JP5307195B2 - Carbon materials and identification marks with controlled isotope ratios - Google Patents

Carbon materials and identification marks with controlled isotope ratios Download PDF

Info

Publication number
JP5307195B2
JP5307195B2 JP2011134654A JP2011134654A JP5307195B2 JP 5307195 B2 JP5307195 B2 JP 5307195B2 JP 2011134654 A JP2011134654 A JP 2011134654A JP 2011134654 A JP2011134654 A JP 2011134654A JP 5307195 B2 JP5307195 B2 JP 5307195B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
carbon nanotubes
ratio
walled
walled carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011134654A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011195446A (en
Inventor
文之 星
威文 石倉
守雄 湯村
哲 大嶋
修三 藤原
義紀 古賀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST, Tokyo Gas Co Ltd filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2011134654A priority Critical patent/JP5307195B2/en
Publication of JP2011195446A publication Critical patent/JP2011195446A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5307195B2 publication Critical patent/JP5307195B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Credit Cards Or The Like (AREA)
  • Inspection Of Paper Currency And Valuable Securities (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Description

本発明は、炭素同位体比率を制御した炭素材料及びそれら炭素材料を利用した識別マークに関し、より具体的には、CVD法(化学蒸着法)または燃焼炎法により、炭素の同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体を原料として合成された炭素同位体が制御された単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料及びそれら炭素材料を利用した識別マークに関する。   The present invention relates to carbon materials with controlled carbon isotope ratios and identification marks using these carbon materials. More specifically, the present invention relates to carbon isotope ratios obtained by CVD (chemical vapor deposition) or combustion flame methods. The present invention relates to a carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers with controlled carbon isotopes synthesized using a gas containing carbon that is controlled in a controlled manner, and an identification mark using these carbon materials.

カーボンナノチューブは、その発見(1991年)以来注目され、その合成法や利用法についても各種研究、検討が行われている、最近では、炭素同位体比率を天然存在比率(12C:98.9%、13C=1.1%)と異ならせたカーボンナノチューブについてもその合成が試みられている。しかしこれまで、その合成については、以下のような、アーク放電法やレーザー照射法による二、三の合成例の報告があるだけである。 Carbon nanotubes have been attracting attention since their discovery (1991), and various studies and studies have been conducted on their synthesis and utilization methods. Recently, the carbon isotope ratio has been changed to the natural abundance ratio ( 12 C: 98.9). %, 13 C = 1.1%), and synthesis of carbon nanotubes has also been attempted. However, until now, there have been only a few reports of synthesis using the arc discharge method and laser irradiation method.

Robert PallasserらやJ.M.Jonesらは、アーク放電法により、0.002〜0.034%12Cリッチなカーボンナノチューブを合成したと報告している(Journal American Chemical Society 115 11634-11635、1993、;Carbon 34,2,231-237、1996)。また、C.Goze Bacらは10%13Cリッチな単層カーボンナノチューブをアーク放電法により合成している(Physical Review B 63,100302、2001)。
レーザー照射法によるカーボンナノチューブの合成については、X.-P.Tangらが、Nd:YAGレーザーをグラファイトに照射することで、10%13Cリッチな単層カーボンナノチューブを合成している(Science 288,492-494、2000)。
Robert Pallasser et al. And JM Jones et al. Reported synthesizing 0.002-0.034% 12 C-rich carbon nanotubes by arc discharge (Journal American Chemical Society 115 11634-11635, 1993; Carbon 34 2,231-237, 1996). C. Goze Bac et al. Synthesized 10% 13 C-rich single-walled carbon nanotubes by the arc discharge method (Physical Review B 63, 100302, 2001).
Regarding the synthesis of carbon nanotubes by the laser irradiation method, X.-P.Tang et al. Synthesized single-walled carbon nanotubes rich in 10% 13 C by irradiating graphite with an Nd: YAG laser (Science 288,492). -494, 2000).

Journal American Chemical Society 115 11634-11635、1993、;Carbon 34,2,231-237、1996Journal American Chemical Society 115 11634-11635, 1993; Carbon 34,2,231-237, 1996 Physical Review B 63,100302、2001Physical Review B 63,100302, 2001 Science 288,492-494、2000Science 288,492-494, 2000

ところが、それらアーク放電法及びレーザー照射法のいずれの合成方法によっても、炭素の同位体比率を任意の同位体比率に制御したカーボンナノチューブを合成することは困難である。これらアーク放電法及びレーザー照射法による合成では、排気装置や高電圧、大電流電源などといった危険かつ高価な装置を必要とする。加えて、これらの方法では生産量も少なく、さらには生成物中に、黒鉛、アルモルファスカーボンなどが混在し、得られたカーボンナノチューブの径や長さのばらつきが大きい等の諸問題がある。   However, it is difficult to synthesize carbon nanotubes in which the carbon isotope ratio is controlled to an arbitrary isotope ratio by any of these arc discharge methods and laser irradiation methods. In the synthesis by the arc discharge method and the laser irradiation method, dangerous and expensive devices such as an exhaust device, a high voltage, a large current power source and the like are required. In addition, in these methods, there are various problems such as a small amount of production, and further, graphite, amorphous carbon, etc. are mixed in the product, and the obtained carbon nanotubes have large variations in diameter and length.

本発明者らは、炭素同位体比率に制御したカーボンナノチューブ、特に炭素同位体比率を任意に制御できるカーボンナノチューブの合成技術について実験、研究を続けたところ、炭素同位体比率を任意に(すなわち自由に)制御してなる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カーボンファイバーを合成することに初めて成功することができた。
すなわち、本発明は、炭素同位体比率が制御され、しかも炭素同位体比率を任意に制御してなる単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料、その炭素材料を利用した識別マークを提供することを目的とする。
The inventors of the present invention have continued to experiment and research on carbon nanotube synthesis technology in which the carbon isotope ratio is controlled, and in particular, the carbon nanotube synthesis technology capable of arbitrarily controlling the carbon isotope ratio. The first successful synthesis of controlled single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes and carbon fibers.
That is, the present invention relates to a carbon material composed of a single-walled carbon nanotube, a multi-walled carbon nanotube or a carbon fiber in which the carbon isotope ratio is controlled and the carbon isotope ratio is arbitrarily controlled, and an identification mark using the carbon material The purpose is to provide.

本発明は(1)単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料であって、該炭素材料が12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体を原料として合成してなる炭素同位体比率が制御された単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなることを特徴とする炭素材料を提供する。 The present invention is (1) a carbon material comprising single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers, the raw material being a gas containing carbon in which the isotope ratio of 12 C and 13 C is artificially controlled. A carbon material comprising a single-walled carbon nanotube, a multi-walled carbon nanotube, or a carbon fiber with a controlled carbon isotope ratio is synthesized.

本発明は(2)単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料を用いた識別マークであって、該炭素材料が、12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体を原料として合成してなる炭素同位体比率が制御された単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料であることを特徴とする識別マークを提供する。 The present invention is (2) an identification mark using a carbon material comprising single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers, and the carbon material artificially controls the isotope ratio of 12 C and 13 C. There is provided an identification mark characterized by being a carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers with a controlled carbon isotope ratio synthesized by using a gas containing carbon as a raw material.

上記炭素同位体比率が制御された単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料、及び上記の識別マークで用いる炭素材料は、12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体を原料としてCVD法または燃焼炎法により合成することにより製造される。 Carbon materials composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers with controlled carbon isotope ratios, and carbon materials used for the identification marks described above are artificially controlled for 12 C and 13 C isotope ratios. It is produced by synthesizing by a CVD method or a combustion flame method using a gas containing carbon as a raw material.

本発明によれば、400〜1200℃という反応温度で、非常に簡便なCVD法または燃焼炎法により、同位体比率を制御した単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料を製造することができる。本発明の炭素材料は、特に400〜800℃という低い反応温度で、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンファイバーを合成できることから、省エネルギーの点及び装置コストの点でも非常に有利である。   According to the present invention, a carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers with a controlled isotope ratio is manufactured by a very simple CVD method or combustion flame method at a reaction temperature of 400 to 1200 ° C. can do. Since the carbon material of the present invention can synthesize single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and carbon fibers particularly at a low reaction temperature of 400 to 800 ° C., it is very advantageous in terms of energy saving and apparatus cost.

また、本発明の同位体比率を制御した単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料は、炭素の質量数の違いによって、ラマン分光スペクトル、赤外分光スペクトル、質量スペクトル、核磁気共鳴スペクトルのシフトが生じる。この事実を利用して、それらの炭素材料を認証カード、紙幣、貴金属、工芸品などの各種物品の偽造防止のための識別マークとして利用することができる。本炭素材料は、それ自体偽造困難な材料でありながら、その製造方法が簡易であるので実用上も非常に有用である。   In addition, the carbon material comprising single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers with controlled isotope ratios according to the present invention has a Raman spectroscopic spectrum, infrared spectroscopic spectrum, mass spectrum, nuclear magnetic field depending on the difference in the carbon mass number. A resonance spectrum shift occurs. By utilizing this fact, these carbon materials can be used as identification marks for preventing counterfeiting of various articles such as authentication cards, banknotes, precious metals, and crafts. Although the carbon material itself is a material that is difficult to counterfeit, the carbon material is very useful in practice because of its simple manufacturing method.

本発明(1)は、12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体を原料として合成してなる炭素同位体比率が制御された、すなわち、12C及び13Cの同位体比率を天然同位体比率と異ならせた単層カーボンナノチューブ、多層のカーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料である。 The present invention (1) is, 12 C and carbon isotope ratios obtained by combining the gas as raw material containing artificially controlled carbon isotope ratio of 13 C is controlled, i.e., the 12 C and 13 C It is a carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers in which the isotope ratio is different from the natural isotope ratio.

本発明(2)は、12C及び13C炭素同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体を原料として合成してなる炭素同位体比率が制御された単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料を用いた識別マークである。この識別マークは、認証カード、紙幣、貴金属、工芸品などの各種物品に付与して、それら物品の偽造防止のために用いる。 The present invention (2) includes a single-walled carbon nanotube, a multi-walled carbon nanotube having a controlled carbon isotope ratio obtained by synthesizing a gas containing carbon having an artificially controlled 12 C and 13 C carbon isotope ratio as a raw material, It is an identification mark using a carbon material made of carbon fiber. This identification mark is given to various articles such as authentication cards, banknotes, precious metals, and crafts, and is used for preventing forgery of these articles.

上記発明(1)の炭素同位体比率が制御された単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料、及び上記発明(2)の識別マークで用いる炭素材料は、12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体を原料としてCVD法または燃焼炎法により合成することができる。CVD法としては、好ましくは熱CVD法及びプラズマCVD法が用いられる。以下、熱CVD法を中心に説明するが、他の手法についても同様である。 The carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers with controlled carbon isotope ratio of the invention (1), and the carbon material used for the identification mark of the invention (2) are 12 C and 13 C It is possible to synthesize by a CVD method or a combustion flame method using as a raw material a gas containing carbon whose isotope ratio is artificially controlled. As the CVD method, a thermal CVD method and a plasma CVD method are preferably used. The following description will focus on the thermal CVD method, but the same applies to other methods.

上記12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体原料、すなわち12C及び13Cの同位体比率を天然同位体比率と異ならせた炭素を含む気体原料としては、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素、アセチレン、ベンゼン及びトルエンから選ばれた少なくとも1種の気体原料が用いられる。その比率を天然同位体比率と異ならせる態様としては、その同位体比率を天然存在比率より多くしてもよく、少なくしてもよい。 As a gas source containing carbon in which the isotope ratio of 12 C and 13 C is artificially controlled, that is, a gas source containing carbon in which the isotope ratio of 12 C and 13 C is different from the natural isotope ratio, At least one gaseous raw material selected from carbon monoxide, carbon dioxide, acetylene, benzene and toluene is used. As an aspect in which the ratio is different from the natural isotope ratio, the isotope ratio may be larger or smaller than the natural abundance ratio.

上記気体原料を用いて得られる、本発明の単層のカーボンナノチューブ、多層のカーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料の炭素同位体比率における炭素原子数比率〔13C/(13C+12C)×100(%)〕は、炭素を含む気体原料の12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御することにより任意に制御できる。本発明においては、その炭素原子数比率を、好ましくは、2.0%以上または0.5%以下とする。 Carbon atom number ratio [ 13 C / ( 13 C + 12 C) × in the carbon isotope ratio of the carbon material comprising the single-walled carbon nanotube, multi-walled carbon nanotube, or carbon fiber of the present invention obtained using the gas source 100 (%)] can be arbitrarily controlled by artificially controlling the isotope ratio of 12 C and 13 C of the gaseous raw material containing carbon. In the present invention, the carbon atom ratio is preferably 2.0% or more or 0.5% or less.

本発明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またはカーボンファイバーからなる炭素材料は、それら炭素材料を成長させるための基体、すなわち活性基体上に生成して製造される。活性基体としてはアルミナに触媒金属とその触媒助剤金属を含有させてなる基体を用いる。   The carbon material comprising single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers of the present invention is produced and produced on a substrate for growing the carbon material, that is, an active substrate. As the active substrate, a substrate made of alumina containing a catalyst metal and a catalyst auxiliary metal is used.

触媒金属としては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーの成長に活性を有する金属、すなわちFe、Co、Ni、Cr、Cu及びPdから選ばれた金属の少なくとも1種類以上を用いる。それらの2種以上を用いる場合には合金として用いてもよい。それら触媒金属のうち、好ましくはFe、Co、Ni、Cr及びPdが用いられる。そして触媒助剤金属としてはMoが用いられる。   As the catalytic metal, at least one kind of metal selected from single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers, that is, a metal selected from Fe, Co, Ni, Cr, Cu and Pd is used. When using two or more of them, they may be used as an alloy. Of these catalytic metals, Fe, Co, Ni, Cr and Pd are preferably used. And Mo is used as a catalyst auxiliary metal.

アルミナとしては、特にアルカリ金属、Si、S等の不純物の含有量が少ない高純度のアルミナを用いることが重要である。具体的には、Na、K等のアルカリ金属、硫黄(S)及びシリカからなる不純物の総含有量が0.05wt%以下、好ましくは0.01wt%以下の高純度アルミナである。アルミナ中のそれら不純物の含有量を抑制することにより、メタン等の原料ガスの吸着能力が高まり、400〜800℃というような、より低温で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またはカーボンファイバーの製造を可能とすることができる。アルミナの形態は、粉末状、顆粒状、錠剤状、ペレット状、板状などの各種の形状であることができる。   As alumina, it is particularly important to use high-purity alumina with a low content of impurities such as alkali metals, Si, and S. Specifically, high-purity alumina having a total content of impurities composed of alkali metals such as Na and K, sulfur (S) and silica of 0.05 wt% or less, preferably 0.01 wt% or less. By suppressing the content of these impurities in alumina, the ability to adsorb source gases such as methane is increased, and production of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers at a lower temperature such as 400 to 800 ° C. Can be made possible. The form of alumina can be various shapes such as powder, granules, tablets, pellets, and plates.

上記活性基体は、アルミナ、特に高純度アルミナに触媒金属とその触媒助剤金属を担持させることで得られる。上記金属触媒及びその触媒助剤金属をアルミナに担持させるに際しては、それら金属を好ましくは可溶性塩、例えば硝酸塩や酢酸塩等の金属塩の形として用い、可溶性塩を溶媒に溶解して金属塩溶液とする。溶媒としては、水、メタノ−ルやエタノ−ル等の低級アルコ−ルその他の有機溶媒、あるいは水と水溶性有機溶媒との混合液が用いられるが、好ましくは水が用いられる。   The active substrate can be obtained by supporting a catalyst metal and its catalyst auxiliary metal on alumina, particularly high-purity alumina. When the above metal catalyst and its catalyst auxiliary metal are supported on alumina, the metal is preferably used in the form of a soluble salt, for example, a metal salt such as nitrate or acetate, and the soluble salt is dissolved in a solvent to obtain a metal salt solution. And As the solvent, water, lower alcohols such as methanol and ethanol, and other organic solvents, or a mixed solution of water and a water-soluble organic solvent are used, and water is preferably used.

上記金属塩溶液、すなわち金属触媒及びその触媒助剤金属を含む溶液において、その金属塩の濃度は、その飽和溶液濃度以下とするが、通常は0.01〜0.05wt%の範囲、好ましくは0.005〜0.01wt%の範囲である。そして金属塩溶液をアルミナ含浸、担持させる。アルミナと金属塩溶液との接触法としては、浸漬法やスプレー法などが使用できるが、好ましくは浸漬法が用いられる。その接触温度は、室温から80℃の範囲、好ましくは50〜60℃の範囲である。アルミナと金属溶液との接触により、金属触媒溶液はアルミナに含浸、担持される。   In the metal salt solution, that is, the solution containing the metal catalyst and the catalyst auxiliary metal, the concentration of the metal salt is not more than the saturated solution concentration, but is usually in the range of 0.01 to 0.05 wt%, preferably It is the range of 0.005-0.01 wt%. Then, the metal salt solution is impregnated with alumina and supported. As a contact method between alumina and the metal salt solution, an immersion method, a spray method, or the like can be used, but an immersion method is preferably used. The contact temperature is in the range of room temperature to 80 ° C, preferably in the range of 50-60 ° C. Due to the contact between the alumina and the metal solution, the metal catalyst solution is impregnated and supported on the alumina.

この金属触媒及びその触媒助剤金属を含有するアルミナにおいて、触媒金属の含有量は、金属として1〜20wt%の範囲、好ましくは5〜10wt%の範囲である。また、触媒助剤金属であるMoの含有量は、金属Moとして0.1〜1.5wt%の範囲、好ましくは0.3〜0.8wt%の範囲である。   In the alumina containing the metal catalyst and the catalyst auxiliary metal, the content of the catalyst metal is in the range of 1 to 20 wt%, preferably in the range of 5 to 10 wt% as the metal. Further, the content of Mo which is a catalyst auxiliary metal is in the range of 0.1 to 1.5 wt%, preferably in the range of 0.3 to 0.8 wt% as metal Mo.

本発明者らによる各種関連実験の結果によれば、金属触媒がFe、CoまたはNiでは単層カーボンナノチューブが生成し易い傾向があり、金属触媒がFeまたはCoで、高温(例えば1200℃)では多層カーボンナノチューブが生成し易い傾向があり、金属触媒がPdではカーボンファイバーが生成し易い傾向があり、また触媒金属の量がアルミナに比較して多いとカーボンファイバーが生成し易いなど、生成物の種類は各種条件により異なるが、本発明によれば、0.5〜4nm(直径)程度の単層カーボンナノチューブ、2〜100nm(直径)程度多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーが得られる。   According to the results of various related experiments by the present inventors, when the metal catalyst is Fe, Co or Ni, there is a tendency that single-walled carbon nanotubes are likely to be formed, and when the metal catalyst is Fe or Co and at a high temperature (eg, 1200 ° C.). There is a tendency that multi-walled carbon nanotubes are likely to be generated, and when the metal catalyst is Pd, carbon fibers tend to be easily generated, and when the amount of catalytic metal is larger than that of alumina, carbon fibers are likely to be generated. Although the type varies depending on various conditions, according to the present invention, single-walled carbon nanotubes of about 0.5 to 4 nm (diameter), multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers of about 2 to 100 nm (diameter) can be obtained.

アルミナに含有されたそれら金属の形態は、カーボンナノチューブ、カーボンファイバーの生成を促進させ得る形態であればよく、金属形態のほか、金属酸化物、金属水酸化物の形態であることができる。金属形態の場合、前記のようにして得られた金属塩含有アルミナを水素等の雰囲気中で還元すればよい。また、金属酸化物形態の場合、前記のようにして得られた金属塩含有アルミナを空気等の酸化雰囲気中で焼成すればよい。   The form of these metals contained in alumina may be any form that can promote the formation of carbon nanotubes and carbon fibers, and may be in the form of metal oxide, metal hydroxide, in addition to metal form. In the case of a metal form, the metal salt-containing alumina obtained as described above may be reduced in an atmosphere such as hydrogen. In the case of the metal oxide form, the metal salt-containing alumina obtained as described above may be fired in an oxidizing atmosphere such as air.

本発明により、金属触媒及び触媒助剤金属を含有する基体を製造する上で、好ましい方法としては、先ずそれら触媒金属及び触媒助剤金属を含有する粉末状アルミナを製造する。次に、この粉末状アルミナを所要形状に成形するか、この粉末状アルミナをSiやSiO2等の基板に塗布する。粉末状アルミナの場合は、その比表面積は100〜250cm2/gの範囲、好ましくは200〜250cm2/gの範囲である。 According to the present invention, in producing a substrate containing a metal catalyst and a catalyst auxiliary metal, as a preferred method, first, powdered alumina containing the catalyst metal and the catalyst auxiliary metal is produced. Next, this powdery alumina is formed into a required shape, or this powdery alumina is applied to a substrate such as Si or SiO 2 . For powdered alumina, the range of the specific surface area 100~250cm 2 / g, preferably in the range of 200~250cm 2 / g.

本発明により、炭素同位体比率が制御された単層カーボンナノチューブ、多層のカーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料を製造するには、前記触媒金属と触媒助剤金属を含有するアルミナからなる基体の存在下において、12C及び13Cの炭素同位体比率を人為的に制御した、すなわち炭素同位体分離を行って12Cと13Cを任意の比率に制御した気体原料を流通させながら熱分解させる。 According to the present invention, in order to produce a carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers with a controlled carbon isotope ratio, a substrate made of alumina containing the catalyst metal and a catalyst auxiliary metal is used. In the presence, the carbon isotope ratio of 12 C and 13 C is artificially controlled, that is, pyrolysis is performed while circulating a gas source in which carbon isotope separation is performed and 12 C and 13 C are controlled to an arbitrary ratio. .

熱分解温度、すなわち反応温度は特に制約されないが、400〜1200℃の範囲で実施することができる。本発明によれば、特に400〜800℃という低い温度においても単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料の製造ができるので、省エネルギーの点及び装置コストの点でも非常に有利である。   The thermal decomposition temperature, that is, the reaction temperature is not particularly limited, but can be carried out in the range of 400 to 1200 ° C. According to the present invention, a carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers can be produced even at a low temperature of 400 to 800 ° C., which is very advantageous in terms of energy saving and apparatus cost. is there.

上記12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体原料としては、13C/(12C+13C)比率を異ならせた2種の炭素を含む気体を混合して用いることができる。すなわち、(A)13C/(12C+13C)×100比率が大きい気体、例えばその比率が99.90%のメタンガスと、(B)13C/(12C+13C)×100比率が小さい気体、例えばその比率が0.05%のメタンガスを用意しておく。そして、両者を炭素同位体比率が制御された単層カーボンナノチューブ、多層のカーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料を製造する上で必要な所望割合に混合することにより、12Cと13Cを任意の比率に制御した気体原料とすることができる。 As a gas source containing carbon in which the isotope ratio of 12 C and 13 C is artificially controlled, a gas containing two kinds of carbons having different 13 C / ( 12 C + 13 C) ratios is used in combination. be able to. That is, (A) 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 gas having a large ratio, for example, methane gas having a ratio of 99.90% and (B) 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 ratio is small. A gas, for example, methane gas having a ratio of 0.05% is prepared. Then, by mixing the carbon materials with a desired ratio necessary for producing a carbon material composed of single-walled carbon nanotubes with controlled carbon isotope ratios, multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers, 12 C and 13 C can be arbitrarily selected. It can be set as the gaseous raw material controlled to this ratio.

上記(A)及び(B)の気体のうち、(A)13C/(12C+13C)×100比率が大きい気体として、例えばその比率が99.90%のメタンガスを用い、(B)13C/(12C+13C)×100比率が小さい気体として、その比率が天然同位体比率である1.10%のメタンガスを用いてもよい。この場合には、(B)の気体として天然同位体比の気体を用いるのでコスト面でも有利である。 Among the gases (A) and (B), as a gas having a large (A) 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 ratio, for example, methane gas having a ratio of 99.90% is used, and (B) 13 As a gas having a small C / ( 12 C + 13 C) × 100 ratio, methane gas having a natural isotope ratio of 1.10% may be used. In this case, a gas with a natural isotope ratio is used as the gas (B), which is advantageous in terms of cost.

この手法、すなわち12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体原料として、13C/(12C+13C)比率を異ならせた2種の炭素を含む気体を混合して用いる手法によれば、13C/(12C+13C)比率を異ならせた2種の炭素を含む気体、例えば、13C比率の大きいメタンガス(すなわち12C比率が小さい)と13C比率の小さい(すなわち12C比率が大きい)メタンガスを用意しておくだけで、任意所望割合の気体原料とすることができるので、実用上も非常に有利である。 In this method, that is, a gas source containing carbon in which the isotope ratio of 12 C and 13 C is artificially controlled, a gas containing two kinds of carbons having different 13 C / ( 12 C + 13 C) ratios is mixed. According to the technique used, a gas containing two kinds of carbons having different 13 C / ( 12 C + 13 C) ratios, for example, methane gas having a large 13 C ratio (that is, a small 12 C ratio) and a 13 C ratio Since only a small amount of methane gas (that is, a large 12 C ratio) is prepared, a gas material having an arbitrary desired ratio can be obtained, which is very advantageous in practice.

メタンガス等の気体原料の流通速度は、ガス空間速度(GHSV)で2000〜200000h-1の範囲、好ましくは5000〜100000h-1の範囲である。メタンガスを熱分解する場合、その気体中にアルゴンや水素ガスをキャリアーとして混入することができる。また、メタンガスには、硫化水素やメルカプタン等のイオウ化合物を適量加えることができる。これにより、基体上に真っ直な単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーを生成させることができる。 Velocity of the gas material of methane gas or the like, the range of 2000~200000H -1 gas hourly space velocity (GHSV), preferably in the range of 5000~100000h -1. When pyrolyzing methane gas, argon or hydrogen gas can be mixed in the gas as a carrier. In addition, a suitable amount of sulfur compounds such as hydrogen sulfide and mercaptans can be added to methane gas. Thereby, straight single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers can be generated on the substrate.

本発明においては、炭素同位体の含有比率を人為的に制御した、単層のカーボンナノチューブ、多層のカーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料を各種物品の識別マークとして利用する。すなわち、各種物品にそれら炭素材料を識別マークとして付与し、各種物品の認証や偽造防止のために用いる。その態様としては、例えばそれら炭素材料をインキ等に混合させた溶液(分散液)とし、これを認証カード、紙幣、貴金属、工芸品などの各種物品に塗布する。それらの炭素材料は、ナノメートル(nm)レベルの微細な材料であるので、インキ等に容易に混入できるなど各種物品に付与すること自体も容易である。   In the present invention, a carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multilayered carbon nanotubes, or carbon fibers in which the carbon isotope content ratio is artificially controlled is used as an identification mark for various articles. That is, these carbon materials are given to various articles as identification marks and used for authentication of various articles and forgery prevention. As the mode, for example, a solution (dispersion) in which these carbon materials are mixed with ink or the like is used, and this is applied to various articles such as authentication cards, banknotes, precious metals, and crafts. Since these carbon materials are fine materials of nanometer (nm) level, they can be easily applied to various articles such as being easily mixed into ink.

炭素同位体比率を人為的に制御した、単層のカーボンナノチューブ、多層のカーボンナノチューブまたはカーボンファイバーの質量に関しては、ラマン分光、赤外分光、質量スペクトル及び核磁気共鳴スペクトルのいずれかで同定することが可能である。例えば、ラマン分光においては、炭素の平均質量が増加するとスペクトルが低波数側にシフトし、それが減少するとスペクトルが高波数側にシフトする。この事実を利用して炭素同位体比率による識別ができる。   The mass of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers with artificially controlled carbon isotope ratios should be identified by either Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, mass spectra, or nuclear magnetic resonance spectra. Is possible. For example, in Raman spectroscopy, when the average mass of carbon increases, the spectrum shifts to the low wavenumber side, and when it decreases, the spectrum shifts to the high wavenumber side. This fact can be used to identify the carbon isotope ratio.

すなわち、本発明の識別マークは、炭素同位体の含有比率を天然含有比率と異ならせているので、天然含有比率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またはカーボンファイバーとは振動スペクトルやNMR信号スペクトルが異なるものとなる。13Cの含有比率を天然同位体比率と異なる値に制御した単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料の赤外吸収/透過スペクトルは、天然炭素同位体の含有比率のそれらカーボンナノチューブ、カーボンファイバーの赤外吸収/透過スペクトルに対してシフトする。 That is, the identification mark of the present invention has a carbon isotope content ratio different from the natural content ratio, so that a single-wall carbon nanotube, multi-wall carbon nanotube or carbon fiber having a natural content ratio has a vibration spectrum or NMR signal spectrum. It will be different. Infrared absorption / transmission spectra of carbon materials composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers in which the content ratio of 13 C is controlled to a value different from the natural isotope ratio are the carbon content of natural carbon isotopes. Shift with respect to the infrared absorption / transmission spectra of nanotubes and carbon fibers.

この差異は、12Cと13Cの含有比率により個々に異なるので、その差異を赤外分光法により測定することにより、12Cと13Cの含有比率を検知することができる。また同様に、ラマン分光スペクトル、質量スペクトル、核磁気共鳴スペクトルを測定するにより検知することもできる。これらにより識別マークによる認証や真贋の判定を行うことができる。 Since this difference differs individually depending on the content ratio of 12 C and 13 C, the content ratio of 12 C and 13 C can be detected by measuring the difference by infrared spectroscopy. Similarly, it can be detected by measuring a Raman spectrum, a mass spectrum, or a nuclear magnetic resonance spectrum. Thus, authentication using an identification mark and authenticity determination can be performed.

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳しく説明するが、本発明が実施例に限定されないことはもちろんである。以下の実施例において、反応装置として、炉内寸法:112mmφ(内直径)×570mm(長さ)の管状炉(大倉理研社製、電気炉、最高使用温度=1200℃)を用いた。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in more detail based on an Example, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to an Example. In the following examples, a tubular furnace (manufactured by Okura Riken Co., Ltd., electric furnace, maximum operating temperature = 1200 ° C.) having a reactor inner dimension: 112 mmφ (inner diameter) × 570 mm (length) was used as a reactor.

本反応装置は、13C/(12C+13C)×100比率が0.05%、1.10%及び99.95%の3種のメタンガスの各導管及びArの導管を有し、各導管からの流量を制御することで、電気炉の炉内へ導入するガス組成を制御する制御機構を備えている。このため、それら各導管のそれぞれにマスフローコントローラーが設けられ、各マスフローコントローラーにより、それら同位体比率が異なる該3種の各メタンガスの流量を制御することにより、所定の同位体比率を有するメタンガスとし、炉内に導入される。ここで、上記3種のメタンガスのうち、13C/(12C+13C)×100比率が0.05%及び99.95%のメタンガスは天然ガスを精密蒸留法により精留して得られたものである。 This reactor has three methane gas conduits and Ar conduits having a ratio of 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 of 0.05%, 1.10%, and 99.95%. A control mechanism is provided for controlling the gas composition introduced into the furnace of the electric furnace by controlling the flow rate from the furnace. For this reason, a mass flow controller is provided for each of these conduits, and by controlling the flow rates of the three types of methane gases having different isotope ratios by the respective mass flow controllers, methane gas having a predetermined isotope ratio is obtained. It is introduced into the furnace. Here, among the above three types of methane gas, methane gas having a 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 ratio of 0.05% and 99.95% was obtained by rectifying natural gas by a precision distillation method. Is.

〈実施例1〉
ナトリウム含有量が0.01wt%以下で且つ純度が99.95wt%以上である、高純度γ−アルミナ粉末1.0gを、硝酸鉄〔Fe(NO32・9H2O〕0.2gと酸化モリブデンアセトナ−ト〔CH3COCHCOCH32MoO3〕0.01gをメタノ−ル35mlに溶解させて得た溶液中に30分間浸漬した後、3時間の超音波処理により分散させた。この分散液をSi基板に塗布し、空気中、120℃で1時間乾燥させた。
<Example 1>
1.0 g of high-purity γ-alumina powder having a sodium content of 0.01 wt% or less and a purity of 99.95 wt% or more was converted to 0.2 g of iron nitrate [Fe (NO 3 ) 2 .9H 2 O]. After being immersed in a solution obtained by dissolving 0.01 g of molybdenum oxide acetonate [CH 3 COCHCOCH 3 ) 2 MoO 3 in 35 ml of methanol, it was dispersed by sonication for 3 hours. This dispersion was applied to a Si substrate and dried in air at 120 ° C. for 1 hour.

次に、上記基板をアルミナボートに載置して電気炉の炉内に挿入し、アルゴン雰囲気下で炉内を700℃まで昇温させた後、制御機構により、13C/(12C+13C)×100比率が0.05%、0.50%、1.10%、2.00%、49.97%及び99.90%の6種の原料ガスとし、これらをそれぞれ炉内に30分間流通させた。この結果、電子顕微鏡(日立製作所社製、S−5000)観察により、いずれの場合も基板表面にチューブ状の生成物が観察された。 Next, the substrate is placed on an alumina boat and inserted into a furnace of an electric furnace, and the inside of the furnace is heated to 700 ° C. under an argon atmosphere, and then 13 C / ( 12 C + 13 C is controlled by a control mechanism. ) X 100 ratios of six source gases of 0.05%, 0.50%, 1.10%, 2.00%, 49.97% and 99.90%, each of which in the furnace for 30 minutes Circulated. As a result, a tube-like product was observed on the substrate surface in each case by observation with an electron microscope (Hitachi, Ltd., S-5000).

これらの各生成物(試料)を透過型電子顕微鏡(日本電子社製JEM−2000FX II)で観察したところ、太さ(直径)がいずれも1nm程度の単層のカーボンナノチューブがバンドル状になっていることが観察された。これら各単層カーボンナノチューブについて、さらにラマン分光装置(日本分光社製、FX−2100)によりスペクトルを測定した。表1に、各生成物試料の13C/(12C+13C)×100比率と、13C/(12C+13C)×100=0.05%で合成した試料からのスペクトルシフト〔Δω(cm-1)〕を示している。 When these products (samples) were observed with a transmission electron microscope (JEM-2000FX II manufactured by JEOL Ltd.), single-walled carbon nanotubes each having a thickness (diameter) of about 1 nm were bundled. It was observed that About each of these single-walled carbon nanotubes, the spectrum was further measured with a Raman spectroscope (manufactured by JASCO Corporation, FX-2100). Table 1 shows the 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 ratio of each product sample and the spectral shift from the sample synthesized at 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 = 0.05% [Δω ( cm −1 )].

Figure 0005307195
Figure 0005307195

表1のとおり、13C/(12C+13C)×100比率が、0.50%、1.10%、2.00%、49.97%、99.90%のいずれのスペクトルからも、13C/(12C+13C)×100=0.05の試料からのスペクトルシフト〔Δω(cm-1)〕が観察された。このことから、ラマン分光の測定により、6種の単層カーボンナノチューブをそれぞれ識別できることが分かる。 As shown in Table 1, the 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 ratio is 0.50%, 1.10%, 2.00%, 49.97%, 99.90% from any spectrum. A spectral shift [Δω (cm −1 )] from a sample of 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 = 0.05 was observed. From this, it is understood that six types of single-walled carbon nanotubes can be distinguished from each other by measurement of Raman spectroscopy.

炭素の平均質量数mと波数ωとの間には、m×ω2が一定という関係がある。このことから、下記式(1)が成り立つ。式中、Δmは質量数の増加量である。この関係から、Δω(波数のズレないしシフト)を測定することにより、単層カーボンナノチューブの平均質量数を見積ることが可能である。炭素の平均質量数が極く僅かでも異なると、波数ωの値が変化する。この事実を利用して、13C/(12C+13C)比が、特定の値の単層カーボンナノチューブを各種物品の偽造防止のための識別マークとして利用することができる。 There is a relationship that m × ω 2 is constant between the average mass number m of carbon and the wave number ω. From this, the following formula (1) is established. In the formula, Δm is an increase in mass number. From this relationship, it is possible to estimate the average mass number of the single-walled carbon nanotubes by measuring Δω (wave number shift or shift). If the average mass number of carbon is slightly different, the value of the wave number ω changes. By utilizing this fact, single-walled carbon nanotubes having a specific ratio of 13 C / ( 12 C + 13 C) can be used as identification marks for preventing forgery of various articles.

Figure 0005307195
Figure 0005307195

〈実施例2〉
硝酸ニッケル〔Ni(NO32〕0.1gと酸化モリブデンアセチルアセテ−ト0.01gをメタノ−ルに溶解させた。この溶液中に、ナトリウム含有量が0.01wt%以下で且つ純度が99.95wt%以上の高純度γ−アルミナ粉末1.0gを30分間浸漬し、3時間の超音波処理により分散させた。この分散液をSi基板に塗布した。実施例1と同様にして、13C/(12C+13C)×100比率を0.05%、1.10%、49.97%及び99.90%とした4種の原料ガスを、それぞれ、1200℃の炉内に30分間流通させた。
<Example 2>
0.1 g of nickel nitrate [Ni (NO 3 ) 2 ] and 0.01 g of molybdenum oxide acetyl acetate were dissolved in methanol. In this solution, 1.0 g of high-purity γ-alumina powder having a sodium content of 0.01 wt% or less and a purity of 99.95 wt% or more was immersed for 30 minutes and dispersed by ultrasonic treatment for 3 hours. This dispersion was applied to a Si substrate. In the same manner as in Example 1, four kinds of source gases having 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 ratios of 0.05%, 1.10%, 49.97%, and 99.90%, respectively, It was made to distribute | circulate for 30 minutes in a 1200 degreeC furnace.

基板表面の生成物(試料)を透過型電子顕微鏡(日本電子社製、JEM−2000FX II)で観察したところ、上記いずれの原料ガスを用いた場合も、太さ(直径)が50〜100nm程度の多層のカーボンナノチューブが生成していることが観察された。また、各基板表面の生成物について、実施例1と同様に、ラマン分光装置(日本分光社製、FX−2100)により、スペクトル測定した。表2に各生成物試料について、13C/(12C+13C)×100=0.05%で合成した試料からのスペクトルシフト〔Δω(cm-1)〕を示している。 When the product (sample) on the substrate surface was observed with a transmission electron microscope (JEM-2000FX II, manufactured by JEOL Ltd.), the thickness (diameter) was about 50 to 100 nm even when any of the above source gases was used. It was observed that multi-walled carbon nanotubes were formed. Moreover, about the product of each board | substrate surface, the spectrum measurement was carried out similarly to Example 1 with the Raman spectroscopic apparatus (The JASCO Corporation make, FX-2100). Table 2 shows the spectral shift [Δω (cm −1 )] from the sample synthesized at 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 = 0.05% for each product sample.

Figure 0005307195
Figure 0005307195

表2のとおり、13C/(12C+13C)×100比率が、1.10%、49.97%、99.90%のいずれの試料のスペクトルからも、13C/(12C+13C)×100=0.05%の試料からのスペクトルシフト〔Δω(cm-1)〕が観察された。このことから、ラマン分光の測定により、4種の多層カーボンナノチューブをそれぞれ識別できることが分かる。 As shown in Table 2, 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 ratio is 13 C / ( 12 C + 13 C from the spectrum of any sample of 1.10%, 49.97%, 99.90%. ) × 100 = 0.05% spectral shift [Δω (cm −1 )] from the sample was observed. From this, it is understood that four types of multi-walled carbon nanotubes can be distinguished from each other by measurement of Raman spectroscopy.

炭素の平均質量数mと波数ωとの間には、m×ω2が一定という関係から、前記式(1)が成り立つ。この関係から、Δωを測定することにより、多層カーボンナノチューブの平均質量数を見積ることが可能である。炭素の平均質量数が極く僅かでも異なると、波数ωの値が変化する。この事実を利用して、13C/(12C+13C)比が、特定の値の多層カーボンナノチューブを各種物品の偽造防止のための識別マークとして利用することができる。 The above formula (1) holds between the average mass number m of carbon and the wave number ω because m × ω 2 is constant. From this relationship, it is possible to estimate the average mass number of the multi-walled carbon nanotube by measuring Δω. If the average mass number of carbon is slightly different, the value of the wave number ω changes. Using this fact, multi-walled carbon nanotubes having a specific ratio of 13 C / ( 12 C + 13 C) can be used as identification marks for preventing counterfeiting of various articles.

〈実施例3〉
ナトリウム含有量が0.01wt%以下で且つ純度が99.95wt%以上の高純度γ−アルミナ粉末1.2gを、硝酸パラジウム〔Pd(NO32〕1.2gと酸化モリブデンアセチルアセテ−ト0.01gをメタノ−ルに溶解させて得た溶液中に30分間浸漬し、3時間の超音波処理により分散させた。この分散液をSi基板に塗布し、実施例1と同様にして、13C/(12C+13C)×100比率を0.05%、1.10%、49.97%及び99.90%の4種の原料ガスをそれぞれ炉内に30分間流通させた。炉内温度、すなわち反応温度は800℃である。
<Example 3>
1.2 g of high-purity γ-alumina powder having a sodium content of 0.01 wt% or less and a purity of 99.95 wt% or more, 1.2 g of palladium nitrate [Pd (NO 3 ) 2 ] and molybdenum oxide acetyl acetate It was immersed in a solution obtained by dissolving 0.01 g in methanol for 30 minutes and dispersed by ultrasonic treatment for 3 hours. This dispersion was applied to a Si substrate, and the ratio of 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 was 0.05%, 1.10%, 49.97% and 99.90% in the same manner as in Example 1. Each of the four raw material gases was circulated in the furnace for 30 minutes. The temperature in the furnace, that is, the reaction temperature is 800 ° C.

各基板表面の生成物を透過型電子顕微鏡(日本電子社製、JEM−2000FX II)で観察したところ、いずれの場合も、太さ(直径)が20〜30nm程度のカーボンファイバーが生成していることが観察された。基板表面の生成物について、実施例1と同様に、スペクトル測定した。表3に各生成物試料について、13C/(12C+13C)×100=0.05%で合成した試料からのスペクトルシフト〔Δω(cm-1)〕を示している。 When the products on the surface of each substrate were observed with a transmission electron microscope (JEM-2000FX II, manufactured by JEOL Ltd.), in each case, carbon fibers having a thickness (diameter) of about 20 to 30 nm were generated. It was observed. The spectrum of the product on the substrate surface was measured in the same manner as in Example 1. Table 3 shows the spectral shift [Δω (cm −1 )] from the sample synthesized at 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 = 0.05% for each product sample.

Figure 0005307195
Figure 0005307195

表3のとおり、13C/(12C+13C)×100比率が、1.10%、49.97%、99.90%のいずれの試料のスペクトルからも、13C/(12C+13C)×100=0.05%の試料からのスペクトルシフト〔Δω(cm-1)〕が観察された。このことから、ラマン分光の測定により、上記4種のカーボンファイバーをそれぞれ識別できることが分かる。 As shown in Table 3, 13 C / ( 12 C + 13 C) × 100 ratio is 13 C / ( 12 C + 13 C from the spectrum of any sample of 1.10%, 49.97%, 99.90%. ) × 100 = 0.05% spectral shift [Δω (cm −1 )] from the sample was observed. From this, it can be seen that the four types of carbon fibers can be identified by Raman spectroscopy.

炭素の平均質量数mと波数ωとの間には、m×ω2が一定という関係から、前記式(1)が成り立つ。この関係から、Δωを測定することにより、カーボンファイバーの平均質量数を見積ることが可能である。炭素の平均質量数が極く僅かでも異なると、波数ωの値が変化する。これを利用して、13C/(12C+13C)比が特定の値のカーボンファイバーを各種物品の偽造防止のための識別マークとして利用することができる。
The above formula (1) holds between the average mass number m of carbon and the wave number ω because m × ω 2 is constant. From this relationship, it is possible to estimate the average mass number of the carbon fiber by measuring Δω. If the average mass number of carbon is slightly different, the value of the wave number ω changes. By utilizing this, carbon fibers having a specific value of 13 C / ( 12 C + 13 C) ratio can be used as identification marks for preventing forgery of various articles.

Claims (5)

単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料であって、該炭素材料が、12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体を原料として合成してなる炭素同位体比率が制御された単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなることを特徴とする炭素材料。 A carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers, which is synthesized by using as a raw material a gas containing carbon in which the isotope ratio of 12 C and 13 C is artificially controlled. A carbon material comprising a single-walled carbon nanotube, a multi-walled carbon nanotube, or a carbon fiber with a controlled carbon isotope ratio. 前記12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体原料が、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素、アセチレン、ベンゼン及びトルエンから選ばれた少なくとも1種の気体原料であることを特徴とする請求項1に記載の炭素材料。 The gas source containing carbon in which the isotope ratio of 12 C and 13 C is artificially controlled is at least one gas source selected from methane, carbon monoxide, carbon dioxide, acetylene, benzene and toluene. The carbon material according to claim 1. 単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料を用いた識別マークであって、該炭素材料が、12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体を原料として合成してなる炭素同位体比率が制御された単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブまたはカーボンファイバーからなる炭素材料であることを特徴とする識別マーク。 An identification mark using a carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, or carbon fibers, wherein the carbon material is a gas containing carbon whose isotope ratio of 12 C and 13 C is artificially controlled An identification mark, characterized in that it is a carbon material composed of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes or carbon fibers with a controlled carbon isotope ratio. 前記識別マークが認証カード、紙幣、貴金属、工芸品などの物品の偽造防止のために用いる識別マークであることを特徴とする請求項3に記載の識別マーク。   The identification mark according to claim 3, wherein the identification mark is an identification mark used for preventing counterfeiting of an article such as an authentication card, banknote, precious metal, or craft. 前記12C及び13Cの同位体比率を人為的に制御した炭素を含む気体原料が、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素、アセチレン、ベンゼン及びトルエンから選ばれた少なくとも1種の気体原料であることを特徴とする請求項3または4に記載の識別マーク。
The gas source containing carbon in which the isotope ratio of 12 C and 13 C is artificially controlled is at least one gas source selected from methane, carbon monoxide, carbon dioxide, acetylene, benzene and toluene. 5. The identification mark according to claim 3 or 4, wherein:
JP2011134654A 2011-06-16 2011-06-16 Carbon materials and identification marks with controlled isotope ratios Expired - Fee Related JP5307195B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011134654A JP5307195B2 (en) 2011-06-16 2011-06-16 Carbon materials and identification marks with controlled isotope ratios

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011134654A JP5307195B2 (en) 2011-06-16 2011-06-16 Carbon materials and identification marks with controlled isotope ratios

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001217106A Division JP4964372B2 (en) 2001-07-17 2001-07-17 Carbon material manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011195446A JP2011195446A (en) 2011-10-06
JP5307195B2 true JP5307195B2 (en) 2013-10-02

Family

ID=44874108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011134654A Expired - Fee Related JP5307195B2 (en) 2011-06-16 2011-06-16 Carbon materials and identification marks with controlled isotope ratios

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5307195B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE502006002955D1 (en) * 2005-07-13 2009-04-09 Sachtleben Chemie Gmbh MARKED INORGANIC ADDITIVES

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3452665B2 (en) * 1994-11-22 2003-09-29 東京瓦斯株式会社 Method for synthesizing diamond single crystal and single crystal diamond
EP1059266A3 (en) * 1999-06-11 2000-12-20 Iljin Nanotech Co., Ltd. Mass synthesis method of high purity carbon nanotubes vertically aligned over large-size substrate using thermal chemical vapor deposition
JP2001048512A (en) * 1999-08-04 2001-02-20 Ulvac Japan Ltd Preparation of perpendicularly oriented carbon nanotube
JP2001048516A (en) * 1999-08-05 2001-02-20 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Production of 13c-enriched carbon dioxide

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011195446A (en) 2011-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shah et al. Synthesis of carbon nanotubes by catalytic chemical vapour deposition: A review on carbon sources, catalysts and substrates
Tessonnier et al. Recent progress on the growth mechanism of carbon nanotubes: a review
Gulyaev et al. Highly active PdCeOx composite catalysts for low-temperature CO oxidation, prepared by plasma-arc synthesis
KR101262827B1 (en) Carbon nanotubes functionalized with fullerenes
Chizari et al. Nitrogen‐doped carbon nanotubes as a highly active metal‐free catalyst for selective oxidation
Hernádi et al. On the role of catalyst, catalyst support and their interaction in synthesis of carbon nanotubes by CCVD
Botello-Méndez et al. Controlling the dimensions, reactivity and crystallinity of multiwalled carbon nanotubes using low ethanol concentrations
Yu et al. Single-source-precursor synthesis of porous W-containing SiC-based nanocomposites as hydrogen evolution reaction electrocatalysts
Bystrzejewski et al. Continuous synthesis of carbon-encapsulated magnetic nanoparticles with a minimum production of amorphous carbon
Tsoufis et al. Catalytic production of carbon nanotubes over Fe–Ni bimetallic catalysts supported on MgO
WO2003057955A1 (en) Method for low temperature synthesis of single wall carbon nanotubes
Atchudan et al. An efficient synthesis of graphenated carbon nanotubes over the tailored mesoporous molecular sieves by chemical vapor deposition
Du et al. Aluminum borate nanowires from the pyrolysis of polyaminoborane precursors
Osikoya et al. Synthesis, characterization and adsorption studies of chlorine–doped carbon nanotubes
Zhao et al. Synthesis of multi-wall carbon nanotubes by Ni-substituted (loading) MCM-41 mesoporous molecular sieve catalyzed pyrolysis of ethanol
Hintsho et al. The effect of CO 2 on the CVD synthesis of carbon nanomaterials using fly ash as a catalyst
Stefov et al. Properties assessment of multiwalled carbon nanotubes: A comparative study
Dervishi et al. Few-layer nano-graphene structures with large surface areas synthesized on a multifunctional Fe: Mo: MgO catalyst system
JP4964372B2 (en) Carbon material manufacturing method
Lin et al. Sulphate-activated growth of bamboo-like carbon nanotubes over copper catalysts
García et al. The graphitization of carbon nanofibers produced by the catalytic decomposition of natural gas
Bonadiman et al. Production of single and multi-walled carbon nanotubes using natural gas as a precursor compound
JP5307195B2 (en) Carbon materials and identification marks with controlled isotope ratios
Aghaei et al. Single-walled carbon nanotubes: synthesis and quantitative purification evaluation by acid/base treatment for high carbon impurity elimination
Gallego et al. Activation energies and structural changes in carbon nanotubes during different acid treatments

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20110623

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130625

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130626

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5307195

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees