JP5065681B2 - 誘導フラーレン製造装置及び製造方法並びに誘導フラーレン - Google Patents
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Description
102:ガス導入口
103:電磁石
104:磁力線
105:グリッド
106、111:電圧源
107:フラーレン昇華用オーブン
108:昇華用円筒
109:電磁石
110:電位体
112:回収用円筒
301:フラーレン導入口
(誘導フラーレン製造方法)
図4に本発明によるガス原子誘導フラーレン製造方法のフローチャートを示す。
ステップ403で単原子イオン化されたプラズマ流にフラーレンを導入する。導入されたフラーレンは、プラズマ流中の電子によりイオン化される。誘導対象物の原子イオンとフラーレンイオンが互いに逆極性のイオンになっているので、クーロン力により引き寄せられて衝突し、誘導フラーレンを生成する。そしてプラズマ流を囲むように配置されている円筒に、順次堆積する。
(誘導フラーレン製造装置1)
図1に本発明の第一実施例による誘導フラーレン製造装置の断面図を示す。この製造装置は、プラズマ流発生室と、高温プラズマ流形成室と、フラーレン導入部と、誘導フラーレン蓄積室とにより構成される。プラズマ流発生室と高温プラズマ流形成室で、窒素ガスを含む高温プラズマ流を生成する。フラーレン導入部からは、単原子イオン化されたプラズマ流中にフラーレンを導入する。そのことにより炭素原子の一部が窒素原子、窒素分子に置換したヘテロフラーレン、炭素ケージ内部に窒素原子、窒素分子が入り込んだ内包フラーレンなどを製造するものである。
= 100.00 − 53.92 × 0.207
= 88.84
(式2)C58N2の測定強度の補正
− C59Nの補正後の強度 × C59Nの質量数724での分子数比率
= 66.45 − 53.92 × 0.007 − 88.84 × 0.2001
= 48.31
すなわち、各測定強度から各同位体に依存する強度を除去しても、721.97、723.97、726.02に大きいピークが残る。これらのピークは、質量数がそれぞれ722、724、726のヘテロフラーレンC59N、C58N2、C57N3に対応する。複数個の炭素原子が窒素原子に置換されたヘテロフラーレンが形成されていることが分かる。
(誘導フラーレン製造装置2)
図1において、回収用円筒112を電位体110の近傍まで延長してもよい。電位体110近辺ではイオン同士の衝突も発生する。衝突を繰り返すことにより、相対速度が小さく、互いに逆極性のイオンも発生する。そのイオン間にクーロン相互作用が働いて電気的に引き寄せあって衝突し、ヘテロフラーレン、内包フラーレンなどが生成される。電位体110に-20V、-40Vの電圧を供給して製造したとき、電位体110近傍の回収用円筒112に、ヘテロフラーレンC59N、C58N2、C57N3、…が多量に検出された。
電位体110に正の電圧と負の電圧を交互に供給するようにしてもよい。正の電圧を供給したとき、負のイオンになっているフラーレンが電位体110に吸着する。この状態で電位体110に負の電圧を供給するように切り換えたとき、窒素分子イオンN2 +、窒素原子イオンN+が引き寄せられる。そして電位体110に吸着しているフラーレンと相互作用することにより、誘導フラーレンが生成される。
(誘導フラーレン製造装置)
図3に本発明の第三実施例による誘導フラーレン製造装置の断面図を示す。図1と同じものは、同一符号で示す。
(誘導フラーレン製造装置4)
図3においても、回収用円筒112を電位体110の近傍まで延長してもよい。このときも、一部のフラーレンイオンと誘導対象物のイオンが電位体110近辺まで飛んで衝突を繰り返すことにより、誘導フラーレンを生成する。
Claims (33)
- 誘導対象物を含むプラズマ流を発生するプラズマ流発生室と、該プラズマ流発生室の下流側に設置されてプラズマ流にフラーレンを導入するフラーレン導入部と、該フラーレン導入部の下流側のプラズマ流を囲むように配置された回収用円筒を持つ誘導フラーレン蓄積室とを有することを特徴とする誘導フラーレン製造装置。
- プラズマ流発生室で発生したプラズマ流から高温プラズマ流を形成する高温プラズマ流形成室を有することを特徴とする請求項1記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記高温プラズマ流形成室で電子エネルギー10〜50eVの高温プラズマ流が形成されることを特徴とする請求項2記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記プラズマ流発生室又は前記高温プラズマ流形成室で、誘導対象物の正イオンと電子を含むプラズマ流が形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記フラーレン導入部の上流側に電子エネルギー制御手段が設けられ、フラーレン導入部から導入したフラーレンにエネルギー制御された電子が付着することにより、負のフラーレンイオンが形成されることを特徴とする請求項4記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記電子エネルギー制御手段は、電子のエネルギーを0.5〜15eVに制御することを特徴とする請求項5記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記誘導対象物は窒素ガス、又はホウ素化合物のガスであり、ガス分子置換フラーレン、ガス原子置換ヘテロフラーレン、ガス分子内包フラーレン、ガス原子内包フラーレンが製造されることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記誘導対象物は水素ガスであり、水素化フラーレン、水素分子内包フラーレン、水素原子内包フラーレンが製造されることを特徴とする請求項4乃至6のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記プラズマ流発生室又は前記高温プラズマ流形成室で、誘導対象物の負イオンを含むプラズマ流が形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- フラーレン導入部から導入したフラーレンに高温プラズマ流中の電子が衝突することにより、電子を放出して正のフラーレンイオンが生成されることを特徴とする請求項9記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記誘導対象物はハロゲンであり、ハロゲン化フラーレン、ハロゲン分子内包フラーレン、ハロゲン原子内包フラーレンが製造されることを特徴とする請求項9又は10記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記誘導フラーレン蓄積室は、プラズマ流の末端に配置された電位体と、前記フラーレン導入部と該電位体の間に配置されてプラズマ流に接触する前記回収用円筒とを有することを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記フラーレン導入部又は前記誘導フラーレン蓄積室は磁界発生手段を有し、磁界を発生していないときのプラズマ流の半径をR、磁界を発生しているときのプラズマ流中のフラーレンのラーモア半径をRLとして、前記回収用円筒の半径はRとR+2RLの間にあることを特徴とする請求項12記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記回収用円筒は接地されていることを特徴とする請求項12又は13記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記回収用円筒は前記電位体近辺にも配置されていることを特徴とする請求項12乃至14のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- プラズマ流中の誘導対象物のイオンと同極性の電圧を前記電位体に供給することを特徴とする請求項12乃至15のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- プラズマ流中の誘導対象物のイオンと逆極性の電圧を前記電位体に供給することを特徴とする請求項12乃至15のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記電位体に正電圧、負電圧からなるパルス状の電圧を供給することを特徴とする請求項12乃至15のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- 誘導対象物を含むプラズマ流を発生するプラズマ流発生室と、該プラズマ流から高温プラズマ流を形成する高温プラズマ流形成室と、該高温プラズマ流形成室にフラーレンを導入するフラーレン導入部と、該高温プラズマ流形成室の下流側のプラズマ流を囲むように配置された回収用円筒を持つ誘導フラーレン蓄積室とを有することを特徴とする誘導フラーレン製造装置。
- 前記誘導フラーレン蓄積室は、プラズマ流の末端に配置された電位体と、前記フラーレン導入部と該電位体の間に配置されてプラズマ流に接触する前記回収用円筒とを有することを特徴とする請求項19記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記誘導フラーレン蓄積室は磁界発生手段を有し、磁界を発生していないときのプラズマ流の半径をR、磁界を発生しているときのプラズマ流中のフラーレンのラーモア半径をRLとして、前記回収用円筒の半径はRとR+2RLの間にあることを特徴とする請求項20記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記回収用円筒は前記電位体近辺にも配置されていることを特徴とする請求項20又は21に記載の誘導フラーレン製造装置。
- プラズマ流中の誘導対象物のイオンと同極性の電圧を前記電位体に供給することを特徴とする請求項20乃至22のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- プラズマ流中の誘導対象物のイオンと逆極性の電圧を前記電位体に供給することを特徴とする請求項20乃至22のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- 前記電位体に正電圧、負電圧からなるパルス状の電圧を供給することを特徴とする請求項20乃至22のいずれか1項記載の誘導フラーレン製造装置。
- 誘導対象物からプラズマ流を発生する工程と、該プラズマ流にフラーレンを導入することにより誘導フラーレンを生成して、プラズマ流を囲むように配置された回収用円筒に該誘導フラーレンを蓄積する工程とを有することを特徴とする誘導フラーレン製造方法。
- 発生させたプラズマ流から高温プラズマ流を形成する工程を有し、該高温プラズマ流にフラーレンを導入することを特徴とする請求項26記載の誘導フラーレン製造方法。
- 前記誘導対象物は窒素ガス、又はホウ素化合物のガスであり、ガス分子置換ヘテロフラーレン、ガス原子置換ヘテロフラーレン、ガス分子内包フラーレン、ガス原子内包フラーレンを製造することを特徴とする請求項26又は27記載の誘導フラーレン製造方法。
- 前記誘導対象物は水素ガスであり、水素化フラーレン、水素分子内包フラーレン、水素原子内包フラーレンを製造することを特徴とする請求項26又は27記載の誘導フラーレン製造方法。
- 前記プラズマ流中に導入されたフラーレンにエネルギーを制御した電子を衝突させることにより、負のフラーレンイオンを生成することを特徴とする請求項28又は29記載の誘導フラーレン製造方法。
- 前記プラズマ流中の電子エネルギーを0.5〜15eVに制御することを特徴とする請求項30記載の誘導フラーレン製造方法。
- 前記誘導対象物はハロゲンであり、ハロゲン化フラーレン、ハロゲン分子内包フラーレン、ハロゲン原子内包フラーレンを製造することを特徴とする請求項26又は27記載の誘導フラーレン製造方法。
- 前記高温プラズマ流中に導入されたフラーレンに、高温プラズマ流中の電子が衝突することにより、電子を放出して正のフラーレンイオンが生成されることを特徴とする請求項32記載の誘導フラーレン製造方法。
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