JP3437066B2 - マルチ核フラーレンの製造方法 - Google Patents
マルチ核フラーレンの製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチ核構造の巨
大フラーレンを有するマルチ核フラーレンの製造方法に
関する。
大フラーレンを有するマルチ核フラーレンの製造方法に
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などのフラーレンは塑性変形能や加工硬
化性など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、半導体
材料、潤滑剤材料、生体材料、非線形光学材料などへの
応用も研究されている。
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などのフラーレンは塑性変形能や加工硬
化性など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、半導体
材料、潤滑剤材料、生体材料、非線形光学材料などへの
応用も研究されている。
【０００３】従来、Ｃ60などのフラーレンは、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ーアブレーション法など
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などを用
いた捕集装置により抽出している。
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ーアブレーション法など
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などを用
いた捕集装置により抽出している。
【０００４】また、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
タノールなど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ことから、それらの
中空部内に他の金属原子や微細結晶などを閉じ込めるこ
とによって、新物質の合成や新機能の探索などが行われ
ている。
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
タノールなど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ことから、それらの
中空部内に他の金属原子や微細結晶などを閉じ込めるこ
とによって、新物質の合成や新機能の探索などが行われ
ている。
【０００５】カーボンナノカプセルやカーボンナノチュ
ーブの中空部内に他の金属原子や微細結晶などを閉じ込
めた巨大フラーレン（以下、内包巨大フラーレンと記
す）としては、従来、ＬａやＹなどの希土類金属の炭化
物微粒子や、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの金属微粒子を内包
させたものが報告されている。これらは、金属や酸化物
などの粉を仕込んだ炭素電極を用いてアーク放電などを
行い、その陰極堆積物中に含まれる内包巨大フラーレン
を精製することにより得ている。
ーブの中空部内に他の金属原子や微細結晶などを閉じ込
めた巨大フラーレン（以下、内包巨大フラーレンと記
す）としては、従来、ＬａやＹなどの希土類金属の炭化
物微粒子や、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの金属微粒子を内包
させたものが報告されている。これらは、金属や酸化物
などの粉を仕込んだ炭素電極を用いてアーク放電などを
行い、その陰極堆積物中に含まれる内包巨大フラーレン
を精製することにより得ている。
【０００６】また、巨大フラーレンの一種としてＣ60な
ど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、オニオンライクフラ
ーレン（Onion-Like fullerene（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。このようなた
まねぎ状グラファイトを用いて、内包巨大フラーレンを
作製することも検討されている。
ど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、オニオンライクフラ
ーレン（Onion-Like fullerene（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。このようなた
まねぎ状グラファイトを用いて、内包巨大フラーレンを
作製することも検討されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したような巨大フ
ラーレンや内包巨大フラーレンは、それ自体の特性に基
いて、電子素子材料、センサー材料、フィルター材料な
どのデバイス材料、超伝導材料、生体材料、医療材料な
どの新機能材料などへの応用が期待されている。一方、
巨大フラーレンの各種デバイスや新機能材料などへの応
用展開を考えた場合、さらに種々の機能を持たせること
が望まれるが、現状の単一構造の巨大フラーレンでは必
ずしもそのような要求を満たすことができない。そこ
で、巨大フラーレンのさらなる多機能化や高性能化など
が望まれている。
ラーレンや内包巨大フラーレンは、それ自体の特性に基
いて、電子素子材料、センサー材料、フィルター材料な
どのデバイス材料、超伝導材料、生体材料、医療材料な
どの新機能材料などへの応用が期待されている。一方、
巨大フラーレンの各種デバイスや新機能材料などへの応
用展開を考えた場合、さらに種々の機能を持たせること
が望まれるが、現状の単一構造の巨大フラーレンでは必
ずしもそのような要求を満たすことができない。そこ
で、巨大フラーレンのさらなる多機能化や高性能化など
が望まれている。
【０００８】また、従来の巨大フラーレンや内包巨大フ
ラーレンは、上述したようにアーク放電法により生成さ
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などの不純物との分離自体が困難
であるという難点を有している。特に、巨大フラーレン
や内包巨大フラーレンをデバイスや新機能材料などに応
用することを考えた場合、巨大フラーレンの集合化（例
えば膜状化）などの制御を可能にすることが重要と考え
られるが、従来の巨大フラーレンの製造方法ではそのよ
うな制御を容易に行うことはできない。
ラーレンは、上述したようにアーク放電法により生成さ
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などの不純物との分離自体が困難
であるという難点を有している。特に、巨大フラーレン
や内包巨大フラーレンをデバイスや新機能材料などに応
用することを考えた場合、巨大フラーレンの集合化（例
えば膜状化）などの制御を可能にすることが重要と考え
られるが、従来の巨大フラーレンの製造方法ではそのよ
うな制御を容易に行うことはできない。
【０００９】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、比較的簡易な工程で巨大フラーレン
の集合化を実現し、さらには巨大フラーレンの多機能化
や高性能化を可能にしたマルチ核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、比較的簡易な工程で巨大フラーレン
の集合化を実現し、さらには巨大フラーレンの多機能化
や高性能化を可能にしたマルチ核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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明のマルチ核フラー
レンの製造方法は、非晶質炭素基板上にＡｌ、Ａｕまた
はＰｔからなる複数の超微粒子を配置した後、前記非晶
質炭素基板に1×10 19 e/cm 2 ・ sec以上の強度を有する電子
線を照射し、前記複数の超微粒子を核生成点として、前
記非晶質炭素基板の表面近傍部分に閉殻多層構造を有す
る複数の巨大フラーレンを生成する工程と、前記非晶質
炭素基板の表面近傍部分に生成した前記複数の巨大フラ
ーレンに、1×10 20 e/cm 2 ・ sec以上の強度を有し、かつ前
記巨大フラーレンの生成工程より高強度の電子線を照射
し、前記複数の巨大フラーレン同士の外殻側の炭素が重
なりあうまで、前記複数の巨大フラーレンを移動させて
集合化する工程と、前記集合化した複数の巨大フラーレ
ンに対して、さらに前記巨大フラーレンの生成工程と同
等の強度を有する電子線を照射し、前記複数の巨大フラ
ーレンを包み込む外殻フラーレンを形成することによっ
て、前記複数の巨大フラーレンが共通の前記外殻フラー
レンで包み込まれた構造を有するマルチ核フラーレンを
生成する工程とを具備することを特徴としている。
レンの製造方法は、非晶質炭素基板上にＡｌ、Ａｕまた
はＰｔからなる複数の超微粒子を配置した後、前記非晶
質炭素基板に1×10 19 e/cm 2 ・ sec以上の強度を有する電子
線を照射し、前記複数の超微粒子を核生成点として、前
記非晶質炭素基板の表面近傍部分に閉殻多層構造を有す
る複数の巨大フラーレンを生成する工程と、前記非晶質
炭素基板の表面近傍部分に生成した前記複数の巨大フラ
ーレンに、1×10 20 e/cm 2 ・ sec以上の強度を有し、かつ前
記巨大フラーレンの生成工程より高強度の電子線を照射
し、前記複数の巨大フラーレン同士の外殻側の炭素が重
なりあうまで、前記複数の巨大フラーレンを移動させて
集合化する工程と、前記集合化した複数の巨大フラーレ
ンに対して、さらに前記巨大フラーレンの生成工程と同
等の強度を有する電子線を照射し、前記複数の巨大フラ
ーレンを包み込む外殻フラーレンを形成することによっ
て、前記複数の巨大フラーレンが共通の前記外殻フラー
レンで包み込まれた構造を有するマルチ核フラーレンを
生成する工程とを具備することを特徴としている。
【００１１】
【００１２】
【００１３】本発明においては、巨大フラーレンからな
る複数の核フラーレンを共通の外殻フラーレンで包み込
んだ構造、すなわちマルチ核構造の巨大フラーレンを実
現している。このようなマルチ核フラーレンによれば、
核フラーレンとしての各巨大フラーレンの性質や特性な
どを制御することによって、多機能化や高性能化を図っ
た巨大フラーレンを得ることが可能となる。
る複数の核フラーレンを共通の外殻フラーレンで包み込
んだ構造、すなわちマルチ核構造の巨大フラーレンを実
現している。このようなマルチ核フラーレンによれば、
核フラーレンとしての各巨大フラーレンの性質や特性な
どを制御することによって、多機能化や高性能化を図っ
た巨大フラーレンを得ることが可能となる。
【００１４】さらに、マルチ核フラーレンは核フラーレ
ンとしての巨大フラーレンの集合体と見なすことができ
る。従って、例えば核フラーレンの数を制御することよ
って、種々の巨大フラーレンの集合体を得ることができ
る。これは巨大フラーレンをデバイスや新機能材料など
に応用する際に有効である。
ンとしての巨大フラーレンの集合体と見なすことができ
る。従って、例えば核フラーレンの数を制御することよ
って、種々の巨大フラーレンの集合体を得ることができ
る。これは巨大フラーレンをデバイスや新機能材料など
に応用する際に有効である。
【００１５】
【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。
【００１６】図１および図２は、本発明によるマルチ核
フラーレンおよびマルチ核フラーレン構造体の製造過程
の一実施形態を模式的に示す図である。これらの図にお
いて、１はマルチ核フラーレンの形成材料となる非晶質
炭素基板である。非晶質炭素基板１の構成材料として
は、例えばi-カーボンなどが用いられる。非晶質炭素基
板１の厚さは特に限定されるものではないが、例えば 5
〜 100nm程度の薄膜状基板が好ましく用いられる。
フラーレンおよびマルチ核フラーレン構造体の製造過程
の一実施形態を模式的に示す図である。これらの図にお
いて、１はマルチ核フラーレンの形成材料となる非晶質
炭素基板である。非晶質炭素基板１の構成材料として
は、例えばi-カーボンなどが用いられる。非晶質炭素基
板１の厚さは特に限定されるものではないが、例えば 5
〜 100nm程度の薄膜状基板が好ましく用いられる。
【００１７】上述したような非晶質炭素基板１上に、例
えば図１（ａ）に示すように、巨大フラーレンを生成す
る際の核生成物質となる超微粒子２を配置する。超微粒
子２は基本的には、後述する核フラーレンとしての巨大
フラーレンの数に応じて設置するものとするが、 1つの
超微粒子２が電子線などの高エネルギービームの照射に
より移動することによって、複数の核フラーレンの核生
成物質として機能する場合もある。
えば図１（ａ）に示すように、巨大フラーレンを生成す
る際の核生成物質となる超微粒子２を配置する。超微粒
子２は基本的には、後述する核フラーレンとしての巨大
フラーレンの数に応じて設置するものとするが、 1つの
超微粒子２が電子線などの高エネルギービームの照射に
より移動することによって、複数の核フラーレンの核生
成物質として機能する場合もある。
【００１８】核生成物質となる超微粒子２としては、金
属超微粒子を使用する。言い換えると、金属超微粒子２
を核生成物質（核生成点）として、後述するように核フ
ラーレンとしての巨大フラーレンを誘起および成長させ
ることができる。
属超微粒子を使用する。言い換えると、金属超微粒子２
を核生成物質（核生成点）として、後述するように核フ
ラーレンとしての巨大フラーレンを誘起および成長させ
ることができる。
【００１９】超微粒子２の具体例としては、Ａｌ、Ａ
ｕ、Ｐｔの各単体金属からなる金属超微粒子が挙げられ
る。本発明においては、後述する核フラーレンの活性化
工程で良好な触媒効果を示す金属超微粒子が好ましく用
いられる。
ｕ、Ｐｔの各単体金属からなる金属超微粒子が挙げられ
る。本発明においては、後述する核フラーレンの活性化
工程で良好な触媒効果を示す金属超微粒子が好ましく用
いられる。
【００２０】超微粒子２の大きさは、核フラーレンとし
ての巨大フラーレンを生成する際に核生成点を提供し得
るような大きさであればよく、具体的には直径が 1〜 1
00nm程度の超微粒子２を使用することが好ましい。な
お、直径 1nm未満の超微粒子２は存在および作製自体が
困難であると共に、巨大フラーレンの核生成点としての
機能を十分に発揮させることができないおそれがある。
超微粒子２のより好ましい直径は 1〜40nmの範囲であ
る。
ての巨大フラーレンを生成する際に核生成点を提供し得
るような大きさであればよく、具体的には直径が 1〜 1
00nm程度の超微粒子２を使用することが好ましい。な
お、直径 1nm未満の超微粒子２は存在および作製自体が
困難であると共に、巨大フラーレンの核生成点としての
機能を十分に発揮させることができないおそれがある。
超微粒子２のより好ましい直径は 1〜40nmの範囲であ
る。
【００２１】このような超微粒子２の作製方法は特に限
定されるものではなく、非晶質炭素基板１上に配置する
ことが可能であれば、種々の方法で作製した超微粒子２
を使用することができる。
定されるものではなく、非晶質炭素基板１上に配置する
ことが可能であれば、種々の方法で作製した超微粒子２
を使用することができる。
【００２２】例えば、非晶質炭素基板１上に複数の細孔
やスリットを設けたターゲットを配置して、このターゲ
ットの細孔内壁もしくはスリット内壁に対してＡｒイオ
ンビームなどの高エネルギービームを斜め方向から照射
し、ターゲットの構成原子や構成分子を離脱させること
によって、ターゲットの構成材料からなる超微粒子を得
ることができる。このような方法（以下、転写法と記
す）によれば、ターゲットの細孔やスリットの形状によ
って、超微粒子の大きさや配置形状などを制御すること
ができる。
やスリットを設けたターゲットを配置して、このターゲ
ットの細孔内壁もしくはスリット内壁に対してＡｒイオ
ンビームなどの高エネルギービームを斜め方向から照射
し、ターゲットの構成原子や構成分子を離脱させること
によって、ターゲットの構成材料からなる超微粒子を得
ることができる。このような方法（以下、転写法と記
す）によれば、ターゲットの細孔やスリットの形状によ
って、超微粒子の大きさや配置形状などを制御すること
ができる。
【００２３】また、非晶質炭素基板１上に配置したθ−
Ａｌ2 Ｏ3 粒子などの準安定化合物粒子に、電子線など
の高エネルギービームを照射することによって、安定相
であるα−Ａｌ2 Ｏ3 粒子やＡｌ2 Ｏ3 の構成金属であ
るＡｌ超微粒子などを得ることができる。この方法（以
下、化合物分解法と記す）は、化合物特に酸化物が分解
しやすいＷ、Ｍｏ、Ｃｕなどに対しても有効である。
Ａｌ2 Ｏ3 粒子などの準安定化合物粒子に、電子線など
の高エネルギービームを照射することによって、安定相
であるα−Ａｌ2 Ｏ3 粒子やＡｌ2 Ｏ3 の構成金属であ
るＡｌ超微粒子などを得ることができる。この方法（以
下、化合物分解法と記す）は、化合物特に酸化物が分解
しやすいＷ、Ｍｏ、Ｃｕなどに対しても有効である。
【００２４】次に、図１（ａ）に示したように、超微粒
子２を配置した非晶質炭素基板１に対して高エネルギー
ビーム３を照射する。照射する高エネルギービーム３と
しては、強度が1×1019e/cm2・sec以上の電子線が用いら
れる。
子２を配置した非晶質炭素基板１に対して高エネルギー
ビーム３を照射する。照射する高エネルギービーム３と
しては、強度が1×1019e/cm2・sec以上の電子線が用いら
れる。
【００２５】高エネルギービーム３として用いる電子線
の照射強度が1×1019e/cm2・sec未満であると、超微粒子
２の周囲の非晶質炭素を巨大フラーレンを生成し得るほ
どに活性化できないおそれがある。言い換えると、1×1
019e/cm2・sec以上の強度を有する電子線は、超微粒子２
およびその周囲の非晶質炭素の活性化効果などをもたら
し、これらによって巨大フラーレンの生成が可能とな
る。
の照射強度が1×1019e/cm2・sec未満であると、超微粒子
２の周囲の非晶質炭素を巨大フラーレンを生成し得るほ
どに活性化できないおそれがある。言い換えると、1×1
019e/cm2・sec以上の強度を有する電子線は、超微粒子２
およびその周囲の非晶質炭素の活性化効果などをもたら
し、これらによって巨大フラーレンの生成が可能とな
る。
【００２６】高エネルギービーム３として電子線を照射
する場合の雰囲気は1×10-5Pa以下の真空雰囲気とする
ことが好ましく、これによって残留ガス原子の吸着など
を防ぐことができることから、巨大フラーレンの生成が
促進される。
する場合の雰囲気は1×10-5Pa以下の真空雰囲気とする
ことが好ましく、これによって残留ガス原子の吸着など
を防ぐことができることから、巨大フラーレンの生成が
促進される。
【００２７】上述したような高エネルギービーム３を、
超微粒子２が配置された非晶質炭素基板１に照射する
と、高エネルギービーム３の照射領域内の非晶質炭素が
活性化されて、図１（ｂ）および図２（ａ）に示すよう
に、超微粒子２を核生成物質として複数の巨大フラーレ
ン４（４ａ、４ｂ）が誘起される。誘起される巨大フラ
ーレン４は、閉殻多層構造（同心球状）の巨大フラーレ
ンである。
超微粒子２が配置された非晶質炭素基板１に照射する
と、高エネルギービーム３の照射領域内の非晶質炭素が
活性化されて、図１（ｂ）および図２（ａ）に示すよう
に、超微粒子２を核生成物質として複数の巨大フラーレ
ン４（４ａ、４ｂ）が誘起される。誘起される巨大フラ
ーレン４は、閉殻多層構造（同心球状）の巨大フラーレ
ンである。
【００２８】この巨大フラーレン４の生成工程において
は、各巨大フラーレン４ａ、４ｂは通常のシングル核の
巨大フラーレンである。これら巨大フラーレン４ａ、４
ｂは、それぞれ後述するマルチ核フラーレンの核フラー
レンとなるものである。なお、核生成物質として使用し
た超微粒子２は、例えば原子状態として各巨大フラーレ
ン４ａ、４ｂ内やその周囲の非晶質炭素基板１内に分散
され、その後の活性化工程で触媒として機能するもので
ある。
は、各巨大フラーレン４ａ、４ｂは通常のシングル核の
巨大フラーレンである。これら巨大フラーレン４ａ、４
ｂは、それぞれ後述するマルチ核フラーレンの核フラー
レンとなるものである。なお、核生成物質として使用し
た超微粒子２は、例えば原子状態として各巨大フラーレ
ン４ａ、４ｂ内やその周囲の非晶質炭素基板１内に分散
され、その後の活性化工程で触媒として機能するもので
ある。
【００２９】次に、非晶質炭素基板１の表面近傍に生成
した複数の巨大フラーレン４ａ、４ｂに対して、さらに
高エネルギービーム３′を照射する。この高エネルギー
ビーム３′の照射により各巨大フラーレン４ａ、４ｂが
活性化されて、隣接する巨大フラーレン４ａ、４ｂ同士
が集合化するように移動する。この複数の巨大フラーレ
ン４ａ、４ｂの活性化およびそれに基づく集合化には、
核生成物質として使用した超微粒子２の触媒効果も寄与
している。
した複数の巨大フラーレン４ａ、４ｂに対して、さらに
高エネルギービーム３′を照射する。この高エネルギー
ビーム３′の照射により各巨大フラーレン４ａ、４ｂが
活性化されて、隣接する巨大フラーレン４ａ、４ｂ同士
が集合化するように移動する。この複数の巨大フラーレ
ン４ａ、４ｂの活性化およびそれに基づく集合化には、
核生成物質として使用した超微粒子２の触媒効果も寄与
している。
【００３０】この巨大フラーレン４の活性化工程で照射
する高エネルギービーム３′は、各巨大フラーレン４
ａ、４ｂを活性化する上で、巨大フラーレン４の生成工
程より高強度のものを使用することが好ましい。高エネ
ルギービーム３′としては、強度が1×1020e/cm2・sec以
上の電子線が用いられる。電子線の照射強度が1×1020e
/cm2・sec未満であると、各巨大フラーレン４ａ、４ｂを
移動し得るほどに活性化できないおそれがある。
する高エネルギービーム３′は、各巨大フラーレン４
ａ、４ｂを活性化する上で、巨大フラーレン４の生成工
程より高強度のものを使用することが好ましい。高エネ
ルギービーム３′としては、強度が1×1020e/cm2・sec以
上の電子線が用いられる。電子線の照射強度が1×1020e
/cm2・sec未満であると、各巨大フラーレン４ａ、４ｂを
移動し得るほどに活性化できないおそれがある。
【００３１】高エネルギービーム３′を照射し続ける
と、例えば図２（ｃ）に示すように、隣接する巨大フラ
ーレン４ａ、４ｂの外殻側の炭素が重なりあった状態が
得られる。このように、巨大フラーレン４の活性化工程
は、隣接する巨大フラーレン４ａ、４ｂの外殻側が重な
りあった状態が得られるまで実施することが好ましい。
また、この巨大フラーレン４の活性化工程によって、そ
の後の外殻共通化工程で生成するマルチ核フラーレンの
核フラーレンの数を制御することができる。すなわち、
図１および図２では 2つの巨大フラーレン４ａ、４ｂの
外殻側の炭素が重なりあった状態を示したが、さらに多
数の巨大フラーレン４を集合させることも可能である。
この場合、高エネルギービーム３′の照射領域を拡大し
たり、あるいは巨大フラーレン４に個別に高エネルギー
ビーム３′を照射し、それぞれを個々に移動させるなど
によって、より多数の巨大フラーレン４を集合させるこ
とができる。
と、例えば図２（ｃ）に示すように、隣接する巨大フラ
ーレン４ａ、４ｂの外殻側の炭素が重なりあった状態が
得られる。このように、巨大フラーレン４の活性化工程
は、隣接する巨大フラーレン４ａ、４ｂの外殻側が重な
りあった状態が得られるまで実施することが好ましい。
また、この巨大フラーレン４の活性化工程によって、そ
の後の外殻共通化工程で生成するマルチ核フラーレンの
核フラーレンの数を制御することができる。すなわち、
図１および図２では 2つの巨大フラーレン４ａ、４ｂの
外殻側の炭素が重なりあった状態を示したが、さらに多
数の巨大フラーレン４を集合させることも可能である。
この場合、高エネルギービーム３′の照射領域を拡大し
たり、あるいは巨大フラーレン４に個別に高エネルギー
ビーム３′を照射し、それぞれを個々に移動させるなど
によって、より多数の巨大フラーレン４を集合させるこ
とができる。
【００３２】上述したような巨大フラーレン４の活性化
工程を実施した後、図１（ｄ）に示すように、巨大フラ
ーレン４の生成工程と同程度の強度を有する高エネルギ
ービーム３をさらに照射する。この高エネルギービーム
３の照射により、図１（ｄ）および図２（ｄ）に示すよ
うに、隣接する巨大フラーレン４ａ、４ｂの外殻側の炭
素原子が一部共通化されると共に、さらにその外側にこ
れら複数の巨大フラーレン４ａ、４ｂを包み込むよう
に、多層のフラーレンシェル（外殻フラーレン）５が誘
起する。
工程を実施した後、図１（ｄ）に示すように、巨大フラ
ーレン４の生成工程と同程度の強度を有する高エネルギ
ービーム３をさらに照射する。この高エネルギービーム
３の照射により、図１（ｄ）および図２（ｄ）に示すよ
うに、隣接する巨大フラーレン４ａ、４ｂの外殻側の炭
素原子が一部共通化されると共に、さらにその外側にこ
れら複数の巨大フラーレン４ａ、４ｂを包み込むよう
に、多層のフラーレンシェル（外殻フラーレン）５が誘
起する。
【００３３】この際、各巨大フラーレン４ａ、４ｂは外
殻側の一部の炭素を除いて当初の形状がほぼ維持される
ため、各巨大フラーレン４ａ、４ｂは外殻フラーレン５
内にそれぞれ核フラーレンとして存在することになる。
また、外殻フラーレン５は核フラーレンに準じた構造を
有するものである。
殻側の一部の炭素を除いて当初の形状がほぼ維持される
ため、各巨大フラーレン４ａ、４ｂは外殻フラーレン５
内にそれぞれ核フラーレンとして存在することになる。
また、外殻フラーレン５は核フラーレンに準じた構造を
有するものである。
【００３４】すなわち図１（ｄ）および図２（ｄ）に示
したように、巨大フラーレン４ａ、４ｂからなる複数の
核フラーレンが共通の外殻フラーレン５で包み込まれた
構造を有するマルチ核フラーレン６が得られる。言い換
えると、巨大フラーレン４ａ、４ｂからなる複数の核フ
ラーレンと、これら複数の核フラーレン４ａ、４ｂを包
み込むように存在する外殻フラーレン５とを具備するマ
ルチ核フラーレン６が得られる。このようなマルチ核フ
ラーレン６は非晶質炭素基板１の表面近傍部分に形成さ
れ、これらによってマルチ核フラーレン構造体７が構成
されている。
したように、巨大フラーレン４ａ、４ｂからなる複数の
核フラーレンが共通の外殻フラーレン５で包み込まれた
構造を有するマルチ核フラーレン６が得られる。言い換
えると、巨大フラーレン４ａ、４ｂからなる複数の核フ
ラーレンと、これら複数の核フラーレン４ａ、４ｂを包
み込むように存在する外殻フラーレン５とを具備するマ
ルチ核フラーレン６が得られる。このようなマルチ核フ
ラーレン６は非晶質炭素基板１の表面近傍部分に形成さ
れ、これらによってマルチ核フラーレン構造体７が構成
されている。
【００３５】上述したように、高エネルギービーム３′
の照射により活性化した複数の巨大フラーレン４ａ、４
ｂに対して、さらに同時に高エネルギービーム３を照射
することによって、マルチ核フラーレン６およびマルチ
核フラーレン構造体７を得ることができる。得られるマ
ルチ核フラーレン６の大きさや核フラーレンの数など
は、高エネルギービーム３′の照射領域、強度、照射時
間、さらには当初の巨大フラーレン４の数などにより制
御することができる。
の照射により活性化した複数の巨大フラーレン４ａ、４
ｂに対して、さらに同時に高エネルギービーム３を照射
することによって、マルチ核フラーレン６およびマルチ
核フラーレン構造体７を得ることができる。得られるマ
ルチ核フラーレン６の大きさや核フラーレンの数など
は、高エネルギービーム３′の照射領域、強度、照射時
間、さらには当初の巨大フラーレン４の数などにより制
御することができる。
【００３６】
【００３７】マルチ核フラーレン６は、核フラーレンと
しての巨大フラーレン４ａ、４ｂの集合体と見なすこと
ができるため、各核フラーレン４ａ、４ｂの性質や特性
などを制御することによって、多機能化や高性能化を図
った巨大フラーレンを得ることができる。
しての巨大フラーレン４ａ、４ｂの集合体と見なすこと
ができるため、各核フラーレン４ａ、４ｂの性質や特性
などを制御することによって、多機能化や高性能化を図
った巨大フラーレンを得ることができる。
【００３８】さらに、前述したように活性化工程を制御
することによって、核フラーレンの数を制御したマルチ
核フラーレン６、すなわち種々の形態の巨大フラーレン
の集合体を得ることができる。例えば、多数の巨大フラ
ーレンを共通の外殻フラーレンで包み込むことによっ
て、ある程度の面積を有する膜状体を形成することもで
きる。これらは巨大フラーレンをデバイスや新機能材料
などに応用する際に有効である。
することによって、核フラーレンの数を制御したマルチ
核フラーレン６、すなわち種々の形態の巨大フラーレン
の集合体を得ることができる。例えば、多数の巨大フラ
ーレンを共通の外殻フラーレンで包み込むことによっ
て、ある程度の面積を有する膜状体を形成することもで
きる。これらは巨大フラーレンをデバイスや新機能材料
などに応用する際に有効である。
【００３９】なお、高エネルギービーム３、３′を照射
する際の非晶質炭素基板１は、室温に保持した状態でよ
く、制御が可能な室温ステージ上でマルチ核フラーレン
６を形成することができる。
する際の非晶質炭素基板１は、室温に保持した状態でよ
く、制御が可能な室温ステージ上でマルチ核フラーレン
６を形成することができる。
【００４０】また、上述したようなマルチ核フラーレン
構造体７は、マルチ核フラーレン６を非晶質炭素基板１
の任意の位置に形成することができるため、巨大フラー
レンの性質を利用して応用展開を図る上で極めて有効で
ある。すなわち、マルチ核フラーレン構造体７を用いる
ことによって、巨大フラーレンの各種操作や制御、各種
の応用展開などを実現することが可能となる。
構造体７は、マルチ核フラーレン６を非晶質炭素基板１
の任意の位置に形成することができるため、巨大フラー
レンの性質を利用して応用展開を図る上で極めて有効で
ある。すなわち、マルチ核フラーレン構造体７を用いる
ことによって、巨大フラーレンの各種操作や制御、各種
の応用展開などを実現することが可能となる。
【００４１】そして、本発明においては、高エネルギー
ビーム３、３′の照射時間、照射強度、照射雰囲気、当
初の巨大フラーレン４の大きさ、数、種類などによっ
て、得られるマルチ核フラーレン６の大きさ、性質、形
状や形成位置、また核フラーレンの数などを制御するこ
とができるため、その応用範囲は極めて広範囲に及ぶも
のである。例えば、上記したマルチ核フラーレン構造体
７は、マルチ核フラーレン６としての特性、あるいは核
フラーレンの個々の特性などを利用して、電子素子材
料、センサー材料、フィルター材料などのデバイス材
料、超伝導材料、生体材料、医療材料などの新機能材料
などへの応用可能性を有している。
ビーム３、３′の照射時間、照射強度、照射雰囲気、当
初の巨大フラーレン４の大きさ、数、種類などによっ
て、得られるマルチ核フラーレン６の大きさ、性質、形
状や形成位置、また核フラーレンの数などを制御するこ
とができるため、その応用範囲は極めて広範囲に及ぶも
のである。例えば、上記したマルチ核フラーレン構造体
７は、マルチ核フラーレン６としての特性、あるいは核
フラーレンの個々の特性などを利用して、電子素子材
料、センサー材料、フィルター材料などのデバイス材
料、超伝導材料、生体材料、医療材料などの新機能材料
などへの応用可能性を有している。
【００４２】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について述べ
る。
る。
【００４３】実施例
まず、i-カーボンからなる厚さ20nmの非晶質炭素支持膜
（非晶質炭素基板）上に、直径10〜35nmのＡｌ超微粒子
を複数配置した。このＡｌ超微粒子は、化合物分解法法
により形成したものである。これを 200kVＴＥＭ装置
（日本電子社製、JEM-2010（商品名））の真空室内の室
温ステージ上にセットした。
（非晶質炭素基板）上に、直径10〜35nmのＡｌ超微粒子
を複数配置した。このＡｌ超微粒子は、化合物分解法法
により形成したものである。これを 200kVＴＥＭ装置
（日本電子社製、JEM-2010（商品名））の真空室内の室
温ステージ上にセットした。
【００４４】次に、1×10-5Paの真空雰囲気中で1×1020
e/cm2・secの強度を有する電子線を、複数のＡｌ超微粒
子を配置した非晶質炭素支持膜に照射した。電子線の照
射時間は2400秒とした。電子線の照射後に、非晶質炭素
支持膜の状態をＴＥＭ観察したところ、複数のＡｌ超微
粒子に応じて下地の非晶質炭素からフラーレン核が誘起
され、閉殻多層構造の同心球状巨大フラーレンが複数生
成していることが確認された。また、これら当初の巨大
フラーレンは、シングル核を有するものであった。
e/cm2・secの強度を有する電子線を、複数のＡｌ超微粒
子を配置した非晶質炭素支持膜に照射した。電子線の照
射時間は2400秒とした。電子線の照射後に、非晶質炭素
支持膜の状態をＴＥＭ観察したところ、複数のＡｌ超微
粒子に応じて下地の非晶質炭素からフラーレン核が誘起
され、閉殻多層構造の同心球状巨大フラーレンが複数生
成していることが確認された。また、これら当初の巨大
フラーレンは、シングル核を有するものであった。
【００４５】このようにして生成した複数の巨大フラー
レンのうち、隣接する2つの巨大フラーレンに3.3×1020
e/cm2・secの強度を有する電子線を照射した。その結
果、2つの巨大フラーレンが接近すると共に、外殻側の
炭素が重なりあった状態が得られていることが確認され
た。電子線の照射時間は2400秒とした。
レンのうち、隣接する2つの巨大フラーレンに3.3×1020
e/cm2・secの強度を有する電子線を照射した。その結
果、2つの巨大フラーレンが接近すると共に、外殻側の
炭素が重なりあった状態が得られていることが確認され
た。電子線の照射時間は2400秒とした。
【００４６】このようにして活性化した2つの巨大フラ
ーレンに対して、さらに1×1020e/cm2・secの強度を有す
る電子線を600秒間照射し、再度ＴＥＭ観察を実施し
た。その結果、2つの巨大フラーレンの外殻側の炭素原
子が一部共通化されると共に、さらにその外側にこれら
2つの巨大フラーレンを包み込むように、多層のフラー
レンシェル（外殻フラーレン）が誘起していることが確
認された。内側の2つの巨大フラーレンは、その状態を
維持していた。
ーレンに対して、さらに1×1020e/cm2・secの強度を有す
る電子線を600秒間照射し、再度ＴＥＭ観察を実施し
た。その結果、2つの巨大フラーレンの外殻側の炭素原
子が一部共通化されると共に、さらにその外側にこれら
2つの巨大フラーレンを包み込むように、多層のフラー
レンシェル（外殻フラーレン）が誘起していることが確
認された。内側の2つの巨大フラーレンは、その状態を
維持していた。
【００４７】2つの巨大フラーレンは、共通の外殻フラ
ーレンで包み込まれるようにして存在していた。すなわ
ち、2つの巨大フラーレンからなる複数の核フラーレン
が、共通の外殻フラーレンで包み込まれた構造を有する
マルチ核フラーレンが得られていることが、ＴＥＭ観察
により確認された。このようなマルチ核フラーレンは非
晶質炭素支持膜の表面近傍部分に存在しており、これら
はマルチ核フラーレン構造体を構成していた。
ーレンで包み込まれるようにして存在していた。すなわ
ち、2つの巨大フラーレンからなる複数の核フラーレン
が、共通の外殻フラーレンで包み込まれた構造を有する
マルチ核フラーレンが得られていることが、ＴＥＭ観察
により確認された。このようなマルチ核フラーレンは非
晶質炭素支持膜の表面近傍部分に存在しており、これら
はマルチ核フラーレン構造体を構成していた。
【００４８】なお、上記実施例において、非晶質炭素支
持膜上に配置する超微粒子として、Ａｌ超微粒子に代え
てＡｕ超微粒子、Ｐｔ超微粒子などをそれぞれ用いて、
同一条件で電子線を照射したところ、同様なマルチ核フ
ラーレンが得られた。
持膜上に配置する超微粒子として、Ａｌ超微粒子に代え
てＡｕ超微粒子、Ｐｔ超微粒子などをそれぞれ用いて、
同一条件で電子線を照射したところ、同様なマルチ核フ
ラーレンが得られた。
【００４９】一方、本発明との比較例として、Ａｌ超微
粒子などの超微粒子を配置していない非晶質炭素支持膜
に、上記実施例と同一条件で電子線を照射したところ、
マルチ核フラーレンは生成されなかった。
粒子などの超微粒子を配置していない非晶質炭素支持膜
に、上記実施例と同一条件で電子線を照射したところ、
マルチ核フラーレンは生成されなかった。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、例
えば新たな機能や特性を付与することが可能なマルチ核
フラーレンを得ることができる。従って、このような本
発明の製造方法により得られるマルチ核フラーレンは、
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。
えば新たな機能や特性を付与することが可能なマルチ核
フラーレンを得ることができる。従って、このような本
発明の製造方法により得られるマルチ核フラーレンは、
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】 本発明の一実施形態によるマルチ核フラーレ
ンの製造過程を模式的に示す断面図である。
ンの製造過程を模式的に示す断面図である。
【図２】 本発明の一実施形態によるマルチ核フラーレ
ンの製造過程の要部を模式的に示す平面図である。
ンの製造過程の要部を模式的に示す平面図である。
１……非晶質炭素基板
２……超微粒子
３，３′……高エネルギービーム
４……巨大フラーレン（核フラーレン）
５……外殻フラーレン
６……マルチ核フラーレン
７……マルチ核フラーレン構造体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−217431（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−217432（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−277103（ＪＰ，Ａ)
ＤＡＮＩＥＬ ＵＧＡＲＴＥ，Ｃｕｒ
ｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｌｏｓｕｒｅ ｏ
ｆ ｇｒａｐｈｉｔｉｃ ｎｅｔｗｏｒ
ｋｓ ｕｎｄｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−
ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ，Ｎ
ＡＴＵＲＥ，1992年，Ｖｏｌ．359，ｐ.
707−709
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
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C01B 31/00 - 31/36
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
ＩＮＳＰＥＣ（ＤＩＡＬＯＧ)
Claims (2)
- 【請求項１】 非晶質炭素基板上にＡｌ、ＡｕまたはＰ
ｔからなる複数の超微粒子を配置した後、前記非晶質炭
素基板に1×10 19 e/cm 2 ・ sec以上の強度を有する電子線を
照射し、前記複数の超微粒子を核生成点として、前記非
晶質炭素基板の表面近傍部分に閉殻多層構造を有する複
数の巨大フラーレンを生成する工程と、 前記非晶質炭素基板の表面近傍部分に生成した前記複数
の巨大フラーレンに、1×10 20 e/cm 2 ・ sec以上の強度を有
し、かつ前記巨大フラーレンの生成工程より高強度の電
子線を照射し、前記複数の巨大フラーレン同士の外殻側
の炭素が重なりあうまで、前記複数の巨大フラーレンを
移動させて集合化する工程と、 前記集合化した複数の巨大フラーレンに対して、さらに
前記巨大フラーレンの生成工程と同等の強度を有する電
子線を照射し、 前記複数の巨大フラーレンを包み込む外
殻フラーレンを形成することによって、前記複数の巨大
フラーレンが共通の前記外殻フラーレンで包み込まれた
構造を有するマルチ核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マルチ核フラーレンの製造方
法。 - 【請求項２】 請求項１記載のマルチ核フラーレンの製
造方法において、 前記各工程で前記電子線を1×10 -5 Pa以下の真空雰囲気
中で照射する ことを特徴とするマルチ核フラーレンの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24883097A JP3437066B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | マルチ核フラーレンの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24883097A JP3437066B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | マルチ核フラーレンの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1192124A JPH1192124A (ja) | 1999-04-06 |
| JP3437066B2 true JP3437066B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=17184067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24883097A Expired - Fee Related JP3437066B2 (ja) | 1997-09-12 | 1997-09-12 | マルチ核フラーレンの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3437066B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9862606B1 (en) | 2017-03-27 | 2018-01-09 | Lyten, Inc. | Carbon allotropes |
| US10428197B2 (en) | 2017-03-16 | 2019-10-01 | Lyten, Inc. | Carbon and elastomer integration |
| US10920035B2 (en) | 2017-03-16 | 2021-02-16 | Lyten, Inc. | Tuning deformation hysteresis in tires using graphene |
| US11309545B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-04-19 | Lyten, Inc. | Carbonaceous materials for lithium-sulfur batteries |
| US11342561B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-05-24 | Lyten, Inc. | Protective polymeric lattices for lithium anodes in lithium-sulfur batteries |
| US11398622B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-07-26 | Lyten, Inc. | Protective layer including tin fluoride disposed on a lithium anode in a lithium-sulfur battery |
| US11489161B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-11-01 | Lyten, Inc. | Powdered materials including carbonaceous structures for lithium-sulfur battery cathodes |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001158611A (ja) * | 1999-12-02 | 2001-06-12 | Kokusai Kiban Zairyo Kenkyusho:Kk | 多層フラーレン及びその製造方法 |
| JP3951181B2 (ja) * | 2003-03-31 | 2007-08-01 | 独立行政法人科学技術振興機構 | コア・シェル構造体の調製方法 |
-
1997
- 1997-09-12 JP JP24883097A patent/JP3437066B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| 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 |
| ＤＡＮＩＥＬ ＵＧＡＲＴＥ，Ｃｕｒｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｌｏｓｕｒｅ ｏｆ ｇｒａｐｈｉｔｉｃ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｕｎｄｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｂｅａｍ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ，ＮＡＴＵＲＥ，１９９２年，Ｖｏｌ．３５９，ｐ．７０７−７０９ |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10428197B2 (en) | 2017-03-16 | 2019-10-01 | Lyten, Inc. | Carbon and elastomer integration |
| US10920035B2 (en) | 2017-03-16 | 2021-02-16 | Lyten, Inc. | Tuning deformation hysteresis in tires using graphene |
| US11008436B2 (en) | 2017-03-16 | 2021-05-18 | Lyten, Inc. | Carbon and elastomer integration |
| US9862606B1 (en) | 2017-03-27 | 2018-01-09 | Lyten, Inc. | Carbon allotropes |
| US10112837B2 (en) | 2017-03-27 | 2018-10-30 | Lyten, Inc. | Carbon allotropes |
| US11053121B2 (en) | 2017-03-27 | 2021-07-06 | Lyten, Inc. | Method and apparatus for cracking of a process gas |
| US11309545B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-04-19 | Lyten, Inc. | Carbonaceous materials for lithium-sulfur batteries |
| US11342561B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-05-24 | Lyten, Inc. | Protective polymeric lattices for lithium anodes in lithium-sulfur batteries |
| US11398622B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-07-26 | Lyten, Inc. | Protective layer including tin fluoride disposed on a lithium anode in a lithium-sulfur battery |
| US11489161B2 (en) | 2019-10-25 | 2022-11-01 | Lyten, Inc. | Powdered materials including carbonaceous structures for lithium-sulfur battery cathodes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1192124A (ja) | 1999-04-06 |
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