JP5634543B2 - 超低嵩密度のバンドル部分を有する高伝導性カーボンナノチューブ及びその製造方法 - Google Patents
超低嵩密度のバンドル部分を有する高伝導性カーボンナノチューブ及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
1)カーボンナノチューブの見掛け密度は0.003〜0.010g/ccであり、
2)繊維直径は3〜15nmであり、
3)垂直配向バンドルの直径は5〜100μmであり、
4)バンドルの長さは10〜500μmである。
1)カーボンナノチューブの見掛け密度は0.003〜0.010g/ccであり、
2)繊維直径は3〜15nmであり、
3)垂直配向バンドルの直径は5〜100μmであり、
4)バンドルの長さは10〜500μmである。
[Fe,Co,Ni]p[AlaMgbMnc]q
式中、
p及びqは[Fe,Co,Ni]及び[AlaMgbMnc]のモル分率であり、
p+q=1、0.3≦p≦0.8、0.2≦q≦0.7,
a、b及びcはそれぞれAl、Mg、Mnのモル分率であり、
a+b+c=1、0.1≦a≦0.8、0.1≦b≦0.9、0.01≦c≦0.2、
ii)炭素源を使用して600〜800℃で工程i)で得られた金属触媒組成物の存在下で化学蒸着法によってバンドル部分を有するカーボンナノチューブを合成すること。
B)巨視的サイズレベルのバンドル部分を有するカーボンナノチューブの形状
C)微視的サイズレベルのバンドル部分を有するカーボンナノチューブの形状
D)ナノサイズレベルのカーボンナノチューブの形状
[Fe,Co,Ni]p[AlaMgbMnc]q
式中、
p及びqは[Fe,Co,Ni]及び[AlaMgbMnc]のモル分率であり、
p+q=1、0.3≦p≦0.8、0.2≦q≦0.7,
a、b及びcはそれぞれAl、Mg、Mnのモル分率であり、
a+b+c=1、0.1≦a≦0.8、0.1≦b≦0.9、0.01≦c≦0.2、
ii)炭素源を使用して600〜800℃で工程i)で得られた金属触媒組成物の存在下で化学蒸着法によってバンドル部分を有するカーボンナノチューブを合成すること。
(1)バンドル部分を有するカーボンナノチューブの合成用金属触媒の調製
硝酸鉄(Fe(NO3)2・9H2O)1,074.3g、硝酸アルミニウム(Al(NO3)3・9H2O)2,064.8g、硝酸マグネシウム(Mg(NO3)2・6H2O)31.8g、及びポリオキシエチレンステアリルエーテル(Mw5,000)3gを混合し、マグネチックスターラを用いて蒸留水2500mlに2時間溶解させた。得られた触媒溶液を速度2L/時間の空気中で移送し、前記触媒溶液をガス噴霧法によって750℃の噴霧ノズルから縦型熱反応器中に噴霧した。噴霧された触媒溶液の熱分解を30分間実施した。次いで、平均粒径を21.6μm未満に制御した。得られた触媒粒子の見掛け密度をASTM D1895に従って測定した。得られた触媒粒子の物性を表1に示した。さらに、図6は、実施例のバンドル部分を有するカーボンナノチューブの調製に使用される触媒組成物を調製するためのフローチャートである。
見掛け密度0.0670g/ccの触媒粒子1gを石英製プレートトレイを使用して直径100mmの石英横型反応器に入れた。炭素源としてエチレンも反応器中に速度0.32L/分で60分間流した。バンドル部分を有するカーボンナノチューブを調製する反応を650℃で行った。調製されたバンドル部分を有するカーボンナノチューブの物性を表2に示した。得られたカーボンナノチューブのバンドル形状を図1及び図2に示した。
(3)バンドル部分を有するカーボンナノチューブを使用した分散コーティング溶液の調製
得られたカーボンナノチューブ0.3mgとエタノール60mlを混合し、100ccのガラス瓶に入れた。420W超音波ホモジナイザーを使用して10分間分散させた。カーボンナノチューブ薄膜を分散カーボンナノチューブ溶液からメンブランフィルターを使用して作製した。薄膜の表面抵抗値を100℃で2時間乾燥後に4点法で測定した。カーボンナノチューブエタノール溶液によって作製された薄膜の表面抵抗値の結果を表3に示した。
(1)バンドル部分を有するカーボンナノチューブの合成用金属触媒の調製
硝酸鉄(Fe(NO3)2・9H2O)1,074.3g、硝酸アルミニウム(Al(NO3)3・9H2O)1,858.3g、硝酸マグネシウム(Mg(NO3)2・6H2O)31.8g、硝酸マンガン(Mn(NO3)2・H2O)77.6g、及びポリオキシエチレンステアリルエーテル(Mw5,000)3gを混合し、マグネチックスターラを用いて蒸留水2500mlに2時間溶解させた。得られた触媒溶液を速度2L/時間の空気中で移送し、前記触媒溶液をガス噴霧法によって750℃の噴霧ノズルから縦型熱反応器中に噴霧した。噴霧された触媒溶液の熱分解を30分間実施した。次いで、平均粒径を20.7μm未満に制御した。得られた触媒粒子の見掛け密度をASTM D1895に従って測定した。得られた触媒粒子の物性を表1に示した。
見掛け密度0.0820g/ccの触媒粒子1gを石英製プレートトレイを使用して直径100mmの石英横型反応器に入れた。炭素源としてエチレンも反応器中に速度0.32L/分で60分間流した。バンドル部分を有するカーボンナノチューブを調製する反応を650℃で行った。調製されたバンドル部分を有するカーボンナノチューブの物性を表2に示した。得られたカーボンナノチューブのバンドル形状を図3及び図4に示した。
[実施例3]
(1)バンドル部分を有するカーボンナノチューブの合成用金属触媒の調製
硝酸鉄(Fe(NO3)2・9H2O)1,074.3g、硝酸アルミニウム(Al(NO3)3・9H2O)1,651.8g、硝酸マグネシウム(Mg(NO3)2・6H2O)31.8g、硝酸マンガン(Mn(NO3)2・H2O)155.19g、及びポリオキシエチレンステアリルエーテル(Mw5,000)3gを混合し、マグネチックスターラを用いて蒸留水2500mlに2時間溶解させた。得られた触媒溶液を速度2L/時間の空気中で移送し、前記触媒溶液をガス噴霧法によって750℃の噴霧ノズルから縦型熱反応器中に噴霧した。噴霧された触媒溶液の熱分解を30分間実施した。次いで、平均粒径を12.7μm未満に制御した。得られた触媒粒子の見掛け密度をASTM D1895に従って測定した。得られた触媒粒子の物性を表1に示した。
見掛け密度0.093g/ccの触媒粒子1gを石英製プレートトレイを使用して直径200mmの石英横型反応器に入れた。炭素源としてエチレンも反応器中に速度0.32L/分で60分間流した。バンドル部分を有するカーボンナノチューブを調製する反応を650℃で行った。調製されたバンドル部分を有するカーボンナノチューブの物性を表2に示した。
[実施例4]
(1)バンドル部分を有するカーボンナノチューブの合成用金属触媒の調製
硝酸鉄(Fe(NO3)2・9H2O)1,074.3g、硝酸アルミニウム(Al(NO3)3・9H2O)1,445.3g、硝酸マグネシウム(Mg(NO3)2・6H2O)31.8g、硝酸マンガン(Mn(NO3)2・H2O)232.8g、及びポリオキシエチレンステアリルエーテル(Mw5,000)3gを混合し、マグネチックスターラを用いて蒸留水2500mlに2時間溶解させた。得られた触媒溶液を速度2L/時間の空気中で移送し、前記触媒溶液をガス噴霧法によって750℃の噴霧ノズルから縦型熱反応器中に噴霧した。噴霧された触媒溶液の熱分解を30分間実施した。次いで、平均粒径を10.5μm未満に制御した。得られた触媒粒子の見掛け密度をASTM D1895に従って測定した。得られた触媒粒子の物性を表1に示した。
見掛け密度0.152g/ccの触媒粒子1gを石英製プレートトレイを使用して直径200mmの石英横型反応器に入れた。炭素源としてエチレンも反応器中に速度0.32L/分で60分間流した。バンドル部分を有するカーボンナノチューブを調製する反応を650℃で行った。調製されたバンドル部分を有するカーボンナノチューブの物性を表2に示した。
[実施例5]
(1)バンドル部分を有するカーボンナノチューブの合成用金属触媒の調製
硝酸鉄(Fe(NO3)2・9H2O)1,074.3g、硝酸アルミニウム(Al(NO3)3・9H2O)1,858.3g、硝酸マンガン(Mn(NO3)2・H2O)77.58g、及びポリオキシエチレンステアリルエーテル(Mw5,000)3gを混合し、マグネチックスターラを用いて蒸留水2500mlに2時間溶解させた。得られた触媒溶液を速度2L/時間の空気中で移送し、前記触媒溶液をガス噴霧法によって750℃の噴霧ノズルから縦型熱反応器中に噴霧した。噴霧された触媒溶液の熱分解を30分間実施した。次いで、平均粒径を10.5μm未満に制御した。得られた触媒粒子の見掛け密度をASTM D1895に従って測定した。得られた触媒粒子の物性を表1に示した。
見掛け密度0.082g/ccの触媒粒子1gを石英製プレートトレイを使用して直径200mmの石英横型反応器に入れた。炭素源としてエチレンも反応器中に速度0.32L/分で120分間流した。バンドル部分を有するカーボンナノチューブを調製する反応を650℃で行った。調製されたバンドル部分を有するカーボンナノチューブの物性を表2に示した。
[比較例1]
カーボンナノチューブ合成用金属触媒の調製を、ポリオキシエチレンステアリルエーテル(Mw5,000)を入れなかった以外は、参考例と同様に行った。触媒粒子の見掛け密度をASTM D1895に従って測定した。得られた触媒粒子の物性を表1に示した。さらに、調製されたカーボンナノチューブの物性を表2に示した。
[比較例2]
カーボンナノチューブ合成用金属触媒は、参考例の触媒と同じ組成を有する。しかしながら、金属触媒は、参考例で使用した噴霧熱分解法とは異なる沈殿法によって調製された。沈殿した触媒組成物を得た後、この触媒組成物を700℃で2時間熱処理した。触媒粒子の見掛け密度をASTM D1895に従って測定した。得られた触媒粒子の物性を表1に示した。さらに、調製されたカーボンナノチューブの物性を表2に示した。カーボンナノチューブ薄膜を分散カーボンナノチューブ溶液からメンブランフィルターを使用して作製した。薄膜の表面抵抗値を参考例と同様に測定した。カーボンナノチューブエタノール溶液によって作製された薄膜の表面抵抗値の結果を表3に示した。
Claims (5)
- 下記工程i)およびii)を含む超低嵩密度のバンドル部分を有する高伝導性カーボンナノチューブの製造方法;
i)a)以下の式で表される金属触媒粒子100重量部及び抗凝集剤としての低分子量ポリマー0.1〜20重量部を水に溶解させることと、b)金属触媒組成物を噴霧熱分解法によって調製することとを含む、調製工程に従い調製された金属触媒組成物を得ること、
[Fe,Co,Ni]p[AlaMgbMnc]q
式中、
p及びqは[Fe,Co,Ni]及び[AlaMgbMnc]のモル分率であり、
p+q=1、0.3≦p≦0.8、0.2≦q≦0.7,
a、b及びcはそれぞれAl、Mg、Mnのモル分率であり、
a+b+c=1、0.1≦a≦0.8、0.1≦b≦0.9、0.01≦c≦0.2、
ii)炭素源を使用して600〜800℃で工程i)で得られた金属触媒組成物の存在下で化学蒸着法によってバンドル部分を有するカーボンナノチューブを合成すること
なお、金属触媒粒子の見掛け密度が0.03〜0.90g/ccであり、バンドル部分を有するカーボンナノチューブの見掛け密度が0.003〜0.010g/ccである。 - 抗凝集剤としての前記低分子量ポリマーが、それ自体、100〜10,000g/molの範囲の重量平均分子量(MW)を有する、請求項1に記載のバンドル部分を有する高伝導性カーボンナノチューブの製造方法。
- 前記低分子量ポリマーがイオン性又は非イオン性分散剤から選択される、請求項2に記載のバンドル部分を有する高伝導性カーボンナノチューブの製造方法。
- 前記イオン性分散剤が、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(NaDDBS)、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、塩化セチルトリメチルアンモニウム(CTAC)又は臭化ドデシルトリメチルアンモニウム(DTAB)から選択される少なくとも1種類である、請求項3に記載のバンドル部分を有する高伝導性カーボンナノチューブの製造方法。
- 前記非イオン性分散剤が頭部と尾部を含み、前記頭部がベンゼン、ナフタレン、アセナフタレン、アセナフテン、アントラセン、フェナントレン、ピレン又はベンゾアントラセンから選択される少なくとも1種類の芳香族炭化水素であり、前記尾部がエチレンオキシド、プロピレンオキシドなどの親水性繰り返し単位からなるポリマー鎖である、請求項3に記載のバンドル部分を有する高伝導性カーボンナノチューブの製造方法。
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