JPWO2018159001A1 - ナノカーボンの分離方法 - Google Patents

Abstract

本発明のナノカーボンの分離方法は、比重の異なる複数の液体であって、複数の液体の少なくとも１つが性質の異なるナノカーボンの混合物が分散した分散液である複数の液体を用意する工程と、液体の比重が重力方向の下から上へ向かって減少するように、電気泳動槽へ複数の液体を順次注入する工程と、電気泳動槽の上部と下部とに配置された電極に直流電圧を印加することで、ナノカーボンの混合物の一部を上部に配置された電極側に移動させ、ナノカーボンの混合物の他方を下部に配置された電極側に移動させて分離する工程と、を有する。

Description

本発明は、ナノカーボンの分離方法に関する。
本願は、２０１７年２月２８日に出願されたＰＣＴ／ＪＰ２０１７／００７７５３に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、ナノメートル領域のサイズを有する炭素材料（以下、ナノカーボン）が、その機械的特性、電気的特性、化学的特性等から様々な分野への適用が期待されている。
ナノカーボンでは、製造の段階で性質の異なるナノカーボンが同時に生成される場合がある。電気的特性の異なるナノカーボンが混合した状態で電子材料として用いた場合、特性の低下などの問題を引き起こす可能性がある。そこで、性質の異なるナノカーボンを分離することが必要となる。

ナノカーボンを分離するために、特許文献１には、異なる複数の電荷を持つナノカーボンミセル群に分散した、ナノカーボン材料の分散溶媒と、該ナノカーボン材料と異なる比重を持つ保持溶液とを、電気泳動槽内に所定の方向に積層して注入配置する工程と、該積層して注入配置した分散溶液と保持溶液に、直列方向に電圧を印加することにより、該ナノカーボンミセル群を２以上のナノカーボンミセル群に分離する工程と、を含むナノカーボン材料分離方法が記載されている。

国際公開第２０１０／１５０８０８号

しかし、特許文献１に記載の分離方法では分離の効率に課題があった。すなわち、特許文献１に記載の分離方法では分離に時間を要した。
本発明は、性質の異なるナノカーボンの分離において、分離効率を向上させる、または分離に要する時間を短縮する、ナノカーボンの分離方法を提供することを目的とする。

本発明のナノカーボンの分離方法は、
比重の異なる複数の液体であって、前記複数の液体の少なくとも１つが性質の異なるナノカーボンの混合物が分散した分散液である前記複数の液体を用意する工程と、
液体の比重が重力方向の下から上へ向かって減少するように、電気泳動槽へ前記複数の液体を順次注入する工程と、
前記電気泳動槽の上部と下部とに配置された電極に直流電圧を印加することで、前記ナノカーボンの混合物の一部を上部に配置された前記電極側に移動させ、前記ナノカーボンの混合物の他方を下部に配置された前記電極側に移動させて分離する工程と、を有する。

本発明によれば、性質の異なるナノカーボンの分離において、分離効率を向上させることができる。または、本発明によれば、性質の異なるカーボンナノホーンの分離において、分離に要する時間を短縮することができる。

第１の実施形態に係る分離装置の一例を示す概略図である。 第１の実施形態に係る分離方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る分離装置の変形例を示す概略図である。 第１の実施形態に係る分離装置の他の変形例を示す概略図である。 第１の実施形態に係る分離装置の他の変形例を示す概略図である。 第２の実施形態に係る分離装置の一例を示す概略図である。 実施例１に係る電気泳動条件の一例を示す概略図である。 図７Ａと比較する電気泳動条件を示す概略図である。 図７Ａの例において電気泳動の前後における試料移動状態を示す写真である。 図７Ｂの例において電気泳動の前後における試料移動状態を示す写真である。 図７Ａの例における分離後試料の吸収スペクトルである。 図７Ｂの例における分離後試料の吸収スペクトルである。 図７Ａの例における分離後試料のＲＢＭ領域ラマンスペクトルである。 図７Ｂの例における分離後試料のＲＢＭ領域ラマンスペクトルである。 図７Ａの例における分離後試料のグラフであり、（Ａ）は屈折率分布、（Ｂ）は泳動電流および印加電圧を示す。 図７Ｂの例における分離後試料のグラフであり、（Ａ）は屈折率分布、（Ｂ）は泳動電流および印加電圧を示す。 実施例２に係る電気泳動条件の他の一例を示す概略図である。 図１３Ａと比較する電気泳動条件を示す概略図である。 図１３Ａの例において電気泳動の前後における試料移動状態を示す写真である。 図１３Ｂの例において電気泳動の前後における試料移動状態を示す写真である。 図１３Ａの例における分離後試料のグラフであり、（Ａ）は屈折率分布、（Ｂ）は泳動電流および印加電圧を示す。 図１３Ｂの例における分離後試料のグラフであり、（Ａ）は屈折率分布、（Ｂ）は泳動電流および印加電圧を示す。 実施例３に係る電気泳動条件の他の一例において、電気泳動の前後における試料移動状態を示す写真である。 実施例４に係る電気泳動条件の他の一例を示す概略図である。 図１８Ａと比較する電気泳動条件を示す概略図である。 図１８Ａの例において電気泳動の前後における試料移動状態を示す写真である。 図１８Ｂの例において電気泳動の前後における試料移動状態を示す写真である。 図１８Ａの例における分離後試料のグラフであり、（Ａ）は屈折率分布、（Ｂ）は泳動電流および印加電圧を示す。 図１８Ｂの例における分離後試料のグラフであり、（Ａ）は屈折率分布、（Ｂ）は泳動電流および印加電圧を示す。 図１８Ａの例における分離後試料のグラフであり、（Ａ）は吸収スペクトル、（Ｂ）はフラクション依存性を示す。 電気泳動時の経過時間に対する分散液の界面活性剤の密度分布の変化を示すグラフである。 実施例５において、分離操作後の単層カーボンナノチューブ分散液の吸収スペクトルを示す図である。 実施例６において、電気泳動槽における、分離操作前の溶液の層構造を示す図である。 実施例６において、電気泳動槽における、分離操作後の溶液の層構造を示す図である。 実施例６において、分離操作後の単層カーボンナノチューブ分散液の吸収スペクトルを示す図である。 実施例６において、分離操作後の単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度を示す図である。 実施例６において、分離操作後の溶液のラマンスペクトルを示す図である。 参考例１において、界面活性剤の濃度と溶液の密度との関係を示すグラフである。 参考例２において、界面活性剤の濃度と溶液の密度との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本実施形態に係るナノカーボンの分離方法について説明する。
本実施形態において、ナノカーボン材料とは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノツイスト、グラフェン、フラーレンなどを含めた主に炭素により構成されている炭素材料を意味する。ナノカーボンの一例として、単層カーボンナノチューブを包含する分散液から半導体型を持つ単層カーボンナノチューブと、金属型を持つ単層カーボンナノチューブと、を分離する場合について詳述する。

（１）単層ナノカーボンチューブ
単層カーボンナノチューブは、チューブの直径、巻き方によって金属型と半導体型という２つの異なる性質に分かれることが知られている。現在知られている製造方法を用いて単層カーボンナノチューブを合成すると、金属的な性質を有する単層カーボンナノチューブ（以下、「金属型の単層カーボンナノチューブ」と記す。）と半導体的な性質を有する単層カーボンナノチューブ（以下、「半導体型の単層カーボンナノチューブ」と記す。）が統計的に１：２の割合で含まれる単層カーボンナノチューブの混合材料が得られる。

なお、以下では、金属型の単層カーボンナノチューブと半導体型の単層カーボンナノチューブとが混合した単層カーボンナノチューブを、単層カーボンナノチューブ混合物と記す。単層カーボンナノチューブ混合物は、金属型の単層カーボンナノチューブと半導体型の単層カーボンナノチューブとを含むものであれば特に制限されない。また本実施形態における単層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ単体であってもよいし、一部の炭素が任意の官能基で置換された単層カーボンナノチューブや、任意の官能基で修飾された単層カーボンナノチューブであってもよい。
以降では、単層カーボンナノチューブ混合物が分散媒に分散した分散液を、半導体型を持つ単層カーボンナノチューブと、金属型を持つ単層カーボンナノチューブと、に分離する一例について詳述する。

（２）単層カーボンナノチューブ混合物の分散液
本実施形態における単層カーボンナノチューブ混合物の分散液（以下、「単層カーボンナノチューブ分散液」と記す。）は、単層カーボンナノチューブ混合物が分散媒に分散した液体である。分散液の分散媒には、水もしくは重水を用いることが好適である。しかし、単層カーボンナノチューブを分散させることができる分散媒であれば、有機溶媒、イオン液体などの分散媒を用いても良い。分散媒中に単層カーボンナノチューブ混合物を分散させる補助材料として、非イオン性界面活性剤、陽イオン性界面活性剤、陰イオン性界面活性剤、その他の分散補助剤などを用いてもよい。特に、非イオン性界面活性剤を用いることが好適である。非イオン性界面活性剤については後述する。分散液の調製方法についても後述する。

［第１の実施形態］
（分離装置）
次に、本実施形態のナノカーボンの分離方法において用いられる分離装置について説明する。
図１は、本実施形態のナノカーボンの分離方法において用いられる分離装置の一例を示す概略図である。
本実施形態の分離装置１は、Ｉ字型（縦型）構造を有する電気泳動槽１０と、電気泳動槽１０内の上部に配置された電極２０と、電気泳動槽１０内の下部に配置された電極３０と、電気泳動槽１０内に液体を注入する注入口４０と、液体を電気泳動槽１０から回収する回収口５０と、を有する。

電気泳動槽１０は、液体を収容可能な空間を有する。電気泳動槽１０内に分離対象である単層カーボンナノチューブ分散液を注入し、カーボンナノチューブ混合物の分離を行う。電気泳動槽１０の材質は、絶縁性の材質であればよい。例えば、電気泳動槽１０の材質として、ガラス、石英、アクリル樹脂等を用いることができる。
Ｉ字型構造の電気泳動槽１０は、中空管形状を有する容器である。Ｉ字型構造の電気泳動槽１０は、上端に開口を有する。Ｉ字型構造の電気泳動槽１０の下端は閉じられており、容器の底になっている。
Ｉ字型構造の電気泳動槽１０は、長手方向が水平面に立設される。
また、後述するＵ字型構造の電気泳動槽１０は、中空管の該両端が、一方向に揃って延びるように曲げられた形状を有する容器である。Ｕ字型構造の電気泳動槽１０は、一方向に揃って延びる両端に開口を有する。曲げられた部分は、容器の底になっている。
Ｕ字型構造の電気泳動槽１０は、一方向に揃って延びる両端が水平面に対し上に延びるように立設される。

電極２０と電極３０とに電圧を印加すると、単層カーボンナノチューブ混合物が、金属型の単層カーボンナノチューブと、半導体型のカーボンナノチューブと、に分離する。金属型の単層カーボンナノチューブは、陰極近傍に集まる。一方、半導体型の単層カーボンナノチューブは陽極近傍に集まる。このため、電極２０及び電極３０を、電気泳動槽１０の上端部と下端部とに配置することが望ましい。電気泳動槽１０の下部に陽極を配置し、電気泳動槽１０の上部に陰極を配置することがより好ましい。電極３０を陽極、電極２０を陰極とした場合、電界Ｚが電気泳動槽１０の下方から上方へ向かう。一方、電気泳動槽１０の下部に配置された電極３０を陰極、電気泳動槽１０の上部に配置された電極２０を陽極とした場合、電界Ｚが電気泳動槽１０の上方から下方へ向かう。ここで、上下とは、分離装置１を使用可能な状態で設置した場合での、重力方向の上を上、重力方向の下を下と示す。電極２０、３０の材料は、白金などを用いることができる。

注入口４０は、電気泳動槽１０内に液体を注入するための開口である。本実施形態における注入口４０は電気泳動槽１０の上端に設けられた開口である。
回収口５０は、液体を電気泳動槽１０から回収するための開口である。回収口５０は電気泳動槽１０の下端に設けてもよい。回収口５０を複数有する場合、それぞれの回収口は電極２０、３０の近傍に設けることが好ましい。分離された金属型の単層カーボンナノチューブは陰極近傍に移動し、半導体型の単層カーボンナノチューブは陽極近傍に移動するので、移動した単層カーボンナノチューブを効率的に回収することができる。

図１に示す一例では注入口４０と回収口５０とを有する構成を示したが、分離装置１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、注入口４０は、回収口５０を兼ねてもよい。

（ナノカーボンの分離方法）
次に、本実施形態に係るナノカーボンの分離方法を説明する。図２は、本実施形態における分離方法のフローチャートである。

まず、第１のステップ（Ｓ１）では、互いに比重の異なる複数の液体を準備する。複数の液体のうち少なくとも１つは、単層カーボンナノチューブ分散液である。比重の異なる複数の液体は、所定の溶質が所定の溶媒に含有された液体である。所定の溶質としては、例えば、界面活性剤を用いることができる。また、所定の溶媒としては、水または重水を用いることが好適である。さらに、分散液の分散媒には、水と重水の混合液を用いることもできる。溶質である界面活性剤の濃度を調整することによって、比重の調製ができる。例えば、分散媒に重水を、溶質として界面活性剤、具体的には、非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｓ１００［商品名］、シグマアルドリッチ社製）を用いることができる。この場合、室温（２５℃）においてＢｒｉｊ Ｓ１００の１ｗｔ％重水溶液は、Ｂｒｉｊ Ｓ１００の０．５ｗｔ％重水溶液よりも比重が大きくなる。

次に、単層カーボンナノチューブ分散液を得る方法は特に限定されず、既知の方法を適用することができる。例えば、単層カーボンナノチューブ混合物と分散媒を混合し、超音波処理を行うことで単層カーボンナノチューブ混合物を分散媒に分散させる。または、機械的なせん断力により単層カーボンナノチューブを分散媒に分散させることもできる。単層カーボンナノチューブ分散液は、単層カーボンナノチューブ混合物と分散媒との他に界面活性剤等の分散補助剤を含んでもよい。

次に、第２のステップ（Ｓ２）では、液体の比重が重力方向の下から上へ向かって減少するように、第１のステップで準備した液体を電気泳動槽１０へ注入する。その際、液体が単層カーボンナノチューブを含むか否かに拘わらない。
具体的には、準備した液体のうち、比重が最大の液体を電気泳動槽１０へ注ぐ。次に、準備した液体のうち２番目に比重が大きい液体を電気泳動槽１０へ注ぐ。以下、比重の大きい液体から順に電気泳動槽１０へ注ぐ。これにより、電気泳動槽中に、液体の比重が重力方向の下から上へ向かって減少する比重勾配を形成することができる。液体は、例えば、ピペットを用いて静かに注げばよい。

第３のステップ（Ｓ３）では、電気泳動槽へ直流電圧を印加する。液体中に分散したカーボンナノチューブ混合物のうち金属型の単層カーボンナノチューブが陰極近傍に移動し、半導体型の単層カーボンナノチューブが陽極側に移動する。この結果、液体中に分散したカーボンナノチューブ混合物を金属型と半導体型とに分離することができる。非イオン性界面活性剤が溶解した液体を用いる場合、金属型の単層カーボンナノチューブは液体中で正電荷を帯び、半導体型の単層カーボンナノチューブは極めて弱い負電荷を持つ。また、電圧印加後には、半導体型の単層カーボンナノチューブは金属型の単層カーボンナノチューブに比べ比重が大きくなる傾向にある。この比重の差によって生じる移動力と、電界と電荷とにより生じる電気泳動力と、の合力により単層カーボンナノチューブ混合物が金属型と半導体型とに分離される。

印加する電圧は、分散媒の組成及び単層カーボンナノチューブ混合物の電荷量により最適な値を決定する必要がある。水及び重水などを分散媒として用いた場合、最も離れた電極間に加える印加電圧は０Ｖより大きく、１０００Ｖ以下（０〜１０００Ｖ）の間の任意の値とすることが可能である。特に水・重水では電気分解の効果を抑えるため、０Ｖより大きく、１２０Ｖ以下（０〜１２０Ｖ）の範囲において電圧を印加することが望ましい。

最後に、第４のステップ（Ｓ４）では、分離後の液体を回収する。電圧を印加した状態で、回収口５０から回収を行う。なお、回収はそれぞれの試料を拡散混合しないならば、どのような手段を用いても良い。例えば、電圧の印加をやめ、静かにピペットにより、例えば、１ｍＬ毎に吸い出す方法、分離流路に対して仕切り板を挿入し各ブロックの液体を回収する方法を用いてもよい。

以上により、単層カーボンナノチューブ混合物を、金属型の単層カーボンナノチューブと、半導体型の単層カーボンナノチューブと、に分離することができる。なお、第４のステップで得た回収液を用いて、第１のステップから第４のステップを繰り返し実行してもよい。繰り返し行うことにより、金属型の単層カーボンナノチューブおよび半導体型の単層カーボンナノチューブの純度を向上させることができる。

なお、以上では単層カーボンナノチューブ混合物を、金属型の単層カーボンナノチューブと、半導体型の単層カーボンナノチューブと、に分離する一例について説明したがこれに限定されるものではない。例えば、電気泳動槽１０内で分離させた後、目的の性質を持つ単層カーボンナノチューブのみを回収する、単層カーボンナノチューブの精製方法として行ってもよい。

回収した試料の分離効率は、顕微Ｒａｍａｎ分光分析法（Ｒａｄｉａｌ Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ（ＲＢＭ）領域のＲａｍａｎスペクトルの変化、Ｂｒｅｉｔ−Ｗｉｇｎｅｒ−Ｆａｎｏ（ＢＷＦ）領域のＲａｍａｎスペクトル形状の変化）、及び紫外可視近赤外吸光光度分析法（吸収スペクトルのピーク形状の変化）などの手法により評価することができる。また、単層カーボンナノチューブの電気的特性について評価することによっても分離効率を評価することが可能である。例えば、電界効果トランジスタを作製して、そのトランジスタ特性を測定することによって試料の評価を行うことができる。

上記の説明では非イオン性界面活性剤としてポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｓ１００［商品名］、シグマアルドリッチ社製）を用いる例を説明した。しかし、非イオン性界面活性剤はこれに限定されるものではない。

非イオン性界面活性剤として、イオン化しない親水性部位とアルキル鎖など疎水性部位で構成されている非イオン性界面活性剤を１種類もしくは複数組み合わせて用いることができる。例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系に代表されるポリエチレングリコール構造を有する非イオン性界面活性剤や、アルキルグルコシド系非イオン性界面活性剤などを用いることができる。また、ポリオキシエチレン（ｎ）アルキルエーテル（ｎが１０以上１００以下、アルキル鎖長がＣ１２以上Ｃ１８以下）で規定される非イオン性界面活性剤が好適に用いられる。例えば、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｌ２３［商品名］、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｃ２０［商品名］、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｓ２０［商品名］、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｏ１０［商品名］、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｃ１０［商品名］、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｓ１０［商品名］、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｏ２０［商品名］、シグマアルドリッチ社製、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｓ１００［商品名］、シグマアルドリッチ社製）などを用いることができる。

（分離装置の変形例）
図３から図５に分離装置１の変形例を示す。
図３に示す分離装置１Ａは、Ｉ字型（縦型）構造を有する電気泳動槽１０と、電気泳動槽１０内の上部に配置された電極２０と、電気泳動槽１０内の下部に配置された電極３０と、注入口４０と、電極２０の近傍に設けられた回収口５０と、電極３０の近傍に設けられた回収口６０と、を有する。注入口４０は、電気泳動槽１０の高さ方向半分より上側であって、回収口５０よりも下側の位置に設けられる。

図４に示す分離装置１Ｂは、注入口４０を電気泳動槽１０の高さ方向半分より下側であって回収口６０よりも上側の位置に有する。回収口５０は電極２０の近傍に配置するのが好ましく、回収口６０は電極３０の近傍に配置するのが好ましい。また、回収口５０あるいは回収口６０を用いず、電気泳動槽１０の下方に設けた注入口４０を用いて回収してもよい。その際は、まず半導体型単層カーボンナノチューブ層が回収され、ついで金属型単層カーボンナノチューブ層が回収される。

図５に示す分離装置１Ｃは、Ｕ字型構造を有する。分離装置１Ｃの電気泳動槽１０Ａは、両端が上方に開口したＵ字型構造の電気泳動槽１０Ａを有する。電気泳動槽１０Ａの両端開口が、注入口４０、回収口５０となる。Ｕ字の一方に電極２０を有し、反対側に電極３０を有する。なお、一方の電極の高さ位置が、他方の電極の高さ位置よりも高いことが好ましい。陽極が下方に、陰極が上方になるように配置することがより好ましい。

以上、単層カーボンナノチューブの金属型および半導体型分離に対して適用できる実施形態を説明したが、他のナノカーボン、すなわち多層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、グラフェンなどにも適用できる。

本実施形態に係る分離方法を用いることにより、性質の異なるナノカーボンの分離において、分離効率を向上させることができる。
また、本実施形態に係る分離方法を用いることにより、電気泳動槽内で分散液が安定となる。この結果、分離されたナノカーボンの純度を高めることができる。

また、分離装置１を用いた、ナノカーボンの分離方法において、電気泳動槽１０内に温度勾配が生じると、電気泳動槽１０内にて、単層カーボンナノチューブ分散液の対流現象が生じることがある。その結果、単層カーボンナノチューブ分散液に含まれる金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブを安定に分離することができなくなる。そこで、分離装置１は、電気泳動槽１０内の単層カーボンナノチューブ分散液の温度を一定に保つための温度調節手段を備えることが好ましい。温度調節手段としては、特に限定されず、容器内に収容された液体の温度を一定に保つことができるもの、例えば水冷ジャケットの装着などであればいかなる手段でも用いることができる。

［第２の実施形態］
（分離装置）
図６は、本実施形態のナノカーボンの分離方法において用いられる分離装置の一例を示す概略図である。
本実施形態の分離装置１００は、Ｉ字型（縦型）構造を有する電気泳動槽１０１と、電気泳動槽１０１内の上部に設けられた第１の電極１０２、および電気泳動槽１０１内の下部に設けられた第２の電極１０３を有する電極部材１０４と、を備える。

電気泳動槽１０１は、上端に開口部１０５を有する。また、電気泳動槽１０１は、下端に、電気泳動槽１０１の外底面１０１ａに連通する注入／回収口１０６を有する。注入／回収口１０６は、電気泳動槽１０１にナノカーボン分散液２００を注入、および、電気泳動槽１０１からナノカーボン分散液２００を回収するために用いられる。また、注入／回収口１０６は、すり合わせを有する回転式のコック等の密閉構造（図示略）を備える。

電気泳動槽１０１の底部の注入／回収口１０６を介して、例えば、ペリスタポンプ等を用いて静かにナノカーボン分散液２００の注入、および、回収を行うことにより、注入／回収時に、液面の変化に合わせて注入／回収口を移動させる必要がなく、電気泳動槽１０１内部の液相界面を乱すことなく、注入／回収操作を行うことができる。また、電気泳動槽１０１を高容量化した場合に、長い注入／回収ノズルを用意する必要もなく、非常に合理的である。

電極部材１０４は、絶縁性の筒状部材１０７と、筒状部材１０７内に挿入される絶縁性の柱状部材１０８と、筒状部材１０７の外周面１０７ａに設けられた第１の電極１０２と、柱状部材１０８の下端部に設けられた第２の電極１０３と、を備える。また、第１の電極１０２は、筒状部材１０７の上端部に設けられている。本実施形態の分離装置１００において、第１の電極１０２が陰極、第２の電極１０３が陽極である。

筒状部材１０７は、電気泳動槽１０１の高さ方向のほぼ全域にわたって延在する。
柱状部材１０８は、筒状部材１０７内に挿入された状態で、電気泳動槽１０１の高さ方向のほぼ全域にわたって延在する。また、柱状部材１０８は、筒状部材１０７内に挿入された状態で、電気泳動槽１０１の高さ方向に沿って移動可能となっている。さらに、柱状部材１０８の下端には、柱状部材１０８を電気泳動槽１０１の高さ方向上方に移動することにより、筒状部材１０７の下端部に内接する板状の嵌合部材１０９が設けられている。嵌合部材１０９の側面１０９ａは、筒状部材１０７の下端部の内側面１０７ｂと相似な形状をなしている。これにより、柱状部材１０８を電気泳動槽１０１の高さ方向上方に移動することにより、筒状部材１０７の下端部に、嵌合部材１０９が内接し、嵌合する。一方、柱状部材１０８を電気泳動槽１０１の高さ方向下方に移動することにより、筒状部材１０７の下端と嵌合部材１０９の間に隙間を設けることができる。無担体電気泳動によって、ナノカーボン分散液２００に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する際には、筒状部材１０７の下端と嵌合部材１０９の間に隙間を設ける。この状態で、第１の電極１０２と第２の電極１０３に直流電圧を印加すると、電気泳動槽１０１内のナノカーボン分散液２００にｐＨ勾配が形成される。なお、筒状部材１０７の下端と嵌合部材１０９の間に隙間を設ける場合にも、第２の電極１０３の大部分が筒状部材１０７内に配置されていることが好ましい。

電気泳動槽１０１の材質としては、電気泳動槽１０の材質と同様のものが挙げられる。

第１の電極１０２および第２の電極１０３としては、電極２０、３０と同様のものが挙げられる。

筒状部材１０７、柱状部材１０８および嵌合部材１０９の材質は、ナノカーボン分散液２００に対して安定であり、かつ絶縁性の材質であれば特に限定されないが、例えば、ガラス、石英、アクリル樹脂等が挙げられる。嵌合部材１０９において、筒状部材１０７の下端と相対する部分はシリコンゴム等の柔軟な材料であることが望ましい。

本実施形態の分離装置１００では、第１の電極１０２が陰極、第２の電極１０３が陽極である場合を例示したが、本実施形態の分離装置１００はこれに限定されない。本実施形態の分離装置１００にあっては、第１の電極１０２が陽極、第２の電極１０３が陰極であってもよい。

また、後述する分離装置１００を用いた、ナノカーボンの分離方法において、電気泳動槽１０１内に温度勾配が生じると、電気泳動槽１０１内にて、ナノカーボン分散液２００の対流現象が生じることがある。その結果、ナノカーボン分散液２００に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを安定に分離することができなくなる。そこで、分離装置１００は、電気泳動槽１０１内のナノカーボン分散液２００の温度を一定に保つための温度調節手段を備えることが好ましい。温度調節手段としては、特に限定されず、容器内に収容された液体の温度を一定に保つことができるもの、例えば水冷ジャケットの装着などであればいかなる手段でも用いることができる。

（ナノカーボンの分離方法）
図６を用いて、分離装置１００を用いた、ナノカーボンの分離方法を説明するとともに、分離装置１００の作用を説明する。

本実施形態のナノカーボンの分離方法は、比重の異なる複数の液体であって、複数の液体の少なくとも１つが性質の異なるナノカーボンの混合物が分散した分散液である複数の液体を用意する工程（以下、「調製工程」という。）と、液体の比重が重力方向の下から上へ向かって減少するように、電気泳動槽へ複数の液体を順次注入する工程（以下、「注入工程」という。）と、電気泳動槽の上部と下部とに配置された電極に直流電圧を印加することで、ナノカーボンの混合物の一部を上部に配置された電極側に移動させ、ナノカーボンの混合物の他方を下部に配置された電極側に移動させて分離する工程（以下、「分離工程」という。）と、を有する。

本実施形態のナノカーボンの分離方法において、ナノカーボンとは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノツイス卜、グラフェン、フラーレン等の主に炭素から構成される炭素材料を意味する。本実施形態のナノカーボンの分離方法では、ナノカーボンとして単層カーボンナノチューブを含むナノカーボン分散液２００から、半導体型単層カーボンナノチューブと、金属型単層カーボンナノチューブと、を分離する場合について詳述する。

単層カーボンナノチューブは、チューブの直径、巻き方によって金属型と半導体型という２つの異なる性質に分かれることが知られている。従来の製造方法を用いて単層カーボンナノチューブを合成すると、金属的な性質を有する金属型単層カーボンナノチューブと半導体的な性質を有する半導体型単層カーボンナノチューブが統計的に１：２の割合で含まれる単層カーボンナノチューブの混合物が得られる。

単層カーボンナノチューブの混合物は、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブとを含むものであれば特に制限されない。また、本実施形態における単層カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ単体であってもよいし、一部の炭素が任意の官能基で置換された単層カーボンナノチューブや、任意の官能基で修飾された単層カーボンナノチューブであってもよい。
本実施形態のナノカーボンの分離方法において、ナノカーボンの混合物は、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンとを含む。

まず、調製工程にて、ナノカーボンの混合物が、非イオン性界面活性剤とともに分散媒に分散したナノカーボン分散液２００を調製する。すなわち、２種類以上の比重の異なるナノカーボン（金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボン）の混合物が分散した分散液を調製する。
また、電気泳動槽１０１内における上層を形成する溶液（以下、「上層溶液」という。）２１０を調製する。
さらに、電気泳動槽１０１内における下層を形成する溶液（以下、「下層溶液」という。）２２０を調製する。

ナノカーボン分散液２００、上層溶液２１０および下層溶液２２０の比重を、これらに添加する界面活性剤の濃度で調節することが好ましい。上層溶液２１０は、界面活性剤の濃度を０％、すなわち、界面活性剤を含まなくてもよい。
また、ナノカーボン分散液２００、上層溶液２１０および下層溶液２２０の中でも、上層溶液２１０が最も比重が小さく、下層溶液２２０が最も比重が大きいことが好ましい。さらに、ナノカーボン分散液２００は、上層溶液２１０と下層溶液２２０の中間の比重を有することが好ましい。

分散媒としては、ナノカーボンの混合物を分散させることができるものであれば特に限定されない。分散媒としては、例えば、水、重水、有機溶媒、イオン液体等が挙げられる。これらの分散媒の中でも、ナノカーボンが変質しないことから、水または重水、もしくは、水と重水の混合溶媒が好適に用いられる。

分散媒として、水と重水の混合溶媒を用いる場合、ナノカーボン分散液２００、上層溶液２１０および下層溶液２２０の比重を、水と重水の混合比の濃度で調節することも可能である。この場合、界面活性剤の濃度のみで比重調整する場合と比較して、比重の調整範囲が大きい。

非イオン性界面活性剤としては、イオン化しない親水性部位とアルキル鎖等の疎水性部位とを有する非イオン性界面活性剤が用いられる。このような非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系に代表されるポリエチレングリコール構造を有する非イオン性界面活性剤が挙げられる。
このような非イオン性界面活性剤としては、下記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルが好適に用いられる。
Ｃ_ｎＨ_２ｎ（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｍＯＨ （１）
（但し、ｎ＝１２〜１８、ｍ＝１０〜１００である。）

上記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルとしては、例えば、ポリオキシエチレン（２３）ラウリルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｌ２３、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）セチルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｃ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）ステアリルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｓ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（２０）オレイルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｏ２０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１０）オレイルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｏ１０［商品名］、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１０）セチルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｃ１０［商品名］、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１０）ステアリルエーテル（Ｂｒｉｊ Ｓ１０［商品名］、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（１００）ステアリルエーテル（商品名：Ｂｒｉｊ Ｓ１００、シグマアルドリッチ社製）等が挙げられる。

非イオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンソルビタンモノステアラート（分子式：Ｃ_６４Ｈ_１２６Ｏ_２６、商品名：Ｔｗｅｅｎ ６０、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレンソルビタントリオレアート（分子式：Ｃ_２４Ｈ_４４Ｏ_６、商品名：Ｔｗｅｅｎ ８５、シグマアルドリッチ社製）、オクチルフェノールエトキシレート（分子式：Ｃ_１４Ｈ_２２Ｏ（Ｃ_２Ｈ_４Ｏ）_ｎ、ｎ＝１〜１０、商品名：Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００、シグマアルドリッチ社製）、ポリオキシエチレン（４０）イソオクチルフェニルエーテル（分子式：Ｃ_８Ｈ_１７Ｃ_６Ｈ_４０（ＣＨ_２ＣＨ_２０）_４０Ｈ、商品名：Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−４０５、シグマアルドリッチ社製）、ポロキサマー（分子式：Ｃ_５Ｈ_１０Ｏ_２、商品名：Ｐｌｕｒｏｎｉｃ、シグマアルドリッチ社製）、ポリビニルピロリドン（分子式：（Ｃ_６Ｈ_９ＮＯ）_ｎ、ｎ＝５〜１００、シグマアルドリッチ社製）等を用いることもできる。

ナノカーボン分散液２００における非イオン性界面活性剤の含有量は、０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下であることが好ましく、０．５ｗｔ％以上２ｗｔ％以下であることがより好ましい。
非イオン性界面活性剤の含有量が０．１ｗｔ％以上であれば、無担体電気泳動によって、電気泳動槽１０１内にて、ナノカーボン分散液２００のｐＨ勾配を形成することができる。一方、非イオン性界面活性剤の含有量が５ｗｔ％以下であれば、ナノカーボン分散液２００の粘度が高くなり過ぎることがなく、無担体電気泳動によって容易に、ナノカーボン分散液２００に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離することができる。

ナノカーボン分散液２００におけるナノカーボンの含有量は、１μｇ／ｍＬ以上１００μｇ／ｍＬ以下であることが好ましく、５μｇ／ｍＬ以上４０μｇ／ｍＬ以下であることがより好ましい。
ナノカーボンの含有量が上記の範囲であれば、無担体電気泳動によって容易に、ナノカーボン分散液２００に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離することができる。

ナノカーボン分散液２００を調製する方法としては、特に限定されず、公知の方法が用いられる。例えば、ナノカーボンの混合物と、非イオン性界面活性剤を含む分散媒との混合液を超音波処理して、分散媒に、ナノカーボンの混合物を分散させる方法が挙げられる。この超音波処理により、凝集していた金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの混合物が充分に分離し、ナノカーボン分散液２００は、分散媒に金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンが均一に分散したものとなる。したがって、後述する無担体電気泳動法により、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離し易くなる。なお、超音波処理により分散しなかった金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンは、超遠心分離により分離、除去することが好ましい。

次いで、注入工程において、液体の比重が重力方向の下から上へ向かって減少するように、電気泳動槽１０１へ複数の液体を順次注入する。すなわち、ナノカーボン分散液２００が、上層溶液２１０と下層溶液２２０の間となるように注入する。
具体的には、最も比重が大きい下層溶液２２０を電気泳動槽１０１へ注ぐ。次に、２番目に比重が大きいナノカーボン分散液２００を電気泳動槽１０１へ注ぐ。次に、最も比重が小さい上層溶液２１０を電気泳動槽１０１へ注ぐ。これにより、電気泳動槽１０１中に、液体の比重が重力方向の下から上へ向かって減少する比重勾配を形成することができる。液体は、例えば、ピペットを用いて静かに注げばよい。

また、注入工程において、第１の電極１０２は、上層溶液２１０のみに接し、第２の電極１０３は、下層溶液２２０のみに接するように、ナノカーボン分散液２００、上層溶液２１０および下層溶液２２０を順次注入することが好ましい。

また、上述したように、本実施形態の注入工程では、電気泳動槽１０１の底部に設けられた注入／回収口１０６を介して、例えば、ペリスタポンプ等を用い、静かに上層溶液２１０、ナノカーボン分散液２００および下層溶液２２０を順次注入することも可能である。
注入工程においては、筒状部材１０７の下端と嵌合部材１０９の間を閉じておく。また、筒状部材１０７の内部に液体を注入しておく。注入する液体は、例えば、下層溶液２２０と同じ液体としてもよい。

次いで、分離工程にて、柱状部材１０８を電気泳動槽１０１の高さ方向下方に移動することにより、筒状部材１０７の下端と嵌合部材１０９の間に隙間を設けた状態で、無担体電気泳動により、ナノカーボン分散液２００に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する。なお、上述のように、筒状部材１０７の下端と嵌合部材１０９の間に隙間を設ける場合にも、第２の電極１０３の大部分が筒状部材１０７内に配置されていることが好ましい。

非イオン性界面活性剤を含むナノカーボン分散液２００中では、金属型ナノカーボンが正電荷を有し、半導体型ナノカーボンが極めて弱い負電荷を有する。

したがって、第１の電極１０２と第２の電極１０３に直流電圧を印加すると、ナノカーボン分散液２００に含まれるナノカーボンの混合物のうち、金属型ナノカーボンが第１の電極１０２（陰極）側に移動し、半導体型ナノカーボンが第２の電極１０３（陽極）側に移動する。その結果として、ナノカーボン分散液２００は、相対的に金属型ナノカーボンの含有量が多い分散液相（以下、「分散液相Ａ」という。）と、相対的に半導体型ナノカーボンの含有量が多い分散液相（以下、「分散液相Ｂ」という。）と、分散液相Ａと分散液相Ｂの間に形成され、相対的に金属型ナノカーボンおよび半導体型ナノカーボンの含有量が少ない分散液相（以下、「分散液相Ｃ」という。）との３相に相分離する。

本実施形態では、第１の電極１０２側に分散液相Ａが形成され、第２の電極１０３側に分散液相Ｂが形成される。

第１の電極１０２と第２の電極１０３に印加する直流電圧は、特に限定されず、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間の距離やナノカーボン分散液２００におけるナノカーボンの混合物の含有量等に応じて適宜調整される。

ナノカーボン分散液２００の分散媒として、水または重水を用いた場合、第１の電極１０２と第２の電極１０３に印加する直流電圧を、０Ｖより大きく、１０００Ｖ以下の間の任意の値とする。

例えば、第１の電極１０２と第２の電極１０３の距離（電極間距離）が３０ｃｍである場合、第１の電極１０２と第２の電極１０３に印加する直流電圧は、１５Ｖ以上４５０Ｖ以下であることが好ましく、３０Ｖ以上３００Ｖ以下であることがより好ましい。
第１の電極１０２と第２の電極１０３に印加する直流電圧が１５Ｖ以上であれば、電気泳動槽１０１内にて、ナノカーボン分散液２００のｐＨ勾配を形成して、ナノカーボン分散液２００に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離することができる。一方、第１の電極１０２と第２の電極１０３に印加する直流電圧が４５０Ｖ以下であれば、水または重水の電気分解による影響を抑えられる。

また、第１の電極１０２と第２の電極１０３に直流電圧を印加したとき、第１の電極１０２と第２の電極１０３の間の電界は、０．５Ｖ／ｃｍ以上１５Ｖ／ｃｍ以下であることが好ましく、１Ｖ／ｃｍ以上１０Ｖ／ｃｍ以下であることがより好ましい。
第１の電極１０２と第２の電極１０３の間の電界が０．５Ｖ／ｃｍ以上であれば、電気泳動槽１０１内にて、ナノカーボン分散液２００のｐＨ勾配を形成して、ナノカーボン分散液２００に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離することができる。一方、第１の電極１０２と第２の電極１０３の間の電界が１５Ｖ／ｃｍ以下であれば、水または重水の電気分解による影響を抑えられる。

第１の電極１０２を陰極とし、第２の電極１０３を陽極として直流電圧を印加すると、水または重水が電気分解して、第１の電極１０２では水素（重水素）が発生し、第２の電極１０３では酸素が発生する。第２の電極１０３で発生した酸素が、気泡となって電気泳動槽１０１の上部に移動すると、分離中のナノカーボン分散液２００が擾乱され、その結果として対流現象が生じることがある。

本実施形態の分離装置１００では、筒状部材１０７の下端と嵌合部材１０９の間に隙間を設けた状態で、無担体電気泳動の電圧を印加する。第２の電極１０３で電気分解により発生した酸素は筒状部材１０７内を上昇して、電気泳動槽１０１外に出る。本実施形態のナノカーボンの分離方法では、ナノカーボン分散液２００に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンの分離は、主に電気泳動槽１０１と筒状部材１０７の間で進行する。従って、本実施形態のナノカーボンの分離方法によれば、第２の電極１０３で発生した酸素が、気泡となって上方に移動することで、分離中のナノカーボン分散液２００が擾乱を受けることを防止できる。したがって、第１の実施形態で用いた分離装置１を使用する場合と比べて、水または重水が電気分解して発生した気泡による擾乱が少なく、分離が安定し、分離の精度が向上する。さらに、より高い電圧を印加することが可能となり、分離をより早く、かつ、安定に進行させることが可能である。

次いで、分離した分散液相Ａと分散液相Ｂとをそれぞれ回収（分取）する。
回収の方法は、特に限定されず、分散液相Ａと分散液相Ｂが拡散混合しない方法であればいかなる方法であってもよい。
回収の方法としては、例えば、第１の電極１０２と第２の電極１０３への直流電圧の印加を止め、注入／回収口１０６に設けられた回転式のコックを開けて、ペリスタポンプ等を用い、電気泳動槽１０１の底から分散液相Ａの分散液をゆっくり排出させ、その分散液を回収し、次いで、電気泳動槽１０１の底から分散液相Ｂの分散液をゆっくり排出させ、その分散液を回収する方法が挙げられる。

回収した分散液を、再び、電気泳動槽１０１に収容し、上述と同様にして、無担体電気泳動法により、ナノカーボン分散液２００に含まれる金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを分離する操作を繰り返し実施することにより、より純度が高い金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを得ることができる。

回収した分散液の分離効率は、顕微Ｒａｍａｎ分光分析法（Ｒａｄｉａｌ Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ（ＲＢＭ）領域のＲａｍａｎスペクトルの変化、Ｂｒｅｉｔ−Ｗｉｇｎｅｒ−Ｆａｎｏ（ＢＷＦ）領域のＲａｍａｎスペクトル形状の変化）、および紫外可視近赤外吸光光度分析法（吸収スペクトルのピーク形状の変化）等の手法により評価することができる。また、ナノカーボンの電気的特性について評価することによっても、分散液の分離効率を評価することができる。例えば、電界効果トランジスタを作製して、そのトランジスタ特性を測定することによって、分散液の分離効率を評価することができる。

本実施形態のナノカーボンの分離方法によれば、陰極である第１の電極１０２の近傍にて、金属型ナノカーボンの含有量が多くなり、陽極である第２の電極１０３の近傍にて、半導体型ナノカーボンの含有量が多くなるため、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを安定に分離することができる。結果として、純度が高い金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンを得ることができる。また、本実施形態のナノカーボンの分離方法によれば、ナノカーボン分散液２００が非イオン性界面活性剤を含むため、無担体電気泳動において、ナノカーボン分散液２００に流れる電流量を少なくすることができ、ナノカーボン分散液２００の発熱量を抑えることができる。

なお、本実施形態のナノカーボンの分離方法では、ナノカーボンの混合物を、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンに分離する場合を例示したが、本実施形態のナノカーボンの分離方法はこれに限定されない。本実施形態のナノカーボンの分離方法は、例えば、電気泳動槽１０１内にて、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンに分離した後、目的の性質を有するナノカーボンのみを回収する、ナノカーボンの精製方法として行ってもよい。

また、第１の電極１０２を陽極、第２の電極１０３を陰極とした場合、第２の電極１０３で電気分解により発生した水素を、筒状部材１０７内を上昇させて、電気泳動槽１０１外に放出することにより、第２の電極１０３で発生した水素の気泡によって分離中のナノカーボン分散液２００の対流現象が生じることを防止できる。

以上、ナノカーボンの混合物を、金属型ナノカーボンと半導体型ナノカーボンに分離する場合に適用することができる実施形態を説明したが、多層カーボンナノチューブの混合物、二層カーボンナノチューブの混合物、グラフェンの混合物等を分離する場合にも、本発明を適用することができる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
図７Ａは、本実施形態に示す電気泳動条件の一例を示す概略図である。以下では、図７Ａを参照して説明する。
（１）分離用の液体の調製
分散媒として、水に、非イオン性界面活性剤であるＢｒｉｊ Ｓ１００（以下、「界面活性剤」と記す。）を１ｗｔ％溶解した水溶液を準備した。この分散媒に対して、単層カーボンナノチューブ混合物（ｅＤＩＰＳ単層カーボンナノチューブ）を投入した。投入した液体に対して、ホーン型超音波破砕機（出力約３００Ｗ、３０分間）による超音波分散処理を行った。その後、超遠心分離操作を行い、上澄み５０％を分散液（以下、ＣＮＴ分散液と記す）として得た。
また、水に非イオン性界面活性剤であるＢｒｉｊ Ｓ１００を２ｗｔ％溶解した水溶液（以下、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％水溶液と記す）と、水を用意した。
液体の比重は、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％水溶液が最も大きく、次いでＣＮＴ分散液であり、水の比重が最も小さかった。

（２）液体の注入
調製した液体を、図７Ａに示す分離装置３００の電気泳動槽３０１に注入した。まず、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％水溶液を電気泳動槽３０１内に注いだ。注いだＢｒｉｊ ２ｗｔ％水溶液によりＢｒｉｊ ２ｗｔ％層３０６が形成された。次いで、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％層３０６の上にＣＮＴ分散液３０５層が積層するように、ＣＮＴ分散液を分離装置３００の電気泳動槽３０１に静かに注入した。最後に、ＣＮＴ分散液３０５層の上に水層３０４が積層するように、水を分離装置３００の電気泳動槽３０１に静かに注入した。以上により、電気泳動槽３０１内の液体に、重力方向下から上に向かって減少する比重勾配を形成した。

（３）分離操作
分離装置３００の下側の電極３０３（陽極）と上側の電極３０２（陰極）間に直流電圧（３０Ｖ）を印加した。
電圧印加終了後、電気泳動槽３０１における層の形成について確認を行った。分離操作前後の電気泳動槽１０１の写真を図８Ａ、図８Ｂに示す。終状態では、金属型単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０１、６０１）と透明な領域（５０２、６０２）、半導体型単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０３、６０３）の３層を形成した状態となった。

電圧印加終了後、電気泳動槽３０１の上部より約１ｍＬ毎に７フラクションとなるよう回収した。各フラクションは電気泳動槽３０１の陰極側（上部）から＃１、＃２、…、＃７とした。得られたフラクションについて、後述する屈折率の測定を行なった。

［実施例１の比較例］
図７Ｂは、図７Ａと比較する電気泳動条件を示す概略図である。以下では、図７Ａを参照して説明する。
図７Ｂに示す分離装置４００の電気泳動槽３０１に、実施例１と同じＣＮＴ分散液のみを注入した以外は実施例１と同様の操作を行った。

実施例１及びその比較例について電圧印加による、電気泳動槽３０１中の液体の変化を確認した。分離操作前後の分離装置の写真を図８Ａ、図８Ｂに示す。図８Ａは実施例１の分離操作前後の電気泳動槽３０１の写真であり、図８Ｂは実施例１の比較例の分離操作前後の電気泳動槽３０１の写真である。
図８Ａ、図８Ｂ、いずれの場合も、分離操作の終状態では、金属型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０１、６０１）と透明な領域（５０２、６０２）、半導体型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０３、６０３）の３層を形成した状態となった。
図８Ａ、図８Ｂによれば、実施例１では、その比較例に比べて、金属型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０１）、半導体型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０３）が、それぞれ上側の電極３０２（陰極）及び下側の電極３０３（陽極）の近傍に片寄って形成された。また、それぞれの濃度も高くなった。

ＣＮＴ分散液（Ｐｒｉｓｔｉｎｅ）、陽極側で回収した液体（ｓｅｍｉｃｏｎ）、陰極側で回収した液体（ｍｅｔａｌ）に対して、吸光度スペクトル分析と顕微Ｒａｍａｎスペクトル分析とを行った。分析した結果から、実施例１及びその比較例について、金属型・半導体型の分離傾向について評価した。

吸収スペクトルの結果を、図９Ａ（実施例１）、図９Ｂ（実施例１の比較例）に示す。図中のＳは半導体型の単層カーボンナノチューブ由来の吸収ピークであり、図中のＭは金属型の単層カーボンナノチューブ由来の吸収ピークである。半導体型及び金属型の単層カーボンナノチューブ由来のピークにおける面積から、半導体型及び金属型の単層カーボンナノチューブの含有率を計算することができる。図９Ａ、図９Ｂから、実施例１のほうが比較例１よりも高純度に分離できたことが分かった。

Ｒａｍａｎスペクトルの結果を、図１０Ａ（実施例１）、図１０Ｂ（実施例１の比較例）に示す。
図１０Ａ、図１０Ｂおいて、左側のグラフは波数が１００〜３００ｃｍ^−１の範囲の結果を、右側のグラフは波数が１２００〜１６８０ｃｍ^−１の範囲の結果を、それぞれ表わしている。励起光としては６３３ｎｍを用いた。
ＲＢＭ領域のＲａｍａｎスペクトルは、ナノチューブの直径が振動するモードであり、１００−３００ｃｍ^−１の低波数領域にあらわれる。
Ｇ−ｂａｎｄのＲａｍａｎスペクトルは、１５９０ｃｍ^−１付近に観測され、グラファイトの物質に共通してあらわれるスペクトルである。グラファイトの場合には、１５８５ｃｍ^−１付近に観測されるが、カーボンナノチューブの場合にはＧ−ｂａｎｄが２つに分裂し、Ｇ＋とＧ−に分裂する。したがって、Ｇ−ｂａｎｄが２つのピークをもつように見えればナノチューブがあると判断できる。また、金属型ナノチューブの場合には、半導体型ナノチューブに比べて、Ｇ−の振動数が１５５０ｃｍ^−１と大きくずれる。
Ｄ−ｂａｎｄのＲａｍａｎスペクトルは、１３５０ｃｍ^−１付近に観測され、欠陥に起因するスペクトルである。
ゆえに、図１０Ａ、図１０Ｂの左側のグラフからは、ＲＢＭ（ラジアルブリージングモード）領域のＲａｍａｎスペクトルが、図１０Ａ、図１０Ｂの右側のグラフからは、Ｇ−ｂａｎｄのＲａｍａｎスペクトル、及びＤ−ｂａｎｄのＲａｍａｎスペクトルが、それぞれ読み取ることができる。

図１０Ａ（実施例１）と図１０Ｂ（実施例１の比較例）から、実施例１の方が比較例に比べて、陰極側（ｍｅｔａｌ）及び陽極側（ｓｅｍｉｃｏｎ）のピークが何れも高いことが分かった。このことは、実施例１の方が比較例よりも金属型の単層カーボンナノチューブと半導体型の単層カーボンナノチューブを高純度に分離できたことを示す。

分離操作の終状態において、電気泳動槽３０１の上部より約１ｍＬ毎に７フラクションとなるよう回収した。各フラクションは電気泳動槽３０１の陰極側（上部）から＃１、＃２、…、＃７とした。
実施例１及びその比較例における分離後試料（各フラクション）について、屈折率分布と泳動電流を評価した。
図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）は順に、実施例１における分離後試料の屈折率分布、泳動電流を示すグラフである。
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）は順に、実施例１の比較例における分離後試料の屈折率分布、泳動電流を示すグラフである。

図１１（Ａ）より、実施例１においては、フラクション＃１からフラクション＃７にかけて屈折率から割り出される界面活性剤の濃度について０ｗｔ％から２ｗｔ％まで濃度勾配が認められる。これに対して、図１２（Ａ）より、比較例においては、濃度勾配が殆ど認められない。

以上より、実施例１においては、対流が抑制されて金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離が安定的に行なわれているのに対し、比較例においては、対流が発生して分散液が全体的に撹拌され、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離が安定的に行なわれなかったことが推察される。すなわち、金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが安定的に分離されないとき（比較例）には、分離に有効な界面活性剤の濃度勾配が形成されていないことになる。

また、図１１（Ｂ）より、実施例１においては、泳動電流が時間の経過とともに安定的に漸減していることが分かる。これに対して、図１２（Ｂ）より、比較例においては、泳動電流の電流値が実施例１［図１１（Ｂ）］に比較して高く、かつ不安定である。このことから、実施例１においては、比較例に比べて電気泳動槽３０１内の対流が抑制されていることが推察される。

［実施例２］
（１）分離用の液体の調製
分散媒として、水に、非イオン性界面活性剤を０．２５ｗｔ％溶解した水溶液を準備した。この分散媒に対して、単層カーボンナノチューブ混合物（ｅＤＩＰＳ単層カーボンナノチューブ）を分散させた。分散させた液体に対して、ホーン型超音波破砕機（出力約３００Ｗ、３０分間）による超音波分散処理を行った。その後、超遠心分離操作を行い、上澄み５０％を分散液（以下、ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ ０．２５ｗｔ％と記す）として得た。
同様に、水に界面活性剤を１．５ｗｔ％溶解した分散媒に単層カーボンナノチューブ混合物を分散させた分散液（以下、ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ １．５ｗｔ％と記す）を調製した。ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ １．５ｗｔ％の方が、ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ ０．２５ｗｔ％よりも比重が大きい。

（２）分散液の注入
調製した分散液を、図１３Ａに示す分離装置３００Ｂの電気泳動槽３０１に注入した。まず、ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ １．５ｗｔ％を電気泳動槽３０１内に注いだ。注いだＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ １．５ｗｔ％によりＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ １．５ｗｔ％層３０６Ｂが形成された。次いで、ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ １．５ｗｔ％層３０６Ｂの上にＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ ０．２５ｗｔ％層３０５Ｂが積層するように、ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ ０．２５ｗｔ％を分離装置３００Ｂの電気泳動槽３０１に静かに注入した。以上により、電気泳動槽３０１内の液体に、重力方向下から上に向かって減少する比重勾配を形成した。

（３）分離操作
分離装置３００Ｂの下側の電極３０３（陽極）と上側の電極３０２（陰極）間に直流電圧（５０Ｖ）を印加した。同様に、分離装置４００Ｂにおいても直流電圧（５０Ｖ）を印加した。

［実施例２の比較例］
分散媒として、水に界面活性剤を１ｗｔ％溶解した水溶液を準備した。準備した分散媒に、単層カーボンナノチューブ混合物を分散させた分散液（以下、ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ １ｗｔ％と記す）を調製した。図１３Ｂに示すように、電気泳動槽３０１にＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ １ｗｔ％のみを注入した。それ以外は、実施例２と同様にした。

実施例２及びその比較例について電圧印加による、電気泳動槽３０１中の液体の変化を確認した。図１４Ａに、実施例２の分離操作前後の分離装置の写真を示す。図１４Ｂに、実施例２の比較例の分離操作前後の分離装置の写真を示す。分離操作の終状態では、電気泳動槽３０１中の液体が、金属型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０１Ｂ、６０１Ｂ）と透明な領域（５０２Ｂ、６０２Ｂ）、半導体型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０３Ｂ、６０３Ｂ）の３層を形成した。
図１４Ａ、図１４Ｂより、実施例２は比較例に比べて、金属型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０１Ｂ）、半導体型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０３Ｂ）が、それぞれ上側の電極３０２（陰極）側及び下側の電極３０３（陽極）側に片寄って形成され、それぞれの濃度も高くなっていることが分かった。

分離操作の終状態において、電気泳動槽３０１の上部より約１ｍＬ毎に１０フラクションとなるよう回収した。各フラクションは電気泳動槽３０１の陰極側（上部）から＃１、＃２、…、＃１０とした。
実施例２及びその比較例における分離後試料（各フラクション）について、屈折率分布と泳動電流を評価した。
図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）は順に、実施例２における分離後試料の屈折率分布、泳動電流を示すグラフである。
図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）は順に、実施例２の比較例における分離後試料の屈折率分布、泳動電流を示すグラフである。

図１５（Ａ）より、実施例２においては、フラクション＃１からフラクション＃１０にかけて屈折率から割り出される界面活性剤の濃度について０．５ｗｔ％から１．５ｗｔ％まで濃度勾配が認められる。これに対して、図１６（Ａ）より、比較例においては、濃度勾配が殆ど認められない。
以上のことから、実施例２においては、対流が抑制されて金属型の単層カーボンナノチューブと半導体型の単層カーボンナノチューブの分離が比較的安定的に行なわれていることが推察される。

また、図１５（Ｂ）より、実施例２においては、泳動電流が時間の経過とともに安定的に漸減することが分かった。これに対して、図１６（Ｂ）より、比較例では、泳動電流の電流値が実施例２に比較して高く、かつ漸減が認められない。このことから、実施例２では、比較例に比べて電気泳動槽３０１内の対流が抑制されていることが推察される。

［実施例３］
（１）分離用の液体の調製
分散媒として、水に界面活性剤を１ｗｔ％溶解した水溶液を準備した。準備した分散液に、直径が１．３ｎｍである単層カーボンナノチューブ混合物（ｅＤＩＰＳ単層カーボンナノチューブ）を分散させた分散液を調製した。

（２）液体の注入
分離装置として、図５に示すＵ字形状に形成され両端が上方に開口したＵ字型構造の分離装置１Ｃを用いた。分離装置１Ｃの電気泳動槽１０Ａに、液体を注入した。まず、電気泳動槽１０Ａの開口部１０Ａｂから水を注いだ。これにより、電極３０から開口部１０Ａｂまでを水で満たした。次に、電気泳動槽１０Ａの開口部１０Ａａから上記（１）で調製した分散液を、ピペットを用いて、分散液を電気泳動槽１０Ａの底部に注いだ。そして、電気泳動槽１０Ａの開口部１０Ａａから静かに水を注入し、分散液の上に水を積層させた。

（３）分離操作
分離装置１Ｃの電極３０（陽極）と電極２０（陰極）間に直流電圧を印加した。後、電気泳動槽１０Ａにおける層の形成について確認を行った。分離操作前後の電気泳動槽１０Ａの写真を図１７に示す。分離操作の終状態では、電極３０（陽極）から底面付近まで水の領域７０１、電極２０（陰極）の直下付近に金属型単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域７０２が形成され、その下部には底面付近まで透明な領域７０３があり、底面付近に半導体型単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域７０４を形成していた。領域７０２と領域７０４においてそれぞれ金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブが分離されたことを確認した。

［実施例４］
（１）分離用の液体の調製
界面活性剤を０．５ｗｔ％溶解した水溶液に単層カーボンナノチューブ混合物を分散させた分散液を準備した（以下、ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ ０．５ｗｔ％と記す）。次に、水に非イオン性界面活性剤を２ｗｔ％溶解した水溶液（以下、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％水溶液と記す。）と、水を用意した。

（２）液体の注入
準備した液体を、図１８Ａに示す分離装置３００Ｃの電気泳動槽３０１に注入した。まず、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％水溶液を電気泳動槽３０１内に注いだ。これにより、電気泳動槽３０１内に比重の重いＢｒｉｊ ２ｗｔ％層３０６Ｃが形成された。次に、ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ ０．５ｗｔ％を静かに注いだ。このとき、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％水溶液とＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ ０．５ｗｔ％とが拡散されないように、ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ ０．５ｗｔ％をＢｒｉｊ ２ｗｔ％水溶液の液面付近で静かに注いだ。Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％層３０６Ｃの上にＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ ０．５ｗｔ％層３０５Ｃが積層した。そして、水を静かに注入した。ＣＮＴ分散液Ｂｒｉｊ ０．５ｗｔ％層３０５Ｃの上に水の層３０４Ｃが積層した。

（３）分離操作
分離装置３００Ｃの下側の電極３０２（陰極）と上側の電極３０３（陽極）間に直流電圧（５０Ｖ）を印加した。同様に、後述する比較例の分離装置４００Ｃ（図１８Ｂ）においても直流電圧（５０Ｖ）を印加した。すなわち、直流電界が重力方向における上方から下方に向けて印加される。

［実施例４の比較例］
図１８Ｂに示すように、分離用の液体として界面活性剤を１ｗｔ％溶解した水溶液に単層カーボンナノチューブ（ｅＤＩＰＳ単層カーボンナノチューブ）を分散させた分散液（ＣＮＴ）のみを用いた以外は実施形態４と同様に行った。

電圧印加終了後、電気泳動槽３０１における層の形成について確認を行った。実施例４及びその比較例における分離操作前後の電気泳動槽３０１の写真を図１９Ａ、図１９Ｂにそれぞれ示す。分離操作の終状態では、金属型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０１Ｃ、６０１Ｃ）と透明な領域（５０２Ｃ、６０２Ｃ）、半導体型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０３Ｃ、６０３Ｃ）の３層を形成した状態となった。
図１９Ａ、図１９Ｂによれば、実施例４においては、比較例に比べて、金属型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０１Ｃ）、半導体型の単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（５０３Ｃ）が、それぞれ下側の電極３０２（陰極）及び上側の電極３０３（陽極）の近傍に片寄って形成され、それぞれの濃度も高くなっている。

電圧印加終了後、電気泳動槽３０１の上部より約１ｍＬ毎に１１フラクションとなるよう回収した。各フラクションは電気泳動槽３０１の陽極側（上部）から＃１、＃２、…、＃１１とした。
実施例４及びその比較例における分離後試料（各フラクション）について、屈折率分布と泳動電流を評価した。
図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）は順に、実施例４における分離後試料の屈折率分布、泳動電流を示すグラフである。
図２１（Ａ）、図２１（Ｂ）は順に、実施例４の比較例における分離後試料の屈折率分布、泳動電流を示すグラフである。

図２０（Ａ）より、実施例４においては、フラクション＃１からフラクション＃１１にかけて屈折率から割り出される界面活性剤の濃度について０．２５ｗｔ％から１．５ｗｔ％まで濃度勾配が認められる。これに対して、図２１（Ａ）より、比較例においては、濃度勾配が殆ど認められない。
これより、直流電界が重力方向における上方から下方に向けて印加される状態であっても、実施例４では、電気泳動槽内の対流が抑制されて金属型の単層カーボンナノチューブと半導体型の単層カーボンナノチューブの分離が安定的に行なわれたことが推察される。一方、比較例では、対流が発生して分散液が全体的に撹拌され、金属型の単層カーボンナノチューブと半導体型の単層カーボンナノチューブの分離が安定的に行なわれなかったことが推察される。すなわち、金属型の単層カーボンナノチューブと半導体型の単層カーボンナノチューブが安定的に分離されないとき（比較例）には、分離に有効な界面活性剤の濃度勾配が形成されていないことになる。

また、図２０（Ｂ）より、実施例４においては、泳動電流が時間の経過とともに安定的に漸減することが分かった。これに対して、図２１（Ｂ）より、比較例では、泳動電流の電流値が実施例４に比較して高く、かつ不安定である。このことから、実施例４では、比較例に比べて電気泳動槽３０１内の対流が抑制されていることが推察される。

図２２Ａは、図１８Ａの例における分離後試料の吸収スペクトルである。図２２Ａには、回収したフラクション＃３（Ｆ０３）、＃１０（Ｆ１０）、分離前の液体（Ｐｒｉｓｔｉｎｅ）の測定結果を示した。
図２２Ｂは、３１０ｎｍ、６４０ｎｍ、９３７ｎｍ励起時における各フラクション＃１、・・・、＃１１についての吸収スペクトルを示す。

図２２Ａ中のＳは半導体型の単層カーボンナノチューブ由来の吸収ピークであり、Ｍは金属型の単層カーボンナノチューブ由来の吸収ピークである。半導体型及び金属型の単層カーボンナノチューブ由来のピークにおける面積から、各フラクションにおける半導体型及び金属型の単層カーボンナノチューブの含有率を計算することが可能である。
図２２Ｂから、陰極側（ｍｅｔａｌ）におけるフラクション＃１０においては金属型の単層カーボンナノチューブの吸収率が高く、陽極側（ｓｅｍｉｃｏｎ）におけるフラクション＃３においては半導体型の単層カーボンナノチューブの吸収率が高く分離が高純度化されていることが確認できる。

図２３は、電気泳動時の経過時間に対する分散液の界面活性剤の密度分布の変化を示すグラフである。非イオン性界面活性剤は、負極性の電荷を有している。このため、図２３に示すように、電気泳動槽３０１において直流電圧を印加すると、その電界によって界面活性剤が電気泳動する。

従って、重力方向における下方を陽極、上方を陰極とした場合、界面活性剤が陽極に向かって泳動する。この結果、時間の経過とともに重力方向における下方から上方に向かって濃度勾配が形成され、金属型の単層カーボンナノチューブと半導体型の単層カーボンナノチューブの分離が促進されていた。本実施例においては、電気泳動槽３０１内において、予め重力方向における下方から上方に向かって濃度勾配を形成するように分散液を積層しているために、直流電圧の印加方向によらず金属型の単層カーボンナノチューブと半導体型の単層カーボンナノチューブの分離が促進される結果となった。

［実施例５］
「単層カーボンナノチューブ分散液の調製」
重水に、非イオン性界面活性剤を１ｗｔ％溶解した溶液ＡＡを調製した。
溶液ＡＡに対して、単層カーボンナノチューブの混合物（ｅＤＩＰＳ（ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄｉｒｅｃｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：改良直噴熱分解合成）単層カーボンナノチューブ、平均直径：１．３ｎｍ）を投入した。
単層カーボンナノチューブの混合物を投入した溶液ＡＡに対して、ホーン型超音波破砕機（商品名：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｏｎｉｆｉｅｒ ４５０、ブランソン社製）により、出力４０Ｗで２０分間、超音波分散処理を行い、単層カーボンナノチューブの混合物を分散させた。その後、超遠心機（商品名：ＣＳ１００ＧＸ、日立工機社製）により、２５００００×ｇ、１０℃にて１時間、超遠心分離操作を行った。そして、上澄み８０％を分取し、単層カーボンナノチューブの含有量が１０μｇ／ｍＬ、界面活性剤の含有量が１．０ｗｔ％の単層カーボンナノチューブ分散液を得た。
また、重水に非イオン性界面活性剤を２ｗｔ％溶解した重水溶液（以下、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％重水溶液と記す。）と、重水を用意した。

「単層カーボンナノチューブ分散液の注入」
上述のように調製した単層カーボンナノチューブ分散液、重水およびＢｒｉｊ ２ｗｔ％重水溶液を、図６に示す分離装置１００の電気泳動槽１０１に注入した。電気泳動槽１０１に注入した単層カーボンナノチューブ分散液、重水およびＢｒｉｊ ２ｗｔ％重水溶液全体の高さ（電気泳動槽１０１の底面から液表面までの高さ）を２５ｃｍとした。
第１の電極１０２は、重水のみに接し、第２の電極１０３は、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％重水溶液のみに接するように、単層カーボンナノチューブ分散液、重水およびＢｒｉｊ ２ｗｔ％重水溶液を電気泳動槽１０１に注入した。

「分離操作」
分離装置１００の第１の電極１０２（陰極）と第２の電極１０３（陽極）に１２０Ｖの直流電圧を印加した。所定の時間が経過し、分離が充分に進行したところで電圧印加を停止した。

「回収操作」
電圧印加終了後、電気泳動槽１０１の上部より約６ｍＬ毎に、１５フラクションとなるように、単層カーボンナノチューブ分散液を回収した。各フラクションは電気泳動槽１０１の第２の電極１０３側（下部）からＦ１、Ｆ２、・・・、Ｆ１５とした。

「評価」
（単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度測定）
分光光度計（商品名：紫外可視近赤外分光光度計 ＵＶ−３６００、島津製作所社製）を用いて、フラクションＦ１、フラクションＦ４、フラクションＦ８、フラクションＦ１１およびフラクションＦ１４から回収した単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度を測定した。
結果を図２４に示す。
図２４において、縦軸は単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度、横軸は波長を示す。

図２４の結果から、フラクションＦ１およびＦ１４から回収した単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度スペクトルには、波長６４３ｎｍおよび波長９３７ｎｍにおけるピークが極めて小さかった。従って、フラクションＦ１およびＦ１４には、金属型単層カーボンナノチューブおよび半導体型単層カーボンナノチューブがほとんど含まれないことが確認された。
フラクションＦ４およびフラクションＦ８から回収した単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度スペクトルには、波長６４３ｎｍにおけるピークが極めて小さく、波長９３７ｎｍにおける大きなピークが観測された。従って、フラクションＦ４およびフラクションＦ８には、金属型単層カーボンナノチューブが含まれず、半導体型単層カーボンナノチューブが多量に含まれることが確認された。

フラクションＦ１１から回収した単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度スペクトルには、波長９３７ｎｍにおけるピークが小さく、波長６４３ｎｍにおける大きなピークが観測された。従って、フラクションＦ１１には、半導体型単層カーボンナノチューブがほとんど含まれず、金属型単層カーボンナノチューブが多量に含まれることが確認された。

［実施例６］
実施例６では、重水に、非イオン性界面活性剤を１ｗｔ％溶解した溶液ＡＡを調製した。
溶液ＡＡに対して、単層カーボンナノチューブの混合物（ｅＤＩＰＳ（ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｄｉｒｅｃｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ：改良直噴熱分解合成）単層カーボンナノチューブ、平均直径：１．０ｎｍ）を投入した。
単層カーボンナノチューブの混合物を投入した溶液ＡＡに対して、ホーン型超音波破砕機（商品名：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｏｎｉｆｉｅｒ ４５０、ブランソン社製）により、出力４０Ｗで２０分間、超音波分散処理を行い、単層カーボンナノチューブの混合物を分散した。その後、超遠心機（商品名：ＣＳ１００ＧＸＩＩ、日立工機社製）により、２５００００×ｇ、１０℃にて１時間、超遠心分離操作を行った。そして、上澄み８０％を分取し、単層カーボンナノチューブの含有量が２０μｇ／ｍＬ、界面活性剤の含有量が１．０ｗｔ％の単層カーボンナノチューブ分散液を得た。

次に、重水に、非イオン性界面活性剤を２ｗｔ％溶解した溶液ＢＢを調製した。
分離装置の底部の注入／回収口より、１００ｍＬの容積をもつ電気泳動槽に、ペリスタポンプを用いて１５ｍＬの重水を静かに注入した。
次いで、同様に、調製した単層カーボンナノチューブ分散液を、７０ｍＬ静かに注入した。
さらに、同様に、上記で調整した溶液ＢＢを１０ｍＬ静かに注入した。
この結果、図２５に示すように、第１の電極（陰極）に接する領域は重水、第２の電極（陽極）に接する領域は溶液ＢＢ（２ｗｔ％重水溶液）、中間の領域は単層カーボンナノチューブ分散液と、３層の溶液の積層構造が形成された（第１の電極と第２の電極は図２５では不鮮明で判別しにくい。）。

次に、実施例５と同様に、第１の電極（陰極）と第２の電極（陽極）に１２０Ｖの直流電圧を印加した。所定の時間が経過すると、図２６に示すように、単層カーボンナノチューブは、電気泳動槽内で、上下２つの領域に分離し、間にはほとんど色を示さない中間層が形成された。
第１の電極と第２の電極への直流電圧の印加を止めた後に、分離装置の底部の注入／回収口より、ペリスタポンプを用い静かに電気泳動槽内部の溶液を回収した。溶液は、回収した順に約６ｍＬ毎に、１５フラクションに分けられた。すなわち、各フラクションは電気泳動槽の下部から順にＦ１、Ｆ２、・・・、Ｆ１５とした。

（単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度測定）
分光光度計（商品名：紫外可視近赤外分光光度計 ＵＶ−３６００、島津製作所社製）を用いて、フラクションＦ２、フラクションＦ１２から回収した単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度を測定した。
結果を図２７および図２８に示す。

図２７において、縦軸は単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度、横軸は波長を示す。また、図２７において、波長５０３ｎｍにおけるピークは金属型単層カーボンナノチューブに起因するものであり、波長７２５ｎｍにおけるピークは半導体型単層カーボンナノチューブに起因するものである。

図２７の結果から、フラクションＦ２から回収した単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度スペクトルには、波長５０３ｎｍにおけるピークが極めて小さく、波長７２５ｎｍにおける大きなピークが観測された。従って、フラクションＦ２には、金属型単層カーボンナノチューブが含まれず、半導体型単層カーボンナノチューブが多量に含まれることが確認された。

フラクションＦ１２から回収した単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度スペクトルには、波長７２５ｎｍにおけるピークが小さく、波長５０３ｎｍにおける大きなピークが観測された。従って、フラクションＦ１２には、半導体型単層カーボンナノチューブがほとんど含まれず、金属型単層カーボンナノチューブが多量に含まれることが確認された。

図２８において、左側の縦軸は波長３１０ｎｍにおける単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度、右側の縦軸は波長７２５ｎｍにおける単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度を波長５０３ｎｍにおける単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度で除した値、横軸はフラクションを示す。すなわち、図２８における右側の縦軸は、半導体型単層カーボンナノチューブの純度に相当する。また、波長３１０ｎｍにおける単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度は、単層カーボンナノチューブの濃度に相当する。

図２８の結果から、波長３１０ｎｍにおける単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度は、フラクションＦ２〜Ｆ６とフラクションＦ１０〜Ｆ１４において大きくなっていることから、単層カーボンナノチューブが、分離槽内で２つの領域に分離していることが分かった。さらに、フラクションＦ２〜Ｆ６では、波長７２５ｎｍにおける単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度を波長５０３ｎｍにおける単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度で除した値が大きくなっていることから、高純度の半導体型単層カーボンナノチューブであることが分かった。フラクションＦ１０〜Ｆ１４においては、波長７２５ｎｍにおける単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度を波長５０３ｎｍにおける単層カーボンナノチューブ分散液の吸光度で除した値が小さくなっていることから、高純度の金属型単層カーボンナノチューブであることが分かった。このように、高純度な金属型単層カーボンナノチューブと半導体型単層カーボンナノチューブの分離ができていることが確認された。

フラクションＦ３とＦ４の回収した単層カーボンナノチューブ分散液、および、分離操作前の単層カーボンナノチューブ分散液（未分離）について、顕微ラマン分光装置（商品名：ＨＲ−８００、ホリバ社製）を用いて測定したＲａｄｉａｌ Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ（ＲＢＭ）領域のＲａｍａｎスペクトルを図２９に示す。図２９において、縦軸は規格化した強度、横軸は波数を示し、測定時の励起波長は５１４ｎｍである。図２９において、波数１４０〜２２０（ｃｍ^−１）の領域のピークは、半導体型単層カーボンナノチューブに由来するものであり、波数２２０〜３００（ｃｍ^−１）の領域のピークは、金属型単層カーボンナノチューブに由来するものである。分離操作前の単層カーボンナノチューブ分散液（未分離）では、金属型単層カーボンナノチューブが多量に含まれているが、フラクションＦ３とＦ４では、金属型単層カーボンナノチューブに由来するピークは非常に小さく、かつ、半導体型単層カーボンナノチューブに由来するピークが大きくなっていることが分かった。このピークを詳細に解析することで、フラクションＦ３とＦ４の半導体型単層カーボンナノチューブの純度は約９８％であると見積もられた。
本発明のナノカーボンの分離法により、高純度の半導体型単層カーボンナノチューブが得られた。

以上、本発明の実施例について、図６に示した分離装置１００において、上部に設けられた第１の電極１０２を陰極、下部に設けられた第２の電極１０３を陽極とし、Ｉ字型構造を有する電気泳動槽１０１内で、上向きの電界を与えた場合の実施例を説明した。しかし、本発明のナノカーボン分離方法はこれに限定されない。分離装置１００にあっては、第１の電極１０２が陽極、第２の電極１０３が陰極であってもよい。

［参考例１］
参考例１では、水に、非イオン性界面活性剤を溶解して、界面活性剤の濃度を０ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％、３ｗｔ％、４ｗｔ％、５ｗｔ％、６ｗｔ％、７ｗｔ％、８ｗｔ％、９ｗｔ％、１０ｗｔ％とした溶液を調製した。
それぞれの濃度の界面活性剤の溶液の密度を、密度比重計（商品名：ＤＡ−６５０、京都電子工業社製）を用いて測定した。
界面活性剤の濃度と溶液の密度との関係を図３０に示す。
図２８の結果から、界面活性剤の濃度と溶液の密度とが比例関係にあることが確認された。図３０に示すグラフを、後述する実施例７（実験例１）〜実施例２６（実験例２０）にて、溶液の比重を算出するための検量線として用いた。

［参考例２］
参考例２では、重水に、非イオン性界面活性剤を溶解して、界面活性剤の濃度を０ｗｔ％、１ｗｔ％、２ｗｔ％、３ｗｔ％、４ｗｔ％、５ｗｔ％、６ｗｔ％、７ｗｔ％、８ｗｔ％、９ｗｔ％、１０ｗｔ％とした溶液を調製した。
それぞれの濃度の界面活性剤の溶液の密度を、密度比重計（商品名：ＤＡ−６５０、京都電子工業社製）を用いて測定した。
界面活性剤の濃度と溶液の密度との関係を図３１に示す。
図３１の結果から、界面活性剤の濃度と溶液の密度とが比例関係にあることが確認された。図３１に示すグラフを、後述する実施例７（実験例１）〜実施例２６（実験例２０）にて、溶液の比重を算出するための検量線として用いた。

［実施例７（実験例１）］
以下では、図６を参照して説明する。
（１）分離用の液体の調製
重水に、非イオン性界面活性剤を１ｗｔ％溶解した重水溶液を準備した。この分散媒に対して、単層カーボンナノチューブ混合物（ｅＤＩＰＳ単層カーボンナノチューブ）を投入した。投入した液体に対して、ホーン型超音波破砕機（出力約３００Ｗ、３０分間）による超音波分散処理を行った。その後、超遠心分離操作を行い、上澄み５０％をＣＮＴ分散液として得た。
また、重水に非イオン性界面活性剤を２ｗｔ％溶解した重水溶液（以下、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％重水溶液と記す。）と、重水を用意した。
ＣＮＴ分散液、重水およびＢｒｉｊ ２ｗｔ％重水溶液の比重を、図３１に示すグラフを用いて算出した。

（２）液体の注入
ＣＮＴ分散液、重水およびＢｒｉｊ ２ｗｔ％重水溶液を、図６に示す分離装置１００の電気泳動槽１０１に注入した。まず、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％重水溶液を電気泳動槽１０１内に注いだ。注いだＢｒｉｊ ２ｗｔ％重水溶液によりＢｒｉｊ ２ｗｔ％層２２０Ａ（電気泳動槽１０１内における下層溶液２２０からなる層）が形成された。次いで、Ｂｒｉｊ ２ｗｔ％層２２０Ａの上にＣＮＴ分散液層２３０Ａ（電気泳動槽１０１内における中間層溶液２３０からなる層）が積層するように、ＣＮＴ分散液を分離装置１００の電気泳動槽１０１に静かに注入した。最後に、ＣＮＴ分散液３０５層の上に水層２１０Ａ（電気泳動槽１０１内における上層溶液２１０からなる層）が積層するように、水を分離装置１００の電気泳動槽１０１に静かに注入した。以上により、電気泳動槽１０１内の液体に、重力方向下から上に向かって減少する比重勾配を形成した。

（３）分離操作
分離装置１００の下側の第２の電極１０３（陽極）と上側の第１の電極１０２（陰極）間に直流電圧（１２０Ｖ）を印加した。
電圧印加終了後、電気泳動槽１０１における層の形成について確認を行った。分離操作が終了した状態では、金属型単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（電気泳動槽１０１内における上側の領域）と透明な領域（電気泳動槽１０１内における中間の領域）、半導体型単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域（電気泳動槽１０１内における下側の領域）の３層を形成した状態となった。

（４）半導体型単層カーボンナノチューブの純度算出
実施例６と同様にして、半導体型単層カーボンナノチューブが多く含まれる領域から回収したＣＮＴ分散液について、顕微ラマン分光装置（商品名：ＨＲ−８００、ホリバ社製）を用いて、Ｒａｄｉａｌ Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ Ｍｏｄｅ（ＲＢＭ）領域のＲａｍａｎスペクトルを測定した。得られたＲａｍａｎスペクトルのピークを詳細に解析することで、半導体型単層カーボンナノチューブの純度は９７％を超えると見積もられた。

分離操作前のＣＮＴ分散液、電気泳動槽１０１内における下層を形成する溶液（表１において、「下層溶液」と記す。）、および電気泳動槽１０１内における上層を形成する溶液（表１において、「上層溶液」と記す。）の組成、比重を表１に示す。また、分離操作における印加電圧および電界の向きを表１に示す。なお、表１において、電界の向きが「↑」で表わされる場合、電界の向きが電気泳動槽１０１の下方から上方へ向かうことを示し、電界の向きが「↓」で表わされる場合、電界の向きが電気泳動槽１０１の上方から下方へ向かうことを示す。また、半導体型単層カーボンナノチューブの純度を表１に示す。
表１に示されるＣＮＴ分散液の比重はそれぞれ、分散している単層カーボンナノチューブを含むＢｒｉｊ水溶液とＢｒｉｊ重水溶液の比重である。

［実施例８（実験例２）〜実施例２６（実験例２０）］
分離操作前のＣＮＴ分散液、電気泳動槽３０１内における下層溶液、および電気泳動槽３０１内における上層溶液の組成、比重、並びに、分離操作における印加電圧および電界の向きを表１に示す通りとしたこと以外は実施例７（実験例１）と同様にして、分離操作を行った。
また、実施例６と同様にして、半導体型単層カーボンナノチューブの純度を算出した。なお、実施例８（実験例２）〜実施例２６（実験例２０）において、分散媒として水を用いる場合には、ＣＮＴ分散液、水およびＢｒｉｊ水溶液の比重を、図３０に示すグラフを用いて算出した。また、分散媒として重水を用いる場合には、ＣＮＴ分散液、重水およびＢｒｉｊ重水溶液の比重を、図３１に示すグラフを用いて算出した。
結果を表１に示す。

表１の結果から、実施例７（実験例１）〜実施例２６（実験例２０）では、半導体型単層カーボンナノチューブの純度が９０％を超えることが確認された。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明のナノカーボンの分離方法は、性質の異なるナノカーボンの分離において、分離効率を向上させることができる。また、性質の異なるカーボンナノホーンの分離において、分離に要する時間を短縮することができる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）比重の異なる複数の液体であって、前記複数の液体の少なくとも１つが性質の異なるナノカーボンの混合物が分散した分散液である前記複数の液体を用意する工程と、液体の比重が重力方向の下から上へ向かって減少するように、電気泳動槽へ前記複数の液体を順次注入する工程と、前記電気泳動槽の上部と下部とに配置された電極に直流電圧を印加することで、前記ナノカーボンの混合物の一部を上部に配置された前記電極側に移動させ、前記ナノカーボンの混合物の他方を下部に配置された前記電極側に移動させて分離する工程と、を有するナノカーボンの分離方法。

（付記２）前記複数の液体を用意する工程において、２種類以上の比重の異なるナノカーボンの混合物が分散した分散液を用意する付記１に記載のナノカーボンの分離方法。

（付記３）前記複数の液体を用意する工程において、前記液体の比重を、前記液体に添加する界面活性剤の濃度で調節する付記１または付記２に記載のナノカーボンの分離方法。

（付記４）前記界面活性剤は、非イオン性界面活性剤である付記３に記載のナノカーボンの分離方法。

（付記５）前記非イオン性界面活性剤は、下記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルである付記４に記載のナノカーボンの分離方法。
Ｃ_ｎＨ_２ｎ（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｍＯＨ （１）
（但し、ｎ＝１２〜１８、ｍ＝２０〜１００である。）

（付記６）前記複数の液体に含まれる溶媒は、水または重水、もしくは水と重水の混合溶媒である付記１ないし５のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。

（付記７）前記複数の液体を用意する工程において、前記液体の比重を、前記水と前記重水の混合比で調節する付記６に記載のナノカーボンの分離方法。

（付記８）前記電気泳動槽は、縦型構造を有する付記１ないし７のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。

（付記９）前記電気泳動槽の上部に配置された電極は陰極、前記電気泳動槽の下部に配置された電極は陽極である付記１ないし８のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。

（付記１０）前記複数の液体が、比重の異なる３つの液体であって、第１の液体は最も比重が小さく、第２の液体は最も比重が大きく、第３の液体は前記分散液であって、前記第１の液体と前記第２の液体の中間の比重を有し、前記複数の液体を順次注入する工程において、前記第３の液体が、前記前記第１の液体と前記第２の液体の間となるように、前記比重の異なる３つの液体を順次注入する付記１ないし９のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。

（付記１１）前記複数の液体を順次注入する工程において、前記電気泳動槽の上部に配置された電極は、前記第１の液体のみに接し、前記電気泳動槽の下部に配置された電極は、前記第２の液体のみに接するように、前記比重の異なる３つの液体を順次注入する付記１０に記載のナノカーボンの分離方法。

前記ナノカーボンは、単層カーボンナノチューブである付記１ないし１１のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１００，３００，３００Ｂ，３００Ｃ，４００，４００Ｂ，４００Ｃ・・・分離装置、
１０，１０Ａ，１０１，３０１・・・電気泳動槽、
１０Ａａ，１０Ａｂ・・・開口部、
２０，３０，３０２，３０３・・・電極、
４０・・・注入口、
５０，６０・・・回収口
１０２・・・第１の電極、
１０３・・・第２の電極、
１０４・・・電極部材、
１０５・・・開口部、
１０６・・・注入／回収口、
１０７・・・筒状部材、
１０８・・・柱状部材、
１０９・・・嵌合部材、
２００・・・ナノカーボン分散液。

Claims (12)

1. 比重の異なる複数の液体であって、前記複数の液体の少なくとも１つが性質の異なるナノカーボンの混合物が分散した分散液である前記複数の液体を用意する工程と、
   液体の比重が重力方向の下から上へ向かって減少するように、電気泳動槽へ前記複数の液体を順次注入する工程と、
   前記電気泳動槽の上部と下部とに配置された電極に直流電圧を印加することで、前記ナノカーボンの混合物の一部を上部に配置された前記電極側に移動させ、前記ナノカーボンの混合物の他方を下部に配置された前記電極側に移動させて分離する工程と、を有する、
   ことを特徴とするナノカーボンの分離方法。
2. 前記複数の液体を用意する工程において、２種類以上の比重の異なるナノカーボンの混合物が分散した分散液を用意する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のナノカーボンの分離方法。
3. 前記複数の液体を用意する工程において、前記液体の比重を、前記液体に添加する界面活性剤の濃度で調節する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のナノカーボンの分離方法。
4. 前記界面活性剤は、非イオン性界面活性剤である、
   ことを特徴とする請求項３に記載のナノカーボンの分離方法。
5. 前記非イオン性界面活性剤は、下記式（１）で表わされるポリオキシエチレンアルキルエーテルである、
   ことを特徴とする請求項４に記載のナノカーボンの分離方法。
   Ｃ_ｎＨ_２ｎ（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｍＯＨ （１）
   （但し、ｎ＝１２〜１８、ｍ＝２０〜１００である。）
6. 前記複数の液体に含まれる溶媒は、水または重水、もしくは水と重水の混合溶媒である、
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。
7. 前記複数の液体を用意する工程において、
   前記液体の比重を、前記水と前記重水の混合比で調節する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のナノカーボンの分離方法。
8. 前記電気泳動槽は、縦型構造を有する、
   ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。
9. 前記電気泳動槽の上部に配置された電極は陰極、前記電気泳動槽の下部に配置された電極は陽極である、
   ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。
10. 前記複数の液体が、比重の異なる３つの液体であって、
    第１の液体は最も比重が小さく、第２の液体は最も比重が大きく、
    第３の液体は前記分散液であって、前記第１の液体と前記第２の液体の中間の比重を有し、
    前記複数の液体を順次注入する工程において、前記第３の液体が、前記前記第１の液体と前記第２の液体の間となるように、前記比重の異なる３つの液体を順次注入する、
    ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。
11. 前記複数の液体を順次注入する工程において、前記電気泳動槽の上部に配置された電極は、前記第１の液体のみに接し、前記電気泳動槽の下部に配置された電極は、前記第２の液体のみに接するように、前記比重の異なる３つの液体を順次注入する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のナノカーボンの分離方法。
12. 前記ナノカーボンは、単層カーボンナノチューブである、
    ことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のナノカーボンの分離方法。