KR20070051839A - 자기 흑연 재료의 제조 방법, 및 그것의 재료 - Google Patents

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KR20070051839A
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페르난도 마누엘 아라우조 모레이라
헬레나 파르도 미네티
알바로 와싱톤 몸브루 로드리게즈
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유니베르시다데 페데랄 데 상 카를로스
유니베르시다드 데 라 레퍼블리카
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Abstract

흑연으로부터 자기 흑연 재료를 제조하는 방법으로, 흑연은 두 번째 용기 (3)에서 하나 이상의 전이 금속 산화물과 반응하고, 그리고 첫 번째 용기 (2)에서 1:1의 부피비로 밀폐된 반응기 (1)에서, 600℃ 및 전이 금속 산화물(들)의 녹는 온도 사이의 온도에서 6 내지 36 시간 동안 가열되고, 10 대기의 압력 하에서, 입구 (5)를 통한 전달 불활성 기체 및 출구 (6)을 통한 10-2 torr 내지 10-7torr 사이의 진공의 도움으로 방법의 끝에 실온에서 오래-지속되는 자기 성질을 갖는 흑연 재료를 얻는 것인 방법이 제공된다. 얻어진 재료는, 구멍, 다발, 필링 및 노출된 흑연박판의 가장자리를 갖는, 복합 구조를 나타내고 그리고 나노 기술, 의료 과학에서의 자기 이미지, 통신에서의 응용, 전자 공학, 센서, 바이오 센서, 자기 재료의 촉매 또는 분리의 응용을 찾을 수 있다.
자기 흑연 재료

Description

자기 흑연 재료의 제조 방법, 및 그것의 재료 {A PROCESS OF PREPARING MAGNETIC GRAPHITIC MATERIALS, AND MATERIALS THEREOF}
본 출원은 브라질 특허 출원 번호 PI0402338-2의 우선권을 주장하며, 참조로서 그것의 개시는 여기에 병합된다.
본 발명은 자기 흑연 재료, 더욱 특히, 불활성 대기 또는 진공에서 그리고 가열하에서 상업적인 순수한 흑연 및 전이 금속 산화물로부터 나노 구조 재료의 제조방법에 관한 것이다.
나노 구조의 탄소 재료는 잠재적인 상업적 응용 및 그들의 물리적인 성질의 신규성 때문에, 연구의 주목 대상이 되고 있다. 탄소의 거시적인 시료에서 관심의 대상이 되는 성질의 - 실온에서 오래-지속되는 자기 성질과 같은 - 달성 가능성은 과다한 응용을 연다.
이들 재료는 약제의 자기 영상, 또는 나노 기술, 통신, 전자 공학, 센서, 바이오 센서, 자기 재료의 촉매 또는 분리에 사용될 수 있다. 그러나, 오랫동안 이러한 유형의 성질을 나타낼 수 있는 순수한 탄소 재료의 존재는 믿기 어려웠다.
자기 탄소의 거시적인 양의 수득으로 이끄는 현존 방법은 원자력 기술 (양성자 충격) 또는 이들을 경제적인 관점에서 실시하기 어렵게 만드는 극한 온도 및 압 력 조건들을 사용한다. 게다가, 이들은 배경 자기 신호 (일반적으로, 강한 반자기성이다)와 비교하여, 적용가능한 강자기성 (ferromagnetic) 행동을 갖는 재료로 이끌지 못한다.
유기 재료에서 자기를 달성하기 위한 노력에도 불구하고, 극소수의 시스템이 이 성질을 갖는 것으로 입증되었다. 지난 몇 년간, 탄소의 새로운 동소체 (allotropic) 형태의 발견과, 이 분야 연구는 P.M. Allemand et al, Science 253, 301 (1991), T. Makarova et al., Nature 413, 716 (2001) 및 R.A. Wood et al., J. Phys.: Condens . Matter 14, L385 (2002)에 의해 개시된 것처럼, 전하 이동 염 [TDAE]-C60에서 그리고 폴리머화된 풀러린 (fullerene)에서 강자기성의 발견에 의해 재검토되었다.
게다가, Y. Kopelevich, P. Esquinazi, J. H. S. Torres, S. Moethlecke, J. Low Temp. Phys. 119, 691 (2000) 및 P. Esquinazi et al., Phys. REv. B 66, 24429 (2002)에 의해 개시된 것처럼, 어떤 논문들은 고 정향적인 열분해성 흑연 (Highly oriented pyrolytic graphite, HOPG)에서 강자기성 유형의 자기화 루프의 존재를 보인다.
최근에, 두 가지 중요한 논문은, 모호하지 않은 방법으로, 순수한 탄소에서 강자기성의 존재가 가능함을 보였다. P. Turek et al, Chem . Phys . Lett . 180, 327 (1991)에 의한, 이들 논문 중 하나는 HOPG 상에서 양성자 조사 (irradiation)에 의해 자기 배열화 (odering)의 도입을 보고한다. 이 재료는 실온에서 안정한 자기 배 열화를 보인다.
다른 논문은 좁은 히스테레시스 (histeresis) 커브 및 고 포화 자기화를 갖는, 최대 90K까지 강자기성 유형의 행동을 나타내는, 전적으로 탄소로 이루어진 나노폼인, 탄소의 새로운 동소체 형태의 합성을 보고한다. A. V. Rode, E. G. Gamaly, A. G. Christy, J. G. Fitz Gerald, S. T. Hyde, R. G. Elliman, B. Luther-Davies, A. I. Veinger, J. Androulakis, J. Giapintzakis, Nature (2004)를 보라. 이 재료는 아르곤 대기에서 고-반복 및 고-출력 레이저로 유리질 (vitreous) 탄소를 제거함에 의해 제조되었다.
또한 미국 특허 6,312,768호는 초고속 레이저 펄스 (ultra-rapid laser pulse)의 증착에 기초하여 비결정질 및 결정질 나노구조의 얇은 필름의 증착 방법을 기재하면서, 이 주제를 논한다.
그러나, 현존하는 개발에도 불구하고, 실온에서 오래-지속되는 자기 성질을 가지고, 흑연 및 전이 금속 산화물로부터, 둘 다 분말화 되고 그리고 요구된 제품으로 이끄는 반응 조건하에서, 제조되는 자기 흑연 재료의 일정량으로의 제조 방법이 여전히 요구되고 있다. 그러한 방법 및 관련된 흑연 제품이 본 출원에서 기재되고 주장된다.
발명의 요약
대체로, 본 발명은 순수한 흑연으로부터 자기 흑연 재료의 제조 방법에 관한 것인데, 상기 방법은 다음을 포함한다:
a) 순수한 흑연을 함유하는 첫 번째 용기 및 하나 이상의 전이 금속 산화물을 함유하는 두 번째 용기를 반응기에 제공하고, 흑연 및 산화물(들)은 정교하게 분리되고, 용기들은 물리적으로 매우 근접하게 배치되고, 흑연과 전이 금속 산화물(들)의 부피 비는 약 1:1이고, 반응 시스템은 고 진공 (10-7 torr) 내지 불활성 기체의 10 기압 값의 압력하에서 밀폐되고, 그리고 온도를 반응 시작 온도 및 전이 금속 산화물(들)이 녹는 온도 사이의 온도에서 6 내지 36 시간 동안 유지하고, 그리하여:
ⅰ) 온도의 작용에 의해 증착시에, 전이 금속 산화물은 흑연의 산화적 부착을 유발하기에 충분한 산소 기체의 비율을 발생시키고 그리고 그안에 구멍을 생성시키고; 그리고
ⅱ) 대개의 경우, 전이 금속 산화물은 0 (null) 산화 상태로 감소되는 것에 반해, 방법의 끝에서 탄소질 재료는 두 영역을 나타내고, 더 상위 영역은 다공성 구조, 다발, 필링 (piling), 및 노출된 흑연박판 (graphenes)의 모서리의 요구된 제품으로 구성된다;
b) 요구된 반응 시간의 끝에서, 실온에서 오래-지속되는 자기 성질을 갖는 흑연 물질을 회수한다.
따라서, 본 발명은 실온에서 순수한 흑연 및 전이 금속 산화물로부터 자기 흑연 재료를 얻기 위한 방법으로, 흑연의 양이 화학량적으로 과량으로 주어졌을 때, 산화물은 모든 비율로 혼합되는 방법을 예견한다.
본 발명은 실온에서 자기 흑연 재료를 얻기 위한 방법으로, 여기서 자기성은 예를 들면 영구 자석의 이끔에 의해, 실온에서 검출될 수 있는 방법을 예견한다.
본 발명은 또한, 실온에서 자기 흑연 재료를 얻기 위한 방법을 예견하는데, 상기 방법은, 지나치게 정교한 장치 또는 기술 없이 상업적 생산에 이용하기 쉽고, 본 발명의 목적은 1200℃에서 노(爐)와 같은 표준 반응기만을 요구한다.
본 발명은 또한 실온에서 언급된 자기 성질을 보일 수 있는, 순수 탄소 기재의 재료를 예견한다.
본 발명은 추가로 안정한 자기 흑연 재료, 즉, 적어도 몇 주 동안의 연장된 시간 동안에, 그것의 성질을 유지하는 재료를 예견한다.
본 발명은 또한 요구되는 성질이 원래 흑연에 도입된 지형적 (topographic)특성으로부터 나오는 것인 자기 흑연 재료를 예견한다.
바람직한 구현예의 상세한 설명
따라서, 실온에서 오래-지속되는 자기 성질을 갖는 흑연 재료를 얻는 본 방법은, 기본적으로 약 600℃의 반응 시작 온도와 밀폐계 (system)에서 및 전달 불활성 기체의 존재하에서 산화물 또는 금속 전이 산화물의 혼합물의 녹는 온도 사이의 온도에서, 증착으로부터 산소의 비율로부터 발생된, 순수한 흑연으로의 산화적 공격이다.
대안으로, 산소의 비율은 산화물 또는 전이 금속 산화물의 혼합물의 증착로부터 얻어진 것과 당량의 양의 산소 기체로부터 발생될 수 있다.
상업적으로 이용가능한, 순수한 흑연은 본 방법에 유용하다. 흑연과, 전이 금속 산화물의 증착으로부터 발생한 산화 기체의 접촉을 촉진하기 위해서, 순수한 분말화된 흑연이 사용되는데, 이것은 밀폐계에서 반응기 내부의 용기 내에서 유지되고, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 전형적으로, 그리고 실시예의 방법으로, 0.1 mm 미만의 입도의 흑연의 사용이 적당하다.
순수한 흑연의 모든 형태는 본 방법에 유용하고, 예를 들면 열 분해성 흑연, 분말화된 순수한 흑연, 또는 흑연이 존재하는 모든 다양한 형태일 수 있는 것이다.
본 발명의 방법에 유용한 전이 금속 산화물은 Fe, Co 그리고 Ni와 같은 Ⅶ 군의 금속 산화물; Cu와 같은 ⅠB 군의 그리고 Zn와 같은 ⅡB군의 금속; Sc와 같은 ⅢB군의 금속; Ti와 같은 ⅣB 군의 그리고 V와 같은 ⅤB군의 금속; Cr과 같은 ⅥB군이다. 본 발명의 목적을 위한 바람직한 전이 금속 산화물은 순수한 또는 어떤 비율로 다른 산화물과 결합된 산화구리 (CuO)이다.
전이 금속 산화물은 또한 분말화된 형태로 사용된다. 산화물 또는 그것의 혼합물은 그것의 조밀화에 대한 사전 조치를 취할 필요 없이 용기에 위치된다. 반응이 증기 상에 있기 때문에, 사용된 산화물은 오염 성분이 휘발하지 않을 것을 확신하기 위한 충분한 순수함을 가져야 하고, 이것은 유일한 요구조건이다. 실험실에서 사용된 통상의 순수한 산화물은 잘 작용한다.
양호한 결과는 흑연과 다른 성분의 혼합물이 반응에서 사용될 때 달성된다. 예시적 목적으로, 보론의 최대 약 10 중량%까지의 흑연과 보론의 혼합물은 요구되는 자기 결과를 만들어 낸다.
본 발명의 원칙의 따르면, 흑연의 비율은 전이 금속 산화물의 그것보다 화학량론적으로 상당히 높아야 한다. 그러나, 부피로서 고려된다면, 전이 금속-산화물 분말 및 순수한 흑연 분말의 부피는, 더 나은 결과를 위해, 1:1의 또는 이것에 매우 근접한 비가 될 것이다.
흑연 및 전이 금속 둘 다를 위해 사용된 용기 또는 도가니 (melting pot), 및 노관은 알루미나로부터 만들어지지만, 이 재료에 제한되는 것은 아니다. 방법의 온도를 견딜 수 있는 어떠한 재료도 적절하다.
바람직한 구현예에서, 용기는 대략 길이 8cm 그리고 폭 및 높이 1cm를 갖고; 노관은 직경 2.5cm 그리고 길이 96cm를 갖는다. 이들 치수는 작업대 규모 상에서의 적용에 바람직하고, 이들 사이의 값 및 비율은 파일럿 규모 또는 산업용 규모에서는 차이가 날 수 있다.
밀폐계의 대기는 전달 보조제로서 사용된 불활성 기체로 이루어질 수 있고, 최대 10 기압의 압력하에서, 또는 진공 하일 수 있다. 전형적인 불활성 기체는, 예를 들어 99.9%의, 적당한 순도의, 질소 또는 아르곤이다. 이 가스를 위해 보통의 상업적 특징에 더하여 특별한 추천은 요구되지 않는다.
반응 동안에, 진공은 생산물에 대한 반응의 발란스를 대체하는 것을 돕기 위해 만들어진다. 반응에 유용한 진공 수준은 기계식 펌프 진공 (10-2 내지 10-3tor 사이)과 고 진공 (10-7 torr) 사이이다.
반응이 일어나는 온도의 범위는 600℃ (산화 반응이 시작되는 범위) 내지, 예를 들어, 선택된 전이 금속 산화물 (또는 전이 금속 산화물의 혼합물), 또는 0 산화 단계에서 이 금속의 녹는 온도까지이다.
전형적으로, 산화구리는 1200℃가 매우 적절한 온도라고 증명되었다.
흑연 및 전이 산화물 사이의 반응은 6 내지 26 시간, 바람직하기는 14 내지 24 시간 동안의, 몇 시간 동안 일어난다.
자기 흑연 재료를 제조하기 위한 본 발명의 방법은 배치 (batch)에서 설명한 대로, 또는 대안적으로 연속적인 방식으로 실행될 수 있다. 이러한 방법으로, 고온을 견딜 수 있는 반응기/노의 어떠한 종류도 사용될 수 있다.
제안된 방법에 따르면, 반응의 끝에서 원래 흑연 및 전이 금속 산화물은 개별의 용기 안에 있고, 전이 금속들은 완전히 또는 대부분 0 산화의 상태로 환원된다. 더 나은 결과를 위해, 흑연을 및 하나 이상의 전이 금속 산화물이 담긴 용기들은 자기 흑연을 형성하기 위해 반응이 일어나는 반응기의 내부에서 서로 매우 가깝다. 본 발명에 따르면, 반응물이 담긴 용기 사이의 근접성은 0 내지 100mm, 더욱 바람직하기는 30 내지 50 mm, 그리고 가장 바람직하기는 5 내지 15 mm의 범위이다.
원래 순수한 흑연이 있었던 용기에서 탄소 재료가 얻어지고, 그리고 완전히 다른 두 영역에서 확인 가능하다. 더 상위 영역에 있는 재료는 비결정질 행동, 불투명한 색을 갖고, 그리고 더 하위 영역의 재료는 결정질 행동을 갖는다.
본 발명의 실온에서 자기 성질을 갖는 재료는 더 상위 영역의 것이고, 스캔 전자 현미경 (SEM) 및 원자 형태 현미경 (MFM) 에 의해 연구되었고, 구멍, 다발, 필링, 및 노출된 흑연박판 (graphenes)의 모서리의 복합 구조를 갖는다. 대조적으로, 더 하위 영역의 재료는 실온에서 자기 행동을 갖지 않는다. 더 순수하고 농축된 재료를 얻기 위해 자기의 및 비-자기의 상 (phase)을 분리하는 것이 중요한데, 이것은 두 상들의 완전히 다른 물리적 행동에 기인하여, 또는 자석의 도움으로 주의 깊게 만들어질 수 있다.
보통의 자석의 사용에 의한 실온에서 자기의 단순한 검출에 더하여, 자기력 현미경 (MFM)은 또한 더 상위 영역의 재료에서 자기 행동이 있음을 또한 보여주었고, 따라서 설명된 지형학적 특징이 이들 성질을 나타내기 위해 중요한 역할을 하는 것을 보여준다. 자기 측정은 본 발명의 방법에 의해 얻어진 재료에 의해 나타나는 강한 자기 행동을 확인해 준다.
어떠한 특수한 이론과 연계되지 않고, 반응의 자기 생산물에 의해 나타난 행동은 오비탈 sp3 및 sp2의 상호 작용, 및 흑연박판의 오비탈 π에서 이전에 대체된 전자의 흐름의 위치에 기인할 것이다. 이들 전자들은, 이 과정에 의해 도입된 마이크로 구조적 변이 때문에 자기 모멘트에 도달하는, 위치를 갖도록 강제된다. 이들 전자들은 발생된 부족함 (defects)주변에 위치된 궤도를 형성할 것이다. 만약, 재료 사이의 공간에서의 상대적인 배열 때문에, 많은 위치된 궤도들이 서로를 소멸시키지 않고, 오히려 증가시킨다면, 그들은 본 출원에서 설명되고 청구된 효과를 야기할 수 있는 거시적 자기 모멘트를 생성할 것이다.
도 3에 나타낸 SEM 사진은, 이러한 설명에 따라, 다른 흑연 블레이드 (blade)를 통한 구멍들의 전파 (propagation)를 분명하게 보여준다. 바꿔 말하면, 만약 다양한 연속된 흑연박판을 관통하는 구멍들을 갖는다면, 구멍에 위치된 π 전자의 흐름은, 서로 나선의 형태로, 그것의 효과가 겹쳐지고 그리고 0이 아닌 넷트 거시적 자기 모멘트를 주는 솔레노이드 형태로, 자기 모멘트를 생성시킨다.
이 자기의 존재를 위한 금속의 영향은 X-선 형광 분석 및 전기적 스캔 현미경과 커플된, 분산적 에너지 분광학 (EDS)에 의해 해제되었다. 이들 연구는 가공 없는 원래 흑연, 및 변형된 흑연에서 행해졌고, 결과 사이에 주목할만한 차이점은 없다.
실온에서 본 방법에 의해 생산된 자기 흑연은 수 nm 내지 1 πm 이상까지의 범위의 직경과 다발 또는 필링의 행동인 나노 및 마이크로 구조 형태를 갖는- 다양한 흑연 블레이드를 관통하는 구멍들로 구성되는, 복합 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 얻어진 흑연의 구조는 도 2에 나타내어져 있다.
도 1은 본 발명의 방법에 사용된 반응기의 도식도를 나타낸다.
도 2는 MFM-2D 이미지 (image) 및 상응하는 3D 이미지 (약 10㎛×10㎛인 전체 촬영 면적, 및 여기서 각각의 자기 트랙의 폭은 약 1㎛이다)를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 방법에 의해 얻어진 자기 흑연 재료의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 4는 방법 전후의 재료의 자기 행동과 비교하여, 0.01T (1000 Oe)의 적용된 외부 자기장에서, 온도에 대한 자기화 곡선 (SQUID)을 나타내는 그래프이다.
도 5는 0.01T (1000 Oe)의 적용된 외부 자기장에서, 본 발명의 방법에 의해 얻어진 생산물의 자기 품질을 보이는, 온도에 대한 자기화 곡선 (SQUID)을 나타내 는 그래프이다. 삽입 (insert)은 온도의 함수로서 자화율 (magnetic susceptibility)의 반비례 곡선의 항목, 및 대략 200K의 퀴리 온도 (Tc)의 특정을 보여준다.
도 6은 T=200K에서, 처리된 시료에 의해 나타난 강자기성의 전형적인 행동을 나타내는, 외부 자기장에 대한 자기화 곡선 (SQUID)을 나타낸 그래프이다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 방법에서 사용된 반응기를 단순화시킨 다이어그램이다.
기본적으로 슬리브 (sleeve, (4)) 또는 600℃와 전이 금속 산화물 (또는 산화물의 혼합물)의 녹는 온도 사이의 온도를 공급할 수 있는 가열 장치에 의해 가열되는, 반응기 (1)는 모래 시계와 같은 밀폐계이다. 반응기 (1)의 내부에서, 첫 번째 용기 (2)는 상기 언급한 분말화된 전이 금속 산화물 (들)을 함유하면서 위치하고, 그리고 첫 번째 용기 (2)와 매우 가까운 위치에 있는 두 번째 용기 (3)는 첫 번째 (2) 및 두번째 용기 (3)에서 부피비율이 1:1로, 분말화된 상업적인 순수한 흑연을 함유하면서 위치한다. 입구 (5)를 통해, 전달 불활성 기체, 예를 들어 질소가 주입된다. 출구 (6)를 통해 기계적 펌프 (전형적으로 10-2 ~ 10-3 torr)에서 고 진공 (10-7 torr)까지 얻어지는 값으로부터 변화될 수 있는 계에서 진공이 만들어진다.
계가 첫 번째 용기 (2)에 함유된 전이 금속 산화물(들)로부터 산소가스를 생 성하기에 적절한 온도에 도달할 때, 두 번째 용기 (3)에 함유된 흑연 재료의 산화 및, 결과적으로, 흑연 내의 구멍들을 형성하는 방법이 시작된다. 반응은 6 내지 36 시간, 바람직하기는 14 내지 24 시간 동안 일어나므로, 분말화된 흑연에서의 구멍의 발생은, 만약 바람직하다면, 심지어 스펀지 재료를 생산될 수 있다.
반응의 끝에, 두 번째 용기 (3)의 더 상위 부분의 흑연 재료는 실온에서 오래-지속되는 자기 성질을 보이는, 반응의 생산물로서 회수된다.
자기 흑연 생산물의 수율은 두 번째 용기 (3)에 원래 위치한 흑연의 1/10 내지 1/20 (부피의)의 범위이고; 중량으로 및 예시적 목적으로, 흑연 5g으로 시작한 반응은 자기 흑연을 대략 0.25g 생산한다.
도 2는 본 발명의 흑연의 자기력 현미경 (MFM)의 이미지 (image)를 나타낸다. 자기 트랙의 폭은 약 1㎛이다. 상기 도면은 얻어진 생산물의 구조의 정도의 입증을 가능하게 한다. 이러한 구조 정도는 실온에서, 재료의 자기 반응이 중요하고, 명백히 확립된 도메인을 갖는다는 것을 보여주는 것을 가능하게 한다.
도 3은 본 발명의 흑연 재료의 SEM 사진이다. 이 사진에서 상기 언급한 구멍을 초래하는 흑연박판의 퇴화 (degradation)가, 상기 언급된 효과를 강화시키고 그리고 주장된 자기 효과를 일으키는, 더 내부의 블레이드에서 연속적으로 발생하는 것이 관찰될 수 있다.
도 4는 방법 전후의 재료의 자기 행동을 비교한, 온도에 대한 자기화 곡선 (SQUID)의 그래프이다. 도 4는 제안된 방법의 처리에 의해 흑연 재료에서 발견된 강화된 자기 변형의 입증을 가능하게 한다. 달성된 변형은 매우 명백하고 그리고 흑연의 원래의 반자기성 벌크 행동의 전체의 전환이 매우 강한 강자기성 행동을 가능하게 한다. 시료의 불순물의 존재에 기인될 수 없는 그러한 중요한 반응의 이러한 타입을 추론하는 것을 가능하게 하는데, 이들 불순물들은, 존재한다면, 이 경우에서 분명히 발생하지 않는, 흑연 벌크의 반자기성 배경을 제하여 (빼서) 감지될 수 있는, 기껏해야 약하고, 훼손된 (undermined) 자기를 관찰하는 것을 허용할 것이기 때문이다.
도 5는 얻어진 자기 재료의 자기 품질을 보이는, 약 185K의 퀴리 온도뿐 아니라 온도에 대한 자기화 곡선 (SQUID)의 항목을 나타낸 그래프이다. 재료의 자기 행동은 실온에서도 지속된다.
도 6은 본 발명의 방법에 의해 얻어진 흑연 생산물이, T=200K의 실온에서 전형적인 강자기성 행동을 보이는, 외부 자기장에 대한 자기화 곡선 (SQUID)를 나타낸 그래프이다.
따라서, 상기 기재는 반응의 상대적으로 온화한 조건하에서 그리고 용이하게 이용할 수 있는 장치들로, 시판되는 순수한 흑연 및 전이 금속 산화물로부터 실온에서 오래-지속되는 자기 성질의 재료의 거시적인 양을 얻는 것이 가능하는 것을 입증하고, 그리고 얻어진 재료는 의료 과학에서의 자기 이미지, 또는 통신에서 응용, 전자 공학, 센서, 바이오 센서, 자기 재료의 촉매 또는 분리의 다양한 응용에 용도를 발견한다.
그러므로, 본 출원은 지금까지 알려져 있지 않은 물리적 성질을 갖는 자기 탄소를 얻기 위한 매우 경쟁력이 높은 방법을 제공한다.

Claims (15)

  1. 자기 흑연 재료의 제조 방법으로, 하기 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    a) 흑연을 함유하는 두 번째 용기 (3) 및 하나 이상의 전이 금속 산화물을 함유하는 첫 번째 용기 (2)를 반응기 (1)에 제공하는 단계, 여기서 흑연 및 하나 이상의 산화물(들)은 정교하게 분리되고, 첫 번째 및 두 번째 용기들 (2,3)은 물리적으로 근접하게 배치되고, 흑연과 하나 이상의 전이 금속 산화물(들)의 부피 비는 약 1:1이고, 반응 계는 입구 (5)를 통해 도입되는 불활성 기체 및 출구 (6)를 통해 만들어진 진공의 존재 하에서, 고 진공 (10-7 torr)에서 10 기압까지의 값의 압력하에서 밀폐되고, 반응기 (1)는 약 600℃의 반응 시작 온도와 하나 이상의 전이 금속 산화물의 녹는 온도 사이의 온도로, 가열 장치 (4)의 도움으로 6 내지 36 시간 동안 유지되고, 그리하여:
    ⅰ) 온도의 작용에 의해 증착시에, 전이 금속 산화물은 흑연에 산화적 공격을 유발하기에 충분한 산소 기체의 비율을 발생시키고 그리고 그 안에 구멍을 생성시키고; 그리고
    ⅱ) 대개의 경우, 전이 금속 산화물이 0 (null) 산화 상태로 환원되는 것에 반해, 방법의 끝에서 탄소질 재료는 두 영역을 나타내고, 더 상위 영역은 다공성 구조, 다발, 필링 (pilings), 및 노출된 흑연박판 (graphene)의 모서리의 요 구된 제품으로 구성되고; 그리고
    b) 요구된 반응 시간의 끝에서, 실온에서 오래-지속되는 자기 성질을 갖는 흑연 재료를 회수하는 단계.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 흑연은 상업적인 분말화된 순수한 흑연을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 흑연은 열분해성인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 흑연은 흑연이 존재하는 모든 다양한 형태일 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 흑연의 입도 (granulometry) 0.1mm 미만인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 흑연은 보론의 최대 약 10 중량%까지 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전이 금속 산화물은 Fe, Co 및 Ni를 포함하는 Ⅶ 군의 금속 산화물; Cu를 포함하는 ⅠB 군의 그리고 Zn을 포함하는 ⅡB군의 금속; Sc 를 포함하는 ⅢB군의 금속; Ti를 포함하는 ⅣB 군의 그리고 V를 포함하는 ⅤB군의 금속; Cr을 포함하는 ⅥB군의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 바람직하기는 전이 금속 산화물은 구리 산화물이고, 순수한 또는 어느 비율로 다른 전이 금속 산화물과의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 시간은 14 내지 24 시간의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 두 번째 용기 (3)에 원래 위치된 흑연의 1/10 내지 1/20 (부피의)의 수율을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 자기 흑연 재료는 자석의 도움으로 회수되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에서 정의된 방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 자기 흑연 재료.
  13. 제 12항에 있어서, 수 나노미터에서 1 ㎛ 이상까지의 범위의 직경과 다발 또 는 필링의 행동인 나노 및 마이크로-구조의 형태를 갖는, 다양한 흑연 블레이드를 관통하는 구멍들로 구성되는, 복합 마이크로구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 흑연 재료.
  14. 제 12항에 있어서, 실온에서 오래 지속되는, 자기 성질을 나타내는 것을 특징으로 하는 자기 흑연 재료.
  15. 제 12항에 있어서, 의료 과학, 나노 기술, 통신, 전자 공학, 센서, 바이오센서, 자기 재료의 촉매 또는 분리에서 사용되는 것을 특징으로 하는 자기 흑연 재료.
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