JPH09309711A - 炭素クラスター、それを製造するための原料及びその炭素クラスターの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、新規な炭素クラスター，この炭素
クラスターを製造する原料及びその炭素クラスターの製
造方法を提供し、かつＭＣ₆₀，ＭＣ₇₀の抽出方法を提供
する。 【解決手段】 本発明に係る新規な炭素クラスターは、
ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀の組成を有する炭素クラスターであ
る。この炭素クラスターは、炭素質原料に酸化ストロン
チウム等のストロンチウム化合物を添加したものを原料
とし、アーク放電等により製造するようにした。また、
ＭＣ₆₀，ＭＣ₇₀（但し、ＭはＳｒを除く金属）を含むス
スより、アニリンを用いて抽出した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な炭素クラス
ター、特にＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀の組成を有する炭素クラ
スター、この炭素クラスターを製造するための原料及び
その炭素クラスターを製造する方法に関するものであ
り、さらにＭＣ₆₀，ＭＣ₇₀の組成を有する炭素クラスタ
ーを製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭素クラスターは、１９８５年、ライス
大学のクロトー（Ｋｒｏｔｏ）とスモーリー（Ｓｍａｌ
ｌｅｙ）らによって発見されたＣ₆₀やＣ₇₀等のいわゆる
フラーレン類を始めとして、これまでに各種の炭素クラ
スターが発見されており、世界中で炭素クラスターの物
性や製造方法が盛んに研究されるようになってきた。例
えば、ヘバードら〔Ａ．Ｆ．Ｈｅｂａｒｄ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，３５０，６００（１９９１）〕に
より、Ｃ₆₀薄膜にカリウム（Ｋ）をドーピングすれば、
臨界温度Ｔｃ＝１８Ｋの超伝導体になることが発見さ
れ、また谷垣ら〔Ｋ．Ｔａｎｉｇａｋｉ ｅｔ ａ
ｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，３５２，２２２（１９９１）〕に
より、Ｃｓ₂ ＲｂＣ₆₀がＴｃ＝３３Ｋの超伝導体である
ことが報告されている。また、ある種の置換基を付加し
たＣ₆₀（水溶性）がヒト免疫不全ウイスル（ＨＩＶ）の
増殖を抑えることがフリードマンら〔Ｓ．Ｈ．Ｆｒｉｅ
ｄｍａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏ
ｃ．，１１５，６５０６（１９９３）〕によって報告さ
れている。

【０００３】また、ヘテロ原子を含有した炭素クラスタ
ーの一種である、炭素クラスターのかごの中に金属原子
を内包した金属内包クラスターは、超原子の典型であ
り、内包される元素や内包するクラスターの構造によ
り、様々な物性を示すことが予想され、有益な特性が期
待されている。期待される特性の一つとして、上述の超
伝導性が挙げられ、金属をドーピングした炭素クラスタ
ーは大気中で不安定であることに対して、金属内包クラ
スターは大気中で比較的安定している。従って、金属内
包クラスターで超伝導性を有するものが発見されれば、
その意義は極めて大きい。その他、金属内包クラスター
は、半導体材料，導電材料，磁性材料等の産業上かなり
広い分野の用途が期待されている。

【０００４】上記のように、現在、金属内包クラスター
に対する関心は高く、各種の研究が盛んに進められてい
る。例えば、スモーリーやチャイら〔Ｒ．Ｅ．Ｓｍａｌ
ｌｅｙ，Ｙ．Ｃｈａｉ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．
Ｃｈｅｍ．，９５，７５６４（１９９１）〕による炭素
クラスターＣ₈₂にランタン（Ｌａ）原子を内包したＬａ
＠Ｃ₈₂、篠原や佐藤ら〔Ｈ．Ｓｈｉｎｏｈａｒａ，Ｈ．
Ｓａｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，
９６，３５７１（１９９２）〕による炭素クラスターＣ
₈₂にイットリウム（Ｙ）原子を内包したＹ＠Ｃ₈₂又はＹ
₂ ＠Ｃ₈₂、同じく篠原や佐藤ら〔Ｈ．Ｓｈｉｎｏｈａｒ
ａ，Ｈ．Ｓａｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ，３５
７，５２（１９９２）〕による炭素クラスターＣ₈₂にス
カンジウム（Ｓｃ）原子を内包したＳｃ＠Ｃ₈₂、Ｓｃ₂
＠Ｃ₈₂、Ｓｃ₃ ＠Ｃ₈₂、ギランら〔Ｅ．Ｇ．Ｇｉｌｌａ
ｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，９６，
６８６９（１９９２）〕による炭素クラスターＣ₈₂にセ
リウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓ
ｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、
テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミ
ウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）の各原子を内包した
各種金属内包クラスターの生成の報告があり、炭素クラ
スターＣ₈₂やＣ₈₄の中に周期表III Ａ族金属のほとんど
が内包されることが知られている。これら各種金属内包
炭素クラスターＣ₈₂やＣ₈₄は、Ｌａ＠Ｃ₈₂，Ｙ＠Ｃ₈₂，
Ｇｄ＠Ｃ₈₂を始めとして二硫化炭素，トルエン等の有機
溶媒で抽出可能であり、分離，精製により単離され、そ
の物性についての研究が進められつつある。

【０００５】さらに近年、スモーリーやグオら〔Ｒ．
Ｅ．Ｓｍａｌｌｅｙ，Ｔ．Ｇｕｏ ｅｔ ａｌ．，Ｓｃ
ｉｅｎｃｅ，２５７，１６６１（１９９２）〕により炭
素クラスターＣ₂₈やＣ₆₀にウラン（Ｕ），ハフニウム
（Ｈｆ），ジルコニウム（Ｚｒ），チタン（Ｔｉ）原子
を内包したＵ＠Ｃ₂₈，Ｕ＠Ｃ₆₀，Ｈｆ＠Ｃ₂₈，Ｚｒ＠Ｃ
₂₈，Ｔｉ＠Ｃ₂₈の生成が報告され、またスモーリーやワ
ンら〔Ｒ．Ｅ．Ｓｍａｌｌｅｙ，Ｌ．Ｓ．Ｗａｎｇ ｅ
ｔ ａｌ．，Ｚ．Ｐｈｙｓ．，Ｄ，印刷中〕により、酸
化カルシウム（ＣａＯ）を炭素に対して原子数比で０．
３％添加した炭素質原料を使用して、アーク放電にてＣ
ａ＠Ｃ₆₀が生成され、二硫化炭素で抽出可能であること
が報告されている。また、田路ら〔田路和幸，高橋英志
等，第１０回フラーレン総合シンポジウム講演要旨集，
Ｐ１５０，１９９６〕により、Ｌａ＠Ｃ₆₀，Ｙ＠Ｃ₆₀，
Ｇｄ＠Ｃ₆₀，Ｃｅ＠Ｃ₆₀，Ｐｒ＠Ｃ₆₀などが生成された
ことが報告されている。このように最近では、各種金属
内包炭素クラスターＭ＠Ｃ₆₀が各種金属内包炭素クラス
ターＭ＠Ｃ₈₂に比べて種類は少ないものの、その生成は
着実に確認され始めている。しかし、生成していても、
溶媒により抽出できるものはこれまでにＣａ＠Ｃ₆₀のみ
しか確認されておらず、溶媒で抽出可能な新規な金属内
包炭素クラスターＭ＠Ｃ₆₀の生成、さらには既知のＭ＠
Ｃ₆₀に対しても有効な溶媒抽出方法の実現が要望されて
いた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等も、従来か
ら、炭素クラスターＣ₆₀へのドーピングにより超伝導性
が観測されることに着目して、種々のアルカリ金属やア
ルカリ土類金属について新素材となりうる金属内包炭素
クラスターの生成，抽出を目的に鋭意実験を行ってきた
が、遂にストロンチウム（Ｓｒ）について所期の目的に
達したものである。即ち、ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀の組成を
有するストロンチウム原子含有炭素クラスターに対して
も、今までにない新規な特性を有する化合物，新素材と
して期待されていたが、今までにＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀の
生成は報告されておらず、期待される有益な特性を確か
めることができなかった。そこで、本発明は、新規な炭
素クラスターであるＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀の組成を有する
ストロンチウム原子含有炭素クラスター、この炭素クラ
スターを製造するための原料及びその炭素クラスターの
製造方法を提供することを目的とし、また同時に、これ
までに発見されたＭＣ₆₀，ＭＣ₇₀の優れた抽出方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る炭素クラス
ターは、ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀の組成を有する炭素クラス
ターである。かかる炭素クラスターは、炭素質原料にス
トロンチウム化合物を添加した原料を用いれば製造でき
る。この炭素クラスターを製造する方法としては、従来
から知られている炭素クラスターを製造する方法であれ
ば良く、例えば炭素質材料から成る電極を原料としてこ
の電極間にアーク放電によって原料を蒸発させる方法
（アーク放電方式）、炭素質原料に高電流を流して原料
を蒸発させる方法（抵抗加熱方式）、レーザー照射によ
って原料を蒸発させる方法（レーザー蒸発方式）等があ
る。

【０００８】本発明に係る炭素質原料とは、実質的に炭
素から成り、その他製造上不可避の不純物元素、例え
ば、Ｓｉ，Ｆｅ，Ｖ，Ｎａ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｂ，Ｃｒ，
Ｍｇ，Ｔｉ，Ｓ，Ｐ，Ｎ等を含んでいてもよい。本発明
は、このような炭素質原料に、炭酸ストロンチウム，酸
化ストロンチウム，フッ化ストロンチウム等の、炭酸
塩，硫酸塩，硝酸塩，酢酸塩，リン酸塩，シュウ酸塩，
フッ化物，塩化物，臭化物，ヨウ化物，アルキル化物，
有機化合物などのストロンチウム化合物（但し、本発明
では、ストロンチウム単体もストロンチウム化合物に含
むものとする。）を一種又は二種以上混合して添加した
原料を用いて、炭素クラスターを製造する。

【０００９】そして、ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀を製造するた
めの原料に存在するストロンチウムは、添加したストロ
ンチウム化合物の形態として、又は原料炭素と化学結合
した形態として存在していてもよい。但し、いずれの形
態でも、原料に存在するストロンチウムは、その効果が
均一に現れるようにするため、炭素とストロンチウムが
均一に混在していることが好ましい。かかる原料として
は、ストロンチウム化合物と炭素質粉との混合物や、そ
れらを成形、さらにはそれを熱処理した材料が使用でき
る。また、成形体に限らず、粉末状であってもよい。

【００１０】次に、本発明に係る原料の代表的な製造方
法を以下に詳細に記述する。

【００１１】ストロンチウム化合物としては、固体，液
体又は気体状のものが挙げられる。固体のものを使用す
る場合は、ストロンチウム化合物を均一に混在させるた
め、平均粒径０．１μｍ〜１ｍｍの粉末又はその大きさ
に粉末化したものを使用することが好ましい。

【００１２】炭素質粉を具体的に挙げると、ニードルコ
ークス，レギュラーコークス，ピッチコークス，フリュ
ードコークス，ギルソナイトコークス等の石油系や石炭
系のか焼された又はか焼されていない各種コークス粉
類、ＰＡＮ系やピッチ系等の各種炭素繊維粉、メソカー
ボンマイクロビーズやバルクメソフェーズ等の各種メソ
フェーズカーボン粉、サーマルブラック，ファーネスブ
ラック，ランプブラック，チャンネルブラック等の各種
カーボンブラック粉、各種ガラス状炭素粉、各種熱分解
炭素粉，各種人造黒鉛粉及び各種天然黒鉛粉などの、従
来から炭素材料の骨材として使用されているものが適応
できる。また、燃焼すれば炭素質に変化するものなども
使用可能である。これらの炭素質粉は、ストロンチウム
化合物を均一に混合できるものにするため、平均粒径
０．１μｍ〜１ｍｍの粉末又はその大きさに粉末化した
ものを用いることが好ましい。粉末化は、公知の方法で
行えばよく、例えばハンマーミル，ジェットミル，ボー
ルミル等の粉砕機で行えばよい。

【００１３】これらのストロンチウム化合物と炭素質粉
とを結合させるものとして、必須のものではないが、炭
素質粉が自己粘結性を有していない場合等には、コール
タールピッチや石油系ピッチ等の各種ピッチ類，フェノ
ール樹脂やフラン樹脂等の各種合成樹脂などの接着作用
を奏する結合剤を用いることが好ましい。これらの結合
剤を用いると、ストロンチウム化合物と炭素質粉とが密
着し易くなり、ストロンチウム化合物の添加による効果
が発揮され易くなるからである。

【００１４】ストロンチウム化合物，炭素質粉及び必要
に応じて用いる結合剤の混合は、公知の方法で行えばよ
く、例えば、ワーナー型，パドル羽根型等の各種混合機
で行い、また加熱ニーダーも併用するなどして、通常は
１００〜２５０°Ｃ程度の温度で行うが、本発明はこれ
らの混合機や温度等の混合条件に特別の制約を受けるも
のでないことはもちろんである。

【００１５】次いで、常法に従い、例えば、型押し成
形，押出し成形，振動型込め成形，冷間静水圧加圧成形
及びホットプレス等の方法で成形し、ストロンチウム化
合物，炭素質粉及び必要に応じて用いる結合剤の混合物
又はその混合物を粉砕した二次粉を成形する。

【００１６】かくして得られた成形体は、そのままでも
ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀を製造するための原料として使用で
きるが、強度が低いため、ストロンチウム化合物が揮
散，蒸発しない程度の温度で熱処理を行い、強度を高め
ることが好ましい。通常は４００〜１５００°Ｃで熱処
理を行う。この熱処理により、結合剤は炭化してストロ
ンチウム化合物や炭素質粉と渾然一体となってＳｒ
Ｃ₆₀，ＳｒＣ₇₀を製造するための原料の一成分として機
能し、さらには成形体の強度も高くなる。かかる熱処理
は、単独炉，連続炉，トンネル炉等の加熱炉を用いるな
どして常法に従い、成形体の酸化及び変形を防止するた
めのコークス粉やケイ砂等のパッキング材中に埋めた
り、窒素ガスやアルゴンガス等の非酸化性雰囲気下で行
う。

【００１７】成形体は、この熱処理によって炭素質粉や
結合剤に含まれる揮発分の揮散等によって気孔が多く形
成され、強度や嵩密度が低下するため、必要に応じて各
種ピッチ類等を成形体に含浸させてその気孔を塞ぎ、さ
らに再熱処理を行ってもよい。この含浸・再熱処理によ
って強度及び嵩密度を向上することができる。

【００１８】一方、ストロンチウム化合物を人造黒鉛体
や炭素成形体等の中に含浸し、必要に応じて加熱処理を
施した材料も、原料として使用することができる。

【００１９】成形体の場合において、原料炭素やストロ
ンチウム化合物が粒子状のものを用いて成形体を製造す
る場合には、平均粒径が１００μｍを超えると、炭素ク
ラスター製造時に蒸発しにくくなり、またスパッターに
よる粒子脱落が多くなり、効率低下を招く。さらに別の
観点から見ると、成形体の強度低下を招き易くなり、歩
留りも悪くなる。従って、粒子状のものを用いる場合に
は、平均粒径１００μｍ以下の粉末で成形体を製造する
ことが好ましい。

【００２０】また、炭素質粉，ストロンチウム化合物及
び結合剤には、本発明の目的を阻害しない範囲であれ
ば、その形態を問わず他の元素が存在していてもよい。

【００２１】成形体の場合において、嵩密度が１．００
Ｍｇ／ｍ³ 未満であると、多孔質になってしまい使用の
際に所定の位置に固定することが難しくなり、またスパ
ッターによる粒子脱落も多くなる。さらには、単位体積
当たりの材料量が少ないために、より多くの作業回数を
必要とし、経済性も悪くなる。また、成形体の嵩密度が
２．００Ｍｇ／ｍ³ を超えると、耐スポーリング性が劣
化し、放電の際の熱衝撃によって亀裂が発生し易くな
り、ひいては成形体の破損を生じさせる原因にもなる。
従って、成形体の嵩密度は１．００〜２．００Ｍｇ／ｍ
³ であることが好ましい。

【００２２】また、成形体の場合において、アーク放電
方式によって炭素クラスターを製造する場合には、放電
に耐え得る強度や耐熱衝撃性を保つ上で１０ＭＰａ以上
の曲げ強さが必要であり、これより低いと粒子脱落が生
じ易くなる。それ故、成形体の曲げ強さは１０ＭＰａ以
上であることが好ましい。

【００２３】このような成形体を、必要に応じて所望の
形状に加工する。例えば、アーク放電方式や抵抗加熱方
式用の原料とする場合には、柱状を始めとして様々な形
状の成形体を製作・加工すればよい。

【００２４】また、特開平６−８０４１０号に記載の技
術に代表されるように、微粉末状のものを炭素クラスタ
ー製造用原料とする場合には、ストロンチウム化合物と
炭素質粉とを混合したものや、すでにストロンチウム化
合物が材料中に存在している場合には、その材料を粉砕
した粉末を用いれば足りる。

【００２５】炭素クラスター製造用原料に添加するスト
ロンチウム化合物の量は、炭素クラスター発生装置や発
生方法によって適宜任意に調整すればよいが、ストロン
チウムが炭素１００質量部に対して１０質量部を超える
とススの発生量がやや低下し始め、２０質量部を超える
とスス発生量が著しく低下してしまう。一方、ストロン
チウムが炭素１００質量部に対して０．０２質量部未満
では、ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀炭素クラスターを多量に生成
できず、ストロンチウム化合物添加の効果が現れにくく
なる。従って、炭素１００質量部に対して添加するスト
ロンチウムとしては、０．０２〜２０質量部、特に好ま
しくは０．２〜１０質量部になるようにストロンチウム
化合物を添加することが好ましい。

【００２６】このような原料を使用することに本発明の
特徴があり、その原料には本発明の目的を阻害しない範
囲であれば、その形態を問わず他の元素が存在していて
もよい。また、原料の形状，炭素クラスターの製造方
法，製造装置，圧力，雰囲気，相手電極材等の製造条件
について特別の制約はない。

【００２７】こうして、ストロンチウム化合物を添加し
た原料を用いて、アーク放電式，抵抗加熱式，レーザ蒸
発式等により炭素クラスターを製造すると、ストロンチ
ウム化合物からストロンチウム原子が分解される過程
で、生成途中のＣ₆₀，Ｃ₇₀に含有され、ＳｒＣ₆₀，Ｓｒ
Ｃ₇₀の炭素クラスターが生成されるものと思われる。

【００２８】こうして得られたＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀炭素
クラスターを含むスス，及び既知の方法によって得られ
たストロンチウム以外のＭＣ₆₀，ＭＣ₇₀炭素クラスタを
含むススをソックスレー抽出器を用いてアニリンで抽出
し、高速液体クロマトグラフィー等で分離するなどし
て、ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀の組成を有する炭素クラスタ
ー，及びストロンチウム以外のＭＣ₆₀，ＭＣ₇₀炭素クラ
スターを得ることができる。なお、抽出溶媒としてアニ
リン以外にもベンゼン，トルエン，二硫化炭素等の溶媒
についてその使用の可能性を試みたが、抽出は確認でき
なかった。

【００２９】

【実施例】以下、実施例によって本発明をさらに具体的
に説明する。

【００３０】実施例１ 人造黒鉛粉〔東洋炭素（株）製，灰分０．０１質量％，
平均粒径５〜１５μｍ〕１００質量部に対し、酸化スト
ロンチウム（Ｓｒ０）〔三津和化学薬品製，純度９７
％〕を平均粒径２０μｍに粉砕したもの３．２４質量
部、さらにメチルアルコールとフルフリルアルコールを
若干量（約１０質量部）加え、Ｚ型ミキサーで混合後、
ノボラックフェノール樹脂〔住友デュレス（株）製〕を
約５０質量部を加えてさらに混合した後、熱ロール（約
１００°Ｃ）で混合を完結させた。この混合物を平均粒
径が３０〜６０μｍになるように二次粉砕した。この二
次粉を圧力９８ＭＰａで室温にて金型成形を行い、成形
体を得た。その後、鉄製サガーを用い詰め粉（炭素粉）
中に成形体を詰め、８００°Ｃで一時焼成を行った。さ
らに、真空中で１１００°Ｃで熱処理を行った。得られ
た材料は、嵩密度１．５Ｍｇ／ｍ³ ，曲げ強さ１９ＭＰ
ａ及び固有抵抗３８μΩ・ｍ（室温）であった。

【００３１】この材料をアーク放電方式の製造装置の陽
極電極棒として使用し、常法に従いアーク放電を行っ
た。この際の放電電流及び電圧は８０Ａと２５Ｖ，装置
のチャンバー内はヘリウム雰囲気とし、その圧力は１０
０Ｔｏｒｒとした。このアーク放電により発生したスス
を回収した。さらに、回収したススをアニリンで抽出
し、その抽出溶液をレーザー脱離飛行時間型（ＬＤ−Ｔ
ＯＦ）質量分析計で調べた結果を図１に示す。

【００３２】図１から明らかなように、Ｃ₆₀，Ｃ₇₀の他
にＳｒＣ₆₀に対応する質量数８０８の位置に、またＳｒ
Ｃ₇₀に対応する質量数９２８の位置にそれぞれ強いピー
クが検出されたことから、ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀の組成を
有する炭素クラスターが生成し、抽出されていることが
確認できる。また、イオン化しても壊れていないことか
ら、それぞれストロンチウムを内包した炭素クラスター
Ｓｒ＠Ｃ₆₀，Ｓｒ＠Ｃ₇₀であると推測できる。

【００３３】実施例２ イットリウム（Ｙ），ランタン（Ｌａ），ガドリニウム
（Ｇｄ），セリウム（Ｃｅ），プラセオジウム（Ｐ
ｒ），ネオジウム（Ｎｄ），バリウム（Ｂａ），カルシ
ウム（Ｃａ）のそれぞれの酸化物混合炭素棒を陽極電極
として使用し、実施例１と同様の条件でアーク放電を行
って発生したススをそれぞれ回収した。回収したススを
アニリンによりそれぞれ抽出し、その抽出溶液をレーザ
脱離飛行時間型（ＬＤ−ＴＯＦ）質量分析計で調べた結
果を図２〜図９に示す。

【００３４】図２から明らかなように、Ｃ₆₀，Ｃ₇₀，Ｃ
₇₄，Ｃ₇₆の他にＹＣ₆₀に対応する質量数８０９の位置
に、またＹＣ₇₀に対応する質量数９２９の位置にそれぞ
れ強いピークが検出されたことから、ＹＣ₆₀，ＹＣ₇₀の
組成を有する炭素クラスターが抽出されていることが確
認できる。また、イオン化しても壊れていないことか
ら、それぞれイットリウムを内包した炭素クラスターＹ
＠Ｃ₆₀，Ｙ＠Ｃ₇₀であると推測できる。

【００３５】図３から明らかなように、Ｃ₆₀，Ｃ₇₀の他
にＬａＣ₆₀に対応する質量数８５９の位置に、またＬａ
Ｃ₇₀に対応する質量数９７９の位置にそれぞれ強いピー
クが検出されたことから、ＬａＣ₆₀，ＬａＣ₇₀の組成を
有する炭素クラスターが抽出されていることが確認でき
る。また、イオン化しても壊れないことから、それぞれ
ランタンを内包した炭素クラスターＬａ＠Ｃ₆₀，Ｌａ＠
Ｃ₇₀であると推測できる。

【００３６】図４から明らかなように、Ｃ₆₀，Ｃ₇₀の他
にＧｄＣ₆₀に対応する質量数８７７の位置に、またＧｄ
Ｃ₇₀に対応する質量数９９７の位置にそれぞれ強いピー
クが検出されたことから、ＧｄＣ₆₀，ＧｄＣ₇₀の組成を
有する炭素クラスターが抽出されていることが確認でき
る。また、イオン化しても壊れていないことから、それ
ぞれガドリニウムを内包した炭素クラスターＧｄ＠
Ｃ₆₀，Ｇｄ＠Ｃ₇₀であると推測できる。

【００３７】図５から明らかなように、Ｃ₆₀，Ｃ₇₀の他
にＣｅＣ₆₀に対応する質量数８６０の位置に、またＣｅ
Ｃ₇₀に対応する質量数９８０の位置にそれぞれ強いピー
クが検出されたことから、ＣｅＣ₆₀，ＣｅＣ₇₀の組成を
有する炭素クラスターが抽出されていることが確認でき
る。また、イオン化しても壊れていないことから、それ
ぞれセリウムを内包した炭素クラスターＣｅ＠Ｃ₆₀，Ｃ
ｅ＠Ｃ₇₀であると推測できる。

【００３８】図６から明らかなように、Ｃ₆₀，Ｃ₇₀の他
にＰｒＣ₆₀に対応する質量数８６１の位置に、またＰｒ
Ｃ₇₀に対応する質量数９８１の位置にそれぞれ強いピー
クが検出されたことから、ＰｒＣ₆₀，ＰｒＣ₇₀の組成を
有する炭素クラスターが抽出されていることが確認でき
る。また、イオン化しても壊れていないことから、それ
ぞれプラセオジウムを内包した炭素クラスターＰｒ＠Ｃ
₆₀，Ｐｒ＠Ｃ₇₀であると推測できる。

【００３９】図７から明らかなように、Ｃ₆₀，Ｃ₇₀の他
にＮｄＣ₆₀に対応する質量数８６４の位置に、またＮｄ
Ｃ₇₀に対応する質量数９８４の位置にそれぞれ強いピー
クが検出されたことから、ＮｄＣ₆₀，ＮｄＣ₇₀の組成を
有する炭素クラスターが抽出されていることが確認でき
る。また、イオン化しても壊れていないことから、それ
ぞれネオジウムを内包した炭素クラスターＮｄ＠Ｃ₆₀，
Ｎｄ＠Ｃ₇₀であると推測できる。

【００４０】図８から明らかなように、Ｃ₆₀，Ｃ₇₀の他
にＢａＣ₆₀に対応する質量数８５７の位置に、またＢａ
Ｃ₇₀に対応する質量数９７７の位置にそれぞれ強いピー
クが検出されたことから、ＢａＣ₆₀，ＢａＣ₇₀の組成を
有する炭素クラスターが抽出されていることが確認でき
る。また、イオン化しても壊れていないことから、それ
ぞれバリウムを内包した炭素クラスターＢａ＠Ｃ₆₀，Ｂ
ａ＠Ｃ₇₀であると推測できる。

【００４１】図９から明らかなように、Ｃ₆₀，Ｃ₇₀，Ｃ
₇₄，Ｃ₇₈の他にＣａＣ₆₀に対応する質量数７６０の位置
に強いピークが、またＣａＣ₇₀に対応する質量数８８０
の位置に弱いピークが検出されたことから、ＣａＣ₆₀，
ＣａＣ₇₀の組成を有する炭素クラスターが抽出されてい
ることが確認できる。また、イオン化しても壊れていな
いことから、それぞれカルシウムを内包した炭素クラス
ターＣａ＠Ｃ₆₀，Ｃａ＠Ｃ₇₀であると推測できる。

【００４２】比較例１ 酸化ストロンチウムを用いないで、それ以外は実施例１
記載の方法と同一方法で１００％炭素質から成る材料を
製造した。この材料を陽極電極棒として使用し、実施例
１と同様の条件でアーク放電を行って発生したススを回
収した。回収したススをＬＤ−ＴＯＦ質量分析計で調べ
た結果、Ｃ₆₀，Ｃ₇₀等の従来の炭素クラスター以外に
は、何も検出できなかった。

【００４３】比較例２ イットリウム，ランタン，ガドリニウム，セリウム，プ
ラセオジウム，ネオジウム，バリウム，カルシウムのそ
れぞれの酸化物混合炭素棒を陽極電極として使用し、実
施例１と同様の条件でアーク放電を行って発生したスス
をそれぞれ回収した。回収したススをベンゼン，トルエ
ン，二硫化炭素の３種類の溶媒でそれぞれ抽出し、その
抽出溶液をレーザー脱離飛行時間型（ＬＤ−ＴＯＦ）質
量分析計で調べた結果、いずれもＣ₆₀，Ｃ₇₀等のＣｎで
表される炭素クラスターは検出されたが、ＭＣ₆₀，ＭＣ
₇₀は検出できなかった。

【００４４】

【発明の効果】本発明により、新規な炭素クラスターで
あるＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀の組成を有する炭素クラスター
を提供することができる。また、この新規な炭素クラス
ターＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀，及びＭＣ₆₀，ＭＣ₇₀はアニリ
ンを用いることにより効率よく抽出できるため、抽出後
の一般的な精製，分離操作で容易に単離することができ
る。従って、本発明は、導電材料，半導体材料，超伝導
材料，磁性材料などへの利用やその物性研究にとって非
常に有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で発生したススをアニリンで抽出した
もののＬＤ−ＴＯＦ質量スペクトルの一部を示す図であ
る。

【図２】実施例２の酸化イットリウム混合炭素棒をアー
ク放電して得たススをアニリンで抽出したもののＬＤ−
ＴＯＦ質量スペクトルの一部を示す図である。

【図３】実施例２の酸化ランタン混合炭素棒をアーク放
電して得たススをアニリンで抽出したもののＬＤ−ＴＯ
Ｆ質量スペクトルの一部を示す図である。

【図４】実施例２の酸化ガドリニウム混合炭素棒をアー
ク放電して得たススをアニリンで抽出したもののＬＤ−
ＴＯＦ質量スペクトルの一部を示す図である。

【図５】実施例２の酸化セリウム混合炭素棒をアーク放
電して得たススをアニリンで抽出したもののＬＤ−ＴＯ
Ｆ質量スペクトルの一部を示す図である。

【図６】実施例２の酸化プラセオジウム混合炭素棒をア
ーク放電して得たススをアニリンで抽出したもののＬＤ
−ＴＯＦ質量スペクトルの一部を示す図である。

【図７】実施例２の酸化ネオジウム混合炭素棒をアーク
放電して得たススをアニリンで抽出したもののＬＤ−Ｔ
ＯＦ質量スペクトルの一部を示す図である。

【図８】実施例２の酸化バリウム混合炭素棒をアーク放
電して得たススをアニリンで抽出したもののＬＤ−ＴＯ
Ｆ質量スペクトルの一部を示す図である。

【図９】実施例２の酸化カルシウム混合炭素棒をアーク
放電して得たススをアニリンで抽出したもののＬＤ−Ｔ
ＯＦ質量スペクトルの一部を示す図である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀の組成を有すること
   を特徴とする炭素クラスター。
2. 【請求項２】 炭素質原料にストロンチウム化合物を添
   加したことを特徴とするＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀から成る又
   はＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀を含む炭素クラスターを製造する
   ための原料。
3. 【請求項３】 炭素質原料にストロンチウム化合物を添
   加した原料を用いて、ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀から成る又は
   ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀を含む炭素クラスターを得ることを
   特徴とする炭素クラスターの製造方法。
4. 【請求項４】 ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀から成る又はＳｒＣ
   ₆₀，ＳｒＣ₇₀を含む炭素クラスターをアーク放電により
   製造することを特徴とする請求項３に記載の炭素クラス
   ターの製造方法。
5. 【請求項５】 ＳｒＣ₆₀，ＳｒＣ₇₀から成る又はＳｒＣ
   ₆₀，ＳｒＣ₇₀を含む炭素クラスターをアニリンにより抽
   出することを特徴とする請求項３に記載の炭素クラスタ
   ーの製造方法。
6. 【請求項６】 ＭＣ₆₀，ＭＣ₇₀から成る又はＭＣ₆₀，Ｍ
   Ｃ₇₀を含む炭素クラスターをアニリンにより抽出するこ
   とを特徴とするＭＣ₆₀，ＭＣ₇₀の組成を有する炭素クラ
   スターの製造方法（但し，ＭはＳｒを以外の金属であ
   る。）。