JPH07136498A - Production of fullerene intercalation compound - Google Patents

Production of fullerene intercalation compound

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JPH07136498A
JPH07136498A JP5292316A JP29231693A JPH07136498A JP H07136498 A JPH07136498 A JP H07136498A JP 5292316 A JP5292316 A JP 5292316A JP 29231693 A JP29231693 A JP 29231693A JP H07136498 A JPH07136498 A JP H07136498A
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fullerene
intercalation
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intercalation compound
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勝己 谷垣
Sadanori Kuroshima
貞則 黒島
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Abstract

PURPOSE:To easily synthesize an intercalation compd. with fullerene and other element by separately introducing fullerene and other element intercalating fullerene into the area above a substrate or a reaction container stoichiometrically in a gas phase state to mix both of them and heating the resulting mixture. CONSTITUTION:Purified C60 is put in a heating resistor cell 16A and lanthanum is put in an electron beam vapor deposition cell 16B. After a vacuum chamber 10 is reduced to 10<-7>Torr, Co60 and lanthanum are introduced into a reaction container 12 held to 200 deg.C in such a state that cell temp. is about 400 deg.C, acceleration voltage is 4kV and an emission current is 100mA so that the ratio of Co60 and lanthanum becomes a stoichiometric ratio of 1:3. The obtained product is heat-treated at 50 deg.C under an argon atmosphere of 10 atm. for two days.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フラーレンと他の元素
のインターカレーション化合物の製造方法に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing an intercalation compound of fullerene and another element.

【0002】[0002]

【従来の技術】C60は炭素原子が60個サッカーボール
形状に集合した新しい物質で1985年にクロト等によ
って発見された。また、この物質は1990年クレッチ
マー等によりその大量合成が発見されてその実際の応用
が期待されている。また、同様な炭素の新しい形態とし
て60個炭素が集合したC60以外にも炭素原子が70個
集合したC70ならびにさらに多くの炭素原子が集合した
一連のCn 物質が見いだされてきた。これらの新物質は
フラーレンと総称されている。
C 60 is a new substance in which 60 carbon atoms are gathered in a soccer ball shape, and was discovered in 1985 by Kuroto et al. In addition, this substance was discovered in 1990 by Kletschmer and the like, and its practical application is expected. Further, as a similar new form of carbon, in addition to C 60 in which 60 carbons are assembled, C 70 in which 70 carbon atoms are assembled and a series of C n substances in which more carbon atoms are assembled have been found. These new substances are collectively called fullerenes.

【0003】フラーレンの固体は一般に半導体である
が、これらの中でも特にC60物質はその対称性から種々
の物性が期待されている。例えば、この材料のもつ光電
効果を利用した発光素子への応用ならびにプリンターの
感光体への応用、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金
属とのインターカレーション化合物を用いた導電体ある
いは超伝導体は次世代の新素材として多くの可能性を示
している。また、フラーレンはサイズがnm領域にあ
り、従来の素材と比較して量子化領域あるいはメススコ
ピック領域の光閉じこめあるいは電子閉じこめ等の現象
を利用した新しい応用も期待されている。
The fullerene solid is generally a semiconductor, and among them, the C 60 substance is expected to have various physical properties due to its symmetry. For example, applications to light-emitting devices that utilize the photoelectric effect of this material, to photoconductors for printers, and conductors or superconductors that use intercalation compounds with alkali metals or alkaline earth metals will be the next generation. Has shown many possibilities as a new material. In addition, fullerene has a size in the nm region, and is expected to be applied to new applications by utilizing phenomena such as optical confinement or electron confinement in the quantization region or the mesoscopic region as compared with conventional materials.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】このように、C60をは
じめとするフラーレンは魅力溢れる新素材として注目さ
れてきたが、フラーレン自体は基本的には閉殻電子構造
をもつクラスタ分子であるので、電子物性あるいは磁性
物性を出現させるためには他の元素とのインターカレー
ション等を利用して、キャリヤーとして電子あるいホー
ルをフラーレンに導入する必要がある。このような目的
のために、これまでインターカレーション化合物を作る
方法として、フラーレンと他の元素を含む材料を混合し
た後で熱拡散する方法が用いられてきた。しかし、かか
る方法では、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属と
のインターカレーション化合物はできてもこれ以外の元
素とのインターカレーション化合物はできないのが現状
である。また、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属
とのインターカレーション化合物においても、合成時に
生成する多くの結晶相ができるため、所望の結晶相を作
ることは困難であるという状況にあった。
Thus, fullerenes such as C 60 have been attracting attention as attractive new materials, but fullerenes themselves are basically cluster molecules having a closed shell electronic structure. In order to exhibit electronic or magnetic properties, it is necessary to introduce electrons or holes as carriers into the fullerene by utilizing intercalation with other elements. For such a purpose, as a method of producing an intercalation compound, a method of mixing a fullerene and a material containing another element and then performing thermal diffusion has been used so far. However, in such a method, an intercalation compound with an alkali metal or an alkaline earth metal can be formed, but an intercalation compound with another element cannot be formed under the present circumstances. Further, even in the case of an intercalation compound with an alkali metal or an alkaline earth metal, many crystal phases are formed during the synthesis, so that it is difficult to form a desired crystal phase.

【0005】本発明の目的は、フラーレンと他の元素と
のインターカレーション化合物を容易に合成できる製造
方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a production method capable of easily synthesizing an intercalation compound of fullerene and another element.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】第1の発明のフラーレン
インターカレーション化合物の製造方法は、フラーレン
(C60たはC70)とインターカレーション材料とを真空
チャンバー内に設けられたセルに別々に入れたのち真空
中でフラックス量を制御しながら蒸発させ、前記セルに
対向して設けられた反応基板に蒸着するかまたは反応容
器中に導入して混合し、この反応基板または反応容器を
加熱することを特徴とするものである。
The method for producing a fullerene intercalation compound according to the first aspect of the present invention is characterized in that the fullerene (C 60 or C 70 ) and the intercalation material are separately provided in a cell provided in a vacuum chamber. After evaporating while controlling the amount of flux in a vacuum, vaporize it on the reaction substrate provided facing the cell or introduce it into the reaction container and mix, and heat this reaction substrate or reaction container. It is characterized by doing.

【0007】第2の発明のフラーレンインターカレーシ
ョン化合物の製造方法は、フラーレン(C60または
70)とインターカレーション材料とを真空チャンバー
内に設けられたセルに別々に入れたのち真空中でフラッ
クス量を制御しながら蒸発させ、前記セルに対向して設
けられた反応基板に蒸着するかまたは反応容器中に導入
して混合し、この反応基板または反応容器を不活性ガス
雰囲気中で加熱することを特徴とするものである。
The method for producing the fullerene intercalation compound of the second invention is such that fullerene (C 60 or C 70 ) and the intercalation material are separately put in a cell provided in a vacuum chamber, and then in a vacuum. Evaporate while controlling the amount of flux, vapor deposit on the reaction substrate provided facing the cell or introduce into the reaction container and mix, and heat this reaction substrate or reaction container in an inert gas atmosphere. It is characterized by that.

【0008】[0008]

【作用】フラーレンの固体は、その形状により母体結晶
の結晶系は決まっている。例えば、C60結晶は面心立方
晶と呼ばれる結晶系を示す。それぞれの結晶系により結
晶中のフラーレンクラスタ分子とフラーレンクラスタ分
子の間の距離すなわち格子間隙の大きさは決まってい
る。従って、原理的に元の結晶系の格子間隙よりも大き
な元素半径を有する元素とのインターカレーション化合
物を作る事はできない。実際にシリコンあるいはスズ等
の元素とC60のインターカレーション化合物は非常に作
るのは困難で、殆どできないといっても過言ではない。
さらに、第4周期の4aから7a族元素あるいは第4周
期8族元素を取りあげてみても、これらの金属はd電子
を有するために磁性体の観点からも非常に興味深いイン
ターカレーション化合物の候補であるが、従来の方法で
は極めて高い加熱処理が必要であり、これらの元素は多
くの場合炭素とのカーバイド化合物を作るので、これま
でC60のインターカレーション化合物を作ることができ
なかった。また、インターカレーション化合物を作る元
素との組み合わせにおいても、種々の組成を含む何種類
かの結晶相が混在することがある。例えば、金属として
知られているカリウムとC60のインターカレーション化
合物K3 60の場合、従来の製造方法では同時に別の組
成を有する結晶相である体心正方晶形のK4 60および
体心立方晶形のK6 60が同時に混在するために、合成
は非常に多くの注意が払われねばならなかった。
FUNCTION The solid crystal of fullerene has a matrix crystal system determined by its shape. For example, C 60 crystal exhibits a crystal system called face-centered cubic. The distance between the fullerene cluster molecules in the crystal, that is, the size of the lattice gap, is determined by each crystal system. Therefore, in principle, an intercalation compound with an element having an element radius larger than the lattice gap of the original crystal system cannot be produced. In fact, it is extremely difficult to make an intercalation compound of C 60 with an element such as silicon or tin, and it is no exaggeration to say that it is almost impossible.
Furthermore, taking the 4a to 7a group elements of the 4th period or the 8th group elements of the 4th period as well, these metals have d-electrons, so they are very interesting candidates for intercalation compounds from the viewpoint of magnetic materials. However, the conventional method requires extremely high heat treatment, and since these elements often form a carbide compound with carbon, it has been impossible to produce a C 60 intercalation compound so far. Also, in combination with the elements that make up the intercalation compound, some kinds of crystal phases having various compositions may coexist. For example, in the case of K 3 C 60 , which is an intercalation compound of potassium and C 60 known as a metal, in the conventional production method, a body-centered tetragonal K 4 C 60 and a body phase which are crystal phases having different compositions at the same time are obtained. Due to the simultaneous coexistence of the cubic cubic K 6 C 60 , the synthesis had to take great care.

【0009】発明者等はこのような問題に対して種々の
検討を行った結果、C60またはC70のフラーレンをイン
ターカレーションさせる他の元素と基板上あるいは反応
容器内にそれぞれ別々に量論的に気相状態で導入して混
合し、熱を与えてインターカレーションを作れば、フラ
ーレンと種々の元素のインターカレーション化合物を作
ることができることを見いだし本発明に至った。例え
ば、C60とシリコンとのインターカレーションは従来の
方法、すなわちC60とシリコンを混ぜ合わせて熱処理す
るという方法では、不活性ガス雰囲気下あるいは10-6
Torr減圧下1000℃の熱処理においてもインター
カレーション化合物は合成できなかったが、本発明の方
法によると合成できる。これは、従来の方法では、C
60結晶の格子間隙に対してシリコンの原子半径(0.1
89nm)は大きいために、インターカレーション化合
物は生成しがたいが、本発明の方法によれば、気相でC
60クラスタ分子とシリコン元素を衝突反応させ、固体状
態にする場合にインターカレーション化合物を形成する
ので成功したものと考えられる。また、熱処理温度は8
00℃と低温でよかった。
As a result of various investigations on such a problem, the inventors of the present invention have found that other elements for intercalating C 60 or C 70 fullerenes and the stoichiometry of each on the substrate or in the reaction vessel are different from each other. The inventors have found that intercalation compounds of fullerenes and various elements can be produced by introducing them in a vapor phase state, mixing them, and applying heat to produce intercalation compounds. For example, C 60 and intercalation conventional method with silicon, i.e. C 60 and in the method of the silicon mixed with heat-treated in an inert gas atmosphere or 10-6
The intercalation compound could not be synthesized even by heat treatment at 1000 ° C. under reduced pressure of Torr, but it can be synthesized by the method of the present invention. In the conventional method, this is C
60 silicon atomic radius to the grating gap crystal (0.1
89 nm), it is difficult to form an intercalation compound, but according to the method of the present invention, C
It is considered successful because 60 cluster molecules and the silicon element collide and react to form an intercalation compound in the solid state. The heat treatment temperature is 8
The low temperature of 00 ° C was good.

【0010】さらに、本発明の方法によるとカーバイド
の生成などの理由で、C60のインターカレーション化合
物の生成が阻害される第4周期の元素の場合でも、気相
中で混合するので後の熱処理過程が極めて低温で済み、
カーバイト生成温度より低くできる。このために、熱平
衡を最安定化合物であるカーバイトまで進行させないこ
とが可能である、準安定相のインターカレーション化合
物を形成できることをみいだした。また、カリウムとC
60のインターカレーション化合物の場合にも、それぞれ
別の蒸発源から量論比を制御して合成するために、カリ
ウムの量をC60の量に対して3:1と制御することによ
り面心立方晶形のK3 60金属相だけを安定にしかも低
温で製造することができた。これは、バルクのC60とバ
ルクのカリウムの反応に比べて格段に均一性を制御でき
たためと考えられる。
Further, according to the method of the present invention, even in the case of the element of the 4th period in which the production of the C 60 intercalation compound is inhibited due to the formation of carbide, etc., since it is mixed in the gas phase, The heat treatment process is extremely low,
It can be lower than the carburite formation temperature For this reason, it was found that it is possible to form a metastable intercalation compound that can prevent thermal equilibrium from proceeding to the most stable compound, carbide. Also, potassium and C
Even in the case of 60 intercalation compounds, in order to synthesize them by controlling the stoichiometric ratio from different evaporation sources, the amount of potassium should be controlled to 3: 1 with respect to the amount of C 60. Only the cubic K 3 C 60 metal phase could be produced stably and at low temperature. It is considered that this is because the homogeneity was remarkably controlled as compared with the reaction between bulk C 60 and bulk potassium.

【0011】インターカレーション化合物を作るために
用いられる元素のうちアルカリ金属としては、リチウ
ム,ナトリウム,カリウム,ルビジウム,セシウムがあ
る。この場合には、これらの元素の蒸気圧は極めて高い
ので、蒸発混合した後に一度不活性ガス雰囲気下で常圧
にもどしてから100〜400℃で熱処理する必要があ
る。100℃以下では反応が進まず、また400℃以上
では再離脱が生じる。またアルカリ土類元素としては、
カルシウム,ストロンチウム,バリウムがある。これら
の元素の場合には、蒸気圧はあまり高くないので加熱処
理を不活性ガス中10-2〜300Torrの間でしかも
熱処理温度は400〜1000℃と高く設定する必要が
あることがわかった。希土類元素としては、ランタン,
セリウム,サマリウム,ガドリニウム,イットリビウム
などが挙げられる。これらの元素とのインターカレーシ
ョンを作る場合には、不活性ガスの加圧状態で700℃
以上で加熱処理する必要があることがわかった。周期律
表の4b族元素としては、シリコン,ゲルマニウム,ス
ズ,鉛が挙げられる。これらの元素とのインターカレー
ションは、蒸発源からの気相混合物を反応容器内で同時
に処理することが非常に効果的であることがわかった。
特にこの中でもシリコンはC60とインターカレーション
を蒸発混合法で高純度で形成できることが判明した。こ
れは、C60がsp2 とsp3 との混成結合状態をしてい
ることとシリコン元素がこれらの結合様式をとり易いこ
とと相関があると思われる。第4周期4a,5a,6
a,7aの元素あるいは第4周期8族の元素としては、
チタン,バナジウム,クロム,マンガン,鉄,コバル
ト,ニッケルなどがある。これらの元素は炭素と容易に
カーバイトを形成するので、熱処理温度をこれらの元素
に関してはカーバイド形成温度以下に十分に低くする必
要があることがわかった。
Among the elements used to make the intercalation compound, alkali metals include lithium, sodium, potassium, rubidium and cesium. In this case, since the vapor pressures of these elements are extremely high, it is necessary to return the pressure to normal pressure in an inert gas atmosphere once after evaporative mixing, and then perform heat treatment at 100 to 400 ° C. The reaction does not proceed at 100 ° C or lower, and re-desorption occurs at 400 ° C or higher. As alkaline earth elements,
There are calcium, strontium, and barium. It has been found that in the case of these elements, the vapor pressure is not so high that the heat treatment needs to be set to a high temperature of 10 -2 to 300 Torr in an inert gas and a heat treatment temperature of 400 to 1000 ° C. As rare earth elements, lanthanum,
Examples include cerium, samarium, gadolinium, and ytterbium. When making intercalation with these elements, 700 ° C under the pressure of inert gas.
From the above, it was found that heat treatment was necessary. Examples of the 4b group element of the periodic table include silicon, germanium, tin and lead. Intercalation with these elements has been found to be very effective in treating the gas phase mixture from the evaporation source simultaneously in the reaction vessel.
In particular, it has been found that silicon can form C 60 and intercalation with high purity by evaporative mixing. This seems to be correlated with the fact that C 60 is in a hybrid bond state of sp 2 and sp 3 and that the silicon element easily adopts these bond modes. Fourth cycle 4a, 5a, 6
As the elements of a and 7a or the elements of the 4th period 8 group,
There are titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, etc. It was found that the heat treatment temperature for these elements needs to be sufficiently lower than the carbide formation temperature because these elements easily form carbide with carbon.

【0012】また、銅,亜鉛,カドミニウム,水銀のう
ちのいずれかあるいはこれらの混合物を用いるC60イン
ターカレーション化合物は蒸発混合法に適しており、品
質のよいインターカレーション化合物ができることがわ
かった。これは、これらの元素とフラーレン、特にC60
との間で電荷の移動が非常にスムーズに生じるためであ
ると思われる。さらに、スカンジウム,イットリウム,
あるいはランタンの場合には蒸着原料をこられのハロゲ
ン化物の形で供給し蒸発混合することが非常に有効なこ
とが判明した。
Further, it has been found that the C 60 intercalation compound using any one of copper, zinc, cadmium, mercury, or a mixture thereof is suitable for the evaporative mixing method, and a high quality intercalation compound can be produced. . This is because these elements and fullerenes, especially C 60
It is considered that this is because the transfer of charges between and occurs very smoothly. In addition, scandium, yttrium,
Alternatively, in the case of lanthanum, it has been found that it is very effective to supply vapor deposition raw materials in the form of these halides and evaporate and mix.

【0013】熱処理の温度範囲は、用いる元素の種類と
フラーレンの種類により異なるが、気相での混合で既に
ある程度混合できているので、一般に100〜1000
℃の範囲で従来に比べてかなり低温で良い。また、混合
速度も使用する組み合わせで異なるが、一般に0.1〜
100nm/minの蒸着速度の範囲が好ましい。これ
はこれ以上遅いと実用的ではないし、あまり速くすると
混合が不均一になるからである。また、熱処理は混合し
た後でも混合中でもよりが、混合中の方が熱の均一性を
保つために好ましい。
The temperature range of the heat treatment varies depending on the type of element used and the type of fullerene, but since it has already been mixed to some extent in the gas phase, it is generally 100 to 1000.
In the range of ° C, it is possible to use much lower temperature than before. In addition, the mixing speed also varies depending on the combination used, but generally 0.1 to
A deposition rate range of 100 nm / min is preferred. This is because if it is slower than this, it is not practical, and if it is too fast, the mixing becomes uneven. In addition, the heat treatment is preferable after mixing and during mixing, but during mixing is preferable because heat uniformity is maintained.

【0014】[0014]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の実施例に用いる製造装置の
構成図である。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a manufacturing apparatus used in an embodiment of the present invention.

【0015】図1において、真空チャンバー10内に
は、加熱電源14に接続されたヒーター11により加熱
される反応容器12または反応基板13が設けられてい
る。そして、この反応容器12に対向する真空チャンバ
10内には、蒸着電源17により加熱される複数のセル
(加熱抵抗セルまたは電子ビーム蒸着用セル)16A〜
16Cが設けられ、セルと反応容器との間にはフラック
ス量を制御するフラックスモニター系18が設けられて
いる。尚15はターボポンプやロータリーポンプ等から
なる排気系であり、19はバリアブルバルブやアルゴン
等の不活性ガスの導入管等を有する圧力制御系である。
In FIG. 1, a reaction chamber 12 or a reaction substrate 13 heated by a heater 11 connected to a heating power source 14 is provided in a vacuum chamber 10. In the vacuum chamber 10 facing the reaction container 12, a plurality of cells (heating resistance cells or electron beam vapor deposition cells) 16A to be heated by the vapor deposition power source 17 are provided.
16C is provided, and a flux monitor system 18 for controlling the amount of flux is provided between the cell and the reaction vessel. Reference numeral 15 is an exhaust system including a turbo pump, a rotary pump, and the like, and 19 is a pressure control system having a variable valve, an introduction pipe of an inert gas such as argon, and the like.

【0016】実施例に用いたフラーレンは100Tor
rのヘリウム雰囲気で陰電極として直径10mmの炭素
棒を使用し、また陽電極として6mmの炭素棒を使用し
て直流20Vで放電させることにより作った。実験後す
すの中に含まれているC60及びC70をアルミナを充填剤
とするカラムでヘキサン/トルエンを展開溶媒として分
離精製した。
The fullerene used in the examples is 100 Tor.
It was prepared by using a carbon rod having a diameter of 10 mm as a negative electrode and a carbon rod having a diameter of 6 mm as a positive electrode in a helium atmosphere of r and discharging at 20 V DC. After the experiment, C 60 and C 70 contained in the soot were separated and purified by a column having alumina as a packing material using hexane / toluene as a developing solvent.

【0017】実施例1として、精製したC60を加熱抵抗
セル16Aに入れ、もう一方の電子ビーム蒸着用のセル
16Bにランタンを入れた。そして真空チャンバー10
を10-7Torrに減圧した後、C60をセル温度約40
0℃で、ランタンを加速電圧4kV、エミッション電流
100mAで200℃に保った反応容器12に、C60
ランタンの割合いが1:3の量論比になるようにして導
入した。この生成物をアルゴン雰囲気下10気圧で50
0℃で2日間加熱処理した。生成した化合物をX−線回
折を用いて測定したところ、格子間隔1.46nmの面
心立方晶形のインターカレーション化合物が得られた。
As Example 1, purified C 60 was placed in the heating resistance cell 16A, and lanthanum was placed in the other cell 16B for electron beam evaporation. And the vacuum chamber 10
After reducing the pressure to 10 -7 Torr, add C 60 to the cell temperature of about 40
Lanthanum was introduced into the reaction vessel 12 kept at 200 ° C. at an accelerating voltage of 4 kV and an emission current of 100 mA at 0 ° C. so that the ratio of C 60 to lanthanum was 1: 3. The product was heated to 50 at 10 atm under an argon atmosphere.
Heat treatment was performed at 0 ° C. for 2 days. When the produced compound was measured by X-ray diffraction, a face-centered cubic intercalation compound having a lattice spacing of 1.46 nm was obtained.

【0018】比較例1として同様の実験を従来の方法に
従い、C60とランタン元素を量論比1:3で混合し封管
して1000℃で2日間加熱処理した。取りだしてX−
線解析したところ、C60とランタン元素はインターカレ
ーションを形成しておらず相分離したままであった。
The same experiment as Comparative Example 1 was carried out in the same manner as in Comparative Example 1, except that C 60 and lanthanum element were mixed at a stoichiometric ratio of 1: 3, sealed, and heat treated at 1000 ° C. for 2 days. Take out X-
As a result of line analysis, C 60 and the lanthanum element did not form intercalation and remained phase separated.

【0019】実施例2として実施例1と同様の実験を、
60とシリコンとのインターカレーションに関しておこ
なった。この場合、シリコンを加熱抵抗セルに入れて1
000℃の温度で、C60とシリコンの比が量論比1:3
になるように蒸発混合させた。反応容器の温度は800
℃に実験中保持した。できた化合物をX−線回折で測定
したところ、格子半径1.45nmの面心立方晶形を有
するインターカレーション化合物ができていた。
The same experiment as in Example 1 was conducted as Example 2.
The intercalation between C 60 and silicon was performed. In this case, put silicon into the heating resistance cell and
At a temperature of 000 ° C, the ratio of C 60 to silicon is 1: 3.
And mixed by evaporation. The temperature of the reaction vessel is 800
It was kept at 0 ° C throughout the experiment. When the resulting compound was measured by X-ray diffraction, an intercalation compound having a face-centered cubic crystal structure with a lattice radius of 1.45 nm was found.

【0020】比較例2として実施例2と同様の実験を従
来方法でおこなった。C60とシリコンを石英チューブに
封管して混合し、900℃で1週間反応させた。できた
ものをX−線解析で調べると、インターカレーション化
合物は生成せず相分離をおこしていた。
As Comparative Example 2, the same experiment as in Example 2 was conducted by the conventional method. C 60 and silicon were sealed in a quartz tube, mixed, and reacted at 900 ° C. for 1 week. When the produced product was examined by X-ray analysis, no intercalation compound was produced and phase separation occurred.

【0021】実施例3としてアルカリ金属であるカリウ
ムとC60を3:1の割合で混合しながら加熱抵抗セルか
らMoS2 からなる反応基板13に蒸着した。基板の温
度は100℃であった。できた化合物を反射高速電子線
回折(Rheed)でみると格子定数1.42nmの格
子定数面心立方構造に相当するK3 60インターカレー
ション化合物ができていた。
As Example 3, potassium, which is an alkali metal, and C 60 were mixed at a ratio of 3: 1 and vapor-deposited from a heating resistance cell on a reaction substrate 13 made of MoS 2 . The temperature of the substrate was 100 ° C. K 3 C 60 Lee centers intercalation compound corresponding to the lattice constant face-centered cubic structure lattice constant 1.42nm Looking can compounds with reflection high-energy electron diffraction (RHEED) were able.

【0022】比較例3として実施例3と同様の実験を、
従来のようにC60薄膜を200nmの厚さに基板13に
蒸着した後に、カリウムをC60の量に対して量論比3の
割合で蒸着して熱拡散さておこなった。これをRhee
d観察すると何種類かの結晶相が混在することがわかっ
た。
As Comparative Example 3, the same experiment as in Example 3 was carried out.
After depositing a C 60 thin film to a thickness of 200 nm on the substrate 13 as in the prior art, potassium was deposited at a stoichiometric ratio of 3 with respect to the amount of C 60 and thermally diffused. This is Rhee
When d was observed, it was found that several kinds of crystal phases were mixed.

【0023】実施例4として実施例3の実験をカリムウ
とC60が6:1の量論比になるようにして気相混合し
た。その結果体心立方構造のK6 60の単一結晶相を有
するインターカレーション化合物が単一に形成されてい
るこがRheedにより判明した。
[0023] The experiment of Example 3 Example 4 Karimuu and C 60 6 were mixed vapor Ensure a 1 stoichiometric ratio. As a result, it was found by Rheed that a single intercalation compound having a single crystal phase of K 6 C 60 having a body-centered cubic structure was formed.

【0024】実施例5としてはアルカリ土類金属として
バリウムを用いて、バリウムとC60を加熱抵抗セルから
3:1の量論比で制御して気相で混合して反応基板13
に蒸着した。その後加熱処理を真空チャンバ10内の圧
力をアルゴン雰囲気下200Torrにして300℃で
おこなった。その結果。1.13nmのA15構造を有
するインターカレーション化合物ができていることがR
heed測定から確認された。
In Example 5, barium was used as the alkaline earth metal, and barium and C 60 were controlled from the heating resistance cell at a stoichiometric ratio of 3: 1 and mixed in the gas phase to form a reaction substrate 13.
It was vapor-deposited on. After that, heat treatment was performed at 300 ° C. with the pressure inside the vacuum chamber 10 set to 200 Torr in an argon atmosphere. as a result. The fact that an intercalation compound having an A15 structure of 1.13 nm is prepared is R
Confirmed from head measurements.

【0025】実施例6として精製したC60を加熱抵抗セ
ルに入れ、もう一方の電子ビーム蒸着用のセルにトリク
ロロイットリウムを入れた。そして真空チャンバー10
を10-7Torrに減圧した後、C60をセル温度約45
0℃で、トリクロロイットリウムを加速電圧4kV、エ
ミッション電流20mAで200℃に保った反応容器1
2にC60とイットリウムの割合いが1:3の量論比にな
るようにして導入した。生成した化合物をX−線回折を
用いて測定したところ、格子間隔1.49nmの面心立
方晶形のインターカレーション化合物が得られた。
C 60 purified as Example 6 was placed in a heating resistance cell, and trichloroyttrium was placed in the other cell for electron beam evaporation. And the vacuum chamber 10
After reducing the pressure to 10 -7 Torr, add C 60 to the cell temperature of about 45
Reaction vessel 1 in which trichloroyttrium was kept at 200 ° C at 0 ° C with an acceleration voltage of 4 kV and an emission current of 20 mA.
2 was introduced so that the ratio of C 60 and yttrium was 1: 3. When the produced compound was measured by X-ray diffraction, a face-centered cubic intercalation compound having a lattice spacing of 1.49 nm was obtained.

【0026】実験例7として精製したC60と第4周期の
遷移金属であるニッケルを別々の蒸着セルから10-6
orrで量論比を1:6に制御して蒸発させ混合した。
混合実験中の反応容器12の温度は200℃に保ってい
た。その後、アルゴン雰囲気下600Torrにして8
00℃で24時間加熱処理を続けた。精製した化合物を
X−線解析すると、C60の結晶構造とは異なる別のイン
ターカレート結晶相ができていることが確認された。
As Experimental Example 7, purified C60 and nickel, which is a transition metal of the fourth period, were supplied to different deposition cells at 10 -6 T.
The mixture was evaporated by controlling the stoichiometric ratio of 1: 6 with orr.
The temperature of the reaction vessel 12 was kept at 200 ° C. during the mixing experiment. After that, set to 600 Torr in an argon atmosphere and set to 8
The heat treatment was continued at 00 ° C. for 24 hours. X-ray analysis of the purified compound confirmed that another intercalated crystal phase different from the crystal structure of C 60 was formed.

【0027】実施例8として実施例1と同様の操作を3
b族元素であるボロンを電子ビーム蒸着用セルを用いて
行った。C60とボロンの量論比を1:12に保ち反応容
器12の温度を250℃とした条件で混合させた。その
後、アルゴン雰囲気下常圧の条件下で900℃24時間
反応させた。できた化合物をX−線解析したところ、格
子定数1.43nmの面心立方構造を有するインターカ
レーション化合物ができていることが確認された。
As Example 8, the same operation as in Example 1 was performed.
Boron, which is a b-group element, was formed using an electron beam evaporation cell. The stoichiometric ratio of C 60 and boron was kept at 1:12, and the reaction vessel 12 was mixed at a temperature of 250 ° C. Then, the reaction was carried out at 900 ° C. for 24 hours under atmospheric pressure under an argon atmosphere. X-ray analysis of the resulting compound confirmed that an intercalation compound having a face-centered cubic structure with a lattice constant of 1.43 nm was formed.

【0028】実施例9として実施例1と同様の操作を亜
鉛を電子ビーム蒸着用セルを用いて行った。C60と亜鉛
の量論比を1:6に保ち反応容器12の温度を200℃
とした条件で混合させた。その後、アルゴン雰囲気下常
圧条件下で500℃24時間反応させた。できた化合物
をX−線解析したところ、格子定数1.41nmの面心
立方構造を有するインターカレーション化合物ができて
いることが確認された。
As Example 9, the same operation as in Example 1 was performed using a cell for electron beam evaporation of zinc. Keep the stoichiometric ratio of C 60 and zinc at 1: 6 and keep the temperature of the reaction vessel 12 at 200 ° C.
Were mixed under the following conditions. Then, the reaction was carried out at 500 ° C. for 24 hours under atmospheric pressure under an argon atmosphere. X-ray analysis of the resulting compound confirmed that an intercalation compound having a face-centered cubic structure with a lattice constant of 1.41 nm was formed.

【0029】尚、上記実施例ではフラーレンとしてC60
を用いた場合について説明したが、C70を用いてもC60
の場合と同様にインターカレーション化合物を製造でき
た。また不活性ガスとしてはArの他Ne等を用いても
よい。
In the above embodiment, C 60 was used as fullerene.
Although the case of using C 70 is explained, even if C 70 is used, C 60
An intercalation compound could be prepared in the same manner as in. In addition to Ar, Ne or the like may be used as the inert gas.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来の方法ではできなかった種々の異元素とフラーレンの
インターカレーション化合物を作り出すことができる。
このような種々のインターカレーション化合物はフラー
レンを基本構造にしたさまざまな新機能材料を生み出す
ことが期待され、工業的有用性は極めて高い。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the present invention, it is possible to produce intercalation compounds of various foreign elements and fullerenes which could not be obtained by the conventional method.
Such various intercalation compounds are expected to produce various new functional materials having a fullerene as a basic structure, and have extremely high industrial utility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例に用いられる装置の構成を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an apparatus used in an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 真空チャンバー 11 ヒータ 12 反応容器 13 反応基板 14 加熱電源 15 排気系 16A〜16C セル 17 蒸着電源 18 フラックスモニター系 19 圧力制御系 10 Vacuum Chamber 11 Heater 12 Reaction Container 13 Reaction Substrate 14 Heating Power Supply 15 Exhaust System 16A-16C Cell 17 Vapor Deposition Power Supply 18 Flux Monitor System 19 Pressure Control System

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 フラーレン(C60たはC70)とインター
カレーション材料とを真空チャンバー内に設けられたセ
ルに別々に入れたのち真空中でフラックス量を制御しな
がら蒸発させ、前記セルに対向して設けられた反応基板
に蒸着するかまたは反応容器中に導入して混合し、この
反応基板または反応容器を加熱することを特徴とするフ
ラーレンインターカレーション化合物の製造方法。
1. A fullerene (C 60 or C 70 ) and an intercalation material are separately put in a cell provided in a vacuum chamber, and then evaporated in a vacuum while controlling the flux amount, A method for producing a fullerene intercalation compound, which comprises vapor-depositing on a reaction substrate provided facing each other, or introducing the reaction substrate into a reaction container and mixing them, and heating the reaction substrate or reaction container.
【請求項2】 インターカレーション材料が周期律表の
3b族または4b族のうちの1つの元素からなる物質で
ある請求項1記載のフラーレンインターカレーション化
合物の製造方法。
2. The method for producing a fullerene intercalation compound according to claim 1, wherein the intercalation material is a substance composed of one element of Group 3b or Group 4b of the periodic table.
【請求項3】 インターカレーション材料が周期律表の
第4周期4a族,5a族,6a族,7a族または8族の
うちの1つの元素からなる金属であり、加熱温度がこれ
らの金属が炭素とカーバイドを作る温度以下である請求
項1記載のフラーレンインターカレーション化合物の製
造方法。
3. The intercalation material is a metal consisting of an element of one of the 4th group 4a group, 5a group, 6a group, 7a group or 8 group of the periodic table, and the heating temperature is The method for producing a fullerene intercalation compound according to claim 1, wherein the temperature is not higher than the temperature at which carbon and carbide are formed.
【請求項4】 インターカレーション材料が銅,亜鉛,
カドミウム,水銀のうちの1つの金属またはこれら金属
の混合物である請求項1記載のフラーレンインターカレ
ーション化合物の製造方法。
4. The intercalation material is copper, zinc,
The method for producing a fullerene intercalation compound according to claim 1, which is one metal selected from cadmium and mercury or a mixture of these metals.
【請求項5】 インターカレーション材料がスカンジウ
ム,イットリウムまたはランタンのハロゲン化物である
請求項1記載のフラーレンインターカレーション化合物
の製造方法。
5. The method for producing a fullerene intercalation compound according to claim 1, wherein the intercalation material is a halide of scandium, yttrium or lanthanum.
【請求項6】 フラーレン(C60またはC70)とインタ
ーカレーション材料とを真空チャンバー内に設けられた
セルに別々に入れたのち真空中でフラックス量を制御し
ながら蒸発させ、前記セルに対向して設けられた反応基
板に蒸着するかまたは反応容器中に導入して混合し、こ
の反応基板または反応容器を不活性ガス雰囲気中で加熱
することを特徴とするフラーレンインターカレーション
化合物の製造方法。
6. A fullerene (C 60 or C 70 ) and an intercalation material are separately placed in a cell provided in a vacuum chamber and then evaporated in a vacuum while controlling a flux amount to face the cell. A method for producing a fullerene intercalation compound, characterized in that the reaction substrate or the reaction container is heated in an inert gas atmosphere by vapor deposition on the reaction substrate provided in the reaction container or by introducing it into the reaction container and mixing them. .
【請求項7】 インターカレーション材料がアルカリ金
属のうちの1つの元素からなる物質であり、常圧の不活
性ガス雰囲気中にて100〜400℃で加熱する請求項
6記載のフラーレンインターカレーション化合物の製造
方法。
7. The fullerene intercalation according to claim 6, wherein the intercalation material is a substance consisting of one element of alkali metals and is heated at 100 to 400 ° C. in an inert gas atmosphere at normal pressure. Method for producing compound.
【請求項8】 インターカレーション材料がアルカリ土
類のうちの1つの元素からなる物質であり、10-2〜3
00Torrの不活性ガス雰囲気中にて400〜100
0℃で加熱する請求項6記載のフラーレンインターカレ
ーション化合物の製造方法。
8. The intercalation material is a substance consisting of one element of alkaline earth, and 10 −2 to 3
400-100 in an inert gas atmosphere of 00 Torr
The method for producing a fullerene intercalation compound according to claim 6, which comprises heating at 0 ° C.
【請求項9】 インターカレーション材料が希土類のう
ちの1つの元素からなる物質であり、加圧状態の不活性
ガス雰囲気中にて少くとも700℃で加熱する請求項6
記載のフラーレンインターカレーション化合物の製造方
法。
9. The intercalation material is a substance consisting of one element of rare earths, and is heated at least 700 ° C. in a pressurized inert gas atmosphere.
A method for producing the described fullerene intercalation compound.
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