JPH06100308A - 強磁性炭素材料およびその製造方法 - Google Patents
強磁性炭素材料およびその製造方法Info
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- JPH06100308A JPH06100308A JP3235569A JP23556991A JPH06100308A JP H06100308 A JPH06100308 A JP H06100308A JP 3235569 A JP3235569 A JP 3235569A JP 23556991 A JP23556991 A JP 23556991A JP H06100308 A JPH06100308 A JP H06100308A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/42—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of organic or organo-metallic materials, e.g. graphene
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 強磁性炭素材料およびその製造方法
【構成】 炭素質１００％の未グラファイト化炭化物か
らなる強磁性炭素材料。有機物質を真空中または不活性
ガス雰囲気中で加熱して常磁性炭化物となし、これを真
空中高温で加熱処理して、炭素質１００％の炭化物を形
成させることを特徴とする強磁性炭素材料の製造方法。
らなる強磁性炭素材料。有機物質を真空中または不活性
ガス雰囲気中で加熱して常磁性炭化物となし、これを真
空中高温で加熱処理して、炭素質１００％の炭化物を形
成させることを特徴とする強磁性炭素材料の製造方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、遷移金属元素を全く含
まず炭素質１００％からなる強磁性炭素材料及びその製
造方法に関するものである。
まず炭素質１００％からなる強磁性炭素材料及びその製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまで、強磁性材料としては、鉄、コ
バルト、ニッケル、などの遷移金属の単体、合金、酸化
物などが用いられてきている。これらの強磁性材料は磁
化率が大きく、保磁力及び残留磁化値が大きいなど、磁
性材料として多くの長所を有する反面、幾つかの短所を
有する。その（１）は、重金属元素であるために比重が
大きく宇宙空間などへ運搬するためには不都合である。
その（２）は、鉄以外の元素は、地球上に資源として偏
在するため、将来的に資源の枯渇が心配されることであ
る。その（３）は、金属元素であるため、硬度が大き
く、軟質な材料とはなりにくいことである。その（４）
は、不要になった場合に、消磁して処分したい場合があ
るが、多大のエネルギーを要することである。その
（５）は、金属系の強磁性材料は生体への適合性が良く
なく、血液中で溶解して毒性を示すなど、生物体の中へ
埋め込んだり或いは血液中に微粉状態で分散して磁気的
なイメージングなどに利用する事がしにくい。これに対
して、炭素強磁性体では、このような問題が少ない。
バルト、ニッケル、などの遷移金属の単体、合金、酸化
物などが用いられてきている。これらの強磁性材料は磁
化率が大きく、保磁力及び残留磁化値が大きいなど、磁
性材料として多くの長所を有する反面、幾つかの短所を
有する。その（１）は、重金属元素であるために比重が
大きく宇宙空間などへ運搬するためには不都合である。
その（２）は、鉄以外の元素は、地球上に資源として偏
在するため、将来的に資源の枯渇が心配されることであ
る。その（３）は、金属元素であるため、硬度が大き
く、軟質な材料とはなりにくいことである。その（４）
は、不要になった場合に、消磁して処分したい場合があ
るが、多大のエネルギーを要することである。その
（５）は、金属系の強磁性材料は生体への適合性が良く
なく、血液中で溶解して毒性を示すなど、生物体の中へ
埋め込んだり或いは血液中に微粉状態で分散して磁気的
なイメージングなどに利用する事がしにくい。これに対
して、炭素強磁性体では、このような問題が少ない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の強磁性材料の有
する欠点を克服した材料、言い換えると、従来の強磁性
材料と相補的に使える強磁性材料は、上記に述べたよう
に、（１）比重が小さく、（２）資源的に豊富であり、
（３）非金属元素であり、（４）簡単に焼却処分ができ
る、（５）生体への適合性が良い、等の性質を有するも
のである。このような材料の候補の一つとしては炭素材
料がある。従って、炭素材料に強磁性を付与する方法を
案出することが本発明の中心課題となる。
する欠点を克服した材料、言い換えると、従来の強磁性
材料と相補的に使える強磁性材料は、上記に述べたよう
に、（１）比重が小さく、（２）資源的に豊富であり、
（３）非金属元素であり、（４）簡単に焼却処分ができ
る、（５）生体への適合性が良い、等の性質を有するも
のである。このような材料の候補の一つとしては炭素材
料がある。従って、炭素材料に強磁性を付与する方法を
案出することが本発明の中心課題となる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに
至った。即ち、本発明によれば、それ自身がパイ電子系
を形成し易い有機物質でも、形成しにくい物質でも同様
に常磁性炭素材料に変えることができ、かつこのように
して得た常磁性炭素材料を３００℃〜７００℃の温度で
真空中で加熱処理し、炭素質１００％の炭化物を生成さ
せることを特徴とする強磁性炭素材料の製造方法が提供
される。
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに
至った。即ち、本発明によれば、それ自身がパイ電子系
を形成し易い有機物質でも、形成しにくい物質でも同様
に常磁性炭素材料に変えることができ、かつこのように
して得た常磁性炭素材料を３００℃〜７００℃の温度で
真空中で加熱処理し、炭素質１００％の炭化物を生成さ
せることを特徴とする強磁性炭素材料の製造方法が提供
される。
【０００５】本発明において、強磁性を有する炭素材料
を得るには、未グラファイト化炭化物において、共役二
重結合系を作ることによって常磁性炭素材料を作る。こ
のようにして生成した常磁性炭素材料を真空中で加熱す
ることによって脱水素を行い、炭素原子に属するシグマ
軌道内に一個の不対電子を有する安定化シグマラジカル
を作ると、その物質が強磁性を持つようになることは、
本発明者が初めて見いだしたものである。
を得るには、未グラファイト化炭化物において、共役二
重結合系を作ることによって常磁性炭素材料を作る。こ
のようにして生成した常磁性炭素材料を真空中で加熱す
ることによって脱水素を行い、炭素原子に属するシグマ
軌道内に一個の不対電子を有する安定化シグマラジカル
を作ると、その物質が強磁性を持つようになることは、
本発明者が初めて見いだしたものである。
【０００６】一般の有機化合物が、分子内にパイ電子系
を持ち、かつ一部のシグマ電子軌道に不対電子を保有す
るように成るには、元の分子あるいは結晶形と異なる分
子形あるいは結晶形に変化しなければいけないので、脱
水素反応あるいは不飽和結合形成反応が起こる温度領域
では昇温速度をゆっくりさせて、分子や結晶形の変化が
脱離反応に遅れないように配慮することが必要である。
また場合によっては、分子や結晶系の転移を容易にさせ
るような添加物（例えば高沸点の溶媒）を加えることが
有効な場合もある。
を持ち、かつ一部のシグマ電子軌道に不対電子を保有す
るように成るには、元の分子あるいは結晶形と異なる分
子形あるいは結晶形に変化しなければいけないので、脱
水素反応あるいは不飽和結合形成反応が起こる温度領域
では昇温速度をゆっくりさせて、分子や結晶形の変化が
脱離反応に遅れないように配慮することが必要である。
また場合によっては、分子や結晶系の転移を容易にさせ
るような添加物（例えば高沸点の溶媒）を加えることが
有効な場合もある。
【０００７】有機物質としては、常温で液体又は固体状
のものが使用される。有機物質あるいは炭素含有物質と
しては、ほとんど全ての炭素含有物質が使用可能である
が、ダイヤモンド、グラファイトのように分解反応の余
地のない物は使用できない。上に述べた炭素含有物質に
は、酸素原子や、窒素原子、イオウ原子、アルカリ金属
原子を含んでいてよいが、ケイ素原子や重金属原子は、
炭化物中に残留して来るので、これらの原子は出来る限
り含まないのが好ましく、その炭化物中の含有量は、１
０重量％以下、好ましくはゼロ％に保持する。
のものが使用される。有機物質あるいは炭素含有物質と
しては、ほとんど全ての炭素含有物質が使用可能である
が、ダイヤモンド、グラファイトのように分解反応の余
地のない物は使用できない。上に述べた炭素含有物質に
は、酸素原子や、窒素原子、イオウ原子、アルカリ金属
原子を含んでいてよいが、ケイ素原子や重金属原子は、
炭化物中に残留して来るので、これらの原子は出来る限
り含まないのが好ましく、その炭化物中の含有量は、１
０重量％以下、好ましくはゼロ％に保持する。
【０００８】常磁性炭素材料を製造するときの加熱雰囲
気は、不活性ガス（Ｎ2，アルゴンガス等） であること
ができる。また真空中加熱により揮発性の炭素含有物質
を放出しない物質にあっては真空でもよい。雰囲気中の
酸素濃度は０．１ｖｏｌ％以下、好ましくはゼロ％であ
る。
気は、不活性ガス（Ｎ2，アルゴンガス等） であること
ができる。また真空中加熱により揮発性の炭素含有物質
を放出しない物質にあっては真空でもよい。雰囲気中の
酸素濃度は０．１ｖｏｌ％以下、好ましくはゼロ％であ
る。
【０００９】強磁性炭素材料得るためには、徹底的な脱
水素を行わねばならない。この目的のために、既に申請
した特許においては（特願平３−１０９７７９号）ハロ
ゲンまたはハロゲン化炭化水素雰囲気を使用している
が、本発明においては真空雰囲気を使用する。本発明で
真空を使用することが可能である理由は、炭素材料を予
め共役二重結合を有する常磁性炭素材料にしてから脱水
素を行うからであって、脱水素の結果生成するシグマ不
対電子は、同一炭素原子ネットワーク上にパイ電子系が
存在すると安定化するからである。
水素を行わねばならない。この目的のために、既に申請
した特許においては（特願平３−１０９７７９号）ハロ
ゲンまたはハロゲン化炭化水素雰囲気を使用している
が、本発明においては真空雰囲気を使用する。本発明で
真空を使用することが可能である理由は、炭素材料を予
め共役二重結合を有する常磁性炭素材料にしてから脱水
素を行うからであって、脱水素の結果生成するシグマ不
対電子は、同一炭素原子ネットワーク上にパイ電子系が
存在すると安定化するからである。
【００１０】
【実施例】次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明
する。 実施例１ ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）１．５ｇを取り、磁性ボー
トに入れて１パスカルに排気しながら２０℃より２６０
℃まで１０℃／分で昇温加熱し、２６０℃より３２５℃
までを２℃／分で昇温加熱し、３２５℃から３９０℃ま
でを１０℃／分で昇温加熱し、３９０℃に６０分保持し
てから急冷した。収率１１％で得た炭化物の常磁性磁化
率は、１．８１ｅｍｕ／ｇ（１．５Ｔ）であった。この
常磁性炭素材料を１パスカルに排気して、２０−３９０
℃を３０℃／分で昇温加熱し、３９０−４５４℃を２℃
／分で昇温加熱し、４５０−５２０℃を１℃／分で昇温
加熱してから、５２０℃に６０分保持してから急冷し
た。元のＰＶＣに対して収率１０％で強磁性炭化物を得
た。最大磁化率１１．０ｅｍｕ／ｇ（１．５Ｔ）、保磁
力６．３５ｍＴ、残留磁化０．３６２ｅｍｕ／ｇが得ら
れた。磁化率の印加磁場に対する変化を図１に示す。
する。 実施例１ ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）１．５ｇを取り、磁性ボー
トに入れて１パスカルに排気しながら２０℃より２６０
℃まで１０℃／分で昇温加熱し、２６０℃より３２５℃
までを２℃／分で昇温加熱し、３２５℃から３９０℃ま
でを１０℃／分で昇温加熱し、３９０℃に６０分保持し
てから急冷した。収率１１％で得た炭化物の常磁性磁化
率は、１．８１ｅｍｕ／ｇ（１．５Ｔ）であった。この
常磁性炭素材料を１パスカルに排気して、２０−３９０
℃を３０℃／分で昇温加熱し、３９０−４５４℃を２℃
／分で昇温加熱し、４５０−５２０℃を１℃／分で昇温
加熱してから、５２０℃に６０分保持してから急冷し
た。元のＰＶＣに対して収率１０％で強磁性炭化物を得
た。最大磁化率１１．０ｅｍｕ／ｇ（１．５Ｔ）、保磁
力６．３５ｍＴ、残留磁化０．３６２ｅｍｕ／ｇが得ら
れた。磁化率の印加磁場に対する変化を図１に示す。
【００１１】
【図１】
【００１２】実施例２ しょ糖２．０６ｇを磁性ボートに入れ、１気圧の窒素雰
囲気中で２０℃より３２５℃まで３９℃／分の昇温速度
で加熱し、さらに３２５℃より３９０℃まで１．３℃／
分の昇温速度で加熱し、３９０℃に６０分間保持してか
ら急冷した。同じ操作を１パスカルに排気しながら行
い、常磁性炭素を得た。磁場の強さ１．５Ｔにおいて磁
化率４．９８ｅｍｕ／ｇを得た。この常磁性炭素を０．
０１パスカルに排気しながら、２０℃から５２０℃まで
３９℃／分、５２０℃から５８５℃まで２．６℃／分、
５８５℃から６５０℃まで１．３℃／分で加熱した。そ
の結果えられた炭化物は強磁性を示し、残留磁化０．０
１２ｍＴ、保磁力５．７８ｍＴを得た。
囲気中で２０℃より３２５℃まで３９℃／分の昇温速度
で加熱し、さらに３２５℃より３９０℃まで１．３℃／
分の昇温速度で加熱し、３９０℃に６０分間保持してか
ら急冷した。同じ操作を１パスカルに排気しながら行
い、常磁性炭素を得た。磁場の強さ１．５Ｔにおいて磁
化率４．９８ｅｍｕ／ｇを得た。この常磁性炭素を０．
０１パスカルに排気しながら、２０℃から５２０℃まで
３９℃／分、５２０℃から５８５℃まで２．６℃／分、
５８５℃から６５０℃まで１．３℃／分で加熱した。そ
の結果えられた炭化物は強磁性を示し、残留磁化０．０
１２ｍＴ、保磁力５．７８ｍＴを得た。
【００１３】実施例３ ビオラントロン（Ｃ34Ｈ16Ｏ2）５０７ｍｇを磁性ボー
トに入れ、１気圧の窒素雰囲気中で２０℃より３２５℃
まで３９℃／分の昇温速度で加熱し、さらに３２５℃よ
り３９０℃まで１．３℃／分の昇温速度で加熱し、３９
０℃に６０分間保持してから急冷した。次に、１パスカ
ルに排気しながら、２０℃より４５５℃まで３９℃／分
の昇温速度で加熱し、さらに４５５℃より５２０℃まで
１．３℃／分の昇温速度で加熱した。この温度に６０分
間保持してから急冷した。同じ排気条件下で、２０℃よ
り５２０℃まで３９℃／分の昇温速度で加熱し、５２０
℃より５８５℃まで２℃／分の昇温速度で加熱し、さら
に５８５℃より６５０℃まで１．３℃／分の昇温速度で
加熱してから６５０℃に６０分間保持して、その後急冷
した。最初の窒素中の加熱により常磁性炭化物が得ら
れ、その磁化率は、１．５Ｔに於いて２．１５ｅｍｕ／
ｇであった。６５０℃に保持した後においては、強磁性
を示し、残留磁化０．００６ｅｍｕ／ｇ、保磁力４．９
７ｍＴが得られた。
トに入れ、１気圧の窒素雰囲気中で２０℃より３２５℃
まで３９℃／分の昇温速度で加熱し、さらに３２５℃よ
り３９０℃まで１．３℃／分の昇温速度で加熱し、３９
０℃に６０分間保持してから急冷した。次に、１パスカ
ルに排気しながら、２０℃より４５５℃まで３９℃／分
の昇温速度で加熱し、さらに４５５℃より５２０℃まで
１．３℃／分の昇温速度で加熱した。この温度に６０分
間保持してから急冷した。同じ排気条件下で、２０℃よ
り５２０℃まで３９℃／分の昇温速度で加熱し、５２０
℃より５８５℃まで２℃／分の昇温速度で加熱し、さら
に５８５℃より６５０℃まで１．３℃／分の昇温速度で
加熱してから６５０℃に６０分間保持して、その後急冷
した。最初の窒素中の加熱により常磁性炭化物が得ら
れ、その磁化率は、１．５Ｔに於いて２．１５ｅｍｕ／
ｇであった。６５０℃に保持した後においては、強磁性
を示し、残留磁化０．００６ｅｍｕ／ｇ、保磁力４．９
７ｍＴが得られた。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、強磁性を示す炭化物
を、ハロゲン化炭素そのほかの雰囲気調整をしないで、
ただ真空ポンプで排気するだけで製造することが出来
る。また、炭化すべき物質が揮発性である場合には、常
磁性物質に変化させる段階においてのみ雰囲気調整を行
えばよいので製造方法としては簡便である。本発明によ
れば、各種有機物質を原料として強磁性炭素材料を容易
に製造する事ができ、その産業的意義は多大である。
を、ハロゲン化炭素そのほかの雰囲気調整をしないで、
ただ真空ポンプで排気するだけで製造することが出来
る。また、炭化すべき物質が揮発性である場合には、常
磁性物質に変化させる段階においてのみ雰囲気調整を行
えばよいので製造方法としては簡便である。本発明によ
れば、各種有機物質を原料として強磁性炭素材料を容易
に製造する事ができ、その産業的意義は多大である。
実施例１において得られた強磁性炭化物から測定される
磁化率曲線を示す。
磁化率曲線を示す。
【図１】図１は磁場掃引を−１．５Ｔから＋１．５Ｔに
わたって行ったものである。
わたって行ったものである。
【図２】図２は、磁場掃引を−５０ｍＴから＋５０ｍＴ
にわたって行ったものである。
にわたって行ったものである。
Claims (4)
- 【請求項１】 常磁性状態を経由して強磁性炭素材料を
製造する方法。 - 【請求項２】 物質が減圧下において加熱することによ
り熱分解する際に、共役二重結合を発生しながら分解す
るようなタイプの物質にあっては、その分解開始温度の
下５０℃より毎分１℃／分の割合で昇温して加熱するこ
とにより常磁性炭素材料を製造する方法。 - 【請求項３】 物質を真空中あるいは減圧下で加熱した
場合に、脱水素などによって分解するよりも、ポリマー
の場合には解重合したり、低分子の場合には昇華したり
して、強磁性炭素材料の前駆状態になるような共役２重
結合系を形成しにくい物質にあってはこれを窒素雰囲気
等の不活性雰囲気中において、分解開始温度より５０℃
下より１℃／分の割合で昇温して加熱することによって
常磁性炭素材料を得る方法。 - 【請求項４】 請求項２と３の加熱方法により製造した
常磁性炭素材料を真空中で３００℃〜７００℃の温度範
囲で加熱することにより炭素質１００％の未グラファイ
ト化炭化物を得ることを特徴とする強磁性炭素材料の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3235569A JPH06100308A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 強磁性炭素材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3235569A JPH06100308A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 強磁性炭素材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06100308A true JPH06100308A (ja) | 1994-04-12 |
Family
ID=16987936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3235569A Pending JPH06100308A (ja) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | 強磁性炭素材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06100308A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01294508A (ja) * | 1988-05-24 | 1989-11-28 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁性を有する多孔性炭素材料の調製法 |
| JPH02296710A (ja) * | 1989-05-10 | 1990-12-07 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 炭素質磁性材料の製造方法 |
-
1991
- 1991-08-22 JP JP3235569A patent/JPH06100308A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01294508A (ja) * | 1988-05-24 | 1989-11-28 | Agency Of Ind Science & Technol | 磁性を有する多孔性炭素材料の調製法 |
| JPH02296710A (ja) * | 1989-05-10 | 1990-12-07 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 炭素質磁性材料の製造方法 |
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