JP5483228B2 - 導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜及び導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法 - Google Patents
導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜及び導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法 Download PDFInfo
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Description
導電性ダイヤモンド膜が形成された石英濾紙の製造:
下記(1)及び(2)を用いて、導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜を製造した。
溶媒を水として、ダイヤモンドナノ粒子(平均粒径:5〜10nm、ナノアマンド(NanoAmando):(株)ナノ炭素研究所製)を混合して0.5g/Lの導電性ダイヤモンドナノ粒子分散溶液を調製した。調製した導電性ダイヤモンドナノ粒子分散溶液に、石英繊維が三次元的に絡み合って構成される、基材である下記仕様の市販の石英濾紙を2時間浸漬して塗布した。このようにして導電性ダイヤモンドナノ粒子分散溶液を塗布した後、石英濾紙を乾燥させることにより、石英濾紙の表層部にダイヤモンドナノ粒子を固定した。
品名 : ワットマン QMA(ワットマンジャパン株式会社製)
直径 : 32mm
厚さ : 450μm(0.45mm)
耐熱温度 : 500℃
石英繊維の外径 : 0.4〜2μm
目付 : 85g/m2
通気度 : 6.4秒/100mL/in2
(1)で得られた、ダイヤモンドナノ粒子を固定した石英濾紙を、下記の条件により、マイクロ波プラズマ化学気相成長法(MP−CVD法)を用いて、石英濾紙の表層部にボロンがドープされた多結晶の導電性ダイヤモンド膜を形成した。なお、成長時間は、6、12、18及び24時間の4種類を用いて、順に実施例1(6時間)、実施例2(12時間)、実施例3(18時間)、実施例4(24時間)とした。
炭素源 :メタノール+アセトン混合溶媒
ホウ素源 :70%トリメトキシボラン(B/C 原子比 20000ppm)
水素流量 :400sccm
反応圧力 :50Torr
プラズマ出力:1300W
成長温度 :500℃
(基板温度)
成長時間 :6、12、18、24時間(4種類)
実施例1 : 1〜2μm
実施例2 : 2〜4μm
実施例3 : 3〜5μm
実施例4 : 4〜6μm
前記した(1)(2)で得られた、表層部に導電性ダイヤモンド膜が合成された石英濾紙をフッ化水素酸−硝酸(モル比 1/1)水溶液中に2〜3時間浸漬することにより、石英濾紙を除去し、導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜を得た。
実施例1 : 外径1〜2μm、内径0.4〜2μm
実施例2 : 外径2〜4μm、内径0.4〜2μm
実施例3 : 外径3〜5μm、内径0.4〜2μm
実施例4 : 外径4〜6μm、内径0.4〜2μm
電解質溶液中のサイクリックボルタモグラム(CV)の測定:
本発明のダイヤモンド中空ファイバー膜が電気化学特性を有しているかを確認するために、実施例3(成長時間:18時間)で得られた導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜について、0.1Mの硫酸ナトリウム溶液中でのサイクリックボルタモグラム(CV)を測定した。なお、走査速度は、10、50、100mV/sの3種類とした。結果を図8に示す。
交流インピーダンス法による評価:
実施例3で得られた導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜について、以下の条件で交流インピーダンス測定を行い、ナイキストプロット及びボードプロットを確認した。なお、図9に、本試験で用いた等価回路モデルを、表1にフィッティングパラメータをそれぞれ示した。図9に示した等価回路モデルは、多孔質電極における電極/電解質界面の一例を表現するものであり、本発明の導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の評価結果が、かかる等価回路モデルによるナイキストプロット及びボードプロットの結果に近似するものであれば、多孔質電極の性質を持つことになる。
電解質 : 0.1M硫酸ナトリウム
電位 : +0.5V vs. Ag/AgCl
交流周波数 : 0.01〜100kHz
Claims (4)
- 導電性ダイヤモンドからなる中空ファイバーが三次元的に絡み合って形成され、
前記中空ファイバーの外径が50nm〜10μm、内径が20nm〜5μm、長さが0.1〜10mmであることを特徴とする導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜。 - 請求項1に記載の導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法であって、
耐熱温度が250℃以上の繊維が三次元的に絡み合って形成される多孔質基材に導電性ダイヤモンドナノ粒子分散溶液を塗布し、前記多孔質基材にダイヤモンドナノ粒子を固定する工程と、成長温度を250℃以上として、化学気相成長法(CVD法)により、前記多孔質基材の表層部に導電性ダイヤモンド膜を合成する工程と、前記導電性ダイヤモンド膜から前記多孔質基材を除去する工程、を含むことを特徴とする導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法。 - 前記多孔質基材の除去が、当該多孔質基材を溶解可能な溶液に浸漬することにより実施されることを特徴とする請求項2に記載の導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法。
- 前記多孔質基材を構成する繊維が石英からなることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の導電性ダイヤモンド中空ファイバー膜の製造方法。
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