JP5408588B2 - カーボンナノチューブの簡便な分離法 - Google Patents
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Advanced Materials 18, (2006) 1468-1470 J. Am. Chem. Soc. 127, (2005) 10287-10290 J. Am. Chem. Soc. 128, (2006) 12239-12242 J. Phys. Chem. B 110, (2006) 25-29 Nature Nanotechnology 1, (2006) 60-65
前記カーボンナノチューブ含有ゲルを冷却する冷却手段と、
前記冷却されたカーボンナノチューブ含有ゲルを凍結する凍結手段と、
前記凍結されたカーボンナノチューブ含有ゲルを解凍する解凍手段と、
前記解凍されたカーボンナノチューブ含有ゲルを圧搾する圧搾手段と、
を備える金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。
〈14〉カーボンナノチューブ含有ゲルを貯蔵する容器と、
前記カーボンナノチューブ含有ゲルを冷却する冷却手段と、
前記冷却されたカーボンナノチューブ含有ゲルを凍結する凍結手段と、
前記凍結されたカーボンナノチューブ含有ゲルを解凍する解凍手段と、
前記解凍されたカーボンナノチューブ含有ゲルを溶出する溶出手段と、
を備える金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。
〈16〉カーボンナノチューブ含有ゲルを貯蔵する容器と、
前記カーボンナノチューブ含有ゲルを冷却する冷却手段と、
前記冷却されたカーボンナノチューブ含有ゲルを凍結する凍結手段と、
前記凍結されたカーボンナノチューブ含有ゲルを解凍する解凍手段と、
前記解凍されたカーボンナノチューブ含有ゲルを分離する分離手段と、
を備える金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。
〈18〉前記カーボンナノチューブ含有ゲル貯蔵容器は、カーボンナノチューブ貯蔵容器とゲル化剤貯蔵容器とを備えることを特徴とする〈12〉、〈14〉または〈16〉に記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。(図22)
2・・試料槽
3・・ベルトコンベア
4・・冷凍器
5・・ローラー
6、7・・回収容器
8・・金属CNT溶液
9・・半導体CNT含有ゲル
10・・冷却(ゲル化)行程
11・・凍結行程
12・・解凍行程
13・・圧搾行程
14・・溶出行程
15・・遠心分離機
16・・遠心分離(脱水)行程
17・・混合弁
[CNT分散液の調製について]
合成されたCNTは通常、金属型CNTと半導体型CNTの両方を含む数十から数百本の束(バンドル)になっている。金属型CNTと半導体型CNTの分離に先立って、一本ずつに孤立した状態のCNTとして分散可溶化して、長時間安定に存在させておくことが肝要である。
[用いるゲルについて]
CNT含有ゲルに使用するゲルを構成する物質は、従来公知のアガロース、アクリルアミド、デンプンなどであり、これらをゲル化して得られるアガロースゲル、アクリルアミドゲル、デンプンゲルなどのゲルとして用いる。金属型CNT及び半導体CNTを含んだゲル内での挙動の差を利用するうえで、前記の物質は好ましい結果が得られるので、この点で推奨できる。
本発明は、前記の通りCNT含有ゲルを用いて物理的分離手段により処理することにより、金属型CNTと半導体型CNTを分離する方法である。
[遠心分離法](図1(A)−1)
遠心分離機を用いて、CNT含有ゲルに重力の約104〜105倍の遠心力を加えてゲルを圧搾し、ゲルから溶出した溶液中に金属型CNTを含む溶液画分と、圧縮されたゲル中に半導体型CNTを含むゲル画分を得た後、両者を分離する方法である。
CNT含有ゲルを凍結した後、解凍して得られるゲルを、遠心分離機による遠心分離を行い、ゲルから溶出した溶液中に金属型CNTを含む溶液画分と、圧縮されたゲル中に半導体型CNTを含むゲル画分とに分離する方法である。
CNT含有ゲルを凍結した後、解凍したゲルを圧搾し、ゲルから溶出した溶液中に金属型CNT含む溶液と、圧縮されたゲル中に半導体型CNTを含むゲルとに分離する方法である。
[拡散法(図1(C)−1)]
CNT含有ゲルを溶液中に浸漬し、ゲル中より溶液中に金属型CNTを拡散、溶出させることができるので、この特性利用して金属型CNTを含む溶液と半導体型CNTを含むゲルとに分離する方法である。
CNT含有ゲルを凍結した後、解凍して得られるゲルを、溶液中に浸漬し、ゲル中より溶液中に金属型CNTを拡散、溶出させることができるので、この特性利用して金属型CNTを含む溶液と半導体型CNTを含むゲルとに分離する方法である。
ゲルを、CNT分散液に浸漬することにより、半導体型CNTをゲル中に選択的に取り込んだゲルと、残された金属型CNTを含む分散液とを得た後、両者を分離することにより金属型CNTと半導体型CNTを分離するものである(図1D)。
[Laser−CNTの調製]
平均粒径5ミクロンの高純度グラファイト粉末に、ニッケル酸化物およびコバルト酸化物の粉末をモル濃度比それぞれ0.6%ずつ混合し、均一に混ぜ合わせたものを、フェノール樹脂でロッド状に整形固化させ、それを1200℃で2時間、不活性ガス中で焼結したものをターゲットとした。このターゲットをアルゴンガス760Torrの雰囲気を満たした石英管中に置き、アルゴンガスを毎分100cc程度流しながら、石英管全体を1050℃まで加熱した。ターゲット表面に450mJ/pulseのNd:YAGレーザー光を照射し、炭素およびニッケルおよびコバルトを蒸発させた。これらが電気炉内で凝集し形成された単層カーボンナノチューブが石英管内に付着したものを回収し、原料試料とした。
[CNT分散液の調製]
0.6mgのLaser−CNTに、2%SDS水溶液(2ml)を加えた。その溶液をチップ型超音波破砕機(VP−15、タイテック社製、チップ先端径:3mm)を用いて、超音波処理した。
[分散CNT含有ゲルの調製]
1.4%低融点アガロースを含む2倍濃度のTB緩衝液(50mMトリスヒドロキシメチルアミノメタン、48.5mMホウ酸(pH8.2))を電子レンジで完全に溶かしたものと、上記のCNT分散液をそれぞれ等量(0.2ml)ずつマイクロチューブ(容量1.5ml)中で手早く混合した(アガロースの終濃度は0.7%)。混合液がゲル化するまで室温で30分程度放置冷却した。固まってゲル化させることにより、CNT含有ゲルを得た。得られたCNT含有ゲルは、CNTがゲル中に孤立分散した状態となっている。
[遠心分離によるCNT含有ゲルからの金属型CNTの溶出]
上記で得られたCNT含有ゲルを遠心分離機にかける(16,000×g、3時間、25℃)。遠心分離によって、ゲルが圧縮されマイクロチューブの底部に集まり、上部には溶液が溶出した。遠心後の上部溶液は青みを帯びた灰色であった。この青灰色は金属型のLaser−CNTに特徴的な色である。
[光吸収スペクトル測定]
回収した、上部溶液とゲルはともに、2%SDS溶液(又は、純水)で1mlにあわせ、ゲルについては湯せんで溶かした後に、紫外可視近赤外分光光度計(島津 SolidSpec−3700)を使用して光吸収スペクトルを測定した。
実施例6と同様の実験を、CNTとしてLaser−CNTの代わりにHipco−CNTを用い、凍結−解凍後の圧搾の工程の代わりに遠心分離を行う以外は同様の手順で実験を行った。
Claims (19)
- カーボンナノチューブ含有ゲルを用いて物理的分離手段により処理することによって、半導体型カーボンナノチューブをゲル中に、金属型カーボンナノチューブを溶液中に存在させて、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法であって、
前記物理的分離手段により処理するは、カーボンナノチューブ含有ゲルを、遠心分離機により遠心分離し、遠心分離によりゲルから溶出した溶液中に金属型カーボンナノチューブを含む溶液画分と、遠心分離により圧縮されたゲル中に半導体型カーボンナノチューブを含むゲル画分とを得たあと、両者を分離することであることを特徴とする金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法。 - カーボンナノチューブ含有ゲルを遠心分離機により遠心分離する前に、前記カーボンナノチューブ含有ゲルを凍結させ、その凍結したゲルを解凍してゲルを得、そのゲルを前記遠心分離機により遠心分離することを特徴とする請求項1に記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法。
- カーボンナノチューブ含有ゲルを用いて物理的分離手段により処理することによって、半導体型カーボンナノチューブをゲル中に、金属型カーボンナノチューブを溶液中に存在させて、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法であって、
前記物理的分離手段により処理するは、カーボンナノチューブ含有ゲルを凍結した後、解凍して得られるゲルを圧搾し、ゲルから溶出した溶液中に金属型カーボンナノチューブ含む溶液と、圧搾されたゲル中に半導体型カーボンナノチューブを含むゲルとに分離することであることを特徴とする金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法。 - カーボンナノチューブ含有ゲルを用いて物理的分離手段により処理することによって、半導体型カーボンナノチューブをゲル中に、金属型カーボンナノチューブを溶液中に存在させて、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法であって、
前記物理的分離手段により処理するは、カーボンナノチューブ含有ゲルを溶液中に浸漬し、ゲル中より溶液中に金属型カーボンナノチューブを拡散、溶出させて得られる金属型カーボンナノチューブを含む溶液と、半導体型カーボンナノチューブを含むゲルを得た後、両者を分離することであることを特徴とする金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法。 - カーボンナノチューブ含有ゲルを溶液中に浸漬する前に、前記カーボンナノチューブ含有ゲルを凍結させ、その凍結したゲルを解凍してゲルを得、そのゲルを前記溶液中に浸漬することを特徴とする請求項4に記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法。
- カーボンナノチューブ含有ゲルを用いて物理的分離手段により処理することによって、半導体型カーボンナノチューブをゲル中に、金属型カーボンナノチューブを溶液中に存在させて、金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法であって、
前記物理的分離手段により処理するは、ゲルとカーボンナノチューブ分散液とを混合して、前記カーボンナノチューブ分散液中の半導体型カーボンナノチューブを前記ゲル中に浸み込ませてなるカーボンナノチューブ含有ゲルと、前記カーボンナノチューブ分散液中に金属型カーボンナノチューブが残存してなる溶液とを得た後、両者を分離することを特徴とする金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法。 - 前記カーボンナノチューブ含有ゲルは、予め界面活性剤を用いてカーボンナノチューブを分散可溶化し、次に超音波処理を行い、カーボンナノチューブを分散・孤立化させた状態でカーボンナノチューブをゲル中に含ませたものであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法。
- 前記カーボンナノチューブ分散液は、予め界面活性剤を用いてカーボンナノチューブを分散可溶化し、次に超音波処理を行い、カーボンナノチューブを分散・孤立化させたものであることを特徴とする請求項6に記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブを分離する方法。
- 前記界面活性剤は、陰イオン界面活性剤または両性界面活性剤であることを特徴とする請求項7または8に記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離方法。
- 前記陰イオン界面活性剤は、アルキル硫酸塩、ドデカンスルホン酸ナトリウム、ドデカノイルサルコシンナトリウム、ドデカン酸ナトリウム、又はコール酸ナトリウムであることを特徴とする請求項9記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離方法。
- 前記アルキル硫酸塩は、ドデシル硫酸ナトリウム、デシル硫酸ナトリウム、又はテトラデシル硫酸ナトリウムであることを特徴とする請求項10記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離方法。
- 前記両性界面活性剤は、n−ドデシルホスホコリンであることを特徴とする請求項9記載の金属型CNTと半導体型CNTの分離方法。
- カーボンナノチューブ含有ゲルを貯蔵する容器と、
前記カーボンナノチューブ含有ゲルを冷却する冷却手段と、
前記冷却されたカーボンナノチューブ含有ゲルを凍結する凍結手段と、
前記凍結されたカーボンナノチューブ含有ゲルを解凍する解凍手段と、
前記解凍されたカーボンナノチューブ含有ゲルを圧搾する圧搾手段と、
を備える金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。 - 前記圧搾手段は、ローラーであることを特徴とする請求項13記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。
- カーボンナノチューブ含有ゲルを貯蔵する容器と、
前記カーボンナノチューブ含有ゲルを冷却する冷却手段と、
前記冷却されたカーボンナノチューブ含有ゲルを凍結する凍結手段と、
前記凍結されたカーボンナノチューブ含有ゲルを解凍する解凍手段と、
前記解凍されたカーボンナノチューブ含有ゲルを溶出する溶出手段と、
を備える金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。 - 前記溶出手段は、溶出液に浸すことを特徴とする請求項15記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。
- カーボンナノチューブ含有ゲルを貯蔵する容器と、
前記カーボンナノチューブ含有ゲルを冷却する冷却手段と、
前記冷却されたカーボンナノチューブ含有ゲルを凍結する凍結手段と、
前記凍結されたカーボンナノチューブ含有ゲルを解凍する解凍手段と、
前記解凍されたカーボンナノチューブ含有ゲルを分離する分離手段と、
を備える金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。 - 前記分離手段は、遠心分離装置であることを特徴とする請求項17記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。
- 前記カーボンナノチューブ含有ゲル貯蔵容器は、カーボンナノチューブ貯蔵容器とゲル化剤貯蔵容器とを供えることを特徴とする請求項13、15、17記載のいずれか一項記載の金属型カーボンナノチューブと半導体型カーボンナノチューブの分離装置。
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