JP3472833B2 - カーボンオニオンの合成法 - Google Patents
カーボンオニオンの合成法Info
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- JP3472833B2 JP3472833B2 JP2001333580A JP2001333580A JP3472833B2 JP 3472833 B2 JP3472833 B2 JP 3472833B2 JP 2001333580 A JP2001333580 A JP 2001333580A JP 2001333580 A JP2001333580 A JP 2001333580A JP 3472833 B2 JP3472833 B2 JP 3472833B2
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- carbon onion
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンオニオン
の合成法に関する。
の合成法に関する。
【０００２】
【従来の技術】カーボンオニオンは同心で大きさの異な
るフラーレン分子が重なりあった球形多殻構造をしてお
り、大きさは外径が数十ナノメートル、殻間距離はグラ
ファイトの場合とほぼ同じである。従来、微粒炭素源に
強い電子線を長時間照射したり、炭素の蒸気を蒸着させ
るなど低圧高温状態で主に合成されてきた。他に、爆薬
による衝撃波で炭素微粉からカーボンオニオンが合成さ
れたという報告もある（K.Yamada,H.Kunishige,and A.
B.Sawaoka,Naturwissenschaften,78,450-452(1991)) 。
るフラーレン分子が重なりあった球形多殻構造をしてお
り、大きさは外径が数十ナノメートル、殻間距離はグラ
ファイトの場合とほぼ同じである。従来、微粒炭素源に
強い電子線を長時間照射したり、炭素の蒸気を蒸着させ
るなど低圧高温状態で主に合成されてきた。他に、爆薬
による衝撃波で炭素微粉からカーボンオニオンが合成さ
れたという報告もある（K.Yamada,H.Kunishige,and A.
B.Sawaoka,Naturwissenschaften,78,450-452(1991)) 。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】これまでに、衝撃板衝
突による衝撃圧縮実験では炭素源がダイヤモンドに変換
した例はあるが、カ-ボンオニオンが合成された例はな
い。本発明は、この方法によりカ-ボンオニオンを合成
することを課題とする。
突による衝撃圧縮実験では炭素源がダイヤモンドに変換
した例はあるが、カ-ボンオニオンが合成された例はな
い。本発明は、この方法によりカ-ボンオニオンを合成
することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、従来の
ように、炭素含有量の高い炭素源を出発原料として用い
たのではなく、化合物（ＳｉＣ）を出発原料としている
点と衝撃板衝突による平面衝撃波による衝撃圧縮により
カーボンオニオンを合成した点にある。
ように、炭素含有量の高い炭素源を出発原料として用い
たのではなく、化合物（ＳｉＣ）を出発原料としている
点と衝撃板衝突による平面衝撃波による衝撃圧縮により
カーボンオニオンを合成した点にある。
【０００５】すなわち、本発明は、炭化ケイ素粉末を銅
粉末と混合し、その混合物を衝撃波により加圧しカーボ
ンオニオンを合成する方法において、ＳｉＣ粉末と銅粉
末との加圧形成体に圧力３５万気圧以上、温度２７００
℃以上の超高圧超高温の衝撃圧縮を利用することを特徴
とするカ-ボンオニオンの合成法である。
粉末と混合し、その混合物を衝撃波により加圧しカーボ
ンオニオンを合成する方法において、ＳｉＣ粉末と銅粉
末との加圧形成体に圧力３５万気圧以上、温度２７００
℃以上の超高圧超高温の衝撃圧縮を利用することを特徴
とするカ-ボンオニオンの合成法である。
【０００６】本発明においては、出発原料として炭化ケ
イ素（ＳｉＣ）粉末を用い、高速に加速した金属衝撃板
を衝突させることにより試料中に衝撃波を発生させ圧縮
する方法（衝撃圧縮）で超高温超高圧状態を作り、分解
したＳｉＣからほぼ純粋な炭素からなるカ-ボンオニオ
ンを多数生成させることができる。高圧合成であるため
殻と殻の間隔は内部に行く程狭くなる。
イ素（ＳｉＣ）粉末を用い、高速に加速した金属衝撃板
を衝突させることにより試料中に衝撃波を発生させ圧縮
する方法（衝撃圧縮）で超高温超高圧状態を作り、分解
したＳｉＣからほぼ純粋な炭素からなるカ-ボンオニオ
ンを多数生成させることができる。高圧合成であるため
殻と殻の間隔は内部に行く程狭くなる。
【０００７】ダイヤモンドでも直径数十ナノメートルの
微粒粉末を作ることは可能であるが、本発明のように直
径１０〜３０ナノメートルのほぼ均一な微粒粉末を作る
ことは難しい。均一なカーボンオニオンの微粒粉末は高
硬度材料の高精度研摩、あるいは潤滑剤としての可能性
がある。また、数千度という高温においてはダイヤモン
ド微粒は粒成長したりグラファイトに転移すると考えら
れるが、カーボンオニオンは低圧高温状態ではダイヤモ
ンドより安定であり、そのような極限環境においても使
用できる可能性がある。
微粒粉末を作ることは可能であるが、本発明のように直
径１０〜３０ナノメートルのほぼ均一な微粒粉末を作る
ことは難しい。均一なカーボンオニオンの微粒粉末は高
硬度材料の高精度研摩、あるいは潤滑剤としての可能性
がある。また、数千度という高温においてはダイヤモン
ド微粒は粒成長したりグラファイトに転移すると考えら
れるが、カーボンオニオンは低圧高温状態ではダイヤモ
ンドより安定であり、そのような極限環境においても使
用できる可能性がある。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の方法の概略説明
図を示す。ＳｉＣ粉末と銅粉末との混合物の加圧形成体
からなる出発原料（２）を回収容器（３）につめ、ネジ
蓋（４）で試料背後から押さえた後、円柱型収納体
（１）に埋め込みターゲットとする。衝撃板（５）を爆
薬で加速しターゲット前面に平行に衝突させる。衝撃圧
は衝撃板の衝突直前の速度を測定してインピーダンスマ
ッチング法で計算する。衝撃温度は多量の銅粉末と試料
が平衡になるとして算出する。
図を示す。ＳｉＣ粉末と銅粉末との混合物の加圧形成体
からなる出発原料（２）を回収容器（３）につめ、ネジ
蓋（４）で試料背後から押さえた後、円柱型収納体
（１）に埋め込みターゲットとする。衝撃板（５）を爆
薬で加速しターゲット前面に平行に衝突させる。衝撃圧
は衝撃板の衝突直前の速度を測定してインピーダンスマ
ッチング法で計算する。衝撃温度は多量の銅粉末と試料
が平衡になるとして算出する。
【０００９】カーボンオニオンの合成には高温が不可欠
であると考えられている。また炭素化合物を炭素源とし
カーボンオニオンを合成する場合、まず化合物が分解す
る必要がある。特に、高圧では、分解温度が常圧より高
くなりＳｉＣの場合２７００℃以上が必要となる。
であると考えられている。また炭素化合物を炭素源とし
カーボンオニオンを合成する場合、まず化合物が分解す
る必要がある。特に、高圧では、分解温度が常圧より高
くなりＳｉＣの場合２７００℃以上が必要となる。
【００１０】用いるＳｉＣ粉末はα-ＳｉＣまたはβ-Ｓ
ｉＣのどちらの場合でも、ほぼ同じ結果が得られる。Ｓ
ｉＣ粉末と銅粉末との混合物の加圧形成体の密度は６．
０ｇ/ｃｍ3から８．９ｇ/ｃｍ3が好ましい。密度が６．
０ｇ/ｃｍ3より小さすぎると衝撃圧力を充分に上げるこ
とができない。また、金属銅の密度が８．９ｇ/ｃｍ3で
あるので銅粉末を加圧形成してそれ以上の密度にするの
は困難である。
ｉＣのどちらの場合でも、ほぼ同じ結果が得られる。Ｓ
ｉＣ粉末と銅粉末との混合物の加圧形成体の密度は６．
０ｇ/ｃｍ3から８．９ｇ/ｃｍ3が好ましい。密度が６．
０ｇ/ｃｍ3より小さすぎると衝撃圧力を充分に上げるこ
とができない。また、金属銅の密度が８．９ｇ/ｃｍ3で
あるので銅粉末を加圧形成してそれ以上の密度にするの
は困難である。
【００１１】この加圧形成体を衝撃圧縮する場合の圧力
は３５万気圧以上が好ましい。圧力が３５万気圧より低
い場合には、衝撃温度も低くなり化合物の分解温度に達
しないためカーボンオニオンの生成は望めない。圧力の
上限は、カーボンオニオン合成のための必要条件ではな
いが、１５０万気圧以上の圧力は、衝突速度に限界があ
るので技術的に発生不可能となるので、１５０万気圧程
度を限度とする。
は３５万気圧以上が好ましい。圧力が３５万気圧より低
い場合には、衝撃温度も低くなり化合物の分解温度に達
しないためカーボンオニオンの生成は望めない。圧力の
上限は、カーボンオニオン合成のための必要条件ではな
いが、１５０万気圧以上の圧力は、衝突速度に限界があ
るので技術的に発生不可能となるので、１５０万気圧程
度を限度とする。
【００１２】ＳｉＣ粉末と銅粉末との混合比は、銅が５
０重量％程度以上であることが好ましい。銅粉末の混合
比が小さいと試料粒子の周りに充分な量の銅粉が存在せ
ず、均一な衝撃温度及び急冷効果が得られないため衝撃
合成の効率が低下する。逆に、銅粉の割合が高すぎると
生成物の収量が少なくなる。但し、同量の出発物質から
の収率は銅粉の割合がいくら高くても低下するわけでは
ないので、銅が９９重量％でも可能である。
０重量％程度以上であることが好ましい。銅粉末の混合
比が小さいと試料粒子の周りに充分な量の銅粉が存在せ
ず、均一な衝撃温度及び急冷効果が得られないため衝撃
合成の効率が低下する。逆に、銅粉の割合が高すぎると
生成物の収量が少なくなる。但し、同量の出発物質から
の収率は銅粉の割合がいくら高くても低下するわけでは
ないので、銅が９９重量％でも可能である。
【００１３】ＳｉＣ粉末と混合する銅粉末の平均粒子径
の上下限は特に限定されないが、１０ミクロン程度以下
５ミクロン程度以上のものを使用すればよい。銅粉の粒
径があまり大きいと試料粒子を密に取り囲むことができ
ず、銅粉を用いる理由である均一温度及び急冷効果を得
ることができなくなりカーボンオニオンの収率が低下す
る。
の上下限は特に限定されないが、１０ミクロン程度以下
５ミクロン程度以上のものを使用すればよい。銅粉の粒
径があまり大きいと試料粒子を密に取り囲むことができ
ず、銅粉を用いる理由である均一温度及び急冷効果を得
ることができなくなりカーボンオニオンの収率が低下す
る。
【００１４】
【実施例】実施例１
５重量％ＳｉＣ粉末を９５重量％銅粉末と混合し、ステ
ンレス鋼製回収容器に加圧形成し、つめて加圧成形体と
した。加圧成形体の密度は６．６ｇ/ｃｍ3とした。この
容器に秒速４．７ｋｍでステンレス鋼衝撃板（厚さ約３
ｍｍ）を衝突させた。発生する衝撃波で加圧成形体を約
１２０万気圧、６５００ｋまで高圧高温処理した。回収
した生成物を硝酸で処理し銅粉末を除去した。精製した
生成物を電子顕微鏡で観察したところ直径１０〜３０ｎ
ｍ程度のカーボンオニオンが多数発見された。カーボン
オニオンの中心部にはアモルファス状の炭素の核があ
り、そのまわりを数十層の球形の炭素殻が取り巻いてい
ることがわかった。核の部分にはわずかにケイ素（Ｓ
ｉ）が含まれていた。
ンレス鋼製回収容器に加圧形成し、つめて加圧成形体と
した。加圧成形体の密度は６．６ｇ/ｃｍ3とした。この
容器に秒速４．７ｋｍでステンレス鋼衝撃板（厚さ約３
ｍｍ）を衝突させた。発生する衝撃波で加圧成形体を約
１２０万気圧、６５００ｋまで高圧高温処理した。回収
した生成物を硝酸で処理し銅粉末を除去した。精製した
生成物を電子顕微鏡で観察したところ直径１０〜３０ｎ
ｍ程度のカーボンオニオンが多数発見された。カーボン
オニオンの中心部にはアモルファス状の炭素の核があ
り、そのまわりを数十層の球形の炭素殻が取り巻いてい
ることがわかった。核の部分にはわずかにケイ素（Ｓ
ｉ）が含まれていた。
【００１５】
【発明の効果】本発明の方法によれば、一回の衝撃処理
で直径数十ナノメートルのカーボンオニオンを多数合成
できるので、従来の方法より格段に効率的である。大き
さのほぼ均一なカーボンオニオンを大量合成できれば高
硬度材料の高精度研摩、あるいは潤滑剤としての可能性
がある。更に、その焼結体などが可能になれば、ナノス
ケール加工のための研削部品としての応用も考えられ、
ナノテクノロジー関連デバイスとしての可能性がある。
で直径数十ナノメートルのカーボンオニオンを多数合成
できるので、従来の方法より格段に効率的である。大き
さのほぼ均一なカーボンオニオンを大量合成できれば高
硬度材料の高精度研摩、あるいは潤滑剤としての可能性
がある。更に、その焼結体などが可能になれば、ナノス
ケール加工のための研削部品としての応用も考えられ、
ナノテクノロジー関連デバイスとしての可能性がある。
【図１】本発明の方法の概略説明図である。
フロントページの続き
(56)参考文献 Ｙ．Ｂ．Ｌｉ ｅｔ ａｌ，Ｔｒａｎ
ｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂ
ｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｔｏ ｎａ
ｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｂｙ ｂａｌ
ｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ,
ｃａｒｂｏｎ，1999年，Ｖｏｌ．37,
ｐ．493−497
Ｖｌａｄｉｍｉｒ Ｌ． ｅｔ ａ
ｌ，Ｏｎｉｏｎ−ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏ
ｎ ｆｒｏｍ ｕｌｔｒａ−ｄｉｓｐｅ
ｒｓｅ ｄｉａｍｏｎｄ，Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ
ｓ，1994年，Ｖｏｌ．222，ｐ．343−
348
Ｋ．Ｙａｍａｄａ ｅｔ ａｌ，Ｆｏ
ｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ
Ｃａｒｂｙｎｅ Ｐｒｏｄｕｃｅ ｂ
ｙ Ｓｈｏｃｋ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏ
ｎ，Ｎａｔｕｒ Ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａ
ｆｔｅｎ，1991年，Ｖｏｌ．78，ｐ.
450−452
Ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ
ｒａｄｉａｔｉｎｇ ｆｉｌａｍｅｎ
ｔｓ ｏｆ ＳｉＣ ｆｏｒｍｅｄ ｂ
ｙ ｔｈｅ ｃｏｎｉｃａｌｌｙ ｃｏ
ｎｖｅｒｇｉｎｇ ｓｈｏｃｋ−ｗａｖ
ｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，Ｐｈｉｌｏｓ
ｏｐｈｉｃａｌ Ｍａｇａｚｉｎｅ
Ａ，1990年，Ｖｏｌ．61，ｐ．943−954
Ｔａｔｉａｎａ Ｇｏｒｅｌｉｋ ｅ
ｔ ａｌ，Ｃａｒｂｏｎ ｏｎｉｏｎｓ
ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｌａｓｅｒ
ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ａｍ
ｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａ
ｒｂｉｄｅ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，2003年，Ｖ
ｏｌ．373，ｐ．642−645
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C01B 31/02 101
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 炭化ケイ素粉末を銅粉末と混合し、その
混合物を衝撃波により加圧しカーボンオニオンを合成す
る方法において、ＳｉＣ粉末と銅粉末との加圧形成体に
圧力３５万気圧以上、温度２７００℃以上の超高圧超高
温の衝撃圧縮を行うことを特徴とするカ-ボンオニオン
の合成法。 - 【請求項２】 ＳｉＣ粉末と銅粉末との混合物の加圧形
成体の密度が６．０ｇ/ｃｍ3から８．９ｇ/ｃｍ3であ
り、この加圧成形体を衝撃圧縮した場合の圧力が３５万
気圧から１５０万気圧であることを特徴とする請求項１
に記載のカーボンオニオンの合成法。 - 【請求項３】 ＳｉＣ粉末と銅粉末との混合比は、銅が
５０重量％以上９９重量％以下であることを特徴とする
請求項１に記載のカーボンオニオンの合成法。 - 【請求項４】 銅粉末の平均粒子径が１０ミクロン以
下であることことを特徴とする請求項１に記載のカーボ
ンオニオンの合成法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001333580A JP3472833B2 (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | カーボンオニオンの合成法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001333580A JP3472833B2 (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | カーボンオニオンの合成法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003137518A JP2003137518A (ja) | 2003-05-14 |
| JP3472833B2 true JP3472833B2 (ja) | 2003-12-02 |
Family
ID=19148819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001333580A Expired - Lifetime JP3472833B2 (ja) | 2001-10-31 | 2001-10-31 | カーボンオニオンの合成法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3472833B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114751748B (zh) * | 2022-03-18 | 2023-06-16 | 燕山大学 | 高强致密的类洋葱碳块材及其制备方法 |
-
2001
- 2001-10-31 JP JP2001333580A patent/JP3472833B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| Ｃｒｙｓｔａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｒａｄｉａｔｉｎｇ ｆｉｌａｍｅｎｔｓ ｏｆ ＳｉＣ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｎｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ ｓｈｏｃｋ−ｗａｖｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，Ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｉｃａｌ Ｍａｇａｚｉｎｅ Ａ，１９９０年，Ｖｏｌ．６１，ｐ．９４３−９５４ |
| Ｋ．Ｙａｍａｄａ ｅｔ ａｌ，Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｃａｒｂｙｎｅ Ｐｒｏｄｕｃｅ ｂｙ Ｓｈｏｃｋ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，Ｎａｔｕｒ Ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ，１９９１年，Ｖｏｌ．７８，ｐ．４５０−４５２ |
| Ｔａｔｉａｎａ Ｇｏｒｅｌｉｋ ｅｔ ａｌ，Ｃａｒｂｏｎ ｏｎｉｏｎｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｌａｓｅｒ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００３年，Ｖｏｌ．３７３，ｐ．６４２−６４５ |
| Ｖｌａｄｉｍｉｒ Ｌ． ｅｔ ａｌ，Ｏｎｉｏｎ−ｌｉｋｅ ｃａｒｂｏｎ ｆｒｏｍ ｕｌｔｒａ−ｄｉｓｐｅｒｓｅ ｄｉａｍｏｎｄ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，１９９４年，Ｖｏｌ．２２２，ｐ．３４３−３４８ |
| Ｙ．Ｂ．Ｌｉ ｅｔ ａｌ，Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｔｏ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｂｙ ｂａｌｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｃａｒｂｏｎ，１９９９年，Ｖｏｌ．３７，ｐ．４９３−４９７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003137518A (ja) | 2003-05-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3472833 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
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