JP7002771B2 - 長いカーボンナノファイバーを生成するための方法とシステム - Google Patents
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Description
本願書類の開示の一部には、著作権保護の対象となる資料が含まれている。特許開示が特許庁の特許のファイルまたは記録中に現れるため、だれでもそれの複写ができることに本著作権所有者は異論を唱えないが、それ以外の場合は何であれ全ての著作権を留保する。
本願は、2016年11月16日に出願された米国仮特許出願番号62/423,052の優先権を主張するものであり、その全体が、本明細書において参照により組み込まれる。
本発明は、カーボンナノチューブの生成に関し、特に、溶融炭酸塩電解液から、伸長された(長く伸びた、長尺化された)、巨視的な長さ(目に見える程度の長さ)のカーボンナノチューブ(macroscopic length carbon nanotubes)の生成に関するものである。
一例では、カーボンナノチューブの製造方法が開示される。炭酸塩電解質が熱せられ、溶融炭酸塩電解質が得られる。溶融炭酸塩電解質は、セル内のアノードとカソードの間に配置される。そのセル内は、モネルカソードまたはニクロムアノードの様なカーボンナノチューブが成長し長尺化する要素が含まれる。セル内のカソードとアノードに電流が流される。セルのカソードから、成長したカーボンナノチューブが回収される。
れた非常に均一なカーボンナノチューブ生成物のSEM画像である。
本発明は、多くの異なる形態で具体化することができる。代表的な実施例は、図により示され、本明細書にて詳細に説明される。本開示は、本開示の原理の例又は説明の開示であり、開示の広い範囲を説明された実施例に制限する意図はない。その範囲内において、例えば抜粋、要約、そして詳細説明の部分において開示された要素や制限は、本請求項に明示されていないものについて、暗に、または推測で、又はその他の方法で、単独で、またはまとめて、これらの請求項に組み込まれるべきではない。さらに、個々に否定しない限り、本詳細な説明を目的とする範囲において、単数は複数を含み、逆も同様であり、「含む」という言葉は、「制限なく含む」ということを意味する。さらに、「約」、「殆ど」、「ほぼ」、「おおよそ」などの概算を意味する単語は、本明細書においては、例えば「その点、付近、その近辺」、又は「3から5%内」、又は「許容可能な製造公差内」、またはそれらの論理的な組み合わせを、意味する。
Claims (28)
- 長いカーボンナノチューブを生成する方法であって、
溶融炭酸塩電解質を得るために炭酸塩電解質を加熱することと、
セル内のアノードとカソードとの間に、前記溶融炭酸塩電解質を配置することと、
前記セル内の前記カソードと前記アノードとに電流を流すことと、
前記セル内の前記カソードから成長したカーボンナノチューブを収集することとを有し、
前記カソードは、銅、ニッケル銅合金、ニッケルクロム合金、または真鍮合金を含み、亜鉛コートされていないカソードであり、
前記溶融炭酸塩電解質は、遷移金属粉末を含み、前記遷移金属粉末は、ニッケル、クロム、鉄、コバルト、マンガン、チタン、ジクロニウム、銅、バナジウム、亜鉛、モリブデン、スカンジウム、ルテニウム、タンタル、および、それらの合金から選ばれた少なくとも1つの遷移金属を含み、
前記アノードは、ニッケルクロム合金、ニッケル銅合金、またはニッケル鉄合金を含むアノードである、方法。 - 請求項1において、
前記アノードは、前記ニッケル銅合金として、10パーセントのニッケルから90パーセントのニッケル、および10パーセントの銅から90パーセントの銅を含む、方法。 - 請求項1において、
前記アノードは、前記ニッケルクロム合金として、10パーセントのニッケルから90パーセントのニッケル、および10パーセントのクロムから90パーセントのクロムを含む、方法。 - 請求項1において、
前記アノードは、前記ニッケル鉄合金でとして、10パーセントのニッケルから90パーセントのニッケル、および10パーセントの鉄から90パーセントの鉄を含む、方法。 - 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記溶融炭酸塩電解質は、150℃と900℃との間に融点を持つ、方法。 - 請求項1ないし5のいずれかにおいて、
前記溶融炭酸塩電解質は炭酸リチウムである、方法。 - 請求項1ないし6のいずれかにおいて、
前記溶融炭酸塩電解質は、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ストロンチウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸バリウム、及び炭酸カルシウムから成る群の中から選択された少なくとも1つの材料である、方法。 - 請求項1において、
生成されたカーボンナノチューブは、長さが少なくとも1mmである、方法。 - 請求項1において、
前記カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブのもつれていない集団である、方法。 - 請求項1において、
前記カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブのもつれた集団である、方法。 - 請求項1ないし10のいずれかにおいて、さらに、
溶剤により前記カーボンナノチューブを洗浄することを含む、方法。 - 請求項1ないし11のいずれかにおいて、さらに、
前記溶融炭酸塩電解質から高温濾過により、カーボンナノチューブを分離することを含む、方法。 - 請求項1において、さらに、
カーボンナノチューブコットンを分離することを含む、方法。 - 請求項13において、さらに、
前記カーボンナノチューブコットンから紡糸繊維をつむぐことを含む、方法。 - 請求項1ないし14のいずれかにおいて、さらに、
前記カーボンナノチューブを含む複合材料を生成することを含む、方法。 - 請求項15において、
前記複合材料は、カーボンクロスである、方法。 - 請求項15において、
前記複合材料は、カーボンケーブルである、方法。 - 請求項15において、
前記複合材料は、カーボンワイヤである、方法。 - 請求項1ないし18のいずれかにおいて、さらに、
前記電流を流すことの前に、所定の時間だけ、前記電解質をエイジングすることを含む、方法。 - 請求項1ないし19のいずれかにおいて、さらに、
前記溶融炭酸塩電解質に二酸化炭素を注入することを含む、方法。 - 巨視的長さのカーボンナノチューブを生成する方法であって、
セル内のニッケル合金アノードとニッケル合金カソードとの間に遷移金属粉末を含む炭酸塩電解質を供給することと、
溶融状態となるように前記炭酸塩電解質を加熱することと、
前記ニッケル合金アノード、前記ニッケル合金カソード、および前記アノードと前記カソードとの間に配置される前記溶融炭酸塩電解質に電流を流すことと、
前記セルの前記カソードから、成長したカーボンナノチューブを収集することとを有し、
前記ニッケル合金カソードは、ニッケル銅合金またはニッケルクロム合金を含み、
前記ニッケル合金カソードは、亜鉛コートされておらず、
前記ニッケル合金アノードは、ニッケルクロム合金、ニッケル銅合金、またはニッケル鉄合金を含み、
前記遷移金属粉末は、ニッケル、クロム、鉄、コバルト、マンガン、チタン、ジクロニウム、銅、バナジウム、亜鉛、モリブデン、スカンジウム、ルテニウム、タンタル、それらの合金、またはそれらのいずれかを混合物の、少なくとも1つの遷移金属を含む、方法。 - 請求項21において、
前記ニッケル合金アノードは、前記ニッケル銅合金として、10パーセントのニッケルから90パーセントのニッケル、および10パーセントの銅から90パーセントの銅を含む、方法。 - 請求項21において、
前記ニッケル合金アノードは、前記ニッケルクロム合金として、10パーセントのニッケルから90パーセントのニッケル、および10パーセントのクロムから90パーセントのクロムを含む、方法。 - 請求項21において、
前記ニッケル合金アノードは、ニッケル鉄合金として、10パーセントのニッケルから90パーセントのニッケル、及び10パーセントの鉄から90パーセントの鉄を含有する、方法。 - 請求項21ないし24のいずれかにおいて、
前記遷移金属粉末の粒子は、直径が、5μmから50μmである、方法。 - 請求項21ないし24のいずれかにおいて、
前記遷移金属粉末の粒子は、直径が、1から10μmである、方法。 - 請求項21ないし24のいずれかにおいて、
前記遷移金属粉末の粒子は、直径が、最大で1μmである、方法。 - 請求項21ないし27のいずれかにおいて、さらに、
前記溶融炭酸塩電解質に二酸化炭素を注入することを含む、方法。
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