JPWO2010084721A1 - ナノカーボン複合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、炭素繊維質物製造装置が記載されている。この炭素繊維質物製造装置に用いられている触媒金属は、加熱によりシンタリング(凝集)を引き起こし、金属粒子同士が合体し、その粒径が拡大してしまう恐れを有していた。これにより、触媒金属の粒径にバラツキが生じ、この触媒金属から形成されるカーボンナノチューブの直径を制御することが困難であった。
カーボンナノホーンを触媒担持体として用い、気相流動成長法により、該触媒担持体からカーボンナノチューブを成長させてナノカーボン複合体を得る、ナノカーボン複合体の製造方法が提供される。
縦型炉心管と、
前記縦型炉心管を加熱する加熱手段と、
カーボンナノホーンを触媒担持体として用い、該触媒担持体および炭素源を前記縦型炉心管に供給する原料供給手段と、
キャリアガスを前記縦型炉心管に供給するキャリアガス供給手段と、を備え、
前記加熱手段を用いて前記縦型炉心管を加熱した状態で、前記原料供給手段および前記キャリアガス供給手段を用いて前記触媒担持体、前記炭素源および前記キャリアガスを、前記縦型炉心管の内部を流通させ、前記触媒担持体から前記カーボンナノチューブを気相流動成長させてナノカーボン複合体を得る、ナノカーボン複合体製造装置が提供される。
電気炉120は、縦型炉心管110を加熱し、縦型炉心管110の内部の温度を昇温させる。電気炉120には、電気炉120の発熱温度を制御するための制御部122が設けられている。
本実施の形態におけるナノカーボン複合体の製造方法は、以下の工程を含むものである。
カーボンナノホーンを触媒担持体として準備する工程(S100)。
気相流動成長法により、該触媒担持体からカーボンナノチューブを成長させる工程(S102)。
ナノカーボン複合体を回収する工程(S104)。
図3に、触媒担持カーボンナノホーン集合体5の模式図を示し、図2に、カーボンナノホーン集合体2の模式図を示す。
(a)カーボンナノホーン集合体2を作製する工程
国際公開第2004/103902の段落0024〜0029、国際公開第2004/103901号公報の段落0008〜0011等に開示された公知の方法により、カーボンナノホーン集合体2を作製する。
(b)カーボンナノホーン集合体2に触媒を担持する工程
本実施の形態では、最初に未処理カーボンナノホーンまたは、酸化処理により開孔したカーボンナノホーンに、金属等の触媒粒子4を担持させる方法等を用いて、カーボンナノホーン集合体2に触媒粒子4を担持させる。
以上により、ナノカーボン複合体の合成が終了する。
本実施の形態において、カーボンナノホーンを触媒担持体として用い、気相流動成長法により、この触媒担持カーボンナノホーン集合体5の触媒上からカーボンナノチューブ9を成長させたナノカーボン複合体10を得ることができる。
(カーボンナノホーンの開孔処理及び金属内包)
カーボンナノホーン(NH)の開孔処理は、乾燥空気中で500℃まで1℃/minで昇温し、その後自然放冷した(NHox)。このときの、流量は、200ml/minで行った。次に、酢酸鉄(50mg)と開孔処理カーボンナノホーン(50mg)をエタノール溶液20ml中で混合し、室温で約24時間攪拌した。その後、フィルターを使って2回ろ過した後、24時間真空乾燥を行い、含まれている溶媒などを蒸発させて完全に取り除き、酢酸鉄担持NHoxを作製した(以下、Fe@NHoxという)。この時の触媒の担持率は、15%であった。
Fe@NHoxのG/D比は0.5〜1であり、本実施例で得られたナノカーボン複合体のG/D比は1.5〜200であった。
Fe@NHoxの担持率を変更するために、酢酸鉄(100mg)と開孔処理カーボンナノホーン(50mg)をエタノール溶液20ml中で混合し、室温で約24時間攪拌した。その後、フィルターを使って2回ろ過した後、24時間真空乾燥を行い、含まれている溶媒などを蒸発させて完全に取り除いた。その結果担持率は、35%となり触媒量が増加した。TEMで観察した結果、触媒サイズが大きくなっていることが分かった。上記と同様の条件で電気炉内においてカーボンナノチューブを気相流動成長させた。この結果、二層カーボンナノチューブが多く生成し、多層カーボンナノチューブも含まれていた。また上記条件で、1時間連続運転した結果、2.5gのナノカーボン複合体を合成することができた。
第1の実施例と同様の実験をキャリアガスの流速を変更して行った。この時キャリアガスは、20SLMで流した。下部で回収したサンプルをSEMで観察した結果、カーボンナノチューブの長さが短くなることが分かり、キャリアガスの流速の増加で電気炉内での成長時間が短くなり、カーボンナノチューブの長さが短くなることが分かった。
触媒担持カーボンナノホーン集合体のトルエンに対する濃度を5mg/mlに変更して、第1の実施例と同様の実験を行った。下部で回収したサンプルをSEMで観察した結果、触媒担持カーボンナノホーン集合体上から成長したカーボンナノチューブの量が約2倍になることが分かった。
この出願は、平成21年1月20日に出願された日本特許出願特願2009−010401を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
Claims (12)
- カーボンナノホーンを触媒担持体として用い、気相流動成長法により、該触媒担持体からカーボンナノチューブを成長させてナノカーボン複合体を得る、ナノカーボン複合体の製造方法。
- 縦型炉心管と、前記縦型炉心管を加熱する加熱手段と、を備えるカーボンナノチューブ成長装置を用い、
前記カーボンナノホーンとして、カーボンナノホーン集合体を用い、前記加熱手段により前記縦型炉心管を加熱した状態で、前記触媒担持体、炭素源およびキャリアガスを、前記縦型炉心管の内部に流通させ、前記カーボンナノチューブを気相流動成長させることを特徴とする、請求項1に記載のナノカーボン複合体の製造方法。 - 前記触媒担持体、前記炭素源および前記キャリアガスを、前記縦型炉心管の上部から下部へ流通させる、請求項2に記載のナノカーボン複合体の製造方法。
- 前記カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、および多層カーボンナノチューブからなる群から選択される少なくとも一種以上を含む、請求項1から3のいずれかに記載のナノカーボン複合体の製造方法。
- 前記縦型炉心管に前記触媒担持体と前記炭素源とを導入する際、前記キャリアガス雰囲気下で、前記触媒担持体と前記炭素源とを均一な分散状態で噴霧する、請求項2から4のいずれかに記載のナノカーボン複合体の製造方法。
- 前記縦型炉心管に前記キャリアガスを導入する際、前記キャリアガスの流速を変化させて、前記カーボンナノチューブの成長速度を調整する、請求項2から5のいずれかに記載のナノカーボン複合体の製造方法。
- 前記縦型炉心管の中心軸方向の前記加熱手段の長さを変化させて、前記カーボンナノチューブの長さを調整する、請求項2から6のいずれかに記載のナノカーボン複合体の製造方法。
- 前記加熱手段による加熱温度は、350℃以上である、請求項2から7のいずれかに記載のナノカーボン複合体の製造方法。
- 前記加熱手段による加熱温度は、1500℃以下である、請求項2から8のいずれかに記載のナノカーボン複合体の製造方法。
- 前記触媒担持体は、触媒粒子が前記カーボンナノホーンの円錐部の外側面上、前記円錐部の内部、前記円錐部の下端部分、および前記円錐部の先端部分のいずれかに担持されている、請求項1から9のいずれかに記載のナノカーボン複合体の製造方法。
- 前記触媒粒子は、Fe、Ni、Co、Pt、Au、Cu、Mo、W、Mg、これらの化合物、およびこれらの合金からなる群から選択される少なくとも一種以上を含む、請求項10に記載のナノカーボン複合体の製造方法。
- 縦型炉心管と、
前記縦型炉心管を加熱する加熱手段と、
カーボンナノホーンを触媒担持体として用い、該触媒担持体および炭素源を前記縦型炉心管に供給する原料供給手段と、
キャリアガスを前記縦型炉心管に供給するキャリアガス供給手段と、を備え、
前記加熱手段を用いて前記縦型炉心管を加熱した状態で、前記原料供給手段および前記キャリアガス供給手段を用いて前記触媒担持体、前記炭素源および前記キャリアガスを、前記縦型炉心管の内部を流通させ、前記触媒担持体からカーボンナノチューブを気相流動成長させてナノカーボン複合体を得る、ナノカーボン複合体製造装置。
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