JPH11349308A - 機能性炭素材料の製造法 - Google Patents

機能性炭素材料の製造法

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JPH11349308A
JPH11349308A JP10159520A JP15952098A JPH11349308A JP H11349308 A JPH11349308 A JP H11349308A JP 10159520 A JP10159520 A JP 10159520A JP 15952098 A JP15952098 A JP 15952098A JP H11349308 A JPH11349308 A JP H11349308A
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JP
Japan
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carbon
onion
metal
hollow
film
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JP10159520A
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English (en)
Inventor
Eiji Nakanishi
英治 中西
Hisaji Matsui
久次 松井
Chiharu Yamaguchi
千春 山口
Terumitsu Kakumoto
輝充 角本
Ayumi Yasuda
歩 安田
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Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高収率かつ高純度でカーボンナノチューブ、フ
ラーレン、微粒子ダイヤモンド、中空オニオンライクカ
ーボン或いは金属内包オニオンライクカーボンを形成す
ることを主な目的とする。さらに、基板上にこれらの薄
膜を直接形成することをも目的とする。 【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビ
ニリデンまたはポリフッ化ビニリデンを原料として、光
CVD法または熱CVD法により、カーボンナノチュー
ブ、フラーレン、微粒子ダイヤモンド、中空オニオンラ
イクカーボンおよびオニオンライクカーボンの少なくと
も1種を含むアモルファスカーボンを生成することを特
徴とする機能性炭素材料の製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カーボンナノチュ
ーブ、フラーレン、微粒子ダイヤモンド、中空オニオン
ライクカーボン、金属内包オニオンライクカーボンある
いはこれらの薄膜などの機能性炭素材料の製造法に関す
る。
【0002】なお、本発明において、「中空オニオンラ
イクカーボン」とは、中心部が中空であって、その周囲
にオニオン状にグラファイト積層構造が発達している球
状或いは多面体状のカーボン粒子を意味する。この様な
中空オニオンライクカーボンにおいては、グラファイト
層は、数層から数十層に積層している。
【0003】また、「金属を内包する中空オニオンライ
クカーボン」とは、上記の「中空オニオンライクカーボ
ン」の中心部の中空内に金属粒子が存在する球状或いは
多面体状のカーボン粒子を意味する。内包する金属は、
特に限定されないが、例えば、Mg、Al、Auなどが例示さ
れる。
【0004】
【従来の技術】カーボンナノチューブ(以下単に「ナノ
チューブ」ということがある)、フラーレンは、非晶カ
ーボン或いはグラファイトなどの炭素材料を原料とし
て、触媒金属の存在下にカーボンアーク法、スパッター
法、レーザー光照射法などの気相法により合成されてい
る(特開平6-157016号公報、特開平6-280116号公報、特
開平6-227806号公報、特開平6-283129号公報、特開平6-
322615号公報、特開平6-325623号公報、特開平7-197325
号公報、特開平7-165406号公報、特開平8-188406号公
報、特開平9-31757号公報など参照)。しかしながら、
これらの方法では、生成物中にナノチューブ以外の黒
鉛、非晶カーボンなどが混在するので、収率が低いのみ
ならず、ナノチューブ中への触媒金属の混入が避けられ
なかった。また、発生するすす中に混在してナノチュー
ブ、フラーレンが生成するために、基板状に薄膜を形成
することは難しかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、高
収率かつ高純度でカーボンナノチューブ、フラーレン、
微粒子ダイヤモンド、中空オニオンライクカーボン或い
は金属内包オニオンライクカーボンを形成することを主
な目的とする。
【0006】さらに、本発明は、基板上にこれらの薄膜
を直接形成することをも目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の様な
技術の現状に鑑みて、研究を進めた結果、ポリテトラフ
ルオロエチレン、ポリ塩化ビニリデンまたはポリフッ化
ビニリデンを原料にとして、光CVD法或いは熱CVD
法により、カーボンナノチューブ、フラーレン、微粒子
ダイヤモンド、中空オニオンライクカーボン、金属内包
オニオンライクカーボン或いはこれらの混在物を形成す
る技術を完成するにいたった。
【0008】すなわち、本発明は、下記の機能性炭素材
料の製造方法を提供する: 1.ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニリデン
またはポリフッ化ビニリデンを原料とし、光CVD法ま
たは熱CVD法により、カーボンナノチューブ、フラー
レン、微粒子ダイヤモンド、中空オニオンライクカーボ
ン、金属内包オニオンライクカーボンまたはこれらの少
なくとも1種を含むアモルファスカーボンあるいはこれ
らの薄膜を生成することを特徴とする機能性炭素材料の
製造法。
【0009】
【発明の実施の形態】従来のアーク放電法によるカーボ
ンナノチューブなどの機能性炭素材料の製造は、非晶カ
ーボン、グラファイトなどの炭素材を電極として、ヘリ
ウムガス中でカーボンアークを発生させ、陰極表面に堆
積させることにより、行われてきた(上述の特開平6-15
7016号公報などを参照)。すなわち、例えば、炭素電極
間のギャップを1mm程度に保ちつつ、安定なアーク放電
を持続させると、陽極棒の直径とほぼ同じ直径を持つ円
柱状の堆積物が、陰極先端に形成される。陽極炭素棒が
直径6mmでアーク電流が70A(電圧は25V)の場合、毎分
約2〜3mmの速さで堆積物が成長し、ヘリウム雰囲気圧力
が約500torrの時に最大収量が得られる。次いで、陰極
先端への堆積物をエタノールに超音波などを利用して分
散し、フィルター、カラム分離などで分離する方法が一
般的である。従って、機能性炭素材料薄膜の形成は、不
可能である。
【0010】これに対し、本発明においては、フィルム
状のポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ塩化ビニ
リデン或いはポリフッ化ビニリデンを原料として、光C
VD法或いは熱CVD法により、カーボンナノチュー
ブ、中空オニオンライクカーボン或いは金属内包オニオ
ンライクカーボンこれらの混在物を形成させる。
【0011】本方法においては、基板上にこれらの機能
性炭素材料からなる被膜を形成させることも可能である
ため、従来技術に比して、その分離精製が容易となると
ともに、従来技術では不可能であった薄膜化が実現でき
る。
【0012】本発明において使用する光源としては、炭
素、フッ素、塩素の結合を励起する光であれば、特に制
限なく、使用できる。一般にσ結合は、紫外線により励
起されるので、水銀ランプなどの紫外線光源を使用する
ことが好ましい。紫外線領域のレーザーは、高強度であ
るため、光CVDのエネルギー源として好ましく、特に
真空紫外領域の紫外線レーザーの使用が好ましい。この
ようなレーザーとしては、エキシマレーザーの使用が好
適であり、より具体的には、Ar2,Kr2,Xe2などの希ガ
スエキシマレーザー、ArF,KrF,XeClなどの希ガスハロ
ゲンエキシマレーザーなどが例示できる。特にArFエキ
シマレーザー光を使用することが好ましい。ArFエキシ
マレーザー光は、波長が193nmの紫外線であり、炭素の
関与する化学結合を励起ないし解離する能力が強い。
【0013】さらに、熱CVD法に際しては、原料を加
熱する場合には、通常常圧から減圧下(10-8torr程
度)、100〜2000℃程度(より好ましくは、200〜1500℃
程度)で加熱する。
【0014】カーボンナノチューブ、フラーレン、微粒
子ダイヤモンド、中空オニオンライクカーボン、金属内
包オニオンライクカーボン或いはこれらの混在物を形成
させる基板としては、石英ガラス、プラチナ、パラジウ
ム、白金、鉄などが使用できる。
【0015】次いで、基板上の生成物をエタノール、テ
トラヒドロフラン、ジエチルエーテルなどの溶剤中で、
例えば超音波洗浄し、すすなどの副生物を除去し、所望
の機能性炭素材料を得る。
【0016】原料樹脂としてPTFEを使用する場合には、
脱フッ素によりポリイン構造を形成することが知られて
いるので、光CVD法或いは熱CVD法により、フィル
ム表面および/またはフィルム内部からポリインおよび
ポリインオリゴマーが蒸発し、これからカーボンナノチ
ューブなどの機能性炭素材料が形成されるものと推測さ
れる。
【0017】金属内包オニオンライクカーボンは、樹脂
フィルム内部および/または表面に金属粒子が存在する
場合に形成される。すなわち、金属粒子を含む樹脂フィ
ルムに対し、上記と同様の手法で光CVD法或いは熱C
VD法により、金属粒子がオニオンライクカーボンの中
空部に取り込まれ、金属内包オニオンライクカーボンが
形成される。樹脂フィルムへの金属粒子の付与は、公知
の樹脂メッキ技術により樹脂フィルム表面に金属をメッ
キする方法、或いはフィルム製造時に金属微粒子(10μm
以下)を樹脂原料に予め混練しておく方法などにより、
行うことが出来る。
【0018】さらに、中空オニオンライクカーボンは、
上記の金属内包オニオンライクカーボンを減圧下に加熱
することにより、金属を溶融し、気化・除去させること
により、製造することが出来る。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、以下のような顕著な効
果が達成される。
【0020】(1)ポリテトラフルオロカーボン、ポリ塩
化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンなどの樹脂フィル
ムを原料として用い、光CVD法或いは熱CVD法によ
りカーボンナノチューブ、フラーレン、ダイヤモンド微
粒子、中空オニオンライクカーボン、金属内包中空オニ
オンライクカーボンなどを形成させるので、径および長
さの揃った生成物が得られる。
【0021】(2)チャンバー内に基板を設置することに
より、基板表面に機能性炭素材料薄膜を形成させること
ができる。
【0022】(3)この様に得られたカーボンナノチュー
ブ薄膜などは、理論的に予測される電子的物性および化
学的特性を発揮する。
【0023】(4)得られたカーボンナノチューブ薄膜な
どは、耐磨耗性材料、電子線放出用エミッター、高指向
性放射源、軟X線源、一次元伝導材、高熱伝導材、その
他の電子材料などとしても有用である。
【0024】
【実施例】実施例1 ポリテトラフルオロエチレンフィルムと無アルカリガラ
ス基板とを90度の角度で設置し、ポリテトラフルオロエ
チレンフィルムに垂直にレーザー光を照射した。当初の
チャンバー内を1×10-5torr以下の真空とし、光源とし
てはArF193nmのレーザー光を使用してチャンバーの窓を
通して4.5分間照射した。レーザー光エネルギーは、100
mJ、レーザー繰り返し周波数は、100Hzであった。
【0025】エリプソメーターにより測定した結果、ガ
ラス基板上には厚さが150Å程度の被膜が形成されてい
た。この被膜を回収し、エタノール中で超音波洗浄し
て、すす状のカーボンを取り除いた後、透過電子顕微鏡
でフィルムを観察した。その結果、カーボンナノチュー
ブと中空オニオンライクカーボンとがガラス基板表面に
生成していることが確認された。
【0026】ナノチューブなどの合成に際しては、その
中間体としてポリインを経る可能性があることがすでに
指摘されている。PTFEは、脱フッ素化によりポリイン構
造を作ることが知られているので、本実施例において
も、レーザーCVD法により、フィルム表面および/ま
たはフィルム中からポリインおよびポリインオリゴマー
が蒸発し、これがさらにナノチューブおよびオニオンラ
イクカーボンに変化したものと考えられる。
【0027】実施例2 直径20mm、長さ20mmの円筒状ポリ塩化ビニリデンフィル
ムを作り、実施例1と同様にして、レーザーCVD処理
をした。次いで、基板上の被膜をエタノール中で超音波
洗浄した後、透過電子顕微鏡により観察することによ
り、カーボンナノチューブおよびオニオンライクカーボ
ンが観察された。
【0028】ポリ塩化ビニリデンも、PTFEと同様に脱フ
ッ素化によってポリイン構造をとることが知られてい
る。本実施例においても、このポリインが中間体とな
り、ナノチューブおよびオニオンライクカーボンに変化
したものと考えられる。
【0029】実施例3 直径20mm、長さ20mmの円筒状ポリフッ化ビニリデンフィ
ルムを作り、実施例1と同様にして、レーザーCVD処
理をした。次いで、基板上の被膜をエタノール中で超音
波洗浄した後、透過電子顕微鏡により観察することによ
り、カーボンナノチューブおよびオニオンライクカーボ
ンが観察された。
【0030】ポリ塩化ビニリデンも、PTFEと同様に脱フ
ッ素化によってポリイン構造をとることが知られてい
る。本実施例においても、このポリインが中間体とな
り、ナノチューブおよびオニオンライクカーボンに変化
したものと考えられる。
【0031】実施例4 塩化第二鉄水溶液中(0.1 mol/l)にポリテトラフルオロ
エチレンフィルム(30mm×100mm×30μm)5枚を仕込ん
で、ヒドラジン水溶液(0.1 mol/l)を混入し、フィル
ムの両表面を鉄でメッキした。得られた鉄メッキPTFEフ
ィルムを実施例1と同様にしてレーザーCVD処理し、
次いで、エタノール洗浄した後、透過電子顕微鏡で観察
した。
【0032】その結果、鉄微粒子を内包する中空オニオ
ンライクカーボンが、多数観察された。本発明方法が、
金属粒子内包中空オニオンライクカーボンの製法の一つ
として有効であることがわかった。
【0033】実施例5 塩化マグネシウム水溶液(0.1 mol/l)にポリテトラフル
オロエチレンフィルムフィルム(30mm×100mm×30μm)5
枚を仕込んで、ヒドラジン水溶液(0.1 mol/l)を混入
し、フィルムの両表面をマグネシウムでメッキした。得
られたマグネシウムメッキPTFEフィルムを実施例4と同
様にして、レーザーCVD処理した後、透過電子顕微鏡
で観察した。その結果、マグネシウム微粒子を内包する
中空オニオンライクカーボンが、多数観察された。
【0034】次いで、電子顕微鏡の試料ホルダーを800
℃まで昇温すると、マグネシウム粒子が気化して除去さ
れ、中空オニオンライクカーボンの形成が観察された。
したがって、本発明方法は、中空オニオンライクカーボ
ンの製法として有効であることがわかった。
【0035】実施例6 ポリテトラフルオロエチレンフィルムを、真空容器内(3
torr)の加熱ホルダーに設置し、1000℃に加熱した。基
板上の被膜を電子線回折およびX線回折で分析した結
果、フラーレンおよび一部ダイヤモンドが生成している
ことが確認できた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角本 輝充 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 安田 歩 京都府京都市下京区中堂寺南町17 京都リ サーチパーク 株式会社関西新技術研究所 内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビ
    ニリデンまたはポリフッ化ビニリデンを原料とし、光C
    VD法または熱CVD法により、カーボンナノチュー
    ブ、フラーレン、微粒子ダイヤモンド、中空オニオンラ
    イクカーボン、金属内包オニオンライクカーボンまたは
    これらの少なくとも1種を含むアモルファスカーボンあ
    るいはこれらの薄膜を生成することを特徴とする機能性
    炭素材料の製造法。
JP10159520A 1998-06-08 1998-06-08 機能性炭素材料の製造法 Pending JPH11349308A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004162051A (ja) * 2002-10-22 2004-06-10 Osaka Gas Co Ltd 赤外線輻射塗料、赤外線輻射皮膜、熱放射性基板及び熱放射性ハウジング
JP2005219998A (ja) * 2004-02-09 2005-08-18 Osaka Gas Co Ltd アモルファスカーボンナノカプセル及びその製造方法
CN113394027A (zh) * 2020-03-12 2021-09-14 天津理工大学 用于交流线路滤波领域的碳纳米洋葱薄膜基超级电容器

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JP4557562B2 (ja) * 2004-02-09 2010-10-06 大阪瓦斯株式会社 アモルファスカーボンナノカプセル及びその製造方法
CN113394027A (zh) * 2020-03-12 2021-09-14 天津理工大学 用于交流线路滤波领域的碳纳米洋葱薄膜基超级电容器
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