JP3466691B2 - 炭素クラスター製造用原料 - Google Patents
炭素クラスター製造用原料Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｃ60等のフラーレン類
やこれにＬａ、Ｙ、Ｓｃ等ランタニドなどの金属や金属
化合物を内包あるいは付着させた金属入りフラーレン
類、あるいはカーボンナノチューブなどの炭素クラスタ
ー乃至は炭素クラスター化合物を製造するための炭素ク
ラスター製造用原料に関する。
やこれにＬａ、Ｙ、Ｓｃ等ランタニドなどの金属や金属
化合物を内包あるいは付着させた金属入りフラーレン
類、あるいはカーボンナノチューブなどの炭素クラスタ
ー乃至は炭素クラスター化合物を製造するための炭素ク
ラスター製造用原料に関する。
【０００２】
【従来の技術】フラーレンは、建築家のバックミンスタ
ー・フラーの名前から由来したもので、Ｃ60を代表とし
て、多くの炭素クラスター分子の総称である。このうち
Ｃ60は炭素原子６０個がサッカーボール状を呈したクラ
スター分子（原子集団）であり、アーク放電、レーザー
蒸発等で発生したすすの中に含まれる。正五角形が１２
個と正六角形が２０個の３２面体の各頂点に炭素原子が
存在する構造となっている。炭素の結晶としては黒鉛と
ダイヤモンドが知られているが、Ｃ60は何れとも構造が
違い、第３の炭素といわれている。金属入りフラーレン
はそれら炭素クラスターに金属元素が内包されているか
或いは周囲に付着している炭素クラスター化合物をい
う。Ｃ60は中性のままでは伝導キャリアーがないので絶
縁体であるが、Ｃ60フィルム中に金属をドープすること
によりＬＵＭＯバンドにキャリアーが注入されて金属フ
ラーレンアニオンラジカル塩となる。そして、その中に
高い超伝導転移点を有するものが存在することが確認さ
れている。更にドープのもう１つの形態として、金属が
フラーレン球殻内に入るかあるいは周囲に付着すること
が確認され、その特性が注目されている。炭素クラスタ
ーについては、１９７０年に大澤により構造モデルが提
唱され、１９８５年に英国サセックス大学のクロト、米
国ライス大学のスモーリーらによりその存在が確認され
た後、１９９０年にクレッチマー、ホフマンらによって
合成・単離方法が見い出された。
ー・フラーの名前から由来したもので、Ｃ60を代表とし
て、多くの炭素クラスター分子の総称である。このうち
Ｃ60は炭素原子６０個がサッカーボール状を呈したクラ
スター分子（原子集団）であり、アーク放電、レーザー
蒸発等で発生したすすの中に含まれる。正五角形が１２
個と正六角形が２０個の３２面体の各頂点に炭素原子が
存在する構造となっている。炭素の結晶としては黒鉛と
ダイヤモンドが知られているが、Ｃ60は何れとも構造が
違い、第３の炭素といわれている。金属入りフラーレン
はそれら炭素クラスターに金属元素が内包されているか
或いは周囲に付着している炭素クラスター化合物をい
う。Ｃ60は中性のままでは伝導キャリアーがないので絶
縁体であるが、Ｃ60フィルム中に金属をドープすること
によりＬＵＭＯバンドにキャリアーが注入されて金属フ
ラーレンアニオンラジカル塩となる。そして、その中に
高い超伝導転移点を有するものが存在することが確認さ
れている。更にドープのもう１つの形態として、金属が
フラーレン球殻内に入るかあるいは周囲に付着すること
が確認され、その特性が注目されている。炭素クラスタ
ーについては、１９７０年に大澤により構造モデルが提
唱され、１９８５年に英国サセックス大学のクロト、米
国ライス大学のスモーリーらによりその存在が確認され
た後、１９９０年にクレッチマー、ホフマンらによって
合成・単離方法が見い出された。
【０００３】その間、アルカリ金属やアルカリ土類金属
のドープによる超伝導体や光が関与した半導体機能、非
線形光学素子への応用、Ｃ60とテトラキス［ジメチルア
ミノ］エチレンとの分子錯体が強磁性を有する炭素クラ
スター化合物となる可能性の示唆、水素吸蔵物質や分子
レベルのボールベアリングへの応用など、用途に関する
提案が数多くなされており、将来的にも幅広い利用分野
の開拓が期待される。
のドープによる超伝導体や光が関与した半導体機能、非
線形光学素子への応用、Ｃ60とテトラキス［ジメチルア
ミノ］エチレンとの分子錯体が強磁性を有する炭素クラ
スター化合物となる可能性の示唆、水素吸蔵物質や分子
レベルのボールベアリングへの応用など、用途に関する
提案が数多くなされており、将来的にも幅広い利用分野
の開拓が期待される。
【０００４】フラーレン等の製造方法としては、現在ア
ーク放電方式やレーザー加熱方式によるものが広く利用
されている。これは炭素表面を３０００℃付近まで加熱
して蒸発させ、炭素クラスター乃至はクラスター化合物
を含むすす（ロースート）を得る方法である。その後、
このすすから溶媒抽出法などにより炭素クラスター乃至
はクラスター化合物を分離する。例えばレーザー蒸発法
により、ヤン・チャイ、リチャード・イー・スモーリー
ら［Ｙａｎ Ｃｈａｉ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｅ．Ｓｍａｌｌ
ｅｙ ｅｔ．ａｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，９５，
７５６４（１９９１）］がＬａＣ82の生成を見い出して
いる。その際、この金属入りフラーレンの製造に使用す
る電極を、酸化ランタンと黒鉛粉末［ウルトラ・カーボ
ン（Ｕｌｔｒａ Ｃａｒｂｏｎ）社製黒鉛粉末、ウルト
ラ「エフ」純度（Ｕｌｔｒａ"Ｆ"Ｐｕｒｉｔｙ）］とを
骨材とし、黒鉛セメント［ダイロン・インダストリイズ
（Ｄｙｌｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）社製、ジー・シ
ー（ＧＣ）グレード］を結合剤として加えて成形した
後、アルゴン雰囲気中１２００℃で焼成して製造してい
る。
ーク放電方式やレーザー加熱方式によるものが広く利用
されている。これは炭素表面を３０００℃付近まで加熱
して蒸発させ、炭素クラスター乃至はクラスター化合物
を含むすす（ロースート）を得る方法である。その後、
このすすから溶媒抽出法などにより炭素クラスター乃至
はクラスター化合物を分離する。例えばレーザー蒸発法
により、ヤン・チャイ、リチャード・イー・スモーリー
ら［Ｙａｎ Ｃｈａｉ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｅ．Ｓｍａｌｌ
ｅｙ ｅｔ．ａｌ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，９５，
７５６４（１９９１）］がＬａＣ82の生成を見い出して
いる。その際、この金属入りフラーレンの製造に使用す
る電極を、酸化ランタンと黒鉛粉末［ウルトラ・カーボ
ン（Ｕｌｔｒａ Ｃａｒｂｏｎ）社製黒鉛粉末、ウルト
ラ「エフ」純度（Ｕｌｔｒａ"Ｆ"Ｐｕｒｉｔｙ）］とを
骨材とし、黒鉛セメント［ダイロン・インダストリイズ
（Ｄｙｌｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ）社製、ジー・シ
ー（ＧＣ）グレード］を結合剤として加えて成形した
後、アルゴン雰囲気中１２００℃で焼成して製造してい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この様に黒
鉛粉末を焼き固めて製造した原料を使用すると、結果的
にロースートの生成効率が悪く、多大の電力を必要と
し、ひいては炭素クラスター乃至はクラスター化合物の
製造コストが上昇してしまうという不都合があった。そ
こで、本発明者らはアーク放電方式やレーザー加熱方式
により炭素クラスター乃至はクラスター化合物を安価に
製造できる原料を見つけるべく鋭意検討した結果、黒鉛
粉末、即ち既黒鉛化炭素質材料の成形体よりも寧ろ未黒
鉛化炭素質材料乃至は難黒鉛化性炭素質材料の圧粉体を
高温処理して得られる成形体を用いた方が、ロースート
の生成効率がはるかに高く、結果的に炭素クラスター乃
至はクラスター化合物の回収効率が著しく高まり、製造
コストが顕著に低下することを見い出し、本発明を完成
するに至った。
鉛粉末を焼き固めて製造した原料を使用すると、結果的
にロースートの生成効率が悪く、多大の電力を必要と
し、ひいては炭素クラスター乃至はクラスター化合物の
製造コストが上昇してしまうという不都合があった。そ
こで、本発明者らはアーク放電方式やレーザー加熱方式
により炭素クラスター乃至はクラスター化合物を安価に
製造できる原料を見つけるべく鋭意検討した結果、黒鉛
粉末、即ち既黒鉛化炭素質材料の成形体よりも寧ろ未黒
鉛化炭素質材料乃至は難黒鉛化性炭素質材料の圧粉体を
高温処理して得られる成形体を用いた方が、ロースート
の生成効率がはるかに高く、結果的に炭素クラスター乃
至はクラスター化合物の回収効率が著しく高まり、製造
コストが顕著に低下することを見い出し、本発明を完成
するに至った。
【０００６】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明の炭素クラ
スター製造用原料は、難黒鉛化性炭素質材料を骨材とす
る圧粉体を高温処理して得られる成形体で構成され、前
記成形体の電気固有抵抗が３５〜８１μΩ・ｍで、か
つ、三点曲げ強さが１０〜４１ＭＰａであることを特徴
とする。
スター製造用原料は、難黒鉛化性炭素質材料を骨材とす
る圧粉体を高温処理して得られる成形体で構成され、前
記成形体の電気固有抵抗が３５〜８１μΩ・ｍで、か
つ、三点曲げ強さが１０〜４１ＭＰａであることを特徴
とする。
【０００７】本発明において使用する前記未黒鉛化炭素
質材料乃至は難黒鉛化性炭素質材料とは、天然黒鉛や人
造黒鉛粉末といった既に黒鉛化が十分に進行した炭素質
材料以外の炭素質材料を意味する。ここで、炭素質材料
とは炭素から実質的に成る又は炭素を主成分とする材料
を意味するが、炭素を主成分とするものでも適宜の高温
処理により炭素から実質的に成る材料に転化し得るもの
であることが必要である。
質材料乃至は難黒鉛化性炭素質材料とは、天然黒鉛や人
造黒鉛粉末といった既に黒鉛化が十分に進行した炭素質
材料以外の炭素質材料を意味する。ここで、炭素質材料
とは炭素から実質的に成る又は炭素を主成分とする材料
を意味するが、炭素を主成分とするものでも適宜の高温
処理により炭素から実質的に成る材料に転化し得るもの
であることが必要である。
【０００８】具体的に述べると、前記未黒鉛化炭素質材
料は常圧下又は加圧下での適宜の高温処理により黒鉛化
が十分に乃至はある程度進行する炭素質材料を意味し、
以下に定義する難黒鉛化性炭素質材料を除く各種コーク
ス類（例えばニードルコークス等の石油系や石炭系の仮
焼された又は仮焼されていないコークス類やアントラセ
ン、ポリ塩化ビニル等の有機物を炭素化して得られるコ
ークス類を包含する）、各種ピッチ類（コールタールピ
ッチや石油系ピッチを包含する）、メソフェーズカーボ
ン（メソカーボンマイクロビーズやバルクメソフェーズ
などを包含する）、熱分解炭素などを包含する。また、
前記難黒鉛化性炭素質材料は高温処理によっても黒鉛化
が進行し難い炭素質材料を意味し、各種カーボンブラッ
ク類（サーマルブラック、ファーネスブラック、ランプ
ブラック、チャネルブラックなどを包含する）、難黒鉛
化性コークス類（フリュードコークス、ギルソナイトコ
ークスなどを包含する）、ガラス状炭素、フェノール樹
脂やフラン樹脂の炭素化物などを包含する。
料は常圧下又は加圧下での適宜の高温処理により黒鉛化
が十分に乃至はある程度進行する炭素質材料を意味し、
以下に定義する難黒鉛化性炭素質材料を除く各種コーク
ス類（例えばニードルコークス等の石油系や石炭系の仮
焼された又は仮焼されていないコークス類やアントラセ
ン、ポリ塩化ビニル等の有機物を炭素化して得られるコ
ークス類を包含する）、各種ピッチ類（コールタールピ
ッチや石油系ピッチを包含する）、メソフェーズカーボ
ン（メソカーボンマイクロビーズやバルクメソフェーズ
などを包含する）、熱分解炭素などを包含する。また、
前記難黒鉛化性炭素質材料は高温処理によっても黒鉛化
が進行し難い炭素質材料を意味し、各種カーボンブラッ
ク類（サーマルブラック、ファーネスブラック、ランプ
ブラック、チャネルブラックなどを包含する）、難黒鉛
化性コークス類（フリュードコークス、ギルソナイトコ
ークスなどを包含する）、ガラス状炭素、フェノール樹
脂やフラン樹脂の炭素化物などを包含する。
【０００９】これらの未黒鉛化炭素質材料乃至は難黒鉛
化性炭素質材料を用いて圧粉体を製造する際には、生コ
ークスやメソフェーズカーボン等の自己結合性炭素質材
料を用いる場合には単独で圧粉体を形成し得るし、それ
以外は適宜の骨材（粒子状以外に繊維状等の形状でもよ
い）と結合剤とを組み合せて圧粉体を形成することがで
きる。その際に、骨材や結合剤として未黒鉛化炭素質材
料と難黒鉛化性炭素質材料とを適宜組み合わせて使用す
ることもできる。具体的には、コークスやカーボンブラ
ック等の骨材とピッチ等の結合剤とを用いて圧粉体を形
成することができる。粒子状の骨材を用いる場合には、
平均粒径が５０μｍ以下の粉粒体を用いることが好まし
い。平均粒径が５０μｍを超えると、炭素クラスター製
造時に蒸発しにくくなり、またスパッターによる粒子脱
落が多くなり、効率の低下を招く。更に別の観点から見
ると、成形体の強度低下を招き易くなり、歩留りも悪く
なる可能性がある。
化性炭素質材料を用いて圧粉体を製造する際には、生コ
ークスやメソフェーズカーボン等の自己結合性炭素質材
料を用いる場合には単独で圧粉体を形成し得るし、それ
以外は適宜の骨材（粒子状以外に繊維状等の形状でもよ
い）と結合剤とを組み合せて圧粉体を形成することがで
きる。その際に、骨材や結合剤として未黒鉛化炭素質材
料と難黒鉛化性炭素質材料とを適宜組み合わせて使用す
ることもできる。具体的には、コークスやカーボンブラ
ック等の骨材とピッチ等の結合剤とを用いて圧粉体を形
成することができる。粒子状の骨材を用いる場合には、
平均粒径が５０μｍ以下の粉粒体を用いることが好まし
い。平均粒径が５０μｍを超えると、炭素クラスター製
造時に蒸発しにくくなり、またスパッターによる粒子脱
落が多くなり、効率の低下を招く。更に別の観点から見
ると、成形体の強度低下を招き易くなり、歩留りも悪く
なる可能性がある。
【００１０】骨材と結合剤とを組み合わせた圧粉体の製
造は、常法により骨材を粉砕して適宜の粒度に調整し、
次いで結合剤と適宜の温度で混和し、かくして得られる
造粒物を再度粉砕して粒度を調整した後、冷間等方圧加
圧成形、押出、型込め等の成形法を用いて成形すること
により行なうことができる。あるいは、熱間等方圧加圧
成形やホットプレス法を用いて前記高温処理と並行して
行なうこともできる。また、自己結合性の炭素質材料を
用いる場合には、この炭素質材料を適宜の粒度に調整し
た後、前述の様な成形法により成形して圧粉体を製造す
ることができる。なお、金属入りフラーレンの製造に用
いる電極を作製する場合は、例えば前記混和の際に所望
する金属化合物（例えばＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、
Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌｕ等の元素周期律表ＩＩＩａ族元素の酸
化物）を前記未黒鉛化炭素質材料乃至は難黒鉛化性炭素
質材料と混和することにより含有させればよい。
造は、常法により骨材を粉砕して適宜の粒度に調整し、
次いで結合剤と適宜の温度で混和し、かくして得られる
造粒物を再度粉砕して粒度を調整した後、冷間等方圧加
圧成形、押出、型込め等の成形法を用いて成形すること
により行なうことができる。あるいは、熱間等方圧加圧
成形やホットプレス法を用いて前記高温処理と並行して
行なうこともできる。また、自己結合性の炭素質材料を
用いる場合には、この炭素質材料を適宜の粒度に調整し
た後、前述の様な成形法により成形して圧粉体を製造す
ることができる。なお、金属入りフラーレンの製造に用
いる電極を作製する場合は、例えば前記混和の際に所望
する金属化合物（例えばＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、
Ｎｄ、Ｇｄ、Ｌｕ等の元素周期律表ＩＩＩａ族元素の酸
化物）を前記未黒鉛化炭素質材料乃至は難黒鉛化性炭素
質材料と混和することにより含有させればよい。
【００１１】次に、かくして得られる圧粉体を高温処理
する。この高温処理は、炭素質材料から揮発分を除き、
炭素化が十分に進行する温度での熱処理程度でもよく、
黒鉛化が十分に進行する温度での熱処理を必ずしも必要
としない。あるいは、炭素化を進行させる熱処理（焼
成）と黒鉛化を進行させる熱処理（黒鉛化処理）とを組
み合わせて行なってもよい。また、常法に従って、焼成
品を緻密化させるためのピッチや樹脂の含浸、二次焼成
を合わせて行なってもよい。通常、高温処理は８００乃
至３０００℃の温度範囲で行ない、その際には従来公知
の焼成炉、含浸装置、黒鉛化炉などを使用することがで
きるし、ホットプレスや熱間等方圧加圧成形を用いるこ
ともできる。
する。この高温処理は、炭素質材料から揮発分を除き、
炭素化が十分に進行する温度での熱処理程度でもよく、
黒鉛化が十分に進行する温度での熱処理を必ずしも必要
としない。あるいは、炭素化を進行させる熱処理（焼
成）と黒鉛化を進行させる熱処理（黒鉛化処理）とを組
み合わせて行なってもよい。また、常法に従って、焼成
品を緻密化させるためのピッチや樹脂の含浸、二次焼成
を合わせて行なってもよい。通常、高温処理は８００乃
至３０００℃の温度範囲で行ない、その際には従来公知
の焼成炉、含浸装置、黒鉛化炉などを使用することがで
きるし、ホットプレスや熱間等方圧加圧成形を用いるこ
ともできる。
【００１２】かくして得られる高温処理物を、必要に応
じて機械加工することにより所望する炭素クラスター製
造用原料の成形体を得ることができる。成形体は、アー
ク放電方式用の柱状をはじめとして様々な形状とするこ
とができる。成形体のかさ密度は、１．００乃至２．０
０Ｍｇ／ｍ3であることが好ましい。かさ密度が１．０
０Ｍｇ／ｍ3未満であると、多孔質となり、使用の際の
固定が難しくなり、またスパッターによる粒子脱落が多
くなる。更に、単位体積あたりの材料量が少ないため
に、より多くの作業回数を必要とし、経済的な効率が悪
くなる。かさ密度が２．００Ｍｇ／ｍ3を超えると、耐
スポーリング性が劣化し、放電の際の熱衝撃によりクラ
ックが発生し易くなり、ひいては成形体の破損につなが
る。また、成形体の電気固有抵抗は、１０μΩ・ｍ以上
であることが好ましい。固有抵抗が１０μΩ・ｍ未満で
あると、アーク放電がしにくく、発熱量が不足し、カー
ボンの蒸発速度が著しく低下するという不都合がある。
このため、放電の際に、より多くの電流を流す必要があ
り、経済性が悪くなる。更に、成形体が炭素質材料のみ
から成る成形体である場合の三点曲げ強さは１０ＭＰａ
以上であることが好ましい。即ち、アーク放電方式の場
合には、放電に耐え得る強度や耐熱衝撃性を保つ上で１
０ＭＰａ以上の曲げ強さが必要であり、これより低いと
粒子脱落が生じ易くなる。
じて機械加工することにより所望する炭素クラスター製
造用原料の成形体を得ることができる。成形体は、アー
ク放電方式用の柱状をはじめとして様々な形状とするこ
とができる。成形体のかさ密度は、１．００乃至２．０
０Ｍｇ／ｍ3であることが好ましい。かさ密度が１．０
０Ｍｇ／ｍ3未満であると、多孔質となり、使用の際の
固定が難しくなり、またスパッターによる粒子脱落が多
くなる。更に、単位体積あたりの材料量が少ないため
に、より多くの作業回数を必要とし、経済的な効率が悪
くなる。かさ密度が２．００Ｍｇ／ｍ3を超えると、耐
スポーリング性が劣化し、放電の際の熱衝撃によりクラ
ックが発生し易くなり、ひいては成形体の破損につなが
る。また、成形体の電気固有抵抗は、１０μΩ・ｍ以上
であることが好ましい。固有抵抗が１０μΩ・ｍ未満で
あると、アーク放電がしにくく、発熱量が不足し、カー
ボンの蒸発速度が著しく低下するという不都合がある。
このため、放電の際に、より多くの電流を流す必要があ
り、経済性が悪くなる。更に、成形体が炭素質材料のみ
から成る成形体である場合の三点曲げ強さは１０ＭＰａ
以上であることが好ましい。即ち、アーク放電方式の場
合には、放電に耐え得る強度や耐熱衝撃性を保つ上で１
０ＭＰａ以上の曲げ強さが必要であり、これより低いと
粒子脱落が生じ易くなる。
【００１３】
【実施例】本発明を以下の実施例に基づき具体的に説明
するが、本発明の実施態様はこれらに限定されない。
するが、本発明の実施態様はこれらに限定されない。
【００１４】実施例１
市販のファーネスブラック（電子顕微鏡法により測定し
た平均粒径：約０．１μｍ、窒素吸着法により測定した
比表面積：２３ｍ2／ｇ）１００質量部に対し市販のコ
ールタールピッチ（中ピッチ、軟化点９５℃）７５質量
部を加え、Ｚ型ミキサー内で１５０〜２００℃で混練り
を行なった。この混練物を平均粒径約５０μｍに粉砕
後、型押しプレスを用いて約９８ＭＰａの加圧力で成形
を行なった。その後、得られた圧粉体を約１０００℃で
焼成し、不活性雰囲気下で約２８００℃まで昇温して熱
処理を行ない、１２０×２４０×５０（ｍｍ）の寸法の
高温処理物を得た。この高温処理物のかさ密度は１．８
Ｍｇ／ｍ3であり、電気固有抵抗は５５μΩ・ｍであ
り、三点曲げ強さは４１ＭＰａであった。
た平均粒径：約０．１μｍ、窒素吸着法により測定した
比表面積：２３ｍ2／ｇ）１００質量部に対し市販のコ
ールタールピッチ（中ピッチ、軟化点９５℃）７５質量
部を加え、Ｚ型ミキサー内で１５０〜２００℃で混練り
を行なった。この混練物を平均粒径約５０μｍに粉砕
後、型押しプレスを用いて約９８ＭＰａの加圧力で成形
を行なった。その後、得られた圧粉体を約１０００℃で
焼成し、不活性雰囲気下で約２８００℃まで昇温して熱
処理を行ない、１２０×２４０×５０（ｍｍ）の寸法の
高温処理物を得た。この高温処理物のかさ密度は１．８
Ｍｇ／ｍ3であり、電気固有抵抗は５５μΩ・ｍであ
り、三点曲げ強さは４１ＭＰａであった。
【００１５】実施例２
ファーネスブラックの代わりに市販のサーマルブラック
（電子顕微鏡法により測定した平均粒径：約０．１μ
ｍ、窒素吸着法により測定した比表面積：１９ｍ2／
ｇ）を用い、ピッチの添加割合をサーマルブラック１０
０質量部に対して４５質量部とした以外は、実施例１と
同様にして高温処理物を得た。この高温処理物のかさ密
度は１．８Ｍｇ／ｍ3であり、電気固有抵抗は８１μΩ
・ｍであり、三点曲げ強さは３０ＭＰａであった。
（電子顕微鏡法により測定した平均粒径：約０．１μ
ｍ、窒素吸着法により測定した比表面積：１９ｍ2／
ｇ）を用い、ピッチの添加割合をサーマルブラック１０
０質量部に対して４５質量部とした以外は、実施例１と
同様にして高温処理物を得た。この高温処理物のかさ密
度は１．８Ｍｇ／ｍ3であり、電気固有抵抗は８１μΩ
・ｍであり、三点曲げ強さは３０ＭＰａであった。
【００１６】実施例３
実施例１で用いたファーネスブラック６０質量部と石油
系コークス（平均粒径：２０μｍ）４０質量部とに、市
販のコールタールピッチ（中ピッチ、軟化点９５℃）７
０質量部を加えて混練りした以外は実施例１と同様にし
て高温処理物を得た。この高温処理物のかさ密度は１．
７Ｍｇ／ｍ3であり、電気固有抵抗は３５μΩ・ｍであ
り、三点曲げ強さは３４ＭＰａであった。
系コークス（平均粒径：２０μｍ）４０質量部とに、市
販のコールタールピッチ（中ピッチ、軟化点９５℃）７
０質量部を加えて混練りした以外は実施例１と同様にし
て高温処理物を得た。この高温処理物のかさ密度は１．
７Ｍｇ／ｍ3であり、電気固有抵抗は３５μΩ・ｍであ
り、三点曲げ強さは３４ＭＰａであった。
【００１７】参考例１
石油系コークスの代わりに市販の天然りん状黒鉛（平均
粒径：約１００μｍ）を用い、ピッチの添加割合を天然
黒鉛１００質量部に対して４０質量部とし、混練物の粉
砕後の平均粒径を約５００μｍとし、約９８ＭＰａの加
圧力で冷間等方加圧成形を行った。その後、得られた圧
粉体を約１０００℃で焼成し、不活性雰囲気下で約２８
００℃まで昇温して熱処理を行い、高温処理物を得た。
この高温処理物のかさ密度は１．７Ｍｇ／ｍ3であり、
電気固有抵抗は９μΩ・ｍであり、三点曲げ強さは８Ｍ
Ｐａであった。なお、本参考例で得られた高温処理物は
異方性が強いが、電気固有抵抗と三点曲げ強さの測定値
は試料の長手方向に関する値である。
粒径：約１００μｍ）を用い、ピッチの添加割合を天然
黒鉛１００質量部に対して４０質量部とし、混練物の粉
砕後の平均粒径を約５００μｍとし、約９８ＭＰａの加
圧力で冷間等方加圧成形を行った。その後、得られた圧
粉体を約１０００℃で焼成し、不活性雰囲気下で約２８
００℃まで昇温して熱処理を行い、高温処理物を得た。
この高温処理物のかさ密度は１．７Ｍｇ／ｍ3であり、
電気固有抵抗は９μΩ・ｍであり、三点曲げ強さは８Ｍ
Ｐａであった。なお、本参考例で得られた高温処理物は
異方性が強いが、電気固有抵抗と三点曲げ強さの測定値
は試料の長手方向に関する値である。
【００１８】実施例１乃至３及び参考例１で得られた黒
鉛化物乃至は高温処理物の夫々から、機械加工により６
×６×１２０（ｍｍ）の寸法のフラーレン製造用電極棒
を切り出し、これを図１に示したフラーレン製造実験装
置１１に装着して、アーク放電方式により放電電流を６
０Ａとして放電させてロースートを生成させた。
鉛化物乃至は高温処理物の夫々から、機械加工により６
×６×１２０（ｍｍ）の寸法のフラーレン製造用電極棒
を切り出し、これを図１に示したフラーレン製造実験装
置１１に装着して、アーク放電方式により放電電流を６
０Ａとして放電させてロースートを生成させた。
【００１９】放電の際には、実験装置１１内を、導入口
１２からヘリウムガスを流し、１００Ｔｏｒｒ封入で放
電を行なった。得られた電極棒１３を直流電源１４と接
続した陽極１５に取り付け、ターゲットの役割を有する
陰極１６側には黒鉛材１７を用いた。放電室１８の下部
にロースート回収口１９、上部にトラップ２０を介して
ロータリーポンプと連結した排気口２１が存在する。ロ
ースートは前記トラップ部にも付着した。ロースートと
スパッター物との分離には、３５メッシュのふるいを用
いた。ロースート変換率を、これら全てのロースートの
質量を、電極棒の消耗量に対する百分率として求めた。
１２からヘリウムガスを流し、１００Ｔｏｒｒ封入で放
電を行なった。得られた電極棒１３を直流電源１４と接
続した陽極１５に取り付け、ターゲットの役割を有する
陰極１６側には黒鉛材１７を用いた。放電室１８の下部
にロースート回収口１９、上部にトラップ２０を介して
ロータリーポンプと連結した排気口２１が存在する。ロ
ースートは前記トラップ部にも付着した。ロースートと
スパッター物との分離には、３５メッシュのふるいを用
いた。ロースート変換率を、これら全てのロースートの
質量を、電極棒の消耗量に対する百分率として求めた。
【００２０】次に、かくして得られたロースートから、
溶剤としてベンゼンを用いてフラーレンを抽出した。こ
のフラーレンのベンゼン溶液の紫外光スペクトルの測定
からフラーレンを定量し、ロースートに対する百分率と
してフラーレン収率を求めた。また、陰極堆積物の電極
消耗量に対する百分率を計算して、陰極堆積物変換率を
求めた。また、放電時間を３０分としたときの夫々の電
極棒の消耗率を測定した。これらの結果を、合せて表１
に示した。
溶剤としてベンゼンを用いてフラーレンを抽出した。こ
のフラーレンのベンゼン溶液の紫外光スペクトルの測定
からフラーレンを定量し、ロースートに対する百分率と
してフラーレン収率を求めた。また、陰極堆積物の電極
消耗量に対する百分率を計算して、陰極堆積物変換率を
求めた。また、放電時間を３０分としたときの夫々の電
極棒の消耗率を測定した。これらの結果を、合せて表１
に示した。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１、特に３０分の放電による電極消耗量
のデータから明らかな様に、本発明による炭素クラスタ
ー製造用原料を用いると、黒鉛粉末を原料とした場合よ
りロースートの生成効率が高く、あるいは放電電力を低
減させることができ、結果的にロースートの製造コスト
を低下させることができる。これは、放電時間、ロース
ート変換率及びフラーレン収率から総合的に判断したフ
ラーレンの回収効率を見ても明らかである。なお、トラ
ップ２０の部分から回収したロースートのみについてフ
ラーレン収率を別途求めたが、何れも表１に示したロー
スート全体のフラーレン収率の平均値より約１乃至３％
高い値を示した。カーボンブラックを用 い、固有抵抗の
高い実施例１乃至３は、参考例１に比べて全般的に電極
消耗料が高く、放電効率が良い。個々に見ると、ファー
ネスブラックを用いた実施例１は、放電がし易いと共に
フラーレン収率が高い。サーマルブラックを用いた実施
例２では、放電が非常にし易い。更に、ファーネスブラ
ックとコークスとの混合物を用いた実施例３では、高い
フラーレン収率を保ちながら放電がし易くなる。
のデータから明らかな様に、本発明による炭素クラスタ
ー製造用原料を用いると、黒鉛粉末を原料とした場合よ
りロースートの生成効率が高く、あるいは放電電力を低
減させることができ、結果的にロースートの製造コスト
を低下させることができる。これは、放電時間、ロース
ート変換率及びフラーレン収率から総合的に判断したフ
ラーレンの回収効率を見ても明らかである。なお、トラ
ップ２０の部分から回収したロースートのみについてフ
ラーレン収率を別途求めたが、何れも表１に示したロー
スート全体のフラーレン収率の平均値より約１乃至３％
高い値を示した。カーボンブラックを用 い、固有抵抗の
高い実施例１乃至３は、参考例１に比べて全般的に電極
消耗料が高く、放電効率が良い。個々に見ると、ファー
ネスブラックを用いた実施例１は、放電がし易いと共に
フラーレン収率が高い。サーマルブラックを用いた実施
例２では、放電が非常にし易い。更に、ファーネスブラ
ックとコークスとの混合物を用いた実施例３では、高い
フラーレン収率を保ちながら放電がし易くなる。
【００２３】
【発明の効果】上記実施例でも実証した様に、本発明の
炭素クラスター製造用原料を用いると、従来の黒鉛粉末
を用いて製造された原料を用いた場合に比べてロースー
トの生成効率がはるかに高くなり、結果的に炭素クラス
ター乃至はクラスター化合物の回収効率が著しく高ま
り、製造コストが顕著に低下する。
炭素クラスター製造用原料を用いると、従来の黒鉛粉末
を用いて製造された原料を用いた場合に比べてロースー
トの生成効率がはるかに高くなり、結果的に炭素クラス
ター乃至はクラスター化合物の回収効率が著しく高ま
り、製造コストが顕著に低下する。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−61804（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−134507（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−290559（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−229810（ＪＰ，Ａ)
Ｒ．Ｅ．ＳＭＡＬＬＥＹ， ｅｔ ａ
ｌ，Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｒｏｄｕｃ
ｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ60， Ｃ60Ｈ36，
ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｏｌｖａｔｅｄ Ｂ
ｕｃｋｉｄｅ Ｉｏｎ ，Ｊ． Ｐｈｙ
ｓ． Ｃｈｅｍ．，1990年，Ｖｏｌ.
94， Ｎｏ．24，ｐ．8634−8636
石川敏功、長沖通，新・炭素工学，日
本，近代編集社，1986年 ７月 １日,
46−47頁
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C01B 31/00 - 31/36
Claims (6)
- 【請求項１】 難黒鉛化性炭素質材料を骨材とする圧粉
体を高温処理して得られる成形体で構成され、前記成形
体の電気固有抵抗が３５〜８１μΩ・ｍで、かつ、三点
曲げ強さが１０〜４１ＭＰａであることを特徴とする炭
素クラスター製造用原料。 - 【請求項２】 前記成形体が、カーボンブラックを骨材
とする圧粉体を高温処理して得られたものである請求項
１に記載の炭素クラスター製造用原料。 - 【請求項３】 前記成形体が、コークスとカーボンブラ
ックとを骨材とする圧粉体を高温処理して得られたもの
である請求項１に記載の炭素クラスター製造用原料。 - 【請求項４】 ピッチを結合剤とする請求項１乃至３の
いずれかに記載の炭素クラスター製造用原料。 - 【請求項５】 前記骨材に平均粒径５０μｍ以下の粉体
を用いている請求項１乃至４のいずれかに記載の炭素ク
ラスター製造用原料。 - 【請求項６】 前記成形体のかさ密度が１．００〜２．
００Ｍｇ／ｍ3である請求項１乃至５のいずれかに記載
の炭素クラスター製造用原料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02300694A JP3466691B2 (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | 炭素クラスター製造用原料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02300694A JP3466691B2 (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | 炭素クラスター製造用原料 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003163844A Division JP2003327421A (ja) | 2003-06-09 | 2003-06-09 | 炭素クラスター製造用原料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07206415A JPH07206415A (ja) | 1995-08-08 |
| JP3466691B2 true JP3466691B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=12098418
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02300694A Expired - Lifetime JP3466691B2 (ja) | 1994-01-07 | 1994-01-07 | 炭素クラスター製造用原料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3466691B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4786829B2 (ja) * | 2001-07-23 | 2011-10-05 | 東洋炭素株式会社 | フラーレン製造用炭素材料 |
| US7658903B2 (en) * | 2006-09-12 | 2010-02-09 | Graftech International Holdings Inc. | High purity nuclear graphite |
| WO2020188740A1 (ja) * | 2019-03-19 | 2020-09-24 | 関西熱化学株式会社 | カーボンブラック成形体、及びその製造方法 |
-
1994
- 1994-01-07 JP JP02300694A patent/JP3466691B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Ｒ．Ｅ．ＳＭＡＬＬＥＹ， ｅｔ ａｌ，Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃ６０， Ｃ６０Ｈ３６， ａｎｄ ｔｈｅ Ｓｏｌｖａｔｅｄ Ｂｕｃｋｉｄｅ Ｉｏｎ ，Ｊ． Ｐｈｙｓ． Ｃｈｅｍ．，１９９０年，Ｖｏｌ．９４， Ｎｏ．２４，ｐ．８６３４−８６３６ |
| 石川敏功、長沖通，新・炭素工学，日本，近代編集社，１９８６年 ７月 １日，４６−４７頁 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07206415A (ja) | 1995-08-08 |
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