KR20100114530A

KR20100114530A - 나노다이아몬드 및 탄소질 재료로부터 다이아몬드형 입자

Info

Publication number: KR20100114530A
Application number: KR1020107018906A
Authority: KR
Inventors: 제이. 알렌 웨스트; 제임스 켄네트
Original assignee: 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아; 제이. 알렌 웨스트
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2010-10-25
Also published as: EP2238075A2; US20110020646A1; CA2712778A1; JP2011510894A; WO2009094481A3; EP2238075A4; IL207175A0; WO2009094481A2; CN101970350A; RU2010135375A

Abstract

나노다이아몬드를 나노다이아몬드를 함유하는 활성 탄소로부터 제거하는 나노다이아몬드 (n-다이아몬드, p-다이아몬드, 또는 i-탄소)를 생산하는 방법. 상기 활성 탄소는 탄소에 매립된 나노다이아몬드의 형성을 가능하게 하는데 충분하게 산소의 존재를 억제하면서 탄소질 공급원료를 탄화 및/또는 활성화함으로써 제조된다. 상기 나노다이아몬드는 활성 탄소로부터 분리 및 정제할 수 있으며 또한 활성 탄소를 산화제로 처리하여 농축할 수 있다. 또한 나노다이아몬드 형성을 가능하게 하는 조건 하에 탄소원, 금속 및 산을 혼합함으로써 나노다이아몬드 및 특히 나노다이아몬드 섬유를 생산하는 방법이 제공된다. 2000 나노미터 이하 또는 이상의 나노다이아몬드를 생산할 수 있다. 나노다이아몬드 섬유는 다양한 재료에 대한 구조적 보강재를 제공하는데 제직 또는 사용할 수 있다.

Description

나노다이아몬드 및 탄소질 재료로부터 다이아몬드형 입자 {Nanodiamonds and diamond-like particles from carbonaceous material}

이 출원은 여기에 참고로 포함되는 2008년 1월 25일자 출원된 미국 가출원 제61/062,350호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 미국국립과학재단으로부터 허가번호 SGER grant ATM-0713769에 따른 정부지원으로 만들어졌다.

본 발명은 나노다이아몬드 및 탄소질 재료로부터 다이아몬드형 입자에 관한 것이다.

천연 다이아몬드는 고압 및 고온 화성 축 (킴버얼라이트)으로 생산되며, 또한 천연 다이아몬드의 부족 및 가격은 100년에 걸쳐 합성 다이아몬드 연구를 촉진하여 왔다. 다이아몬드 합성은 전형적으로 다이아몬드가 주위 온도에서 열역학적으로 안정한 탄소 형태가 아니기 때문에 고에너지 투입을 필요로 한다. 일반적으로, 다이아몬드는 고압 (약 1-10 GPa) 및 고온 (T＞ 200K)에서 합성한다. 합성 다이아몬드는 현재 화학적 증기 증착 (CVD) 또는 TNT의 폭발성 이상폭발(explosive detonation)에 의해 생산되고 있다. 그러나 다이아몬드를 생산하는 이들 방법은 매우 높은 압력 또는 큰 에너지 소비를 수반하기 때문에 이들의 합성이 어렵다.

다이아몬드는 우수한 경도 및 내구력을 가치있게 생각하므로 많은 산업에서 사용하고 있다. 예를 들면,

i) 분쇄 및 연마: 외알 안경 렌즈, 콘텍트 렌즈, 레이저 부품, 볼 베어링, 세라믹, 보석용 원석, 거울, 컴퓨터 디스크 및 분쇄 휠의 부품.

ii) 기타: 윤활성 첨가제, 강화 충전제, 나노접착제, 구강 치과, 생물학적으로 활성 캐리어, 자기 매체 구성품, 및 드릴비트 및 절삭공구용 표면절삭.

현재, 대부분의 나노 다이아몬드는 TNT의 폭발성 이상폭발로 만들며 또한 일부는 화학적 증기 증착 (CVD)으로 만든다. Lueking 등 (여기에 참고로 포함되는 미국특허출원 공개 제20070148080호)에는, 석탄 등의 탄소원에 에너지 첨가, 예를 들어 고에너지 반응성 분쇄를 행하여, 석탄에 비하여 수소화 4각형 비결정 다이아몬드 형 탄소를 생성함으로써, 저압 하에 나노 결정성 다이아몬드, 다이아몬드 형 탄소 및 벅키(bucky) 다이아몬드를 합성하는 방법이 기술되어 있다. 분쇄 제품은 열, 산 및/또는 염기로 처리하여 나노 결정 다이아몬드 및/또는 결정 다이아몬드 형 탄소를 생산한다.

다이아몬드는 이들의 경도 및 내구력을 이용하는 많은 방식으로 사용할 수 있다. 따라서 분쇄 및 다른 고에너지 투입을 필요로 하지 않고, 특히 저압 및 저온 내지 중온에서, 다이아몬드를 생산하는 추가적인 방법이 매우 바람직하다. 이러한 방법은 덜 가혹한 조건 하에 다이아몬드를 경제적으로 제조할 수 있다.

한 측면에서, 나노 다이아몬드를 생산하는 방법이 제공된다. 본 방법은 나노 다이아몬드를 함유하는 활성 탄소로부터 나노다이아몬드를 제거함을 포함한다. 나노다이아몬드는 활성 탄소의 생산도중에 형성된다. 일부 실시형태에서, 나노다이아몬드는 나노 다이아몬드를 포함하는 콜로이드 현탁액을 형성시킴으로써 활성 탄소로부터 제거할 수 있으며, 또한 일부 실시형태에서 나노 다이아몬드는 활성 탄소를 산화제로 처리함으로써 농축할 수 있다. 일부 실시형태에서, 활성 탄소는 탄소에 매립된 나노 다이아몬드의 형성을 가능하게 하는데 충분하게 산소의 존재를 억제하면서 약 750℃ 내지 약 1600℃ 범위의 온도에서 탄소질 공급원료를 활성화시켜 제조할 수 있다. 특정의 실시형태에서, 탄소질 공급원료를 활성화하기 전에, 탄소질 공급원료는 산소의 존재를 억제하면서 약 500℃ 내지 약 1600℃ 범위의 온도에서 탄화할 수 있다.

본 방법에 따라, 다양한 실시형태에서 생산된 나노다이아몬드는 독특한 반사선으로 이루어진 선택 영역 전자 회절 패턴을 생기게 할 수 있다. 다양한 실시형태에서, 나노 다이아몬드는 n-다이아몬드, p-다이아몬드, 또는 i-탄소이다. 많은 실시형태에서, 다수개의 나노다이아몬드는 본 방법에 의해 제조된다. 특정한 실시형태에서, 본 방법은 분쇄 또는 분쇄 단계를 포함하지 않는다. 본 방법의 임의의 실시형태는 본 방법의 다른 실시형태와 결합할 수 있다.

또 다른 실시형태에서, 나노 다이아몬드의 형성을 가능하게 하는 조건 하에 탄소원, 금속 및 산을 혼합시킴을 포함하는 나노다이아몬드를 제조하는 방법이 제공된다. 일부 실시형태에서 나노다이아몬드 섬유가 형성된다. 특정한 실시형태에서, 나노 다이아몬드 섬유는 길이 2000 나노미터 이하일 수 있는 반면, 다른 실시형태에서 나노 다이아몬드 섬유는 길이 2000 나노미터 이상이다. 다양한 실시형태에서 나노 다이아몬드 섬유는 약 1 내지 약 100 나노미터 범위의 폭, 및 약 1 내지 약 100 나노미터 범위의 두께를 갖는다.

본 방법의 다양한 실시형태에 따라, 기본적인 탄소원은 탄소를 포함하며 또한 특정한 실시형태에서 기본적인 탄소원은 탄화 코코넛 쉘, 탄화 목재, 석탄, 타르, 원유, 땅콩, 또는 이의 결합물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 금속은 구리,철, 니켈, 은, 금, 주석 또는 이의 결합물을 포함한다. 일부 실시형태에서 상기 산은 수소 이온을 제공한다. 본 방법은 다양한 실시형태에서 "도핑"(doping)이라 불리는 특정한 도포제(dopants)를 상기 나노 다이아몬드에 현재 형태로 첨가함을 추가로 포함한다. 특별한 실시형태에서 나노 다이아몬드는 수소, 실리콘, 질소, 또는 그의 결합물로 도포할 수 있다. 본 방법은 또한 상기 방법을 실온 및 주위 압력에서 수행하는 다양한 실시형태를 포함한다.

또한, 본 방법에 따라, 다양한 실시형태에서 생산된 나노 다이아몬드 또는 나노 다이아몬드 섬유는 독특한 다이아몬드 반사선(reflection line)을 포함하는 소정의 영역전자 회절 패턴을 생기게 할 수 있으며 또한 다양한 실시형태에서 나노 다이아몬드 또는 나노다이아몬드 섬유는 n-다이아몬드, p-다이아몬드 또는 i-탄소 다이아몬드이다. 많은 실시형태에서, 다수개의 나노다이아몬드는 본 방법에 의해 생산된다. 특정한 실시형태에서, 본 방법은 분쇄 또는 분쇄단계를 포함하지 않는다. 본 발명의 특정 실시형태는 본 방법의 특정한 다른 실시형태와 결합할 수 있다.

또 다른 실시형태에서, 나노 필라멘트 섬유가 제공된다. 특정한 실시형태에서 나노 필라멘트 섬유는 길이 2000 나노미터 이하일 수 있는 반면, 다른 실시형태에서 나노다이아몬드 섬유는 길이 2000 나노미터 이상일 수 있다. 다양한 실시형태에서, 나노다이아몬드 섬유는 약 1 내지 약 100 나노미터 범위의 폭 및 두께를 갖는다. 나노다이아몬드 섬유는 일부 실시형태에서 독특한 다이아몬드 반사선을 포함하는 소정의 영역전자 회절 패턴을 생기게 할 수 있으며 또한 일부 실시형태에서는 n-다이아몬드, p-다이아몬드 또는 i-탄소 다이아몬드일 수 있다. 특정한 실시형태는 본 발명의 특정한 나노 다이아몬드 섬유를 함유하는 재료를 포함한다. 특별한 실시형태는 상기 특성들이 상호 독점적이지 않는 한 나노 다이아몬드 섬유의 특정한 실시형태의 특성들의 조합을 포함한다.

추가의 실시형태에서, 탄소 기본 재료의 제조방법이 제공된다. 다양한 실시형태에서 본 방법은 나노재료를 함유하는 활성 탄소로부터 나노재료를 얻는 것을 포함하며, 여기서 상기 나노재료는 풀러린(fullerence), 탄소 오니온(carbon onion) 및 나노튜브(nanotube)로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

추가의 목적 및 이점들과 함께, 조직화 및 조작방법에 관하여 본 발명의 특징인 것으로 생각되는 새로운 특징들은 첨부된 도면과 관련하여 검토하였을 때 다음 설명내용으로부터 더 잘 이해될 것이다. 그러나 각각의 도면은 단지 예시 및 설명을 목적으로 제공되며 또한 본 발명의 한계를 정의하는 것으로 의도되지 않았다는 것을 명백히 이해해야 할 것이다.

본 발명에 따른 나노다이아몬드 섬유를 제조하는 방법은 실온 및 주위 압력에서 수행할 수 있다. 또한, 탄소원, 금속 및 산은 재사용 가능한 것으로 보인다. 상기 방법의 이들 특징은 상당한 비용 절감 및 경제성을 제공한다.

상기 나노다이아몬드 섬유는 다양한 산업에서 보강재료로서 사용할 수 있다. 예를들면, 나노다이아몬드 섬유는 함께 압축 또는 제직하여 다양한 제품들, 심지어 의복에 혼입할 수 있는 고강도 다이아몬드 클로드를 형성할 수 있다. 자동차 및 항공 분야에서, 나노다이아몬드 섬유는 증가된 강도용 탄소 복합물 또는 사출성형 플라스틱에 첨가제로서 사용할 수 있다. 나노다이아몬드 섬유는 또한 강도용 세라믹에 대한 첨가제로서 또한 플락 자켓에서 사용할 수 있다. 전자 산업 및 약제학적 산업에서 다른 용도들은 고안될 수 있다.

본 발명의 더욱 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면과 관련하여 다음 설명들이 언급된다.
도 1은 당해 분야에 공지된 바와 같은 활성 탄소의 일반적 생산의 개략도이다.
도 2는 활성 탄소에서 나노 다이아몬드의 투과전자 현미경("TEM") 이미지이다.
도 3은 나노 다이아몬드 섬유의 TEM 이미지이다.

한 측면에서, 본 발명의 특정한 실시형태는 나노다이아몬드(nanodiamond)를 회수하는 방법에 관하여 이루어진 발견에 기인하며, 여기서 나노다이아몬드는 전술한 나노 다이아몬드 제조방법과 완전히 다른 방법으로 생산된다. 이들 실시형태에서, 나노다이아몬드는, 바람직하게 스팀의 에이전시(agency of steam)를 통하여, 저 산소 조건 하에 중간 온도 및 대기압에서 탄소질 공급원료의 탄화 및/또는 활성화 방법에 의해 생산된다. 나노 다이아몬드는 "n-다이아몬드", "p-다이아몬드" 및 "i-탄소"로서 언급되는 나노다이아몬드의 하나 이상의 상이한 형태로 비결정 탄소를 전환시켜 형성하며, 이들 모두는 통상의 큐빅 다이아몬드(cubic diamond)의 준안정 형태이다 (참조, Wen 등, "n-다이아몬드의 합성 및 결정구조", International Materials Reviews, Vol 52, Issue 3, Page 131-151, 여기서 참고로 포함됨). 다른 탄소 기본 나노재료 예를 들면 풀러린, 탄소 오니온 (나노 다이아몬드 내측 풀러린 또는 흑연 쉘) 및 나노튜브가 또한 형성된다. 중요한 조건은 산소의 부재 또는 억제 하에 약 800℃ 내지 약 1600℃ 범위의 온도에서 탄화 공정을 수행하여 탄소의 매트릭스에 매립된 나노다이아몬드를 생산하게 하는 것이다.

여기서 사용되는 용어 "나노다이아몬드"는 통상의 큐빅 다이아몬드의 준안정 형태(metastable form)인 다이아몬드 형 나노결정을 언급한다. 용어 "나노결정" 및 "나노재료"는 1000 나노미터 또는 그 미만인 적어도 하나의 치수를 갖는 결정 또는 재료를 각각 언급한다. 여기에 기술된 방법에 따라 세 개의 특별한 형태의 나노 다이아몬드는 n-다이아몬드, p-다이아몬드 및 i-탄소이다 (참조, Kleiman, J.; Heimann, R.B.; Hawken, D.; Salansky, N.M. Journal of Applied Physics, Volume 56, Issue 5, September 1, 1984, pp. 1440-1454 1984, 여기서 참고로 포함됨). 이들 형태의 각각은 도포제(dopants)의 형태만 다르며, 몇 퍼센트 내에서 큐빅 다이아몬드처럼 거의 단단하다. 연구가들은 나노 다이아몬드의 각각의 형태가 그의 격자 내에 특정한 도포제, 예를 들어 수소 (n-다이아몬드), 질소 (i-탄소), 또는 실리콘 (p-다이아몬드)를 혼입함으로써 약간 상이한 특성을 유도한다는 것을 가정하고 있다.

탄소질 공급원료를 n-다이아몬드, p-다이아몬드, 및/또는 i-탄소로 전환시키기 위하여 여기에 기술된 조건들은 활성 탄소의 형성 조건들과 동일하다는 것을 인식해야 할 것이다. 당연히, 여기에 기술되는 현미경 검사는 상업적 활성 탄소가 탄소 매트릭스에 매립된 n-다이아몬드, p-다이아몬드, 및/또는 i-탄소를 함유한다는 것을 밝혀냈다. 활성 탄소가 나노다이아몬드의 근원이 될 수 있는 관찰은 이전에 결코 이루어지지 않은 것으로 생각된다.

조건들에 따라, 활성 탄소의 생산은 주로 n-다이아몬드, p-다이아몬드 또는 i-탄소의 형성을 가능하게 하거나 또는 n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소의 결합물의 형성을 가능하게 할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시형태에 따라, n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소는 농축에 의해 회수된다. 하나의 실시형태에서, 매립하는 탄소재료는 산화제 예를 들면 산 또는 오존으로 가공처리하여 비-다이아몬드 매트릭스를 용해시킨다. 대안적으로 또는 추가적으로, n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소의 콜로이드 현탁액은 예를 들면 상기 매립하는 탄소를 염화 메틸렌 또는 암모니아로 처리한 다음 콜로이드상으로 현탁된 n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소를 제거함으로써 형성될 수 있다. N-다이아몬드 생산율은 연소 인자들, 예를 들어 온도, 가열시간 및 냉각 시간의 변동에 따라, 공급원료의 최종 중량의 1% 내지 30% 범위이다.

활성 탄소로부터 나노 다이아몬드의 생산은 다른 공정보다 절반 이상 더 저렴한 것으로 보인다. 또한, 생산에 필요한 자본설비는 활성 탄소 공업에서 이미 사용되고 있으며, 이는 생산이 소규모 자본경비로 빨리 개시할 수 있음을 의미한다. 이러한 효율성은 나노다이아몬드 시장을 크게 자극하며, 이는 연간규모로 미국달러로 5 천만불 이상 발생시키며 또한 매년 계속 급속도로 증가하는 것으로 평가된다.

특별한 실시형태에서, 탄소질 공급원료는 탄소 매트릭스에 매립된 나노 다이아몬드 및/또는 나노 다이아몬드 형 입자 (이들은 함께 n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소로서 언급할 수 있음)의 형성을 가능하게 하는데 충분하게 산소의 존재를 억제하면서 약 500℃ 내지 약 1600℃ 범위의 온도에서 탄화 및/또는 활성화된다. 산소는 탄소질 공급원료가 탄화 또는 활성화할 때 연소하지 않을 정도로 제한 또는 한정된다. 산소는 탄소질 공급물질이 탄화 및/또는 활성화되면서 공기 투입을 제한함으로써 또는 스팀으로서 물질들, 질소 또는 이산화탄소 등 하에 탄소질 공급물질을 탄화 및/또는 활성화함으로써 제한할 수 있다. 본 발명에 따라, n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소는 매립 탄소로부터 농축 및 분리된다. 하나의 실시형태에서 n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소는 나노 다이아몬드를 함유하는 탄소질 재료를 산 또는 오존 등의 산화제로 처리함으로써 농축된다. 또 다른 실시형태에서, n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소는 나노 다이아몬드의 콜로이드상 현탁액을 형성시켜 콜로이드상으로 현탁된 나노 다이아몬드를 제거함으로써 탄소 매트릭스로부터 제거된다. 상기 콜로이드상 현탁액은 나노 다이아몬드를 함유하는 탄소 매트릭스를 화학물질 예를 들어 염화 메틸렌 또는 암모니아로 처리함으로써 형성할 수 있다.

본 발명은 여러 가지 중요한 면에서 Luecking 등 (미국특허출원 공개 제20070148080호)과 다르다. Luecking 등은 볼 분쇄기(ball mill)를 사용하여 석탄 등의 공급원료를 사이클로헥산으로 분쇄한다. 상술한 방법은 분쇄된 제품을 생산하며 또한 저 산소 조건들이 나노다이아몬드 생산에 필요하다는 것을 제안하고 있지 않다. 반면 본 발명의 다양한 실시형태는 분쇄, 볼 분쇄 또는 사이클로헥센을 필요로 하지 않고 더욱 간단하고 더욱 경제적이다. 당연히, 본 발명의 실시형태는 용이하게 분쇄할 수 없는 탄소질 재료, 예를 들어 원유, 타르, 나무의 수지(tree resin), 톱밥, 목재 칩, 파쇄 코코넛 쉘, 카본 블랙 등을 사용하며, 따라서 상기 방법들 사이의 현저한 차이를 입증할 수 있다. 그 외에, 다양한 실시형태에서, 저산소 조건들은 활성 탄소에 수반하는 본 방법에 필수적이다. 더구나, Lueking 등은 산/염기 정제 없이 열처리가 n-다이아몬드를 생산하지 않는 반면, 탄소를 포함하는 본 실시형태에서 산 처리를 사용하는 경우 그것은 단지 산화제로서 n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소를 농축한다는 것을 지적하고 있다. Lueking 등이 산 억제 없이 100℃ 이하에서 작용하는 반면, 본 발명의 특정한 실시형태는 산소의 존재를 억제하면서 약 500℃ 내지 약 1600℃ 범위의 온도를 필요로 한다.

도 1을 참조하면, 중간 온도 및 대기압에서 탄소질 공급 원료를 탄화 및 활성화하는 공지된 방법에서, 구형 또는 둥근 나노 다이아몬드 및 마이크로다이아몬드가 통상의 큐빅 다이아몬드의 준안정 형태인 “새로운 다이아몬드” 또는 “n-다이아몬드”로 불리는 나노다이아몬드, p-다이아몬드, 및 i-탄소로 탄소를 전환시킴으로써 형성된다는 것이 밝혀졌다. 상업적 제조법에 따라, 갈탄, 석탄, 코코넛 쉘, 또는 유사 탄소질 공급원료 (2)는 파쇄 (4), 탄화 (6) 및 활성화(8) 된다. 활성탄소는 분쇄(10) 하여 활성 탄소 분말 (12)를 형성하거나 또는 활성탄소 과립 (14)로서 직접 포장한다.

본 발명과 부합되게, 도 2는 탄소 매트릭스에서 관찰된 구형 및 둥근 나노 다이아몬드의 투과전자 현미경 ("TEM")이다. 예를 들면, 나노다이아몬드(16)은 도면에서 확인된다. 코코넛 쉘로부터 유도된 활성 탄소는 상업적 공급업자 (Item # OLC1240 AC; 칼곤 카본 코포레이션, 미국 피트버그 펜실베니아, 15230)로부터 입수 가능하다. 유사한 결과는 또 다른 상업적 공급업자 (Item # GAC1240 AC; 노리트 아메리카스 인코포레이티드, 미국 텍사스 마샬 75670)로부터 유도된 활성 탄소로부터 입수하였다.

n-다이아몬드, p-다이아몬드 및 i-탄소가 때때로 다이아몬드 격자에서 탄소원자를 대체하는 것으로 제안되고 있지만, 큐빅 다이아몬드에 비하여 n-다이아몬드, p-다이아몬드 및 i-탄소 사이의 정확한 차이가 강력한 연구 중에 있다. 이에 대한 증거는 통상의 큐빅 다이아몬드의 경우, [200]라인과 같은 “금지”라인으로 불리는 특정한 회절선은 소정의 전자회절(SAED) 패턴에서 보이지 않는다는 것이다. 여기에 기술된 나노 다이아몬드에 대한 회절 패턴은 결론적으로 이 새로운 공정이 CVD에 의해 또는 이상폭발에 의해 생산된 큐빅 다이아몬드와 유사하지만 다른 n-다이아몬드를 생산한다는 것을 입증한다.

활성 탄소를 포함하는 생산방법의 주요 부분은 1) 산소의 부재 또는 억제와 결합하여 2) 약 500℃ 내지 약 1600℃의 온도 범위에서 탄소질 공급 원료를 활성화하는 것이다. 후자는 공기 투입을 연소실로 제한하거나 또는 이러한 물질을 스팀 (바람직하게), 질소 또는 이산화 탄소로서 주입하거나 또는 탄소질 공급 원료의 산화를 방지 또는 제한하는 일부 다른 방법을 사용하여 수행할 수 있다. 저산소 조건들은 탄소 공급원료의 연소 없이 탄소를 나노 다이아몬드로 변환하는데 필요한 온도에 탄소질 공급원료를 도달시키는데 중요하다. 따라서 용어 “저산소”는 연소하지 않고 탄소질 공급원료를 탄화 및/또는 활성화시키는 산소의 농도를 언급한다.

생산 후, n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-다이아몬드는 탄소 매트릭스에 매립한다. 나노 다이아몬드를 농축시키기 위하여, 나노 다이아몬드를 함유하는 탄화 재료는 공급 원료를 용해하고 나노다이아몬드를 유리시키는 산 또는 오존과 같은 산화제로 처리할 수 있다. 그 외에, 나노 다이아몬드는 pH를 염기성 조건으로 올리기 위하여 염화메틸렌(CH₂Cl₂) 또는 암모니아 (NH₃)와 같은 화합물질을 사용하여 콜로이드상 현탁액에 의해 활성 탄소 및 탄소 매트릭스로부터 제거할 수 있으며, 이는 나노 다이아몬드를 현탁액 중에 부유시킨다. 일부 실시형태에서, 나노 다이아몬드를 활성탄소 또는 탄소 매트릭스로부터 제거하는 것은 완전히 정제된 나노다이아몬드를 생기게 할 수 있거나 또는 다른 실시형태에서는 활성 탄소 및/또는 탄소 매트릭스를 오염시키는 약간 량을 함유하는 나노 다이아몬드를 생기게 할 수 있다. 나노다이아몬드는 산화제, 기포 콜로이드 현탁제로 처리하며, 및/또는 당해 분야에 공지된 다른 정제 단계들 또는 이의 조합을 추가하여 활성 탄소 및/또는 탄소 매트릭스로부터 분리 및/또는 정제할 수 있다. 따라서 단일 정제 단계 또는 정제단계들의 특정한 조합을 사용하여 활성탄소 및 탄소 매트릭스로부터 나노다이아몬드를 분리 및/또는 정제할 수 있다. 현재, n-다이아몬드 생산은 온도, 가열시간 및 냉각 시간과 같은 연소 인자의 변동에 따라 용적당 활성 탄소의 몇 퍼센트 내지 약 30%까지의 범위이다.

탄화재료 및 활성탄소의 형성은 당연히 본 발명의 일부가 아니며, 탄화/활성화 재료는 공급원료를 형성하며 여기서 탄화/활성화 재료가 생산된다. 1998년 3월 10일자 허여된 Ivey 등의 미국특허 제5,726,118호에 언급되어 있으며, 이 특허의 기술내용은 여기서 참고로 포함된다. 활성탄소는 지방족 브리지 그룹에 의해 가교 결합된 흠결 탄소층 면의 트위스트 네트워크이다. 탄소에 풍부한 탄소질 재료는 상업적 활성 탄소의 제조에 사용되며, 또한 석탄, 예들 들어 역청탄 및 아역청탄은 물론 갈탄, 목재, 견과의 껍질, 토탄, 피치, 코크스, 예를 들어 석탄 기본 코크스, 목재 칩, 톱밥, 코코넛 쉘, 석유 분획, 카본 블랙 등을 포함한다. 최근의 기술문헌은 다른 탄소 재료가, 자동차 타이어, 수련(water lilies), 소비된 커피 찌거기, 폐 플라스틱, 밀짚, 옥수숫대, 하수오니, 및 기타 고체 폐기물을 포함하여, 전환될 수 있음을 제안하고 있다. 펠렛화, 압출 섬유 및 활성 탄소의 함침 형태는 분말 또는 과립 형태에 추가하여 사용할 수 있다.

활성탄소를 제조하는 생산방법은 일반적으로 1) 탄화(carbonizing or charring) 및 2) 활성화의 2단계로 이루어진다. 탄화는 출발물질을 산소의 부재 하에 500℃ 내지 700℃ 범위의 온도로 처리함으로써 발생하며 또한 일반적으로 수직 또는 수평 회전 가마에서 수행하였다. 활성화 단계는 이산화 탄소 또는 스트림과 같은 산화 가스로 또는 이들 두 가지의 조합으로 약 750℃ 내지 1000℃의 온도에서 단순한 열처리로부터 변화한다. 탄화는 잠재적 구공 구조를 갖는 탄소 골격을 생산하며 또한 활성화 단계에서 산화 분위기는 휘발성 열분해 생성물의 제거를 통하여 생성물의 구공 용적 및 표면적을 크게 증가시킨다. 탄소 연소제거는 또한 구공 용적 및 표면적의 증가 원인이 된다.

유연탄 등의 석탄 또는 유연탄과 아역청탄의 혼합물로부터 활성 탄소를 제조하는데 있어서, 공정은 석탁 조개탄을 형성하여 시작하며, 이들은 분쇄하여 과립을 형성한다. 스크리닝 후, 상기 재료는 약간의 공기로 약 450℃에서 약 8시간 이하 동안 가마에서 서서히 열처리하여 휘발성 재료를 제거하고 또한 석탄 중의 방향족 고리 화합물을 농축한다. 코코넛 껍질로부터 얻어진 활성 탄소는 단광(briquetting), 산화 및 탈휘발을 필요로 하지 않는다. 탄화물의 활성화 전에 코코넛 껍질을 서서히 탄화는 것은 고활성 탄소를 생산한다.

이 단계로부터 얻어진 과립 재료를 활성화한 후 이를 약 900℃에서 약 8시간 동안 스팀 및 약간의 공기로 다단상로(multi-hearth furnace)에 주입하여 구공 구조물에서 천공을 위해 느리게 조절된 산화 및 전 단계에서 형성된 농축 방향족 환의 제거를 수행한다. 다음에 생성물을 다시 스크린하고 포장한다. 활성 탄소의 대표적인 수율은 석탄 출발 물질을 기준으로 약 30 내지 약 35 중량% 변화한다.

활성 탄소로부터 나노 다이아몬드를 생산하는 이점들 중에서, 활성 탄소가 널리 생산되며, 또한 몇 퍼센트 농도의 n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소가 (탄소질 공급원료로서 갈탄, 석탄, 및 코코넛을 사용하여) 상업적 공급업자에 의해 현재 생산되고 있는 활성 탄소 중에 존재하는 것으로 밝혀졌다. 간단하고 저렴한 변형은 n-다이아몬드, p-다이아몬드 및/또는 i-탄소를 생산하기 위한 현행 공장에서 이루어질 수 있다. 따라서 초기 자본화는 매우 낮다. n-다이아몬드를 생산하는 거의 모든 다른 새로 발견된 방법들은 생산공장을 건설하기 위해 막대한 자본 지출을 필요로 한다. 또한 TNT 및 화학증기 증착과 같은 다이아몬드를 제조하는 대부분의 최근 방법들은 대량 생산으로 용이하게 크기 조절할 수 없어서 이들을 더욱 비싸게 만든다.

활성탄소로부터 나노 다이아몬드를 생산하는 것은 모든 다른 공지된 다이아몬드 생산 방법보다 훨씬 더 간단하다. 그것은 볼 분쇄기, TNT, 레이저, 플라즈마, 쇼크 압축, 화학적 증발, 기판, 또는 씨이드 다이아몬드(seed diamond)를 필요로 하지 않으며, 이들 모두는 생산비용을 추가한다. TNT의 폭발성 이상폭발은 다이아몬드 생산에 가장 많이 사용되는 방법이며, 약 $250,000-$1,000,000USD/ton을 생산한다. 반면, 활성탄소 비용은 약 $500-$2,000USD/ton이며, 계획된 나노다이아몬드 가격 $60,000-$125,000USD/ton 또는 상업적 나노 다이어몬드의 최근 비용의 절반 미만을 유도한다. 나노 다이아몬드 사용은 급격히 증가하고 있으며 또한 더 낮은 가격이 상당히 큰 시장을 생기게 하여야 한다.

활성 탄소를 수반하는 방법은 약 2 나노미터 내지 약 2 마이크로미터 범위의 직경으로 단일 다이아몬드 결정을 생산하는 반면, 대부분의 다른 방법들은 이것보다 훨씬 큰 (4 나노미터 이상) 다이어몬드 결정의 집합물을 생성한다. 특정한 실시형태에서, 활성탄소에서 생산된 나노 다이아몬드는 크기 약 2 나노미터 내지 약 200 나노미터 범위이며 단일결정의 대부분은 크기 약 2 나노미터 내지 약 20 나노미터 범위이다.

나노 다이아몬드는 내부적으로 취하였을 때 비독성인 몇 개의 공지된 나노입자중의 하나이다. 여기에 기술된 방법들은 전형적으로 구형 또는 거의 둥근 단일 결정 나노 다이아몬드를 생산하며 (도 2), 이들은 의료 적용분야에 사용하기에 이상적이다. 대부분의 다른 나노 다이아몬드 공정들은 잠재적으로 조직손상의 원인이 될 수 있는 칼날 다이아몬드를 생산한다. 단일 결정, 구형 나노 다이아몬드는 또한 활제에 대한 첨가제로서 칼날 카노다이아몬드보다 더 적합하며, 여기서 낮은 계수의 마찰이 바람직하다.

또 다른 측면에서, 나노다이아몬드를 생산하는 방법이 제공된다. 이 방법에 따르면, 탄소원, 금속 및 산을 함께 혼합하여 나노다이아몬드를 생산한다. 조건들에 따라, 섬유 형태의 나노다이아몬드는 기본적인 탄소원 및 금속 사이의 접촉점으로부터 성장하기 시작한다. 여기서 사용되는 용어“섬유”는 두 개의 다른 치수 (폭 및 두께의 횡방향 치수)보다 실질적으로 더 큰 하나의 치수 (길이 치수)를 갖는 신장된 체(elongate body)를 언급한다. 나노다이아몬드 섬유의 실시형태는 폭 및/또는 두께 약 1 나노미터 내지 약 100 나노미터 및 더욱 특히 약 10 나노미터 내지 약 100 나노미터 범위일 수 있다. 상기 섬유의 실시형태는 2000 나노미터까지의 길이를 가질 수 있으며, 또는 부분적으로 시간의 량에 따라 섬유들을 그 이상으로 성장시킨다. 예를 들면 1미터 이상의 길이를 갖는 나노 다이아몬드 섬유를 제조할 수 있다. 다양한 실시형태에서 나노 다이아몬드 섬유는 길이 100 나노미터 이상, 200 나노미터 이상, 300 나노미터 이상, 400 나노미터 이상, 500 나노미터 이상, 600 나노미터 이상, 700 나노미터 이상, 800 나노미터 이상, 900 나노미터 이상 또는 1000 나노미터 이상을 가질 수 있다. 특정한 실시형태에서, 길이 대 폭 (및/또는 길이 대 두께)의 비는 약 20:1 내지 약 200:1 범위일 수 있으며, 또는 적어도 20:1, 또는 적어도 200:1일 수 있다. 일부 실시형태에서 길이 대 폭 (및/또는 길이 대 두께)의 비는 적어도 50:1, 적어도 100:1, 적어도 300:1, 적어도 400:1, 적어도 500:1, 적어도 600:1, 적어도 700:1, 적어도 800:1, 적어도 900:1 또는 적어도 1000:1이다. 특정한 길이, 폭 및 두께의 나노다이아몬드 섬유가 고려된다. 다양한 실시형태에서, 나노다이아몬드 섬유는 직선형 또는 곡선형일 수 있다. 본 발명에 따라 생산된 나노다이아몬드 섬유 (18)은 도 3에 나타낸다.

기본적인 탄소원은 특정한 탄소원, 예를 들어 탄화 목재, 석탄, 타르, 원유, 토탄 등일 수 있다. 그 외에, 기본적인 탄소원은 특정한 형태 예를 들어 과립, 분말, 액체, 시트, 블록 등일 수 있다.

나노다이아몬드 섬유는 상업적 근원으로부터 활성 탄소에서 관찰되지 않았음을 지적해야 한다. 따라서 여기에 기술되는 바와 같은 나노다이아몬드 섬유의 생산은 신규의 방법이다.

상기 산은 산소농도를 낮게 유지시키고 또한 수소를 공급함으로써 작용할 수 있으며, 이들 둘 다 나노다이아몬드 섬유의 생산을 촉진한다. 수소 이온을 제공하는 특정한 산, 예를 들어 염산, 황산, 질산, 초산 등이 사용될 수 있다. 상이한 산의 사용은 상이한 유형의 나노다이아몬드의 형성을 촉진한다. 예를 들면, 질산의 사용은 도포제로서 나노다이아몬드 격자 내로 혼입하여 i-탄소를 형성하기 위해 질소를 공급할 수 있다.

상기 금속은 특정의 금속 예를 들어 전이금속, 알칼리토금속, 알칼리금속 또는 이의 결합물일 수 있다. 이들 금속의 예는 제한적이지 않지만 구리, 철, 니켈, 은, 금 및 주석을 포함한다. 상기 금속은 특정한 형태 예를 들어 시트, 튜브, 분말 등일 수 있다.

나노다이아몬드를 생산하는 방법은 실온 및 주위압력에서 수행할 수 있다. 다른 실시형태에서 상기 방법은 0℃ 이상 내지 사용된 산의 비등점 이하 범위의 특정한 온도에서 (약 100℃ 내지 약 200℃), 바람직하게는 약 20℃ 내지 약 200℃ 범위 또는 약 20℃ 내지 약 100℃ 범위에서 수행할 수 있다. 다양한 실시형태에서 상기 방법은 약 1psi 내지 약 1GPa 범위의 특정한 압력에서, 바람직하게는 약 10 내지 약 100psi 범위에서 수행할 수 있다. 온도 및 압력의 특정한 조합은 상기 조건들이 나노다이아몬드 및 나노다이아몬드 섬유를 생산하는 한 사용할 수 있다.

산과 함께 이온 형태로 실리콘 및 질소 등의 원소를 공급하면 상이한 유형의 다이아몬드의 형성을 촉진할 수 있으며, 예를 들면 실리콘의 첨가는 p-다이아몬드를 형성할 수 있으며, 이는 전기 전도성일 수 있으며, 또한 질소의 첨가는 i-탄소를 형성할 수 있다. 따라서 나노다이아몬드 섬유는 n-다이아몬드, p-다이아몬드 또는 i-탄소일 수 있다. 조건들에 따라, 상기 방법은 주로 n-다이아몬드, p-다이아몬드 또는 i-탄소의 형성을 가능하게 하거나 또는 n-다이아몬드, p-다이아몬드 및 i-탄소의 특정한 조합의 형성을 가능하게 할 수 있다.

나노다이아몬드의 밀도는 TNT의 이상폭발로부터 다른 유형의 공업용 큐빅 다이아몬드에 필적하는 약 1.8 g/㎤ 내지 약 3.1g/㎤ 범위일 수 있다. 이들 값은 대략 유리섬유의 밀도이지만 강철 밀도의 절반이다. 그럼에도 불구하고, 다이아몬드는 강철보다 상당히 더 강하다.

나노다이아몬드 섬유는 나노다이아몬드의 공지된 특성을 사용하여 상업적으로 추출할 수 있다. 예를 들면 약 pH 12의 암모니아를 탄소 산-다이아몬드 혼합물에 첨가하여 교반하는 경우, 다이아몬드는 콜로이드상으로 현탁한다. 상부 액체의 이상폭발 후에, 액체는 증발하여 나노다이아몬드를 남길 수 있다. 대안적으로, 약 1의 pH에 도달하도록 HCl을 첨가함으로써, 거의 순수한 다이아몬드가 침전할 것이고 또한 수집할 수 있다. 대안적으로, 다이아몬드를 추출하는 특정의 공지된 방법을 사용할 수 있다.

나노다이아몬드 섬유를 생산하는 방법은 실온 및 주위 압력에서 수행할 수 있다. 또한, 탄소원, 금속 및 산은 재사용 가능한 것으로 보인다. 상기 방법의 이들 특징은 상당한 비용 절감 및 경제성을 제공한다.

나노다이아몬드 섬유는 다양한 산업에서 보강재료로서 사용할 수 있다. 예를들면, 나노다이아몬드 섬유는 일체로 압축 또는 제직하여 다양한 제품들, 심지어 의복에 혼입할 수 있는 고강도 다이아몬드 포(cloth)를 형성할 수 있다. 자동차 및 항공 분야에서, 나노다이아몬드 섬유는 증가된 강도용 탄소 복합물 또는 사출성형 플라스틱에 첨가제로서 사용할 수 있다. 나노다이아몬드 섬유는 또한 강력 세라믹에 대한 첨가제로서 또한 플락 자켓(flak jacket)에서 사용할 수 있다. 전자 산업 및 약제학적 산업에서 다른 용도들은 고안될 수 있다.

본 발명은 첨부된 실시예들을 참조하여 더 잘 이해될 것이며, 이들은 단지 예시할 목적이지 어떤 의미로든 여기에 첨부된 특허청구범위에 정의된 바와 같은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석해서는 아니 된다.

실시예 1

목탄은 목재를 소나무, 오크 나무 및 나뭇재를 연소시켜 생산하였다. 목탄을 수집한 다음, 챔버 내부가 아닌 챔버 외부로 공기를 배출시켜 산소농도를 억제한 밸브로 금속 용기 내측에 넣었다. 밸브는 물 및 기체의 사출을 가능하게 하였다. 용기는 다음과 같이 다양한 온도에서 가열하였다.

1) 500℃

2) 750℃

3) 1000℃

다양한 내부 대기 조건들은 다음과 같이 가열 도중에 얻었다.

4) 저산소 및 저압 조건들은 공기가 챔버에 들어가는 것을 방지함으로써 얻었다.

5) 아르곤 가스를 주입하였다.

6) 스팀을 주입하였다.

7) 정상 공기를 주입하였다.

이 실시예에서, 500℃ 또는 750℃에서(조건 1 및 2) 또는 공기의 존재하에 (조건 7) 다이어몬드를 형성하지 않았다. 그러나 다이아몬드는 시험된 모든 다른 조건 (조건 4, 5 및 6)하에 1000℃에서 (조건 3)에서 얻었다. 따라서 나노다이아몬드는 무산소 또는 저산소 조건 하에 형성하였다. 나노다이아몬드는 탄소의 약 30 용적% 이하로 구성하였다.

회절 패턴은 다음 표 1에 나타낸 바와 같이 이전에 보고된 값과 부합하는 n-다이아몬드에 대해 얻었다.

n-다이아몬드
hki	d-간격
111	2.060
200	1.780
220	1.260
311	1,070
222	1.040
400	0.898

회절 패턴은 다음 표 2에 나타낸 바와 같이 이전에 보고된 값과 부합하는 p-다이아몬드에 대해 얻었다.

p-다이아몬드
hki	d-간격
111	2.080
221	1.220
222	1.040
412	0.790
413	0.710

회절 패턴은 다음 표 3에 나타낸 바와 같이 이전에 보고된 값과 부합하는 i-탄소에 대해 얻었다.

i-탄소
hki	d-간격
110	3.037
111	2.530
200	2.123
211	1.807
220	1.537

실시예 2

실시예 1에서와 같이 나노다이아몬드를 만든 후, 본 방법은 활성 목탄을 만드는데 사용된 것과 유사하며, 이는 통상 여과 및 정제에 사용되는 것임을 알았다. 여러 가지 유형의 상업적 활성 탄소를 시험할 때, 다이아몬드의 존재가 관찰되었으며, 이는 초기 실험을 확인하였다. 활성 탄소 제조업자들은 활성탄소의 약 30 용적% 또는 그 이하를 구성하는 다이아몬드의 존재를 알지 못한다.

실시예 3

투과형 전자현미경(TEM)에서 샘플을 관찰하는 3mm-폭 그리드를 사용하였다.그리드는 그 내부에 약 90-마이크론-평방 구공을 갖는 얇은 구기 지지체 구조로 구성하였으며, 이는 대략 50-nm-두께 비결정 탄소 필름을 지지하였다. 구리든지 필름이든지 원래 다이아몬드를 함유하지 않았다. 다음에, pH 0.5를 갖는 묽은 염산(HCl) 한 방울을 그리드 상에 침착시킨 후 곧바로 몇 분에 걸쳐 대기압 및 실온에서 건조시켰다.

TEM으로 그리드(TEM)를 관찰할 때, 다이아몬드는 구리 및 탄소 필름의 합류점에서 나노미터-크기 섬유로서 성장하였다. 약간의 경우에, HCl은 완전히 건조하지 않았으며 또한 이들 경우에 활성 다이아몬드 성장 공정은 TEM으로 관찰하였다. 관찰시 다이아몬드는 살아있는 것처럼 비틀며, 더 길게 성장하고, 더 넓어지며, 때때로 여러가지 섬유는 하나의 큰 섬유로 합쳐졌다. 수분 이내에, HCl을 건조시킨 다음 다이아몬드 합성을 중단하였다. 본 방법은 수분 이내에 3mm 폭 그리드 상에 다수개의 나노다이아몬드를 생성하였다.

실시예 4

탄화 코코넛 쉘로부터 탄소 분진을 수집하고 그것이 다이아몬드를 함유하지 않았다는 것을 결정하기 위해 시험하였다. 다음에, 슬러리는 탄소를 0.5-pH HCl과 결합시켜 만들었다. 이어서 탄소-HCl 용액 한 방울을 탄소 필름이 없이 3mm-폭 구리 그리드에 첨가하였다. 다음에, 그리드를 몇 분에 걸쳐 대기압 및 실온에서 건조시켰다.

TEM에 의해 그리드의 분석시, 나노다이아몬드는 탄소 입자들이 구리 구조에 접촉한 영역으로부터 성장한 장섬유로 보였다. 약간의 경우에, HCl은 완전히 건조하였으며, 또한 약간의 경우에 활성 다이아몬드 성장 공정이 관찰되었다. 관찰시 다이아몬드는 살아있는 것처럼 비틀며 더 길게 성장하고, 더 넓어지며, 때때로 여러 가지 섬유는 하나의 큰 섬유로 합쳐졌다. 수분 이내에, HCl을 건조시킨 다음 다이아몬드 합성을 중단하였다. 본 방법은 몇 분 이내에 3-mm-폭 그리드 상에 다수개의 다이아몬드를 생성하였다.

실시예 5

하나의 실험에서 나노다이아몬드는 n-다이아몬드의 회절 패턴 특성을 제공하였다.

본 발명은 바람직한 실시형태와 관련하여 설명되었지만, 당업자들이 용이하게 이해하는 바와 같이 본 발명의 정신 및 범위를 이탈하지 않고 개량 및 변화가 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들면 온도, 압력, 가열기간 및 냉각, 비활성 대기, 및 공급원료에서의 변화는 더 큰 생산효율을 가능하게 할 수 있다. 따라서 이러한 개량은 다음 특허청구범위 안에서 실시할 수 있다.

2: 공급원료
4: 파쇄
6: 탄화
8: 활성화
10: 분쇄
12: 활성탄소분말
14: 활성탄소 과립
16: 나노다이아몬드
18: 나노다이아몬드 섬유

Claims

나노다이아몬드를 함유하는 활성탄소로부터 나노다이아몬드를 제거하는 단계를 포함하는, 나노다이아몬드를 생산하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 나노다이아몬드가 n-다이아몬드, p-다이아몬드, 또는 i-탄소 다이아몬드인 방법.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노다이아몬드가 n-다이아몬드, p-다이아몬드, 및/또는 i-탄소의 선택 영역 회절패턴 특성을 생성하는 방법.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노다이아몬드가 활성 탄소의 생산 도중에 형성되는 방법.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노다이아몬드를 제거하는 단계가 상기 나노다이아몬드를 포함하는 콜로이드상 현탁액을 형성함을 포함하는 방법.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성 탄소를 산화제로 처리함으로써 상기 나노다이아몬드를 농축시킴을 추가로 포함하는 방법.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 다수개의 나노다이아몬드가 상기 방법에 의해 생산되는 방법.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 분쇄를 포함하지 않는 방법.
나노다이아몬드를 형성하기 위한 조건하에 탄소원, 금속 및 산을 혼합시킴을 포함하는, 나노다이아몬드를 생산하는 방법.
제 9항에 있어서, 상기 나노다이아몬드가 섬유 형태인 방법.
제 10항에 있어서, 상기 나노다이아몬드 섬유가 길이 2000 나노미터 이하인 방법.
제 10항에 있어서, 상기 나노다이아몬드 섬유가 길이 2000 나노미터 이상인 방법.
제 10항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노다이아몬드 섬유가 폭 약 1 내지 약 100 나노미터 및 두께 약 1 내지 약 100 나노미터인 방법.
제 9항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기본적인 탄소원이 탄소를 포함하는 방법.
제 9항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속이 구리, 철, 니켈, 은, 금, 주석, 또는 이의 결합물을 포함하는 방법.
제 9항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산이 수소 이온을 생성하는 방법.
제 9항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노다이아몬드가 n-다이아몬드, p-다이아몬드, 또는 i-탄소 다이아몬드인 방법.
제 9항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노다이아몬드가 n-다이아몬드, p-다이아몬드, 및/또는 i-탄소의 전자 회절 패턴 특성을 생성하는 방법.
제 9항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노다이아몬드를 현재 상태로 도포함을 추가로 포함하는 방법.
제 9항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법을 실온 및 주위 압력에서 수행하는 방법.
제 9항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서, 다수개의 나노다이아몬드를 상기 방법에 의해 생산하는 방법.
제 9항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법이 분쇄를 포함하지 않는 방법.
폭 약 1 내지 약 100 나노미터 및 두께 약 1 내지 약 100 나노미터를 갖는 나노다이아몬드 섬유.
제 23항에 있어서, 상기 나노다이아몬드 섬유가 길이 약 2000 나노미터 이하인 나노다이아몬드 섬유.
제 23항에 있어서, 상기 나노다이아몬드 섬유가 길이 약 2000 나노미터 이상인 나노다이아몬드 섬유.
제 23항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노다이아몬드가 n-다이아몬드, p-다이아몬드, 또는 i-탄소인 나노다이아몬드 섬유.
제 23항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나노다이아몬드가 n-다이아몬드, p-다이아몬드, 및/또는 i-탄소의 전자 회절 패턴 특성을 생성하는 방법.
제 23항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 따른 나노다이아몬드를 포함하는 재료.
나노재료를 함유하는 활성 탄소로부터 나노재료를 얻는 것을 포함하며, 여기서 상기 나노재료가 풀러린, 탄소 오니온 및 나노튜브로 이루어진 그룹으로부터 선택된 것인 탄소 기본 재료를 생산하는 방법.