JP3621928B2 - カーボンナノ微粒子の製造方法,カーボンナノ微粒子の製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素(黒鉛,活性炭,アモルファスカーボン,樹脂など)を主成分とし、カーボンナノホーンや極短単層カーボンナノチューブを有する微粒子を含むナノスケール(10−6〜10−9m)サイズの
微粒子を、効率的にかつ安価に製造する方法及びその製造装置に関する。特に、二次電池電極や燃料電池電極への混合物の製造に好適なものである。また、本発明は、新規なナノ炭素物質に関する。
【0002】
ここで、カーボンナノホーンとは、グラファイトシートを円錐状に丸めた形状を持ち、先端も円錐状に閉じているカーボンナノ粒子を示す(特開2001−64004号公報参照)。
【0003】
また、極短単層カーボンナノチューブとは、直径の数倍から数十倍の長さの単層カーボンナノチューブを示す。具体的には、直径が0.7nm〜5nm,長さが3nm〜100nmで、炭素6員環構造を主構造とする黒鉛シートよりなる単層円筒構造の外径がナノメートルサイズの炭素繊維である。この大きさにより、ナノ微粒子のカプセル(磁性ナノ微粒子の封入による、耐腐食性磁性体,磁気メモリ用微粒子,カプセル混入微粒子の移動による演算素子),イオン伝導体(但し、表面の化学装飾が必要である。電解質,特に燃料電池用)などに適している。
【0004】
同様に、カーボンナノ微粒子とは、カーボンナノホーンや極短単層カーボンナノチューブなどのカーボンナノ材料を構成部品として含む微粒子を言う。これは、カーボンナノホーンや極短単層カーボンナノチューブは、通常一つ一つが孤立して存在するわけではなく、それらが集合し、微粒子の状態で存在するためである。また、その他にも、フラーレン,ナノポリへドロン,単層ナノカプセル,ナノグラファイト片,泡状炭素も微粒子として存在する。更に、微量だが、長い単層カーボンナノチューブ,多層カーボンナノチューブも存在する場合がある。
【0005】
尚、フラーレンとナノカプセルと極短単層カーボンナノチューブは、いずれも同じ物であるとも判断できる。これらの違いの1つはサイズである。単層ナノカプセルや極短単層カーボンナノチューブは、フラーレンよりもサイズが大きい。単層ナノカプセルと極短単層カーボンナノチューブとの違いについては、極短単層ナノチューブの場合は、本体が直線的チューブ状(径の異なるチューブが接続されていてもよい)であるのに対し、ナノカプセルは必ずしも直線的でなくてもよいが、殻状に閉じているものである。
【0006】
同様に、ナノカーボン材料とは、単層カーボンナノチューブ,多層カーボンナ ノチューブ,カーボンナノファイバ,カーボンナノホーン,フラーレン、若しくはこれらの混合物などを言う。
【0007】
【従来の技術】
カーボンナノホーンは、円錐状の形状を呈したカーボンナノ材料である(特開2001−64004号公報参照)。カーボンナノホーンは、通常それらが凝集した状態で製造される。カーボンナノホーンの凝集微粒子のサイズは、約100nmである。
【0008】
カーボンナノホーンは、主に、固体状黒鉛単体物質のレーザ蒸発法により製造されている(特開2001−64004号公報参照)。このプロセスは以下のとおりである。
プロセス用の密閉容器内に固体状黒鉛単体物質を配置し、一旦10−2Pa以下に減圧排気した後、Ar等の不活性ガスを充填して103〜104Paの雰囲気とする。密閉容器には、レーザ光を通すガラス窓が取り付けられている。このガラス窓を通して、固体状黒鉛単体物質に炭酸ガス(CO2)レーザ光などのレーザ光を照射する。CO2レーザ光の照射によって、固体状黒鉛単体物質の表面が蒸発し、すす状物質を形成する。このすす状物質の中に、カーボンナノホーンの凝集微粒子が存在する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザ蒸発法によるカーボンナノホーン製造の課題は、次のとおりである。
▲1▼ 真空容器,真空排気装置,レーザ光導入用真空窓,CO2レーザが必要であり、装置コストが比較的高い。特に、CO2レーザは高価である。
▲2▼ 製造プロセスがArガスを充填した密閉容器内で行われるため、連続大量合成には不向きである。
▲3▼ 排気,Arガス導入,大気開放を繰り返さなければならず、工程が長い。
▲4▼ レーザ光導入用窓が炭素すすによって汚れると、所望のパワーのレーザ光が黒鉛材料に照射されなくなるため、頻繁に窓のクリーニングが必要である。従って、条件の均一化が難しく、連続大量生産には不向きである。
【0010】
本発明は、プロセス容器を必ずとも必要とせず、大気中にて発生させたアークジェットを用いて炭素材料を蒸発させて、容易にかつ安価に、約20%以上のカーボンナノホーン微粒子を含むカーボンナノ微粒子を合成(大量合成を含む)する方法を提供し、その製造装置を提供するものである。また、新規なナノ炭素物質を提供するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載されたカーボンナノ微粒子の製造方法は、
第1電極と炭素材料を主成分とする第2電極を少なくとも1つの切れ込み部を有する絶縁部材を介して対向配置する工程と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加して前記切れ込み部で対向する前記第1電極と前記第2電極との間でアーク放電を大気中又は空気中で発生させる工程と、
前記アーク放電により前記第2電極の前記炭素材料を蒸発させて前記切れ込み部から炭素材料を含むアークジェットを発生させる工程と、
前記アークジェットを冷却してカーボンナノ材料を含むすすを形成させる工程を備えたことを特徴としている。
【0012】
請求項2に記載されたカーボンナノ微粒子の製造方法は、請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法において、
前記アーク放電の電極点により前記第2電極の前記炭素材料を蒸発させることを特徴としている。
【0013】
請求項3に記載されたカーボンナノ微粒子の製造方法は、請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法において、
前記第1電極と前記第2電極を相対移動させながら前記アーク放電により前記第2電極の前記炭素材料を蒸発させることを特徴としている。
【0014】
請求項4に記載されたカーボンナノ微粒子の製造方法は、請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法において、
更に、前記カーボンナノ材料を含むすすを回収する工程を備えたことを特徴としている。
【0015】
請求項5に記載されたカーボンナノ微粒子の製造方法は、請求項4記載のカーボンナノ微粒子の製造方法において、
前記アークジェットに対向させて基材を配置して前記カーボンナノ材料を含むすすを該基材を介して回収する工程を備えたことを特徴としている。
【0016】
請求項6に記載されたカーボンナノ微粒子の製造方法は、請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法において、
前記アーク放電に磁界を印加しながら前記アークジェットを発生させることを特徴としている。
【0017】
請求項7に記載のカーボンナノ微粒子の製造方法は、前記アーク放電に特定ガスを供給しながらアークを押し出してアークジェットを発生させることを特徴としている。
【0018】
請求項8に記載されたカーボンナノ微粒子の製造方法は、請求項7記載のカーボンナノ微粒子の製造方法において、
前記特定ガスは希ガス,窒素ガス,炭素含有ガス,酸素ガス,水素ガス,空気,大気若しくはこれらの混合ガスであることを特徴としている。
【0019】
請求項9に記載されたカーボンナノ微粒子の製造方法は、請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法において、
前記第1電極及び前記第2電極を冷却しながら前記アーク放電を行うことを特徴としている。
【0020】
請求項10に記載されたカーボンナノ微粒子の製造装置は、
第1電極と炭素材料を主成分とする第2電極を少なくとも1つの切れ込み部を有する絶縁部材を介して大気中又は空気中で所定間隔に保持してなる電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて該アーク放電により前記炭素材料を蒸発させて前記切れ込み部から炭素材料を含むアークジェットを発生させるための電源からなるアーク発生手段と、
前記アークジェットを冷却させて形成したカーボンナノ材料を含むすすを回収する回収部材を備えたことを特徴としている。
【0021】
請求項11に記載されたカーボンナノ微粒子の製造装置は、請求項10記載のカーボンナノ微粒子の製造装置において、
更に、前記第1電極と前記第2電極を相対移動させる移動手段を有し、
前記第1電極と前記第2電極を相対移動させながら前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加して前記アーク放電を発生させて前記アーク放電により前記炭素材料を蒸発させてカーボンナノ材料を含むすすを発生させることを特徴としている。
【0022】
請求項12に記載されたカーボンナノ微粒子の製造装置は、請求項10記載のカーボンナノ微粒子の製造装置において、
前記回収部材は基材であり、
該基材を前記アークジェットに対向させて保持する保持部材を更に有し、
前記カーボンナノ材料を含むすすを前記基材を介して回収することを特徴としている。
【0023】
請求項13に記載されたカーボンナノ微粒子の製造装置は、請求項10記載のカーボンナノ微粒子の製造装置において、
更に、前記アーク放電に磁界を印加しながら前記アークジェットを発生させる磁界印加部材を有することを特徴としている。
【0024】
請求項14に記載のカーボンナノ微粒子の製造装置は、請求項10に記載のカーボンナノ微粒子の製造装置において、
更に、前記アーク放電の発生領域にアークを押し出してアークジェットを発生させる特定ガスを供給する特定ガス供給部材を備えたことを特徴としている。
【0025】
請求項15に記載されたカーボンナノ微粒子の製造装置は、請求項10記載のカーボンナノ微粒子の製造装置において、
更に、前記第1電極及び第2電極を冷却する冷却部材を備えたことを特徴としている。
【0026】
請求項16に記載されたカーボンナノ微粒子の製造方法は、第1電極と炭素材料を主成分とする第2電極を少なくとも1つの切れ込み部を有する絶縁部材を介して対向配置する工程と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加して前記切れ込み部で対向する前記第1電極と前記第2電極との間でアーク放電をArガス、Heガス、O 2 ガス,N 2 ガス,H 2 ガス、炭化水素ガス、炭酸ガス、大気又は空気のいずれかのガス中、或いはそれらの混合ガス中で発生させる工程と、
前記アーク放電により前記第2電極の前記炭素材料を蒸発させて前記切れ込み部から炭素材料を含むアークジェットを発生させる工程と、
前記アークジェットを冷却してカーボンナノ材料を含むすすを形成させる工程を備えたことを特徴とする。
請求項17に記載されたカーボンナノ微粒子の製造装置は、第1電極と炭素材料を主成分とする第2電極を少なくとも1つの切れ込み部を有する絶縁部材を介して、Arガス、Heガス、O 2 ガス,N 2 ガス,H 2 ガス、炭化水素ガス、炭酸ガス、大気又は空気のいずれかのガス中、或いはそれらの混合ガス中で所定間隔に保持してなる電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて該アーク放電により前記炭素材料を蒸発させて前記切れ込み部から炭素材料を含むアークジェットを発生させるための電源からなるアーク発生手段と、
前記アークジェットを冷却させて形成したカーボンナノ材料を含むすすを回収する回収部材を備えたことを特徴とする。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明では、開放大気中又は空気中において、黒鉛等の炭素材料からなる複数の電極間のアーク放電により、カーボンナノホーン等のカーボンナノ材料を含むカーボンナノ微粒子を製造する。具体的には、以下のようである。
【0028】
開放大気中又は空気中において、二つの電極を、少なくとも1つの切れ込み部を有する絶縁部材を介して対向配置させる。二つの電極間に電圧を印加して、絶縁部材の切れ込み部で形成される空間にアーク放電を発生させる。この時、二つの電極と絶縁部材の切れ込み部で形成される空間が十分に狭いとき、通常のアーク放電で形成される円形の陽極点(すなわち、アーク陽光柱プラズマと陽極との境界、すなわち陽極表面に形成される電流の通路であり、電子電流を受け取る場所である)が消滅し、陽極点は絶縁部材でふさがれていない電極表面全体に広がる。
【0029】
この状態では、アークの高温(4000Kから20000K程度)と第2電極からの激しい蒸発(蒸発圧)により(主として第2電極の炭素材料の蒸発圧により)、二つの電極と絶縁部材で形成される空間の圧力が、大気圧力より高くなる。この圧力は、大気圧の105%から200%、すなわち、105kPa〜200kPa程度となる。その結果、絶縁部材の切れ込み部(切れ込み口)からアークジェット(アーク放電によって発生したプラズマが電極を結ぶ最短線上以外の空間に吹き出した部分のプラズマを示す)を噴出する。
【0030】
または、この状態で、更に磁界印加部材を使用してアーク放電に磁界を印加すると、印加した磁界により、アーク放電で発生したプラズマが湾曲する。その結果、絶縁部材の切れ込み部からアークジェットを噴出する。
【0031】
もしくは、この状態で、更に特定ガス供給部材を使用してアーク放電の発生領域に特定ガスを供給すると、供給した特定ガスにより、アークが吹き出し口方向に押し出される。その結果、絶縁部材の切れ込み部からアークジェットを噴出する。尚、上述した絶縁部材の切れ込み部からアークジェットを噴出させる3つの方法については、2つ以上の方法を組み合わせることも勿論可能である。
【0032】
このアークジェットの主成分は炭素である。これ以外にも、電子及び絶縁物の蒸発粒子,その他雰囲気である空気若しくは大気などが混入している。このアークジェットが、アークジェットが形成されている空間より外部で冷却される際に、カーボンナノホーン等のカーボンナノ材料を含むカーボンナノ微粒子が形成される。
【0033】
ここで、冷却とは、アークジェットを特定雰囲気(大気又は空気又は特定ガス若しくはそれらが混合したガス)中に噴射して、前記特定雰囲気に接触等させることによりアークジェットの温度を低下させることを示す。または、アークジェットを基材に接触させて、前記基材によりアークジェットの温度を低下させることを示す。更に、それらを組み合わせることによりアークジェットの温度を低下させることを示す。
【0034】
二つの電極と絶縁部材の切れ込み部で形成される空間が広い場合、例えば、切れ込み部が大きい、若しくは絶縁部材が厚い場合には、陽極点は通常の微小円形(最大約4mm)のままである。その場合、アークジェットはあまり形成されず、またカーボンナノホーンを含む微粒子もほとんど製造されない。
【0035】
尚、アークジェットが形成されない場合のアーク電圧と比較して、アークジェットが形成される場合のアーク電圧は減少する。これは、アークジェットが形成される場合には、陽極点が広がって陽極表面における抵抗が減少し、その結果陽極降下電圧が減少するためである。
【0036】
尚、絶縁部材を挟んだ電極構造及びカーボンナノホーン等を製造するアークジェットが形成される際に汽笛音が発生することから、本発明の方法をホイッスルアークジェット法(Whistling arc jet method)と呼ぶことにする。この汽笛音は、人間の耳に聞こえるレベルの音である。そんなに高音ではないが「ピー」という連続的な音がする。反対に、この汽笛音が発生しないような場合には、アークジェットがあまり形成されず、また、カーボンナノホーンを含む微粒子もほとんど製造されない。この場合には、「バチバチバチ」と不連続的な音がする。
【0037】
以下、本発明を、更に詳細に説明する。もちろん、本発明は、以下の実施例に限定されるわけではなく、様々な設計変更が可能である。また、以下に示す各実施例(第1実施例乃至第8実施例)の構成を、それぞれ複数組み合わせることも勿論可能である。
【0038】
【実施例】
本実施例は、汎用のアーク溶接用電源を用い、開放大気中又は空気中において、二つの炭素材料電極の間に切れ込み部を設けた絶縁部材を挟み、その切れ込み部でアーク放電を発生させ、その切れ込み部の陽極炭素材料を激しく蒸発させ、切れ込み部の口からアークジェットを発生させて、そのアークジェットを回収部材に当てる等して、カーボンナノホーン等のカーボンナノ材料を含むカーボンナノ微粒子をすすの形態で製造するものである。
【0039】
図1を参照して第1実施例を説明する。図1(a)は、本実施例のカーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の概略図である。図1(b)は、図1(a)のA−A部分の断面図である。図1(c)は、図1(a)のB−B部分の断面図である。
【0040】
図1に示すように、本発明の製造装置は、第1電極とする黒鉛等からなる陰極1と、前記陰極1に対向して配置された第2電極とする炭素材料(黒鉛,活性炭,アモルファスカーボン,樹脂等)からなる陽極2、前記陰極1と前記陽極2の間に配設された絶縁薄板3と、陰極1と陽極2が対向して露出するように絶縁板3に形成された切れ込み部4と、前記陰極1と前記陽極2との間に電圧を印加(例えば、接触点弧,高電圧印加,高周波印加等があげられる)してアーク放電によりアークジェット(アーク)5を発生させることにより陽極2の炭素材料を蒸発させてカーボンナノ材料を含むすすを発生させる溶接用の電源6と、前記アークジェット5に対向して配置すると共に、前記すすを堆積させる回収部材とするステンレス等の基板(基材)7と、前記基板7を固定して保持する保持部材とする基台8から構成される。9は、前記基板7に堆積したカーボンナノ材料を含むすすからなるカーボンナノ微粒子である。
【0041】
陰極1と、陽極2は、大気中又は空気中で対向配置されており、アーク放電を大気中又は空気中で発生させている。ここで、陰極1と陽極2の配置場所またはアーク放電の発生箇所は、大気中で無くても、ArやHeなどの不活性ガス中、または、O2,N2,H2ガス雰囲気中,炭化水素ガスや炭酸ガスなどの炭素含有ガス中,あるいは前述のガス(大気及び空気を含む)の混合ガス中で行ってもかまわない。更にまた、減圧中(50kPa〜200kPa程度)で行ってもよい。最も容易で安価なのは、大気中である。
【0042】
ここで、空気とは、大まかには窒素:酸素=約4:1の組成の気体を言う(Ar等の微量成分は含まれていても良い。一般には、水分を除去した乾燥空気を示す)。又、空気中とは、例えば、50kPa〜150kPa程度の圧力を含む。同様に、大気とは、一般に、主天体を取り巻く気体のガスであり、主に地球のものを言う。地球では、窒素と酸素を主成分とし、他に二酸化炭素,ネオン,ヘリウム,メタン,水素などを少量含む混合物である。水蒸気も含んでいる。即ち、空気に自然の水蒸気が混じったものである。また、大気中(大気開放中あるいは大気開放下)とは、例えば、90kPa〜110kPa程度の大気圧前後の圧力を含むものである。
【0043】
尚、基本的に容器は必要ないが、作業場所の清浄を保つ為、不活性ガス中で行いたい場合、あるいは風等に起因される対流の影響を防ぎたい場合などには、被包手段である簡単な容器内(真空容器や加圧容器でも良い。また、密閉型の容器でも開放型の容器でも良い)に作業部を含む装置全体を入れても良い。
【0044】
アーク放電は、アーク電極点(直流の場合、陰極点と陽極点)とアーク陽光柱とで構成される。電極点は、プラズマ(電離気体)であるアーク陽光柱と固体である電極との境界である。
【0045】
アーク放電は、直流,直流パルス,交流,交流パルスのどのモードで行ってもよい。直流若しくは直流モードでアーク放電を発生させた場合、陽極2は大量の蒸発を伴うが、陰極1はほとんど蒸発しない。一方、交流若しくは交流パルスモードでアーク放電を発生させると、二つの電極1,2の両方とも蒸発する。しかしながら、最も安定したアークジェット5を形成でき、カーボンナノ微粒子9の製造量が最も多いのは直流モードである。これは、交流でもある程度のアークジェット5は発生するが、陽極2と陰極1の極性が周期的に反転し、冷却期間ができてしまうので、片方の電極点が広がらない。その結果、蒸発量が少なくかつアークジェット5の長さも短くなり、従って、製造量が少なくなるためである。
【0046】
尚、陰極1及び陽極2の双方を、炭素(黒鉛,活性炭,アモルファスカーボン,樹脂など)を主成分とする材料で構成し、交流若しくは交流パルスモードでアーク放電を発生させた場合、両電極1,2とも交互に蒸発する。これ以降の実施例では、アーク放電は直流で運転するものとして説明を行う。
【0047】
陰極1及び陽極2となる黒鉛電極は、不純物を含まない黒鉛で十分である。ここで、金属微粒子を混合させた黒鉛を陽極として利用すると、蒸発量が増え、カーボンナノ微粒子の製造量が増加する。これは、蒸発温度が黒鉛よりも低い金属微粒子の蒸発が周囲の黒鉛の蒸発を促進する為である。該金属微粒子には、Ni,Y,Fe,Cuなど様々な金属が利用可能である。また、異なる金属を混合してもよい。中でも適当なのは、Ni微粒子(4mol%)とY微粒子(1mol%)とを混合させた黒鉛であり、すすの発生量が極めて多い。
【0048】
しかし、すす中のカーボンナノホーン微粒子の収率が高いのは、不純物を含まない黒鉛を用いた場合である。これは、基本的にカーボンナノホーンの合成には、触媒は必要ない(レーザ蒸発法でも純黒鉛を用いている)からである。不純物即ち触媒微粒子が含まれている場合、その触媒金属に堆積する炭素量が増えてしまう。即ち、カーボンナノホーンになれる炭素の割合が減少するためと考えられる。しかし、単位時間当たりの製造量で言えば、蒸発量が圧倒的に多いNi及びY入り黒鉛電極が好適である。
【0049】
絶縁部材とする絶縁板3の厚さは規定されないが、汎用のアーク電源6を用いてアーク放電を発生させるためには、0.2〜5mmが適当である。中でも、アークジェット5を形成するためには、0.2〜2mmがよい。絶縁板3の切れ込み部4の形状は、四角形状,円弧形状,三角形状など様々な形状が利用できる。これらの形状は、何れもアークジェット5の出口が広い形状か若しくは等しい形状である。中でも、三角形状は加工が容易である。勿論、逆三角形状等にして出口を狭くしてもよい。
【0050】
絶縁板3の切れ込み部4の深さ(アークジェットの噴出口からの距離)及び切れ込み口幅(アークジェットの噴出口の開口幅)は特に規定されない。但し、黒鉛陽極の場合には蒸発しにくいので切れ込み深さ及び切れ込み口が狭いほうが良い。また、Ni及びY入り黒鉛陽極の場合には蒸発し易いので広く取れる。
【0051】
しかし、アーク電流が100〜200Aの場合には、切れ込み深さ及び切れ込み口幅は、それぞれ20mm以下及び15mm以下が適当である。好ましくは、それぞれ10mm以下及び5mm以下である。これ以上の切れ込みでは、蒸発させるべき電極の一部しか蒸発しない。また、アーク電流が200A〜300Aの場合には、切れ込み深さ及び切れ込み口幅は、それぞれ25mm以下及び20mm以下が適当である。好ましくは、それぞれ15mm以下及び10mm以下である。
【0052】
アーク電流は大きければ大きいほどよいが、300A以上では、絶縁板3のアークに対応する面の温度は数百℃程度となるため、絶縁板3が溶けやすいので、300A以下が好ましい。また、アーク電流が50A以下では、アークジェット5が発生しにくい傾向にある。
【0053】
絶縁板3は、陰極1及び陽極2の間隔を規定するためと、アークジェット5の噴出し方向を規定するため、両電極1,2に密接させている。しかしながら、絶縁板3は必ずしも完全に密着させる必要はない。
【0054】
絶縁板3は、陰極1及び陽極2よりも、大きな面積を有している。即ち、絶縁板3が両電極1,2の間から外側にはみ出している。これは、所望の箇所以外において、アーク放電が発生するのを防ぐためである。もちろん、絶縁板3は、陰極1及び陽極2と同じ大きさを有していても良い。少なくとも、所望の箇所以外において、アーク放電が発生しないように、陰極1,陽極2及び絶縁板3の大きさを設定する。
【0055】
基板(回収板)7は、ステンレス,セラミックスなど、1000℃以上の耐熱材料の材質からなる。基板7の大きさは、20mm×20mm以上である。基板7のアークジェットからの距離は、5mm〜200mmである。この距離が近すぎると基板7が溶けてしまい、遠すぎるとすすの堆積(付着)が少なくなる。そして、基板7は、アークジェット5の発生する方向に対向させて配置する。基板7は、アークジェット5に直接接触するようにしてある。これは、基板により、アークを急激に冷却し、より多くのすすを形成するためである。しかし、所定間隔離間して配置しても良い。
【0056】
更に述べると、回収部材である絶縁基板7は、高温(約200℃以上)に耐える絶縁性材料(半導体を含む。アークプラズマの方が導電性が高いので、1Ω/mm以上の抵抗がある材料ならば問題ない。アークの抵抗は0.2Ω/mm程度である)であればなんでもよい。例えば、ポリ四フッ化エチレン,マイカ,セラミックス若しくはシリコンが利用できる。なかでも、適当なのは、ポリ四フッ化エチレンである。これは、ポリ四フッ化エチレンもアークの熱によって蒸発し、ガスを発生する。このガスも、アークジェット5の形成を支援するからである。尚、セラミックスは、アークの熱によって解けてしまい、電極表面にガラス状物質とし付着してしまうことがある。
【0057】
ここで、電極に純黒鉛を使用した場合でも、回収板がステンレスなど、その成分に磁性成分を含む場合には、回収時に、その成分がカーボンナノ材料に溶け出すため、磁性を有したカーボンナノ粒子を合成することができる。また、電極にNi及びY入り黒鉛を用いた場合には、すす中にNi及びYが混入しているため、カーボンナノ粒子全体のすすとしては、磁性を持たせることができる。
陰極1,陽極2若しくは絶縁板3の各形状は、方形のものを使用した例を示した。しかし、これに限らず、円や三角形など、種々の形状のものが使用可能である。また、回収部材とする基板7を自立させることにより、保持部材とする基台8の機能を兼用させて、基台8を省略しても良い。
【0058】
図1(a)において、アークジェット5(すす9の堆積位置)が、基板7の近傍では、基板7に対して上下方向の形状が上下均等になっていない。即ち、アークジェット5のアークが、紙面の上方向に長く伸びていて、下方向には短くなっている。これは、アークジェット5を形成するアーク自体の熱により、上昇気流が発生するためである。
【0059】
尚、基板7に被着したカーボンナノ微粒子(すす)については、基板7から分離・回収して、そのまま一次電池,二次電池,燃料電池,電子放出源,ガス貯蔵装置,ガス・液体浄化装置,ガス・液体改質装置,ゴム・樹脂(プラスチック)・ウレタン・エラストマーなどへの混合材,潤滑材,研磨材,切削材などとして利用することができる。また、該すすを精製分離して、単体のカーボンナノホーン等のカーボンナノ材料として利用することも勿論可能である。
【0060】
図2乃至図4は、絶縁部材とする絶縁板3の切れ込み部4の形状を三角形状とし、切れ込み部4の深さ及び切れ込み口幅をそれぞれ15mm及び10mmとして、製造実験を行った場合の陽極表面の様子を撮影した写真である。ここでは、絶縁板3はポリ四フッ化エチレン製とし、厚さは1mmとした。また、第1電極とする陰極1及び第2電極とする陽極2には純黒鉛を用いた。更に、アーク放電時間は1秒とした。尚、陽極2を相対移動しない場合には、放電時間の限界は2秒程度である。
【0061】
図2は、アーク放電前の陽極表面の様子を撮影した写真である。図3は、アーク電流を200Aとし、ホイッスルアークジェット5が形成された場合の陽極表面の様子を撮影した写真である。図4は、アーク電流を50Aとし、ホイッスルアークジェット5が形成されなかった場合の陽極表面の様子を撮影した写真である。
【0062】
図3のホイッスルアークジェット5が形成された場合の様子を、図2のアーク放電前の様子と比較すると、絶縁板3の切れ込み部4の陽極2表面がほぼ均一に蒸発していることがわかる。一方、図4のホイッスルアークジェットが形成されなかった場合(汽笛音がせず、バチバチバチという不連続音になる)の様子を見ると、陽極2表面は均一に蒸発しておらず、陽極点によって形成された直径約2mm程度の陽極点クレーターが連続あるいは不連続に複数個観察できる。この状態では、カーボンナノホーンを含むカーボンナノ微粒子はあまり製造できない。
【0063】
図5及び図6に、アーク電圧の波形を示す。図5は、ホイッスルアークジェット5が形成された場合(即ち、図3の場合)のアーク電圧の波形である。図6は、ホイッスルアークジェット5が形成されなかった場合(即ち、図4の場合)のアーク電圧の波形を示す。図6に示すように、アークジェット5が形成されなかった場合のアーク電圧は、約40Vである。しかし、図5に示すように、アークジェット5が形成された場合には、約27Vと減少する。
【0064】
これは、アークジェット5が形成された場合には、陽極点が広がって陽極表面における抵抗が減少し、その結果陽極降下電圧が減少するためと考えられる。更に説明を加えると、同一の電流が、陽極,陽極点,アーク陽光柱プラズマに流れる。陽極点の断面積は、陽極及びアーク陽光柱プラズマより小さいから電流が流れにくく(つまりボトルネックとなる)、従って抵抗が高くなる。陽極点が広がれば、電流が流れやすくなり(つまりボトルネックが無くなり)、抵抗が減少すると考えられる。
【0065】
図7乃至図11は、陰極1,陽極2とも純黒鉛電極を用い、ホイッスルアークジェット5が形成された場合において、回収部材とする基板7で回収したすす9の透過型電子顕微鏡写真である。ここで、純黒鉛とは、不純物を含まない黒鉛である。より厳密には、不純物を全く含まないというよりは、触媒などを意図的には入れてない黒鉛を意味する。尚、黒鉛電極の代わりに、活性炭又はアモルファスカーボン又は触媒金属を含有した黒鉛や樹脂などを用いた場合にも、ほぼ同様の結果が得られた。
【0066】
尚、ここで言う樹脂とは、電極としての機能を併せ持った導電性樹脂のことである。例えば、樹脂に黒鉛や金属などを混ぜて、導電性を持たせた樹脂が挙げられる。この場合、樹脂自体若しくは樹脂に混ぜてある黒鉛などの炭素成分が、ナノホーン等を含むナノカーボン材料の原料になる。
【0067】
図7は、すす9の低倍率の透過型電子顕微鏡写真である。図7から、すす9のほとんどは直径約100nm以下の微粒子であることがわかる。
図8は、カーボンナノホーンの集合した微粒子の拡大透過型電子顕微鏡写真である。図8から、微粒子の外周には角状形状を呈したカーボンナノホーンが存在することがわかる。このような微粒子は全体の微粒子の約30%であった。カーボンナノホーンのほとんどは単層であったが、2層のものも稀に存在していた。
【0068】
また、カーボンナノホーンではなく、極めて短い単層カーボンナノチューブを部分的に含む微粒子も存在する。該当する単層カーボンナノチューブを図9に示す。図中の枠内が、極短単層カーボンナノチューブである。チューブ長は、10nm程度以下である。単層カーボンナノチューブを触媒を用いずに製造した例は、従来存在していない。ここで、長い単層ナノチューブは、触媒無しには作れないと考えられる。しかし、短い単層ナノチューブは、ナノカプセルと同じ大きさなので、小さなグラフェンシートがあれば、それがチューブ状に丸まって極短単層カーボンナノチューブになると考えられる。
【0069】
更にまた、その他の微粒子のほとんどは、図10のような構造を持っている。この微粒子は、カーボンナノホーン微粒子や極短単層ナノチューブ微粒子へ十分に成長していない前駆体である。ここで、前駆体とは、カーボンナノホーンやカーボンナノチューブの胴の部分がなく、それらの先端のみの集合体である。そして、視覚的には泡状の集合体に見えるものである。文献「Pore structure of
single−wall carbon nanohorn aggregates/K.Murata, K.Kaneko, F.Kokai, K.Takahashi, M.Yudasaka, S.Iijima/Chem. Phys. Lett. Vol. 331, pp.14−20
(2000)参照」にも紹介されている。
【0070】
尚、本製造方法によって製造されたカーボンナノ微粒子には、純黒鉛電極を用いた場合、前記のカーボンナノホーンやカーボンナノチューブのほかに、フラーレン(C60,C70及び70個より多くの炭素原子からなる巨大球殻状物質),多層カーボンナノチューブ及びナノポリへドロン(多面体カーボンナノ微粒子:文献 斉藤弥八・坂東俊治著 「カーボンナノチューブの基礎」,pp.37−42,コロナ社,(1998)参照)が微量含まれる。また、Ni及びYを含んだ黒鉛電極を用いた場合には、フラーレン,バンドル状(束状、例えばストローの束の概念である)若しくは単独の単層カーボンナノチューブ,多層カーボンナノチューブ及びナノポリへドロンが微量含まれる。
【0071】
更にまた、図11に示す風船状のナノ微粒子も5〜10%存在する。ここで、風船状のナノ微粒子とは、ナノカプセルよりも大きく、層数も単層はほとんど無く、2層から10層で出来ているナノカーボンである。
【0072】
次に、図12を参照して第2実施例を説明する。本実施例は、アークジェットをより確実に発生させるための装置の1例を示す。図12(a)は、本例のカーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の概略図である。図12(b)は、図12(a)のC−C部分の断面図である。尚、図1と同一部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【0073】
図12に示すように、本例の製造装置は、第1実施例の製造装置の構成に加えて、磁界印加部材(磁界発生部材)である電磁コイル10を1組備えている。電磁コイル10に替えて、永久磁石等を使用しても良い。電磁コイル10は、陰極1と陽極2の両対向電極を結ぶ最短直線に対して、交差(直交を含む)する方向に配置する。
【0074】
この装置構成により、電流の流れる方向と垂直に磁界を印加する。アーク放電によって発生したプラズマは高温電離ガス流体であるので、外部の力を受けるとその方向に湾曲する。ここでは、アーク自身の電流Iと印加磁界Bとの相互作用により、吹き出し口方向に力Fを受ける(フレミング左手の法則(電流の流れる方向と垂直な方向の磁界を印加すると、電流の流れる方向と磁界の方向に垂直な方向に力が加わる)である)。その結果、切れ込み部4の切れ込み口からアークプラズマが吹き出し、アークジェット5が形成される。このアークジェット5内に含まれる炭素成分が、冷却過程でカーボンナノホーン等のカーボンナノ材料を形成する。
【0075】
印加する磁界は、原理的には、強ければ強いほど良い。しかし、あまり強い磁界を印加すると、アーク電圧が上昇し、電源の出力可能電圧を超過してしまう。これは、アーク電流の通路であるアーク陽光柱プラズマが湾曲し、相対的に電極間の距離が長くなることにより、アーク陽光柱プラズマの抵抗が増加するのでアーク電圧が上昇するためである。汎用のアーク電源6を用いる場合には、磁束密度を1mTから500mTとするのが適当である。
【0076】
図13を参照して第3実施例を説明する。本実施例は、アークジェットをより確実に発生させるための装置の1例を示す。図13(a)は、本例のカーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の概略図である。図13(b)は、図13(a)のD−D部分の断面図である。尚、図1と同一部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【0077】
図13に示すように、本例の製造装置は、第1実施例の製造装置の構成に加えて、アークジェット(アーク)5に特定ガス11を供給するガス供給源であるガスボンベ12と、前記ガスボンベ12からの特定ガス11を絶縁板3のガス流路部15に導入するガス導入管13と、前記ガスボンベ12と前記絶縁板3の間に配設されて前記ガスボンベ12からの特定ガス11の流量を調整するガス調整器及び流量計14を備えている。ガスボンベ12と、ガス導入管13と、ガス調整器及び流量計14により、特定ガス供給部材を構成する。
【0078】
また、図13に示すように、本例の製造装置は、第1実施例の製造装置の構成と絶縁板3の形状が異なる。本例の絶縁板3は、切れ込み部4に加えて、特定ガス11のガス流路部15を有している。ガス流路部15は、切れ込み部4に連通するように形成されている。そして、ガス流路部15は、線状のくりぬき部として絶縁板3内部に形成されている。別の表現をすると、絶縁板3の中に筒状の中空部として形成されている。ここで、絶縁板3のガス流路部15は、陰極1と陽極2が対向してアーク放電を起こさないように、絶縁板3に形成されていれば良い。例えば、陰極1又は陽極2の一方が露出するように溝部を形成し、切れ込み部4と連通するようにしても良い。
【0079】
本例の製造装置では、アークジェット5の吹き出し口の反対方向のガス導入口(ガス流路部15の一端)から、特定ガス11を強制的に送り込む。送り込み先は、絶縁板3の切れ込み部4の最深部とするのがよい。送り込まれた特定ガス11は、アークを吹き出し口方向に押し出してアークジェット5を形成する役割を果たすと同時に、絶縁板3とアークが接触するのを防ぎ、絶縁板3を保護する役目も果たす。
【0080】
ここで、アークジェット5のアーク電極点に特定ガスを吹き付けると、アーク電極点(プラズマであるアーク陽光柱と固体である電極との境界)にも、陽光柱にも特定ガスが流れる。ただし、アーク電極点への特定ガスの侵入は、陽光柱に比べて少ない。例えで言うと、ライターやろうそくの炎に、横方向から息を吹きかけたような感じになる。このように、特定ガス11を導入するのは有効な手段である。また、希ガス等の不活性ガスを供給した方が、すすの燃焼量は減少すると考えられる。更に、特定ガス11を流す等により電極が冷却されれば、加熱による破損が抑制される。
【0081】
特定ガス11は、ArやHe等の不活性ガス,O2ガス,N2ガス,H2ガス,炭化水素ガスや炭酸ガス等の炭素含有ガス,空気,大気の何れか又はそれらの混合ガスが利用できる。特に、Ar,He,N2,空気がよい。中でも、Arが最適である。ここで、空気とは水分を全く含まない。また、大気とは水分を含んでいる(湿度が0%より多く、100%より少ない)空気である。最も簡単なのは圧力が大気圧程度の大気であり、例えば、コンプレッサを用いて送り込むことが可能である。特定ガス11の流量を一定にする必要がなければ、ガス調整器及び流量計14は用いなくとも良い。
【0083】
図14を参照して第4実施例を説明する。本実施例は、連続的にカーボンナノホーン等のカーボンナノ材料を含むカーボンナノ微粒子を製造する装置の1例を示す。図14(a)は、本例のカーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の概略図である。図14(b)は、図14(a)のE−E部分の断面図である。図14(c)は、図14(a)のF−F部分の断面図である。尚、図1と同一部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【0084】
図14に示すように、本例の製造装置の構成は、図1の装置構成とほぼ同じである。変更点は、第2電極である蒸発させる電極(陽極,蒸発電極)2を吹き出し口の幅に合わせて細くし、かつ長くしたことである。プロセス上、蒸発させる幅十数mm程度の幅で十分であるため、これにより材料の有効利用が可能となる。絶縁板3の切れ込み部4に相当する位置の蒸発電極2が蒸発すると、蒸発電極2を送り出す形で原料を補給する構成である。徐々に蒸発電極2を送り出すことにより、連続製造が可能となる。
【0085】
更にまた、絶縁板3の絶縁物が消耗してしまうような場合には、絶縁物(すなわち絶縁板3)も陽極2と同時に送り出すのがよい。ここで、絶縁板3を送り出す場合には、例えば絶縁板3を3分割して、3分割した中央の絶縁板3の送り出し量を調整する等により、絶縁板3の切れ込み部4を確保する。
【0086】
ここで、蒸発電極2の送り出しについては、基本的にはアーク放電を連続的に行いながら、連続的に補給する。しかし、アーク放電を断続的に行いながら断続的に補給することも可能である。また、連続製造時においては、ある電流に対して電極の蒸発速度を求めた後、蒸発電極2の送り出し速度を決定する方法が採用できる。
【0087】
それから、陰極1と陽極2の相対移動については、手動(人間の手)で行っても良いし、陽極2を少なくとも所定方向に移動させる移動手段を有する装置、例えば、NC装置(数値制御装置)等を使用して自動で行っても良い。また、陰極1と陽極2の双方を移動させても良い。
【0088】
また、本例において、図1の装置構成と異なるもう1つの点は、陰極1及び陽極2の両電極を冷却するための冷却部材である水冷ブロック16を設けたことである。この水冷ブロック16は、長時間の製造運転が可能となるように、陰極1及び陽極2をそれぞれ冷却する。そして、200℃以下程度の温度に維持することが好ましい(冷却しないと200℃〜600℃程度になる)。これにより、連続生産が可能となる。
【0089】
水冷ブロック16は、陰極1又は陽極2に接触するブロック部と、前記ブロック部を貫通して前記ブロックに接触しており、内部に前記ブロック部を冷却するための冷却水(水,油など)を流す中空部を有するパイプからなる。尚、冷却部材は、水冷ブロック16に限定されものではなく、陰極1又は陽極2を冷却可能なものであれば良い。例えば、水や炭酸ガスなどの冷却媒体を吹き付けたり、スプレイしたりすることができる。
【0090】
水冷ブロック16の材質は特に限定されないが、陽極2用の水冷ブロック16の材質は黒鉛が好ましい。これは、蒸発用電極2が消耗してしまうと、アークジェット5を形成するアークが直接水冷ブロック16に接触してしまい、溶けて水漏れが発生する可能性があるからである。黒鉛であれば、アークが接触しても大きな問題は発生しない。
【0091】
図15を参照して第5実施例を説明する。本実施例は、連続的にカーボンナノホーン等のカーボンナノ材料を含むカーボンナノ微粒子を製造する装置の別の例を示す。図15(a)は、本例のカーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の概略図である。図15(b)は、図15(a)のG−G部分の断面図である。図15(c)は、図15(a)のH−H部分の断面図である。尚、図1(図14)と同一部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【0092】
既に述べた図14の装置は、蒸発電極2を絶縁板3に水平にスライドさせて原料を連続的に供給する方式である。これに対して、図15の装置では、蒸発電極2である原材料(陽極黒鉛材料)を絶縁板3と交差する方向(垂直な方向)から相対移動させて送り出し、原材料を連続的に蒸発させるものである。更に説明を加えると、図15の装置では、図14の陽極2を、移動可能な蒸発電極17と前記蒸発電極17に電圧を印加するために固定された陽極電流導入端子18の2つに分割している(元々、陽極2は、蒸発電極17と前記蒸発電極17に電圧を印加するための陽極電流導入端子18の機能を兼ね備えている)。
【0093】
ここで、図14に示す製造装置と図15に示す製造装置を比較した場合、通常絶縁板3が全く損耗しないということはないので、絶縁板3も送り出す必要がある。従って、原料となる黒鉛板2と絶縁板3を同時に送り出すことのできる図14に示す装置構成の方が好ましい。但し、ほとんど損耗しない絶縁板材料を用いたり、ガス冷却するなどすれば、図15に示す装置の方が好ましくなる。これは、図15に示す装置の場合は、原料すべてを利用できる。これに対し、図14に示す装置の方式では、原料の全部を蒸発できないため、原料の残骸が発生してしまうからである。
【0094】
図16を参照して第6実施例を説明する。本実施例は、図14若しくは図15の製造装置を用いて連続的にカーボンナノホーン等のカーボンナノ材料を含むカーボンナノ微粒子を製造する場合に、製造材料を効率的に回収する装置の1例を示す。図16は、本例のカーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の概略図である。尚、図1(図14又は図15)と同一部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【0095】
まず、図1の製造装置では、連続的にアークを発生させると、折角回収板である基板7に付着したカーボンナノ微粒子(すす)9が、アークジェット5のアークの熱によって付着後消失したり、酸化したりしてしまう。そこで、これを防ぐために基板7を回転させ、回転基板7の一箇所ですす9を付着させておき、アークが照射されない位置で、スクレーパー20を用いて付着物(すす9)を基板7から剥がす。剥がれたすす9は貯留器21に蓄えられる。
【0096】
ここで、22は、基板7を回転させるための回転移動装置である。また、23は、前記回転移動装置22に、前記スクレーパー20を固定するための固定部材である。スクレーパー20は、固定部材23を構成するスプリング等のテンション付与部材により、基板7に密着させている。尚、基板7を前後進運動させて、スクレーパー20を用いて付着物(すす9)を基板7から剥がしても良い。
【0097】
また、基板7に付着しないすす19も発生し、気中に浮遊する。ここで、すす全体の3割程度は基板7に付着しないと考えられる。このすす19を捕集すれば、回収率が改善する。このため、基板7に加えて、基板7上部に吸引口24,すす捕集フィルタ25,接続管26,吸引装置27で構成されるシステム(回収部材)で、気中に浮遊するすす19を回収する。
【0098】
吸引口24は広範囲に浮遊するすす19を捕集するために、先広口の形状であるものがよい。フィルタ25には、汎用の紙フィルタ,濾紙などが利用できる。吸引装置27には、汎用の掃除機,吸引ポンプ,真空ポンプなどが利用できる。ここで、アークジェット5を形成するアーク自体の熱により、上昇気流が発生するため、浮遊すすを回収する吸引口24は、少なくとも紙面の上方に設けるのが好ましい。
【0099】
図17を参照して第7実施例を説明する。本実施例は、複数のアークジェットを使用してカーボンナノ材料を含むカーボンナノ微粒子をより収率よく製造する装置の例を示す。図17は、本例のカーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の概略図である。図17は、図1の第1実施例における図1(b)に相当する。その他の構成については、図1と同一である。尚、図1と同一部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【0100】
図17に示すように、本例の製造装置は、第1実施例(図1)の製造装置の構成とほぼ同じである。変更点は、絶縁部材とする絶縁板3の切れ込み部4を複数(本例では3つ)形成したことである。また、前記複数の切れ込み部4(即ちアークジェット5)に対向して、回収部材である基板7をそれぞれ配置したことである。この装置構成により、同時に複数のアークジェット5を発生させて、複数箇所(複数方向)において同時にすす9を堆積させることができる。即ち、切れ込み部4を、1つに限らず複数形成することにより、カーボンナノ微粒子の収量を増加させることが可能となる。
【0101】
図18を参照して第8実施例を説明する。本実施例は、複数のアークジェットを使用してカーボンナノ材料を含むカーボンナノ微粒子を製造する装置の他の例を示す。図18(a)は、本例のカーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の概略図である。図18(b)は、図18(a)のI−I部分の断面図である。図18(c)は、図18(b)の変形例である。尚、図1と同一部分については、同一番号を付して説明を省略する。
【0102】
図18(a)及び図18(b)に示すように、本例の製造装置は、第1実施例(図1)の製造装置の構成とほぼ同じである。変更点は、陰極1の両面に対向して、陽極2及び絶縁板3をそれぞれ配置して、サンドイッチ型の構造にしたことである。この装置構成により、同時に複数(本例では2つ)のアークジェット5を発生させて、ほぼ同一箇所(同一方向)においてすす9を堆積させることができる。すなわち、第2電極である蒸発陽極2を、1つに限らず複数積層することにより、カーボンナノ微粒子の収量を増加させることができる。
【0103】
図18(c)は、複数のアークジェットによりカーボンナノ微粒子の収量を増加させるための他の装置の変形例である。図18(b)からの変更点は、陽極2の両面に対向して、陰極1及び絶縁板3をそれぞれ配置して、サンドイッチ型の構造にしたことである。この装置構成により、同時に複数(本例では2つ)のアークジェット5を発生させて、ほぼ同一箇所(同一方向)においてすす9を堆積させることができる。即ち、陰極1を、陽極2に対向させて1つに限らず複数積層することにより、陽極2の蒸発を加速させて、カーボンナノ微粒子の収量を増加させることができる。
【0104】
尚、上記の各実施例では、回収部材として基板を用いた例を示した。しかし、基板に換えて、基材とする自然水やシリコーンオイルや油(アーク放電発生温度以下で流動性のある油)などからなる流体(液体)と、該流体を収納し、ガラス,セラミックス、金属などからなる開放容器である保持部材とする流体の容器を、すす9が飛散する領域に配設しても良い。この場合、アークジェットは、下方向に向けて発生させる。この流体としては、上記以外にも、水溶液・ドライアイス・液体窒素・液体ヘリウム等の低温冷媒が使用できる。
【0105】
ここで、この流体容器を流体が循環するような閉じた系の流路を有する容器とする。そして、その流路の途中に、ナノカーボンを含むすす9を回収する機能を有するろ過部材等を設ける。このような構成にすれば、すす9を連続的に回収することが可能となり、より簡単な製造方法及びそれに使用する装置を提供することができる。もちろん、流体表面にすすを付着若しくは流体中に沈殿又は溶け込ませた後、流体を精選,ろ過して所定ナノカーボン材料を抽出,精選させても良い。
【0106】
また、この場合、基材としては流体でなくても、砂・ガラス・セラミックス・金 属等の耐熱性微粒子(これらをまとめて粒状体と呼ぶ)でも可能である。更には、前記流体(液体)と前記耐熱性微粒子の混合物でもかまわない。この場合、保持部材とする容器は、粒状体の容器又は流体及び粒状体の容器とする。
【0107】
尚、上記各実施例において、絶縁板3に切れ込み部4を形成した場合、アークジェット5の噴出し方向を規定できる。また、すす9の堆積位置を、所定領域に多くなるようにコントロールすることが容易である。更に、陰極1及び陽極2の間で、効率良くアーク放電を行うことができる。このため、カーボンナノ微粒子等の収量を増加させることができる。更にまた、切れ込み部4で発生する音により、アークジェット5が形成できているか容易に判別できる。また、原材料として、安価な材料も使用でき、材料の選択肢が広がる。
【0108】
【発明の効果】
本発明によれば、カーボンナノホーンや極短単層カーボンナノチューブなどのナノカーボン材料を含むカーボンナノ微粒子の極めて容易な製造方法及び製造装置を提供することができる。また、本発明によれば、新規なナノ炭素物質である極短単層カーボンナノチューブを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】カーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の第1実施例(本発明の基本形)を示す概略図及び断面図である。
【図2】図1に示す装置に用いる第2電極のアーク放電前の様子を撮影した写真である。
【図3】図1に示す装置に用いる第2電極のホイッスルアークジェットが形成された場合の表面の様子を撮影した写真である。
【図4】図1に示す装置を用いる第2電極のホイッスルアークジェットが形成されなかった場合の表面の様子を撮影した写真である。
【図5】図3の場合(ホイッスルアークジェットが形成された場合)のアーク電圧の波形を示す図である。
【図6】図4の場合(ホイッスルアークジェットが形成されなかった場合)のアーク電圧の波形を示す図である。
【図7】図1に示す装置を用いて製造したすす(カーボンナノホーンを含むカーボンナノ材料)の全体像を撮影したTEM写真(低倍率写真)である。
【図8】図1に示す装置を用いて製造したすすに含まれるカーボンナノホーン微粒子を撮影したTEM写真(高倍率写真)である。
【図9】図1に示す装置を用いて製造したすすに含まれる極短単層カーボンナノチューブを撮影したTEM写真(高倍率写真)である。
【図10】図1に示す装置を用いて製造したすすに含まれるカーボンナノホーン微粒子の前駆体を撮影したTEM写真(高倍率写真)である。
【図11】図1に示す装置を用い、且つ、NiとYを混合させた黒鉛電極を用いて製造したすすに含まれる風船状ナノ粒子を観察したTEM写真(高倍率写真)である。
【図12】カーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の第2実施例(磁界を利用した製造法)を示す概略図及び断面図である。
【図13】カーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の第3実施例(ガスを利用した製造法)を示す概略図及び断面図である。
【図14】カーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の第4実施例(連続製造法(蒸発電極を絶縁板に平行にスライドさせる方法))を示す概略図及び断面図である。
【図15】カーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の第5実施例(連続製造法(蒸発電極を絶縁板に垂直に押し出す方法))を示す概略図及び断面図である。
【図16】カーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の第6実施例(効率的な回収方法)を示す概略図である。
【図17】カーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の第7実施例(複数のアークジェットを使用した製造法)を示す概略図である。
【図18】カーボンナノ微粒子の製造方法に使用する製造装置の第8実施例(複数のアークジェットを使用した他の製造法)を示す概略図である。
【符号の説明】
1…陰極(第1電極)、
2…陽極(第2電極)、
3…絶縁部材(絶縁板)、
4…切れ込み部、
5…アークジェット、
6…電源(アーク発生手段)、
7…基板(回収部材)、
8…基台(保持部材)、
9…基板に被着したすす(カーボンナノ材料を含むカーボンナノ微粒子)、
10…電磁コイル(磁界印加部材)、
11…特定ガス、
12…ガスボンベ(ガス供給部材)、
13…ガス導入管(ガス供給部材)、
14…ガス調整器及び流量計(ガス供給部材)、
15…ガス流路部(ガス供給部材)、
16…水冷ブロック(電極冷却部材)、
17…蒸発電極、
18…陽極電流導入端子、
19…気中に浮遊するすす(カーボンナノ材料を含むカーボンナノ微粒子)、
20…スクレーパー、
21…すすの貯留器、
22…基板(回収部材)の回転移動装置、
23…スクレーパーの固定部材、
24…吸引口、
25…すす捕集フィルタ、
26…接続管、
27…吸引装置、
I…アーク電流の方向、
B…磁界の方向、
F…アーク放電に加わる力の方向。
Claims (17)
- 第1電極と炭素材料を主成分とする第2電極を少なくとも1つの切れ込み部を有する絶縁部材を介して対向配置する工程と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加して前記切れ込み部で対向する前記第1電極と前記第2電極との間でアーク放電を大気中又は空気中で発生させる工程と、
前記アーク放電により前記第2電極の前記炭素材料を蒸発させて前記切れ込み部から炭素材料を含むアークジェットを発生させる工程と、
前記アークジェットを冷却してカーボンナノ材料を含むすすを形成させる工程を備えたことを特徴とするカーボンナノ微粒子の製造方法。 - 前記アーク放電の電極点により前記第2電極の前記炭素材料を蒸発させることを特徴とする請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法。
- 前記第1電極と前記第2電極を相対移動させながら前記アーク放電により前記第2電極の前記炭素材料を蒸発させることを特徴とする請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法。
- 更に、前記カーボンナノ材料を含むすすを回収する工程を備えたことを特徴とする請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法。
- 前記アークジェットに対向させて基材を配置して前記カーボンナノ材料を含むすすを該基材を介して回収する工程を備えたことを特徴とする請求項4記載のカーボンナノ微粒子の製造方法。
- 前記アーク放電に磁界を印加しながら前記アークジェットを発生させることを特徴とする請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法。
- 前記アーク放電に特定ガスを供給しながらアークを押し出してアークジェットを発生させることを特徴とする請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法。
- 前記特定ガスは希ガス,窒素ガス,炭素含有ガス,酸素ガス,水素ガス,空気,大気若しくはこれらの混合ガスであることを特徴とする請求項7記載のカーボンナノ微粒子の製造方法。
- 前記第1電極及び前記第2電極を冷却しながら前記アーク放電を行うことを特徴とする請求項1記載のカーボンナノ微粒子の製造方法。
- 第1電極と炭素材料を主成分とする第2電極を少なくとも1つの切れ込み部を有する絶縁部材を介して大気中又は空気中で所定間隔に保持してなる電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて該アーク放電により前記炭素材料を蒸発させて前記切れ込み部から炭素材料を含むアークジェットを発生させるための電源からなるアーク発生手段と、
前記アークジェットを冷却させて形成したカーボンナノ材料を含むすすを回収する回収部材を備えたことを特徴とするカーボンナノ微粒子の製造装置。 - 更に、前記第1電極と前記第2電極を相対移動させる移動手段を有し、
前記第1電極と前記第2電極を相対移動させながら前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加して前記アーク放電を発生させて前記アーク放電により前記炭素材料を蒸発させることを特徴とする請求項10記載のカーボンナノ微粒子の製造装置。 - 前記回収部材は基材であり、該基材を前記アークジェットに対向させて保持する保持部材を更に有し、
前記カーボンナノ材料を含むすすを前記基材を介して回収することを特徴とする請求項10記載のカーボンナノ微粒子の製造装置。 - 更に、前記アーク放電に磁界を印加しながら前記アークジェットを発生させる磁界印加部材を有することを特徴とする請求項10記載のカーボンナノ微粒子の製造装置。
- 更に、前記アーク放電の発生領域にアークを押し出してアークジェットを発生させる特定ガスを供給する特定ガス供給部材を備えたことを特徴とする請求項10記載のカーボンナノ微粒子の製造装置。
- 更に、前記第1電極及び前記第2電極を冷却する冷却部材を備えたことを特徴とする請求項10記載のカーボンナノ微粒子の製造装置。
- 第1電極と炭素材料を主成分とする第2電極を少なくとも1つの切れ込み部を有する絶縁部材を介して対向配置する工程と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加して前記切れ込み部で対向する前記第1電極と前記第2電極との間でアーク放電をArガス、Heガス、O 2 ガス,N 2 ガス,H 2 ガス、炭化水素ガス、炭酸ガス、大気又は空気のいずれかのガス中、或いはそれらの混合ガス中で発生させる工程と、
前記アーク放電により前記第2電極の前記炭素材料を蒸発させて前記切れ込み部から炭素材料を含むアークジェットを発生させる工程と、
前記アークジェットを冷却してカーボンナノ材料を含むすすを形成させる工程を備えたことを特徴とするカーボンナノ微粒子の製造方法。 - 第1電極と炭素材料を主成分とする第2電極を少なくとも1つの切れ込み部を有する絶縁部材を介して、Arガス、Heガス、O 2 ガス,N 2 ガス,H 2 ガス、炭化水素ガス、炭酸ガス、大気又は空気のいずれかのガス中、或いはそれらの混合ガス中で所定間隔に保持してなる電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加してアーク放電を発生させて該アーク放電により前記炭素材料を蒸発させて前記切れ込み部から炭素材料を含むアークジェットを発生させるための電源からなるアーク発生手段と、
前記アークジェットを冷却させて形成したカーボンナノ材料を含むすすを回収する回収部材を備えたことを特徴とするカーボンナノ微粒子の製造装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100707199B1 (ko) * | 2005-07-12 | 2007-04-13 | 삼성전자주식회사 | H2o 플라즈마를 이용한 단일벽 탄소나노튜브의 저온성장방법 |
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US8211100B2 (en) * | 2009-01-12 | 2012-07-03 | Tyco Healthcare Group Lp | Energy delivery algorithm for medical devices based on maintaining a fixed position on a tissue electrical conductivity v. temperature curve |
KR20140038411A (ko) * | 2011-04-15 | 2014-03-28 | 가부시키가이샤 간쿄우 에네루기 나노 기쥬츠 겡큐쇼 | 카본 나노 재료 제조 장치 및 그 이용 |
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Cited By (1)
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