JPWO2010074000A1 - 炭素材料の分散液、及びその製造方法 - Google Patents
炭素材料の分散液、及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2010074000A1 JPWO2010074000A1 JP2010544043A JP2010544043A JPWO2010074000A1 JP WO2010074000 A1 JPWO2010074000 A1 JP WO2010074000A1 JP 2010544043 A JP2010544043 A JP 2010544043A JP 2010544043 A JP2010544043 A JP 2010544043A JP WO2010074000 A1 JPWO2010074000 A1 JP WO2010074000A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- carbon material
- dispersion
- treatment
- dispersion medium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 title claims abstract description 102
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 13
- 239000002612 dispersion medium Substances 0.000 claims abstract description 38
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims abstract description 28
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 69
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 35
- 238000003682 fluorination reaction Methods 0.000 claims description 34
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 30
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 14
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 9
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 claims description 8
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 6
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 6
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N methane;molecular fluorine Chemical compound C.FF QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 51
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 33
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 description 20
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 5
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 5
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 5
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 3
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 For example Substances 0.000 description 2
- 238000005411 Van der Waals force Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 2
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 2
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 2
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 2
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003903 2-propenyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])=C([H])[H] 0.000 description 1
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007818 Grignard reagent Substances 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001153 fluoro group Chemical group F* 0.000 description 1
- 150000004795 grignard reagents Chemical class 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 1
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
- C01B32/174—Derivatisation; Solubilisation; Dispersion in solvents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/152—Fullerenes
- C01B32/156—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/168—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/18—Nanoonions; Nanoscrolls; Nanohorns; Nanocones; Nanowalls
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
- C01B32/21—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/46—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
- C09C1/56—Treatment of carbon black ; Purification
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
- C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
- C09C1/44—Carbon
- C09C1/48—Carbon black
- C09C1/56—Treatment of carbon black ; Purification
- C09C1/565—Treatment of carbon black ; Purification comprising an oxidative treatment with oxygen, ozone or oxygenated compounds, e.g. when such treatment occurs in a region of the furnace next to the carbon black generating reaction zone
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F11/00—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
- D01F11/10—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
- D01F11/12—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon with inorganic substances ; Intercalation
- D01F11/121—Halogen, halogenic acids or their salts
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/06—Multi-walled nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/01—Particle morphology depicted by an image
- C01P2004/04—Particle morphology depicted by an image obtained by TEM, STEM, STM or AFM
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/10—Particle morphology extending in one dimension, e.g. needle-like
- C01P2004/13—Nanotubes
Abstract
本発明に係る炭素材料の分散液は、フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させ、その表面がフッ素化処理された炭素材料が分散媒に分散されてなることを特徴とする。
Description
本発明は、分散媒にフッ素化処理された炭素系材料を分散させた炭素材料の分散液及びその製造方法に関する。特に、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンなどの各種用途への応用を可能にするための炭素材料の分散液及びその製造方法に関する。
カーボンナノチューブは直径１μｍ以下の太さのチューブ状材料であり、炭素で構成され、６角網目の数や、チューブの太さによって異なる性質を有している。この為、将来の機械的・機能的材料として期待されている。
カーボンナノチューブを用いて機械的及び機能的材料を製造する際には、カーボンナノチューブが分散媒に均一に分散された分散液を用いることが有益である。例えば、カーボンナノチューブが均一に分散された溶媒とポリマーを混合することによって、カーボンナノチューブがポリマーマトリックスに均一に分散したナノコンポジットを製造することができる。また、カーボンナノチューブが均一に分散された分散液の有する高い散乱性を利用して光学機器として用いることができる。更に、分散液を精製することによって、電解効果トランジスタや電解放出素子、二次電池等の製造にも利用されている。前記分散媒としては、例えば、水や酸性溶液、アルカリ性溶液、アルコール、エーテル、石油エーテル、ベンゼン、酢酸エチル、クロロホルム、アセトン、トルエン等が挙げられる。
しかしながら、未だ、十分にカーボンナチューブを溶媒に分散する方法は確立されていない。これはカーボンナノチューブ相互の凝集力（ファンデルワールス力）によって、束状及び縄状になってしまうためである。また、カーボンナノチューブの原子レベルでの滑らかな表面が溶媒に対する親和性を低下する要因となっている。したがって、カーボンナノチューブの特異で有用な性質にもかかわらず、これを均一に分散したポリマー系ナノコンポジットなどを製造することは極めて困難であり、カーボンナノチューブの各種用途への応用を事実上困難にしている。
これまでに、カーボンナノチューブの溶媒に対する分散性を改善するために様々な試みがなされているが、必ずしも十分な効果を得ていない。例えば、超音波をかけながらカーボンナノチューブをアセトン中に分散させる方法（下記、特許文献１参照）が提案されているが、超音波を照射している間は分散できても照射が終了するとカーボンナノチューブの凝集が始まり、カーボンナノチューブの濃度が高くなると凝集して分散性が低下するという問題がある。
また、界面活性剤を用いる方法も提案されているが、カーボンナノチューブの配合量を増加させると、カーボンナノチューブが凝集し、均一な分散液が得られないという問題がある。
本発明は前記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、カーボンナノチューブ等の炭素系材料をフッ素化処理することにより極性を付与し、これにより分散性に優れた炭素材料の分散液を提供することにある。
本願発明者等は、前記従来の問題点を解決すべく、炭素材料の分散液、及びその製造方法について検討した。その結果、下記構成を採用することにより前記目的を達成できることを見出して、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明に係る炭素材料の分散液は、前記の課題を解決する為に、フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させ、その表面がフッ素化処理された炭素材料が分散媒に分散されてなることを特徴とする。
炭素材料を単に分散媒に分散させただけでは、炭素材料相互の凝集力（ファンデルワールス力）によって凝集物となり、均一な分散性を有する分散液を得ることは困難である。本発明においては、この様な炭素材料に対しフッ素化処理を施してその表面をフッ素化することにより、当該炭素材料に極性を付与する。その結果、炭素材料同士が凝集・沈殿するのを防止することができ、分散媒中に炭素材料が均一に分散した炭素材料の分散液を得ることができる。
前記構成に於いて、前記フッ素化処理された炭素材料は、その表面に炭素−フッ素結合が導入されたものであることが好ましい。
前記構成に於いては、前記分散媒が極性溶媒であることが好ましい。本発明に於いては、炭素材料に対しフッ素化処理を行うことにより、その表面に極性を付与するので、分散媒として極性溶媒を使用すると、分散媒との相溶性が増大する。その結果、炭素材料の分散性を一層向上させることができる。
前記炭素材料がカーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンであることができる。前記の構成によれば、これらの炭素材料に対してもフッ素化処理を施すことにより、凝集物を形成することなく均一に分散させた炭素材料の分散液が得られる。
また、本発明に係る炭素材料の分散液の製造方法は、前記の課題を解決する為に、フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させて、その表面がフッ素化処理された炭素材料を生成する工程と、前記フッ素化処理された炭素材料を分散媒に分散させる工程とを含むことを特徴とする。
前記の方法によれば、フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、温度１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させることにより、当該炭素材料の表面をフッ素化処理することが可能になる。これにより、得られた炭素材料は、フッ素化処理前の炭素材料と比較して極性が付与されているので、当該分散媒中で凝集物となることがない。即ち、前記の方法であると、分散媒中に炭素材料が均一に分散した炭素材料の分散液を製造することが可能になる。
前記方法に於いては、前記炭素材料にフッ素化処理をした後、前記処理ガスを不活性ガスに置換して不活性雰囲気下にし、更に前記フッ素化処理後の炭素材料を室温まで冷却させる工程を行うことが好ましい。これにより、フッ素化処理された炭素材料の表面にフッ素ガスが吸着して残存するのを防止する。その結果、フッ素ガスの加水分解によりフッ化水素が副生するのを防止することができ、分散液及び分散液の利用に際して不具合が生じることもない。
前記方法に於いて、前記フッ素化処理は、前記炭素材料の表面に対し炭素−フッ素結合を導入するものであることが好ましい。
前記方法においては、前記分散媒として極性溶媒を使用することが好ましい。本発明に於いては、炭素材料に対しフッ素化処理を行うことにより、その表面に極性を付与するので、分散媒として極性溶媒を使用すると、分散媒との相溶性が増大する。その結果、炭素材料の分散性を一層向上させた分散液の製造が可能になる。
前記炭素材料として、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンを使用することが好ましい。前記の方法であると、これらの炭素材料に対しても凝集物を形成することなく均一に分散させた炭素材料の分散液を製造することができる。
本実施の形態に係る炭素材料の分散液について、以下に説明する。
本実施の形態に係る炭素材料の分散液は、表面がフッ素化処理された炭素材料が、分散質として分散媒に分散されたものである。本発明の分散とは、前記炭素材料が分散媒に対して親和性を示し、かつ、凝集・沈殿をすることなく均一に混ざり合って平衡な状態となっていることを意味する。
本実施の形態に係る炭素材料の分散液は、表面がフッ素化処理された炭素材料が、分散質として分散媒に分散されたものである。本発明の分散とは、前記炭素材料が分散媒に対して親和性を示し、かつ、凝集・沈殿をすることなく均一に混ざり合って平衡な状態となっていることを意味する。
前記フッ素化処理された炭素材料は、炭素材料の表面に炭素−フッ素結合が導入されたことにより極性が付与されたものである。また、炭素系材料とは炭素原子のみで構成された物質を意味する。当該炭素材料としては特に限定されず、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維、非晶質カーボン、フラーレン等が挙げられる。また、前記カーボンナノチューブとしては、６角網目のチューブ（グラフェンシート）が１枚の構造である単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ： Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｌｌ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）や、多層のグラフェンシートから構成されている多層カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ： Ｍａｌｕｔｉ Ｗａｌｌ Ｎａｎｏｔｕｂｅ）、フラーレンチューブ、バッキーチューブ、グラファイトフィブリルが挙げられる。
前記炭素材料は予め化学修飾されたものを使用してもよい。化学修飾された炭素材料としては特に限定されず、例えば、有機リチウムやグリニャール試薬により化学修飾された炭素材料が挙げられる。また、例えばシリコーン系官能基や酸素を含む置換基等が化学修飾された炭素材料が挙げられる。前記シリコーン系官能基や酸素を含む置換基としては、例えば、−Ｓｉ（ＣＨ３）３、−Ｓｉ（ＣＨ３）２ＯＣＨ３、−Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣＨ３）２、−Ｓｉ（ＣＨ３）（ＯＣＨ（ＣＨ３）２）２、−ＯＨ、−ＣＯＯＨ、＝Ｏ等が挙げられる。更に、不飽和結合を持つ官能基を加えて、反応性を向上させた炭素材料を使用してもよい。不飽和結合を持つ官能基としては特に限定されず、例えば、アリル基、アリール基、−Ｃ≡Ｃ−Ｒ（Ｒはアルキル基）等が挙げられる。
前記分散媒としては特に限定されないが、本発明に於いては極性溶媒が好ましい。前記極性溶媒としては特に限定されず、例えば、水や有機溶媒、又はこれらの混合溶液が挙げられる。前記有機溶媒としては特に限定されず、例えば、エタノール等のアルコール、ＤＭＦ（Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド）、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）、シクロヘキサン、イオン液体等が挙げられる。これらの有機溶媒のうち、本実施の形態に於いてはアルコールが炭素材料の分散性を最も高くすることができる。また、本発明においては、各種無機材料、各種金属材料、各種カーボン材料などの分散媒にも添加することができ、この様な場合であっても使用時の取扱い性に優れ、分散性も良好である。本発明においては、前記分散媒を単独で、あるいはこれらを混合して用いてもよい。
また、本実施の形態に係る炭素材料の分散液には、分散剤としての界面活性剤は添加されないことが好ましい。これにより、炭素材料と分散媒のみからなる分散液を提供できる。更に、界面活性剤中に混入しているアルカリ金属や有機物等が分散液中に含まれるのを防止することができる。
本実施の形態に係るフッ素化処理を行った炭素材料は、フッ素化処理を行っていない炭素材料の分散液を作成する際、分散剤として利用できる。
次に、本実施の形態に係る炭素材料の分散液の製造方法について説明する。
本実施の形態に係る炭素材料の分散液の製造方法は、炭素系材料の表面をフッ素化処理する工程と、フッ素化処理後の炭素材料を分散媒に分散させる工程とを少なくとも含む。
本実施の形態に係る炭素材料の分散液の製造方法は、炭素系材料の表面をフッ素化処理する工程と、フッ素化処理後の炭素材料を分散媒に分散させる工程とを少なくとも含む。
前記フッ素化処理を行う工程は、炭素材料に少なくともフッ素ガスを含む処理ガスを接触させることにより、その表面をフッ化処理する工程である。当該工程は炭素材料のフッ素化処理を目的とするものであり、具体的には、炭素材料の表面に炭素−フッ素結合を導入するものである。従って、例えば、炭素六角網面のエッジ部分に水酸基、カルボニル基、カルボキシル基等の含酸素官能基を付与する酸化処理とは異なる処理である。
前記処理ガスとしては、フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％、好ましくは０．１〜８０ｖｏｌ％、より好ましくは１〜５０ｖｏｌ％のものを使用するのがフッ素ガスの取扱いから好ましい。また、処理ガス中には酸素ガスを含まないことが好ましい。酸素ガスを含有させることにより、炭素材料の表面に水酸基やカルボキシル基等を導入することが可能になるが、当該酸化処理は再現性が低く、炭素材料に大きなダメージを与える場合があるからである。炭素材料として、カーボンナノチューブの様に、構造に起因して物性に特徴がある材料に対しては、フッ素化処理のみを行うのがより好ましい。尚、酸化処理をフッ素化処理とは別に単独で行う場合にも同様のことが言える。
更に、処理ガス中のフッ素ガスを希釈する目的で不活性ガスを含めてもよい。この様な不活性ガスとしては、前記処理ガスと反応し、前記構造体のフッ化に悪影響を及ぼすガス以外、および前記構造体と反応し悪影響を与えるガスあるいは該悪影響を与える不純物を含むガス以外であれば特に限定されず、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノン等を単独で、あるいはこれらを混合して用いることができる。また、不活性ガスの純度としては特に限定されないが、該悪影響を与える不純物については１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、１０ｐｐｍ以下であることがより好ましく、１ｐｐｍ以下であることが特に好ましい。
フッ素化処理を行う際の温度条件としては、１５０〜６００℃の範囲内であることが好ましく、１５０〜４００℃の範囲内であることがより好ましく、１５０〜３５０℃の範囲内であることが特に好ましい。温度を１５０℃以上にすることにより、フッ素化処理を促進させることができる。その一方、温度を６００℃以下にすることにより、形成した炭素−フッ素結合からフッ素の脱離を抑制し、処理効率の低減を防止することができる。
フッ素化処理の時間（反応時間）としては特に限定されず、通常は０．５分〜２４時間の範囲内で行われるが、１分〜１２時間の範囲内が好ましく、１分〜９時間の範囲内がより好ましい。反応時間が０．５分未満であると、炭素材料のフッ素化が不十分となり、分散媒に対し十分な親和性を示さない場合がある。その一方、反応時間が２４時間を超えてもそれ相応の効果が期待できず、経済性が悪くなるという不都合がある。
フッ素化処理を行う際の圧力条件としては特に限定されず、加圧下、又は減圧下で行ってもよい。経済上、安全上の観点からは、常圧で行う方が好ましい。フッ素化処理を行うための反応容器としては特に限定されず、固定床、流動床等の従来公知のものを採用することができる。
本発明に於いては、フッ素化処理の工程の直後に後処理工程を行ってもよい。後処理工程は、前記処理ガスを不活性ガスに置換して不活性雰囲気下にし、かつ、室温まで前記炭素材料を冷却させる工程である。室温までの冷却は放冷により行ってもよい。また、不活性ガスに置換するため真空排気した後、不活性ガスで大気圧にしてもよい。これにより、フッ素化処理された炭素材料の表面にフッ素ガスが吸着して残存するのを防止する。その結果、フッ素ガスの加水分解によりフッ化水素が副生するのを防止するので、分散液及び分散液の利用に際して不具合が生じることもない。前記不活性ガスとしては特に限定されず、窒素ガス等が挙げられる。
フッ素化処理された炭素材料を分散媒に分散させる工程に於いては、適宜必要に応じて撹拌や、超音波処理を施してもよい。超音波処理は前記炭素材料を分散媒に加えながら行われる。このときの処理条件としては特に限定されず、分散媒に加えられる前記炭素材料の添加量や材料の種類等に応じて適宜設定される。通常は、例えば、２０〜４０ｋＨｚ、８０〜２００Ｗ、０．５分〜２時間の範囲内で行われる。
分散媒に加えられる前記炭素材料の添加量は、当該炭素材料の種類や分散液の使用目的に応じて適宜設定され得る。具体的には、例えば分散液の全重量に対し、０．００１〜２５ｖｏｌ％の範囲内であることが好ましく、０．００１〜１０ｖｏｌ％の範囲内であることがより好ましく、０．００１〜５ｖｏｌ％の範囲内であることが特に好ましい。前記添加量が０．００１ｖｏｌ％未満であると、分散液の容量が過量となるという不都合がある。その一方、２５ｖｏｌ％を超えると、分散液の粘度が高くなり取り扱いが困難であるという不都合がある。
以上の製造方法により得られる炭素材料の分散液は、電界効果トランジスタや、透明導電膜、カーボンとプラスチックの複合体、電解放出素子、センサー、導電性塗料、配線基板などの各種の用途に対し好適に用いることができる。
以下に、この発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施例に記載されている材料や配合量等は、特に限定的な記載がない限り、本発明はそれらのみに限定する趣旨ではない。
（実施例１）
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間の恒温処理を行った。
ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間の恒温処理を行った。
次に、窒素でフッ素ガスを２０ｖｏｌ％に希釈した処理ガスに真空置換し、２０ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流した。更に、チャンバーを８℃／ｍｉｎで１５０℃に昇温して、４時間恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、室温まで放冷して、窒素に真空置換し、多層カーボンナノチューブを取り出した。
処理した多層カーボンナノチューブ中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置（島津製作所ＦＴＩＲ−８２００ＰＣ）、及びＸ線光電子分光分析装置（ＫＲＡＴＯＳ製ＡＸＩＳ−ＨＳｉ）で確認した。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近にピークが、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）にピークが確認された。これらのピークは炭素―フッ素結合に起因する。
処理した多層カーボンナノチューブを電界放射型透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）（日立製作所製、ＨＦ−２０００）で観察を行った画像を図１に示す。同図から分かる通り、多層カーボンナノチューブの外層の層間隔が大きくなっており、多層カーボンナノチューブの外層がフッ素化されていることが確認された。更に、電界放射型走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）（日立製作所製、Ｓ−１４００）、ＴＥＭ観察からカーボンナノチューブの分解によるグラファイト等が生成していないことを確認した。また、処理後、フッ素の導入程度を重量増加で測定し、「ＣＦｘ：ｘ＝フッ素原子数／炭素原子数」で表すと、フッ素化処理された多層カーボンナノチューブのＣＦｘはｘ＝０．１０であった。
（実施例２）
ニッケル容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器をニッケル製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで３５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。
ニッケル容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器をニッケル製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで３５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。
次に、窒素でフッ素ガスを２０ｖｏｌ％に希釈した処理ガスに真空置換し、２０ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流した。更に、チャンバーを８℃／ｍｉｎで３５０℃に昇温して、４時間恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、室温まで放冷して、窒素に真空置換し、多層カーボンナノチューブを取り出した。
処理した多層カーボンナノチューブ中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置、及びＸ線光電子分光分析装置で確認した。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近にピークが、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）にピークが確認された。更に、ＳＥＭで観察を行い、カーボンナノチューブの分解によるグラファイト等が生成していないことを確認した。また、フッ素化処理された多層カーボンナノチューブのＣＦｘはｘ＝０．４９であった。
（実施例３）
ニッケル容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器をニッケル製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで６００℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。
ニッケル容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器をニッケル製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで６００℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。
次に、窒素でフッ素ガスを２０ｖｏｌ％に希釈した処理ガスに真空置換し、２０ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流した。更に、チャンバーを８℃／ｍｉｎで６００℃に昇温して、１０分恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、室温まで放冷して、窒素に真空置換し、多層カーボンナノチューブを取り出した。
処理した多層カーボンナノチューブ中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置、及びＸ線光電子分光分析装置で確認した。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近にピークが、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）にピークが確認された。更に、ＳＥＭで観察を行い、カーボンナノチューブの分解によるグラファイト等が生成していないことを確認した。また、フッ素化処理された多層カーボンナノチューブのＣＦｘはｘ＝０．３２であった。
（実施例４）
ＰＴＦＥ容器（容量５ｍＬ）にグラファイト（５００ｍｇ）を採取し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。
ＰＴＦＥ容器（容量５ｍＬ）にグラファイト（５００ｍｇ）を採取し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。
次に、窒素でフッ素ガスを２０ｖｏｌ％に希釈した処理ガスを真空置換し、２０ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流した。更に、チャンバーを８℃／ｍｉｎで１５０℃に昇温して、４時間恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、室温まで放冷して、窒素に真空置換し、グラファイトを取り出した。
処理したグラファイト中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置、及びＸ線光電子分光分析装置で確認した。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近にピークが、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）にピークが確認された。また、フッ素化処理されたグラファイトのＣＦｘはｘ＝０．１５であった。
（比較例１）
ＰＴＦＥ容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。
ＰＴＦＥ容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を導入し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。
次に、窒素で希釈した０．００５ｖｏｌ％フッ素ガスに真空置換し、０．００５ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流した。更に、チャンバーを８℃／ｍｉｎに１５０℃に昇温して、４時間恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、室温まで放冷して、窒素に真空置換し、多層カーボンナノチューブを取り出した。
処理した多層カーボンナノチューブ中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置、及びＸ線光電子分光分析装置で確認を行った。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近にピークが、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）に弱いピークが確認された。フッ素化処理された多層カーボンナノチューブのＣＦｘはｘ＝０．００５であった。
（比較例２）
ＰＴＦＥ容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を採取し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。
ＰＴＦＥ容器（容量５ｍＬ）に多層カーボンナノチューブ（５００ｍｇ）を採取し、本容器を電解研磨されたＳＵＳ３１６Ｌ製チャンバー（容量３０ｍＬ）に設置した。更に、チャンバー内を窒素に真空置換し、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、２℃／ｍｉｎで２５０℃に昇温して、３時間恒温処理を行った。
室温まで放冷後、窒素で希釈した２０ｖｏｌ％フッ素ガスに真空置換し、２０ｖｏｌ％フッ素を２５ｍＬ／ｍｉｎで流して、２０分恒温処理をした。その後、窒素気流（２０ｍＬ／ｍｉｎ）の下、窒素に真空置換して、多層カーボンナノチューブを取り出した。
処理した多層カーボンナノチューブ中の炭素―フッ素結合を赤外分光分析装置、及びＸ線光電子分光分析装置で確認を行った。赤外分光法（ＫＢｒペレット法）では１１９２．３付近のピーク、Ｘ線光電子分光法ではＣ１ｓ２８９．５ｅＶ（未修飾炭素を２８５．０ｅＶとして帯電補正した。）に弱いピークが確認された。フッ素化処理された多層カーボンナノチューブのＣＦｘはｘ＝０．００３であった。
（比較例３）
本比較例においては、前記実施例１で使用した多層カーボンナノチューブに対し、フッ素化処理を行うことなく使用した。
本比較例においては、前記実施例１で使用した多層カーボンナノチューブに対し、フッ素化処理を行うことなく使用した。
（分散液の製造・分散性評価）
フッ素化処理後の各多層カーボンナノチューブを分散媒に添加し（以下、「初期溶液」という。）、下記表１に示す初期濃度に調製をした。分散媒の種類については、下記表１に示した通りである。これらの分散液を、それぞれ同一の分散媒を用いて１０倍に希釈した後、更に１００倍に希釈した。上記濃度に調製した各分散液に対し、分光光度計を用いて２５０ｎｍにおける吸光度を測定し、濃度校正曲線を作成した。
フッ素化処理後の各多層カーボンナノチューブを分散媒に添加し（以下、「初期溶液」という。）、下記表１に示す初期濃度に調製をした。分散媒の種類については、下記表１に示した通りである。これらの分散液を、それぞれ同一の分散媒を用いて１０倍に希釈した後、更に１００倍に希釈した。上記濃度に調製した各分散液に対し、分光光度計を用いて２５０ｎｍにおける吸光度を測定し、濃度校正曲線を作成した。
一方、前記初期溶液を調製初期と１２０時間静置した後、各初期溶液から１ｍＬを取り出し、これらの溶液を同一の分散媒により１０倍に希釈した。その後、１０倍に希釈した分散液の２５０ｎｍの吸光度を測定し、吸光度を１０倍して濃度校正曲線から各多層カーボンナノチューブの濃度を算出した。その結果を下記表１に示す。
フッ素化処理をした多層カーボンナノチューブの分散液は全て中性であった。これにより、フッ素化処理後の多層カーボンナノチューブには、フッ化水素が副生していないことが確認された。
（評価）
下記表１から分かる通り、各実施例１〜４に係る多層カーボンナノチューブ、グラファイトを分散媒に分散させた分散液においては、各分散液の初期濃度に対する変化量が小さいことが確認された。これにより、各実施例の炭素材料であると、１２０時間経過後であっても沈殿がほとんどなく、良好な分散性を示していることが確認された。その一方、各比較例１及び２に係る多層カーボンナノチューブを分散媒に分散させた分散液においては、各実施例の場合と比較して濃度が低下しており、沈殿が生じていることが確認された。また比較例３では、多層カーボンナノチューブがエタノールに添加した当初から分散しなかった。
下記表１から分かる通り、各実施例１〜４に係る多層カーボンナノチューブ、グラファイトを分散媒に分散させた分散液においては、各分散液の初期濃度に対する変化量が小さいことが確認された。これにより、各実施例の炭素材料であると、１２０時間経過後であっても沈殿がほとんどなく、良好な分散性を示していることが確認された。その一方、各比較例１及び２に係る多層カーボンナノチューブを分散媒に分散させた分散液においては、各実施例の場合と比較して濃度が低下しており、沈殿が生じていることが確認された。また比較例３では、多層カーボンナノチューブがエタノールに添加した当初から分散しなかった。
Claims (9)
- フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させ、その表面がフッ素化処理された炭素材料が分散媒に分散されてなる炭素材料の分散液。
- 前記フッ素化処理された炭素材料は、その表面に炭素−フッ素結合が導入されたものである請求項１に記載の炭素材料の分散液。
- 前記分散媒が極性溶媒である請求項１に記載の炭素材料の分散液。
- 前記炭素材料がカーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンである請求項１又は２に記載の炭素材料の分散液。
- フッ素濃度が０．０１〜１００ｖｏｌ％の処理ガスを、１５０〜６００℃の条件下で炭素材料に接触させて、その表面がフッ素化処理された炭素材料を生成する工程と、前記フッ素化処理された炭素材料を分散媒に分散させる工程とを含む炭素材料の分散液の製造方法。
- 前記炭素材料にフッ素化処理をした後、前記処理ガスを不活性ガスに置換して不活性雰囲気下にし、更に前記フッ素化処理後の炭素材料を室温まで冷却させる工程を行う請求項５に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
- 前記フッ素化処理は、前記炭素材料の表面に対し炭素−フッ素結合を導入するものである請求項５又は６に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
- 前記分散媒として極性溶媒を使用する請求項５〜７の何れか１項に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
- 前記炭素材料として、カーボンナノチューブ、カーボンナノコイル、フラーレン、グラファイト、カーボンブラック、ダイヤモンドライクカーボン、炭素繊維又は非晶質カーボンを使用する請求項５〜８の何れか１項に記載の炭素材料の分散液の製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008328369 | 2008-12-24 | ||
| JP2008328369 | 2008-12-24 | ||
| PCT/JP2009/071158 WO2010074000A1 (ja) | 2008-12-24 | 2009-12-18 | 炭素材料の分散液、及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2010074000A1 true JPWO2010074000A1 (ja) | 2012-06-14 |
| JP5946242B2 JP5946242B2 (ja) | 2016-07-06 |
Family
ID=42287610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010544043A Active JP5946242B2 (ja) | 2008-12-24 | 2009-12-18 | 炭素材料の分散液、及びその製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9296613B2 (ja) |
| EP (1) | EP2377814B1 (ja) |
| JP (1) | JP5946242B2 (ja) |
| KR (2) | KR20110098967A (ja) |
| CN (1) | CN102264640B (ja) |
| BR (1) | BRPI0923549A2 (ja) |
| WO (1) | WO2010074000A1 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5894755B2 (ja) * | 2011-09-30 | 2016-03-30 | 三菱マテリアル株式会社 | フッ素化カーボンナノファイバーの製造方法およびフッ素化カーボンナノファイバー含有物の製造方法 |
| KR101262998B1 (ko) * | 2012-02-02 | 2013-05-09 | 한국과학기술원 | 탄소나노시트의 분산방법 |
| EP2969175A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-01-20 | The Royal Institution for the Advancement of Learning / McGill University | Nanofluid with nanoparticle-decorated multiwall carbon nanotubes and method of preparation thereof |
| JP2016204398A (ja) * | 2013-10-03 | 2016-12-08 | 東洋炭素株式会社 | 無機顔料粒子及びその製造方法 |
| WO2015070351A1 (en) | 2013-11-14 | 2015-05-21 | The Royal Institute For The Advancement Of Learning / Mc Gill University | Bionanofluid for use as a contrast, imaging, disinfecting and/or therapeutic agent |
| JP6164067B2 (ja) * | 2013-11-29 | 2017-07-19 | 日本ゼオン株式会社 | カーボンナノチューブ及びその分散液、並びに自立膜及び複合材料 |
| JP6565641B2 (ja) * | 2014-12-02 | 2019-08-28 | 大日本印刷株式会社 | 薄片状黒鉛、黒鉛材料、及び薄片状黒鉛分散液 |
| KR102415010B1 (ko) * | 2014-12-16 | 2022-07-01 | 스텔라 케미파 가부시키가이샤 | 질소 함유 탄소 재료 및 그 제조 방법 |
| RU2676287C1 (ru) * | 2015-04-22 | 2018-12-27 | Стелла Кемифа Корпорейшн | Сетчатая структура углеродного материала и способ для ее производства |
| US11964871B2 (en) * | 2016-04-27 | 2024-04-23 | Stella Chemifa Corporation | Immobilized product and method for producing same |
| JP7092306B2 (ja) * | 2016-12-06 | 2022-06-28 | 国立大学法人東北大学 | 炭素材料、その製造方法及び電子放出材料 |
| CN113594404B (zh) * | 2021-07-29 | 2022-06-24 | 贵州梅岭电源有限公司 | 一种一体化氟化碳正极的制备方法 |
Family Cites Families (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE703624A (ja) * | 1966-10-24 | 1968-02-01 | ||
| US3929918A (en) * | 1972-10-06 | 1975-12-30 | Ozark Mahoning Co | Synthesis of fluorographite |
| JPH0730189B2 (ja) * | 1987-09-07 | 1995-04-05 | 三菱マテリアル株式会社 | 有機高分子材料の表面処理方法 |
| JPH02170801A (ja) * | 1988-12-23 | 1990-07-02 | Tosoh Corp | オレフィン系重合体のオキソフッ素化方法 |
| JPH0368664A (ja) * | 1989-08-09 | 1991-03-25 | Mitsubishi Materials Corp | 表面を改質した炭素系黒色粉末及びその製造方法 |
| JP3068664B2 (ja) | 1991-06-27 | 2000-07-24 | キヤノン株式会社 | ファクシミリ装置及び該ファクシミリ装置における画像格納方法 |
| JPH0680923A (ja) * | 1992-08-31 | 1994-03-22 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | 改質炭素を含む記録材料 |
| JP3559569B2 (ja) * | 1992-09-01 | 2004-09-02 | キヤノン株式会社 | インクジェット用記録液及びこれを用いるインクジェット記録方法並びにインクジェット記録装置 |
| US5712062A (en) * | 1992-11-06 | 1998-01-27 | Daikin Industries, Ltd. | Carbon fluoride particles, preparation process and uses of the same |
| JP3518586B2 (ja) | 1998-08-25 | 2004-04-12 | 大研化学工業株式会社 | カーボンナノチューブ精製方法およびその装置 |
| JP3049019B2 (ja) | 1998-09-11 | 2000-06-05 | 双葉電子工業株式会社 | 単層カーボンナノチューブの皮膜を形成する方法及びその方法により皮膜を形成された単層カーボンナノチューブ |
| US6835366B1 (en) | 1998-09-18 | 2004-12-28 | William Marsh Rice University | Chemical derivatization of single-wall carbon nanotubes to facilitate solvation thereof, and use of derivatized nanotubes |
| ATE440073T1 (de) * | 1998-09-18 | 2009-09-15 | Univ Rice William M | Chemische derivatisierung von einwandigen kohlenstoffnanoríhren um ihre solvatation zu erleichtern und verwendung derivatisierter nanoríhren |
| US7252812B2 (en) | 1998-09-18 | 2007-08-07 | Mary Lou Margrave, legal representative | High-yield method of endohedrally encapsulating species inside fluorinated fullerene nanocages |
| US7122710B2 (en) * | 2002-04-08 | 2006-10-17 | Wiiliam Marsh Rice University | Fluorination of polymeric C60 |
| KR100657351B1 (ko) * | 2003-05-28 | 2006-12-14 | 삼성코닝 주식회사 | 탄소 나노구조체의 분산 방법 |
| JP3837567B2 (ja) * | 2004-01-16 | 2006-10-25 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | カーボンナノチューブおよびその製造方法 |
| TW200535183A (en) * | 2004-03-31 | 2005-11-01 | Stella Chemifa Corp | Carbon nanotubes aggregate, method for forming same, and biocompatible material |
| JP2008019101A (ja) * | 2006-07-10 | 2008-01-31 | Fujifilm Corp | 表面修飾された炭素材料およびその製造方法 |
-
2009
- 2009-12-18 US US13/142,237 patent/US9296613B2/en active Active
- 2009-12-18 BR BRPI0923549A patent/BRPI0923549A2/pt not_active IP Right Cessation
- 2009-12-18 CN CN200980152618.7A patent/CN102264640B/zh active Active
- 2009-12-18 JP JP2010544043A patent/JP5946242B2/ja active Active
- 2009-12-18 KR KR1020117017374A patent/KR20110098967A/ko active Application Filing
- 2009-12-18 WO PCT/JP2009/071158 patent/WO2010074000A1/ja active Application Filing
- 2009-12-18 KR KR1020167032685A patent/KR101773737B1/ko active IP Right Grant
- 2009-12-18 EP EP09834801.4A patent/EP2377814B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101773737B1 (ko) | 2017-08-31 |
| CN102264640B (zh) | 2014-09-10 |
| KR20110098967A (ko) | 2011-09-02 |
| US9296613B2 (en) | 2016-03-29 |
| CN102264640A (zh) | 2011-11-30 |
| KR20160138319A (ko) | 2016-12-02 |
| JP5946242B2 (ja) | 2016-07-06 |
| EP2377814B1 (en) | 2019-06-26 |
| BRPI0923549A2 (pt) | 2016-01-26 |
| EP2377814A4 (en) | 2014-11-05 |
| EP2377814A1 (en) | 2011-10-19 |
| WO2010074000A1 (ja) | 2010-07-01 |
| US20110253945A1 (en) | 2011-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5946242B2 (ja) | 炭素材料の分散液、及びその製造方法 | |
| Atif et al. | Reasons and remedies for the agglomeration of multilayered graphene and carbon nanotubes in polymers | |
| JP5875622B2 (ja) | 混和性が増大した複合炭素素材及びその連続的な製造方法、並びにその装置 | |
| US9162896B2 (en) | Method for making polymer composites containing graphene sheets | |
| EP2580158B1 (en) | Functionalised graphene | |
| Kuila et al. | Preparation of water-dispersible graphene by facile surface modification of graphite oxide | |
| TWI434904B (zh) | 透明導電膜、透明電極基板及使用它之液晶配向膜之製法、以及碳奈米管及其製法 | |
| KR101883023B1 (ko) | 향상된 용해도를 나타내는 작용기화된 탄소 나노튜브 및 상기 나노튜브를 제조하는 방법 | |
| JP6034737B2 (ja) | 表面官能化ナノ結晶セルロースを含む強化含フッ素ポリマー複合体を調製するための方法 | |
| WO2018168346A1 (ja) | 表面処理された炭素ナノ構造体の製造方法 | |
| JP3837557B2 (ja) | カーボンナノチューブ分散溶液およびその製造方法 | |
| TW201829599A (zh) | 複合樹脂材料和成型品 | |
| Preston et al. | Scalable nanomanufacturing of surfactant-free carbon nanotube inks for spray coatings with high conductivity | |
| Manivannan et al. | Fabrication and effect of post treatment on flexible single-walled carbon nanotube films | |
| JP4182214B2 (ja) | カーボンナノチューブ分散極性有機溶媒 | |
| Zhuang et al. | Synthesis of acid-soluble graphene and its use in producing a reduced graphene oxide–poly (benzobisoxazole) composite | |
| TWI816861B (zh) | 密封材 | |
| Zhang et al. | Helical polysilane wrapping onto carbon nanotube: preparation, characterization and infrared emissivity property study | |
| WO2012056184A2 (fr) | Méthode de purification de nanotubes de carbone | |
| JP4761183B2 (ja) | カーボンナノチューブ分散ポリイミドおよびその製造方法 | |
| Xu et al. | Effects of surface modification of MWCNT on the mechanical and electrical properties of fluoro elastomer/MWCNT nanocomposites | |
| JP2013083034A (ja) | カーボンナノファイバーおよびその分散液と組成物 | |
| Chen et al. | Ozonolysis of functionalized single-walled carbon nanotubes | |
| Khabashesku¹ et al. | Confined tubular carbon nanostructures for nanoreactors and synthons | |
| Kim | Purification and Preparation of Single-Walled Carbon Nanotube Films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120711 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120725 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20130927 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20131002 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130930 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140228 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140428 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140820 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141020 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150113 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150410 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20150420 |
|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20150529 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160413 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160531 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5946242 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |