの製
造方法は、非晶質炭素膜上にθ−Ａｌ 2 Ｏ 3 粒子からなる
準安定金属酸化物粒子を配置する工程と、前記準安定金
属酸化物粒子に真空雰囲気中にて電子線を照射して、前
記準安定金属酸化物粒子の表層に存在する炭素源から炭
素原子を供給することにより、閉殻構造の層状カーボン
組織を有する巨大フラーレンを作製する工程とを具備す
ることを特徴としている。
造方法は、非晶質炭素膜上にθ−Ａｌ 2 Ｏ 3 粒子からなる
準安定金属酸化物粒子を配置する工程と、前記準安定金
属酸化物粒子に真空雰囲気中にて電子線を照射して、前
記準安定金属酸化物粒子の表層に存在する炭素源から炭
素原子を供給することにより、閉殻構造の層状カーボン
組織を有する巨大フラーレンを作製する工程とを具備す
ることを特徴としている。
【００１１】すなわち本発明は、超微粒子状の純Ａｌの
ような活性な金属の存在下で非晶質炭素に電子線（高エ
ネルギー線）を照射することによって、あるいは非晶質
炭素膜上に配置された準安定金属酸化物粒子（θ−Ａｌ
2 Ｏ 3 粒子）に電子線を照射することによって、特別な温
度制御を必要としない室温ステージ上で巨大フラーレン
が生成し得ること、および得られる巨大フラーレンは制
御性に優れること等を見出したことに基くものである。
ような活性な金属の存在下で非晶質炭素に電子線（高エ
ネルギー線）を照射することによって、あるいは非晶質
炭素膜上に配置された準安定金属酸化物粒子（θ−Ａｌ
2 Ｏ 3 粒子）に電子線を照射することによって、特別な温
度制御を必要としない室温ステージ上で巨大フラーレン
が生成し得ること、および得られる巨大フラーレンは制
御性に優れること等を見出したことに基くものである。
【００１２】本発明の第１の巨大フラーレンの製造方法
は、活性なＡｌ超微粒子の存在下で、具体的には活性な
Ａｌ超微粒子が上部に存在している非晶質炭素に電子線
を照射することにより巨大フラーレンを生成する方法で
ある。上記非晶質炭素としてはｉ−カーボン等が例示さ
れる。また、上記活性なＡｌ超微粒子としては、表面酸
化膜等を有しない純Ａｌの超微粒子が挙げられる。上記
Ａｌ超微粒子の直径は5〜100nm程度であることが好まし
い。Ａｌ超微粒子の直径が100nmを超えると、下層の非
晶質炭素を十分に活性化できないおそれがある。なお、
直径5nm未満のＡｌ超微粒子は作製自体が困難である。
上記Ａｌ超微粒子のより好ましい直径は5〜20nmであ
る。このようなＡｌ超微粒子の作製方法は、特に限定さ
れるものではないが、本発明の第２の製造方法における
巨大フラーレンの作製時に副次的に生成するＡｌ超微粒
子を利用することができる。この点については後に詳述
する。
は、活性なＡｌ超微粒子の存在下で、具体的には活性な
Ａｌ超微粒子が上部に存在している非晶質炭素に電子線
を照射することにより巨大フラーレンを生成する方法で
ある。上記非晶質炭素としてはｉ−カーボン等が例示さ
れる。また、上記活性なＡｌ超微粒子としては、表面酸
化膜等を有しない純Ａｌの超微粒子が挙げられる。上記
Ａｌ超微粒子の直径は5〜100nm程度であることが好まし
い。Ａｌ超微粒子の直径が100nmを超えると、下層の非
晶質炭素を十分に活性化できないおそれがある。なお、
直径5nm未満のＡｌ超微粒子は作製自体が困難である。
上記Ａｌ超微粒子のより好ましい直径は5〜20nmであ
る。このようなＡｌ超微粒子の作製方法は、特に限定さ
れるものではないが、本発明の第２の製造方法における
巨大フラーレンの作製時に副次的に生成するＡｌ超微粒
子を利用することができる。この点については後に詳述
する。
【００１３】上述したような条件下で、活性なＡｌ超微
粒子と共に非晶質炭素に電子線を照射すると、活性なＡ
ｌ超微粒子の下層に存在する非晶質炭素の原子配列が変
化して、活性なＡｌ超微粒子の下部およびその周囲に巨
大フラーレンが誘起する。誘起される巨大フラーレンは
閉殻構造の層状カーボン組織を有するものである。
粒子と共に非晶質炭素に電子線を照射すると、活性なＡ
ｌ超微粒子の下層に存在する非晶質炭素の原子配列が変
化して、活性なＡｌ超微粒子の下部およびその周囲に巨
大フラーレンが誘起する。誘起される巨大フラーレンは
閉殻構造の層状カーボン組織を有するものである。
【００１４】第１の巨大フラーレンを作製する際に照射
する電子線としては、強度が1×1019e/cm2・sec（2A/c
m2）以上の電子線が好ましい。照射する電子線の強度が
1×1019e/cm2・sec未満であると、巨大フラーレンを生成
し得るほどに非晶質炭素を活性化できないおそれがあ
る。言い換えると、1×1019e/cm2・sec以上の強度を有す
る電子線は、Ａｌ超微粒子および非晶質炭素の局所加熱
効果と原子変位誘起（knock-on）効果等をもたらし、こ
れらによって巨大フラーレンの生成が可能となる。ま
た、電子線の照射は10-5Pa以下の真空雰囲気中で行うこ
とが好ましい。電子線照射時の真空雰囲気が10-5Paを超
えると、残留ガス原子の吸着等で巨大フラーレンの生成
が阻害されるおそれがある。
する電子線としては、強度が1×1019e/cm2・sec（2A/c
m2）以上の電子線が好ましい。照射する電子線の強度が
1×1019e/cm2・sec未満であると、巨大フラーレンを生成
し得るほどに非晶質炭素を活性化できないおそれがあ
る。言い換えると、1×1019e/cm2・sec以上の強度を有す
る電子線は、Ａｌ超微粒子および非晶質炭素の局所加熱
効果と原子変位誘起（knock-on）効果等をもたらし、こ
れらによって巨大フラーレンの生成が可能となる。ま
た、電子線の照射は10-5Pa以下の真空雰囲気中で行うこ
とが好ましい。電子線照射時の真空雰囲気が10-5Paを超
えると、残留ガス原子の吸着等で巨大フラーレンの生成
が阻害されるおそれがある。
【００１５】上述したような第１の巨大フラーレンの製
造方法によれば、電子線の照射部に選択的にかつ独立し
た状態で巨大フラーレンを作製することができ、さらに
続けて電子線を容易に照射することが可能であるため、
巨大フラーレンの形状や物性等の操作や制御の開発に大
きく寄与するものである。また、本発明の第１の巨大フ
ラーレンの製造方法は、室温ステージ上で巨大フラーレ
ンの生成が可能であって、一般に制御された加熱条件下
で電子線を照射することは困難であるため、その意義は
大きい。
造方法によれば、電子線の照射部に選択的にかつ独立し
た状態で巨大フラーレンを作製することができ、さらに
続けて電子線を容易に照射することが可能であるため、
巨大フラーレンの形状や物性等の操作や制御の開発に大
きく寄与するものである。また、本発明の第１の巨大フ
ラーレンの製造方法は、室温ステージ上で巨大フラーレ
ンの生成が可能であって、一般に制御された加熱条件下
で電子線を照射することは困難であるため、その意義は
大きい。
【００１６】本発明の第２の巨大フラーレンの製造方法
は、非晶質炭素膜上に配置された準安定金属酸化物粒子
（θ−Ａｌ 2 Ｏ 3 粒子）に真空雰囲気中にて電子線を照射
することにより巨大フラーレンを生成する方法である。
上記非晶質炭素としてはｉ−カーボン等が例示される。
また、上記準安定金属酸化物粒子としては、Ａｌ2Ｏ3の
準安定相であるθ−Ａｌ2Ｏ3粒子が用いられる。θ−Ａ
ｌ 2 Ｏ 3 粒子の粒径は特に限定されるものではないが、例
えば50〜200nm程度の粒径を有することが好ましい。
は、非晶質炭素膜上に配置された準安定金属酸化物粒子
（θ−Ａｌ 2 Ｏ 3 粒子）に真空雰囲気中にて電子線を照射
することにより巨大フラーレンを生成する方法である。
上記非晶質炭素としてはｉ−カーボン等が例示される。
また、上記準安定金属酸化物粒子としては、Ａｌ2Ｏ3の
準安定相であるθ−Ａｌ2Ｏ3粒子が用いられる。θ−Ａ
ｌ 2 Ｏ 3 粒子の粒径は特に限定されるものではないが、例
えば50〜200nm程度の粒径を有することが好ましい。
【００１７】上述したような準安定金属酸化物粒子に電
子線を照射すると、準安定金属酸化物粒子の表層に存在
する吸着原子や不純物炭素等の炭素源から炭素原子が構
成原子として供給されて、準安定金属酸化物粒子の周囲
等に巨大フラーレンが生成する。この生成する巨大フラ
ーレンは閉殻構造の層状カーボン組織を有するものであ
る。
子線を照射すると、準安定金属酸化物粒子の表層に存在
する吸着原子や不純物炭素等の炭素源から炭素原子が構
成原子として供給されて、準安定金属酸化物粒子の周囲
等に巨大フラーレンが生成する。この生成する巨大フラ
ーレンは閉殻構造の層状カーボン組織を有するものであ
る。
【００１８】第２の巨大フラーレンの製造方法で照射す
る電子線は、1×1019e/cm2・sec（2A/cm2）以上の強度を
有するものが好適である。照射する電子線の強度が1×1
019e/cm2・sec未満であると、巨大フラーレンを生成し得
るほどに準安定金属酸化物粒子を活性化できないおそれ
がある。言い換えると、1×1019e/cm2・sec以上の強度を
有する電子線は、準安定金属酸化物粒子の局所加熱効果
と原子変位誘起（knock-on）効果等をもたらし、これら
によって巨大フラーレンの生成を可能にする。また、電
子線の照射は10-5Pa以下の真空雰囲気中で行うことが好
ましい。電子線照射時の真空雰囲気が10-5Paを超える
と、残留ガス原子の影響で周囲への巨大フラーレン生成
が起こりにくくなるおそれがある。
る電子線は、1×1019e/cm2・sec（2A/cm2）以上の強度を
有するものが好適である。照射する電子線の強度が1×1
019e/cm2・sec未満であると、巨大フラーレンを生成し得
るほどに準安定金属酸化物粒子を活性化できないおそれ
がある。言い換えると、1×1019e/cm2・sec以上の強度を
有する電子線は、準安定金属酸化物粒子の局所加熱効果
と原子変位誘起（knock-on）効果等をもたらし、これら
によって巨大フラーレンの生成を可能にする。また、電
子線の照射は10-5Pa以下の真空雰囲気中で行うことが好
ましい。電子線照射時の真空雰囲気が10-5Paを超える
と、残留ガス原子の影響で周囲への巨大フラーレン生成
が起こりにくくなるおそれがある。
【００１９】なお、上記θ−Ａｌ2Ｏ3粒子への電子線照
射により巨大フラーレンを作製する場合、副次的にＡｌ
2Ｏ3の安定相であるα−Ａｌ2Ｏ3超微粒子やＡｌ2Ｏ3の
構成金属であるＡｌ超微粒子が生成する。このＡｌ超微
粒子は、直径が5〜20nm程度の表面酸化物を有しない純
金属超微粒子であって、単体として分離することができ
るため、上述した第１の巨大フラーレンの作製時に活性
なＡｌ超微粒子として使用できる。
射により巨大フラーレンを作製する場合、副次的にＡｌ
2Ｏ3の安定相であるα−Ａｌ2Ｏ3超微粒子やＡｌ2Ｏ3の
構成金属であるＡｌ超微粒子が生成する。このＡｌ超微
粒子は、直径が5〜20nm程度の表面酸化物を有しない純
金属超微粒子であって、単体として分離することができ
るため、上述した第１の巨大フラーレンの作製時に活性
なＡｌ超微粒子として使用できる。
【００２０】上述したような第２の巨大フラーレンの製
造方法によれば、電子線の照射により選択的にかつ独立
した状態で巨大フラーレンを作製することができ、さら
に続けて電子線を容易に照射することが可能であるた
め、巨大フラーレンの形状や物性等の操作や制御の開発
に大きく寄与するものである。また、本発明の第２の巨
大フラーレンの製造方法は、室温ステージ上で巨大フラ
ーレンの生成が可能であって、一般に制御された加熱条
件下で電子線を照射することは困難であるため、その意
義は大きい。
造方法によれば、電子線の照射により選択的にかつ独立
した状態で巨大フラーレンを作製することができ、さら
に続けて電子線を容易に照射することが可能であるた
め、巨大フラーレンの形状や物性等の操作や制御の開発
に大きく寄与するものである。また、本発明の第２の巨
大フラーレンの製造方法は、室温ステージ上で巨大フラ
ーレンの生成が可能であって、一般に制御された加熱条
件下で電子線を照射することは困難であるため、その意
義は大きい。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２２】実施例１
まず、活性な金属としてのＡｌ超微粒子の作製について
述べる。すなわち、粒径が100nm程度の球状θ−Ａｌ2Ｏ
3粒子（純度＝99.8％）を用意し、これをアルコールに
分散させた後、ｉ−カーボンからなる非晶質カーボン支
持膜上に塗布、乾燥させた。次いで、上記球状のθ−Ａ
ｌ2Ｏ3粒子を配置した非晶質カーボン支持膜を、200kV
ＴＥＭ装置（日本電子社製、JEM-2010（商品名））の真
空室内に配置された室温ステージ上に設置した。
述べる。すなわち、粒径が100nm程度の球状θ−Ａｌ2Ｏ
3粒子（純度＝99.8％）を用意し、これをアルコールに
分散させた後、ｉ−カーボンからなる非晶質カーボン支
持膜上に塗布、乾燥させた。次いで、上記球状のθ−Ａ
ｌ2Ｏ3粒子を配置した非晶質カーボン支持膜を、200kV
ＴＥＭ装置（日本電子社製、JEM-2010（商品名））の真
空室内に配置された室温ステージ上に設置した。
【００２３】次いで、上記真空室内を1×10-5Paの真空
度まで排気した後、非晶質カーボン支持膜上に配置され
た粒径100nmのθ−Ａｌ2Ｏ3粒子に、1.3×1020e/cm2・se
c（20A/cm2）の電子線を照射した。そして、この電子線
照射によって、直径5〜15nm程度のＡｌ超微粒子を非晶
質カーボン支持膜上に生成した。
度まで排気した後、非晶質カーボン支持膜上に配置され
た粒径100nmのθ−Ａｌ2Ｏ3粒子に、1.3×1020e/cm2・se
c（20A/cm2）の電子線を照射した。そして、この電子線
照射によって、直径5〜15nm程度のＡｌ超微粒子を非晶
質カーボン支持膜上に生成した。
【００２４】上述したＡｌ超微粒子を活性な金属として
使用して巨大フラーレンを生成した。具体的には、生成
したＡｌ超微粒子を有する非晶質カーボン支持膜を、上
記ＴＥＭ装置の真空室内に配置した状態（真空度を含
む）を維持した上で、カーボン支持膜上のＡｌ超微粒子
の中から直径が10nm程度のＡｌ超微粒子を選択した。そ
して、このＡｌ超微粒子に下層の非晶質カーボンと共
に、1.3×1020e/cm2・sec（20A/cm2）の電子線（照射径
＝250nm）を照射した。
使用して巨大フラーレンを生成した。具体的には、生成
したＡｌ超微粒子を有する非晶質カーボン支持膜を、上
記ＴＥＭ装置の真空室内に配置した状態（真空度を含
む）を維持した上で、カーボン支持膜上のＡｌ超微粒子
の中から直径が10nm程度のＡｌ超微粒子を選択した。そ
して、このＡｌ超微粒子に下層の非晶質カーボンと共
に、1.3×1020e/cm2・sec（20A/cm2）の電子線（照射径
＝250nm）を照射した。
【００２５】電子線の照射を行いながらＡｌ超微粒子周
囲の非晶質カーボンの状態をその場（in-situ）観察し
た。この観察結果について、図１の模式図を参照しなが
ら説明する。電子線の照射開始から300秒程度経過した
ところで、図１（ａ）に示すように、Ａｌ超微粒子１の
下部に直径10nm程度の同心円状のカーボン組織が誘起し
た。この同心円状のカーボン組織は層間隔が約0.35nmで
あり、閉殻構造の層状カーボン組織を有する巨大フラー
レン２であることが確認された。なお、巨大フラーレン
２の周囲は、非晶質カーボン３の状態を維持していた。
囲の非晶質カーボンの状態をその場（in-situ）観察し
た。この観察結果について、図１の模式図を参照しなが
ら説明する。電子線の照射開始から300秒程度経過した
ところで、図１（ａ）に示すように、Ａｌ超微粒子１の
下部に直径10nm程度の同心円状のカーボン組織が誘起し
た。この同心円状のカーボン組織は層間隔が約0.35nmで
あり、閉殻構造の層状カーボン組織を有する巨大フラー
レン２であることが確認された。なお、巨大フラーレン
２の周囲は、非晶質カーボン３の状態を維持していた。
【００２６】さらに、電子線を照射し続けるとＡｌ超微
粒子１は小径化していき、電子線の照射開始から800〜1
000秒程度経過したところで、図１（ｂ）に示すよう
に、Ａｌ超微粒子１は直径2nm程度まで小さくなった。
この際、巨大フラーレン２の層間隔は0.4nmまで広がっ
ており、通常より20％にも及ぶ大きな格子歪みが生じて
いた。また、巨大フラーレン２のコア部には、Ｃ60が生
成していることをその直径が0.7nmであることから確認
した。
粒子１は小径化していき、電子線の照射開始から800〜1
000秒程度経過したところで、図１（ｂ）に示すよう
に、Ａｌ超微粒子１は直径2nm程度まで小さくなった。
この際、巨大フラーレン２の層間隔は0.4nmまで広がっ
ており、通常より20％にも及ぶ大きな格子歪みが生じて
いた。また、巨大フラーレン２のコア部には、Ｃ60が生
成していることをその直径が0.7nmであることから確認
した。
【００２７】このように、Ａｌ超微粒子の存在下での非
晶質カーボンへの電子線照射によって、閉殻構造の層状
カーボン組織を有する巨大フラーレンを得た。この巨大
フラーレンの生成は、照射した電子による局所加熱効果
と原子変位誘起（knock-on）効果の両方によるものと考
えられる。また、得られた巨大フラーレンは、さらなる
電子線照射により格子歪みが生じており、結晶構造等を
制御し得る可能性を有していた。
晶質カーボンへの電子線照射によって、閉殻構造の層状
カーボン組織を有する巨大フラーレンを得た。この巨大
フラーレンの生成は、照射した電子による局所加熱効果
と原子変位誘起（knock-on）効果の両方によるものと考
えられる。また、得られた巨大フラーレンは、さらなる
電子線照射により格子歪みが生じており、結晶構造等を
制御し得る可能性を有していた。
【００２８】実施例２
実施例１と同様に、球状のθ−Ａｌ2Ｏ3粒子を配置した
非晶質カーボン支持膜を、室温ステージ上に設置した20
0kVＴＥＭ装置の真空室内を1×10-5Paの真空度まで排気
した後、非晶質カーボン支持膜上に配置された粒径100n
mのθ−Ａｌ2Ｏ3粒子に、1.3×1020e/cm2・sec（20A/c
m2）の電子線（照射径＝250nm）を照射した。
非晶質カーボン支持膜を、室温ステージ上に設置した20
0kVＴＥＭ装置の真空室内を1×10-5Paの真空度まで排気
した後、非晶質カーボン支持膜上に配置された粒径100n
mのθ−Ａｌ2Ｏ3粒子に、1.3×1020e/cm2・sec（20A/c
m2）の電子線（照射径＝250nm）を照射した。
【００２９】上記電子線の照射を行いながらθ−Ａｌ2
Ｏ3粒子の状態をその場（in-situ）観察した。この観察
結果について、図２の模式図を参照しながら説明する。
まず、電子線の照射開始から50秒程度経過した段階で、
θ−Ａｌ2Ｏ3からα−Ａｌ2Ｏ3への相変態が観測され
た。さらに電子線を照射し続けると、照射開始から10秒
程度経過したところで、図２に示すように、小径のα−
Ａｌ2Ｏ3超微粒子４の形成が観察され、さらにその周囲
には直径20nm程度の大きさの閉殻構造の層状カーボン組
織を有する巨大フラーレン５や巨大フラーレン６、また
直径15nm程度の大きさの閉殻構造の層状カーボン組織を
有する巨大フラーレン７が生成していることが確認され
た。また、生成したα−Ａｌ2Ｏ3超微粒子の間等にも巨
大フラーレン６が生成していることが確認された。な
お、当初のθ−Ａｌ2Ｏ3粒子の周囲には、直径5〜10nm
程度のＡｌ超微粒子８の生成も確認された。実施例１で
用いたＡｌ超微粒子は、このθ−Ａｌ2Ｏ3粒子から生成
されたものである。
Ｏ3粒子の状態をその場（in-situ）観察した。この観察
結果について、図２の模式図を参照しながら説明する。
まず、電子線の照射開始から50秒程度経過した段階で、
θ−Ａｌ2Ｏ3からα−Ａｌ2Ｏ3への相変態が観測され
た。さらに電子線を照射し続けると、照射開始から10秒
程度経過したところで、図２に示すように、小径のα−
Ａｌ2Ｏ3超微粒子４の形成が観察され、さらにその周囲
には直径20nm程度の大きさの閉殻構造の層状カーボン組
織を有する巨大フラーレン５や巨大フラーレン６、また
直径15nm程度の大きさの閉殻構造の層状カーボン組織を
有する巨大フラーレン７が生成していることが確認され
た。また、生成したα−Ａｌ2Ｏ3超微粒子の間等にも巨
大フラーレン６が生成していることが確認された。な
お、当初のθ−Ａｌ2Ｏ3粒子の周囲には、直径5〜10nm
程度のＡｌ超微粒子８の生成も確認された。実施例１で
用いたＡｌ超微粒子は、このθ−Ａｌ2Ｏ3粒子から生成
されたものである。
【００３０】このように、非晶質カーボン膜上のθ−Ａ
ｌ2Ｏ3粒子への電子線照射によって、閉殻構造の層状カ
ーボン組織を有する巨大フラーレンを得た。巨大フラー
レンの生成は、照射した電子による局所加熱効果と原子
変位誘起（knock-on）効果の両方によるものと考えられ
る。
ｌ2Ｏ3粒子への電子線照射によって、閉殻構造の層状カ
ーボン組織を有する巨大フラーレンを得た。巨大フラー
レンの生成は、照射した電子による局所加熱効果と原子
変位誘起（knock-on）効果の両方によるものと考えられ
る。
【００３１】上述した各実施例からも明らかなように、
本発明によれば巨大フラーレンの生成が室温ステージ上
という制御の容易な条件下での電子線の照射により実現
できるため、ナノメータ径の電子線による様々なマニュ
ピレーションへの展開という大きな可能性を有するもの
である。
本発明によれば巨大フラーレンの生成が室温ステージ上
という制御の容易な条件下での電子線の照射により実現
できるため、ナノメータ径の電子線による様々なマニュ
ピレーションへの展開という大きな可能性を有するもの
である。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の巨大フラ
ーレンの製造方法によれば、各種操作や制御が可能な状
態の下で再現性よく巨大フラーレンを得ることができ
る。従って、このような本発明の巨大フラーレンの製造
方法は、巨大フラーレンの応用展開等に大きく寄与する
ものである。
ーレンの製造方法によれば、各種操作や制御が可能な状
態の下で再現性よく巨大フラーレンを得ることができ
る。従って、このような本発明の巨大フラーレンの製造
方法は、巨大フラーレンの応用展開等に大きく寄与する
ものである。
【図１】 本発明の一実施例における巨大フラーレンの
生成過程を模式的に示す図である。
生成過程を模式的に示す図である。
【図２】 本発明の他の実施例における巨大フラーレン
の生成状態を模式的に示す図である。
の生成状態を模式的に示す図である。
１……Ａｌ超微粒子
２、５、６、７……巨大フラーレン
３……非晶質カーボン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−217432（ＪＰ，Ａ)
Ｂ．Ｓ．ＸＵ ｅｔ ａｌ，Ｆｏｒｍ
ａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｉａｎｔ ｏｎｉ
ｏｎ−ｌｉｋｅ ｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ
ｕｎｄｅｒ Ａｌ ｎａｎｏｐａｒｔ
ｉｃｌｅｓ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ，ＡＣＴＡ Ｍ
ＡＴＥＲ．，1998年，Ｖｏｌ．46，Ｎ
ｏ．15，ｐ．5249−5257
ＤＡＮＩＥＬ ＵＧＡＲＴＥ，Ｃｕｒ
ｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｌｏｓｕｒｅ ｏ
ｆ ｇｒａｐｈｉｔｉｃ ｎｅｔｗｏｒ
ｋｓ ｕｎｄｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−
ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ，Ｎ
ＡＴＵＲＥ，1992年，Ｖｏｌ．359，ｐ.
707−709
Ｄ．ＵＧＡＲＴＥ，Ｏｎｉｏｎ−ｌｉ
ｋｅ ｇｒａｐｈｉｔｉｃ ｐａｒｔｉ
ｃｌｅｓ，ＣＡＲＢＯＮ，1995年，Ｖｏ
ｌ．33，ＮＯ．７，ｐ．989−993
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C01B 31/02
C01B 31/04
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (7)
- 【請求項１】 非晶質炭素膜上に活性なＡｌ超微粒子を
配置する工程と、 真空雰囲気中にて前記非晶質炭素膜に前記活性なＡｌ超
微粒子と共に電子線を照射し、前記電子線の照射部の炭
素原子を再配列させることにより、閉殻構造の層状カー
ボン組織を有する巨大フラーレンを生成する工程とを具
備することを特徴とする巨大フラーレンの製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の巨大フラーレンの製造方
法において、 前記活性なＡｌ超微粒子として、直径が5〜100nmの範囲
のＡｌ超微粒子を用いることを特徴とする巨大フラーレ
ンの製造方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の巨大フラーレンの製造方
法において、 前記電子線は1×1019e/cm2・sec以上の強度を有するこ
とを特徴とする巨大フラーレンの製造方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の巨大フラーレンの製造方
法において、 前記電子線を10-5Pa以下の真空雰囲気中で照射すること
を特徴とする巨大フラーレンの製造方法。 - 【請求項５】 非晶質炭素膜上にθ−Ａｌ 2 Ｏ 3 粒子から
なる準安定金属酸化物粒子を配置する工程と、 前記準安定金属酸化物粒子に真空雰囲気中にて電子線を
照射し、前記準安定金属酸化物粒子の表層に存在する炭
素源から炭素原子を供給することにより、閉殻構造の層
状カーボン組織を有する巨大フラーレンを作製する工程
とを具備することを特徴とする巨大フラーレンの製造方
法。 - 【請求項６】 請求項５記載の巨大フラーレンの製造方
法において、 前記電子線として、1×1019e/cm2・sec以上の強度を有
する電子線を照射することを特徴とする巨大フラーレン
の製造方法。 - 【請求項７】 請求項５記載の巨大フラーレンの製造方
法において、 前記電子線を10-5Pa以下の真空雰囲気中で照射すること
を特徴とする巨大フラーレンの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02171795A JP3434926B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 巨大フラーレンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02171795A JP3434926B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 巨大フラーレンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08217431A JPH08217431A (ja) | 1996-08-27 |
| JP3434926B2 true JP3434926B2 (ja) | 2003-08-11 |
Family
ID=12062838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02171795A Expired - Fee Related JP3434926B2 (ja) | 1995-02-09 | 1995-02-09 | 巨大フラーレンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3434926B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
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|---|---|---|---|---|
| JPH10265207A (ja) * | 1997-03-24 | 1998-10-06 | Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan | フラーレン含有構造体およびその製造方法 |
| KR100335384B1 (ko) * | 1999-06-21 | 2002-05-06 | 최규술 | 다 단계로 양극화된 알루미나 주형에 탄소나노튜브를 합성하는 방법 및 이 방법에 의해 합성된 탄소나노튜브를 이용한 전자방출장치 |
| JP2002105623A (ja) * | 2000-09-27 | 2002-04-10 | Kobe Steel Ltd | カーボンオニオン薄膜およびその製造方法 |
| KR100519418B1 (ko) * | 2002-02-28 | 2005-10-07 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | 신규한 구조와 물성을 보유한 탄소 미세 입자 |
| KR100477506B1 (ko) * | 2002-11-26 | 2005-03-17 | 전자부품연구원 | 전자빔을 이용한 단일 탄소 나노튜브의 수직 정렬 성장제조방법 |
| ITMI20040008A1 (it) * | 2004-01-08 | 2004-04-08 | Valentin Dediu | Processo per la produzione di nanotubi di carbonio a singola parete |
| WO2010104200A1 (ja) * | 2009-03-11 | 2010-09-16 | 国立大学法人 熊本大学 | オニオンライクカーボンおよびその製造方法 |
| JP5968136B2 (ja) * | 2012-07-18 | 2016-08-10 | 神港精機株式会社 | Ｄｌｃ粉末作製装置および方法 |
-
1995
- 1995-02-09 JP JP02171795A patent/JP3434926B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ｂ．Ｓ．ＸＵ ｅｔ ａｌ，Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｉａｎｔ ｏｎｉｏｎ−ｌｉｋｅ ｆｕｌｌｅｒｅｎｅｓ ｕｎｄｅｒ Ａｌ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ，ＡＣＴＡ ＭＡＴＥＲ．，１９９８年，Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．１５，ｐ．５２４９−５２５７ |
| Ｄ．ＵＧＡＲＴＥ，Ｏｎｉｏｎ−ｌｉｋｅ ｇｒａｐｈｉｔｉｃ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ＣＡＲＢＯＮ，１９９５年，Ｖｏｌ．３３，ＮＯ．７，ｐ．９８９−９９３ |
| ＤＡＮＩＥＬ ＵＧＡＲＴＥ，Ｃｕｒｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｌｏｓｕｒｅ ｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｕｎｄｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ，ＮＡＴＵＲＥ，１９９２年，Ｖｏｌ．３５９，ｐ．７０７−７０９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08217431A (ja) | 1996-08-27 |
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