KR20120095284A - 그라파이트 나노 카본 화이버 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

목질(木質) 원료를 사용하여 얻어지는 치수, 형상, 구조, 순도의 안정성이 높은 고기능의 그라파이트 카본 나노 화이버 및 그 제조 방법을 제공한다.
내부를 환원 분위기로 유지할 수 있는 반응 용기(21)와, 이 반응 용기 내에 배치한 촉매로서의 금속 기판(22)과, 이 금속 기판을 가열하는 히터(26)와, 반응 용기 내에 목질을 환원 분위기에서 열분해하여 얻어지는 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급 수단(25)과, 금속 기판상에 생성되는 탄소 섬유를 긁어내는 긁어내기 수단(24)과, 긁어낸 탄소 섬유를 회수하는 회수 용기(27)와, 반응 용기 내의 가스를 배기하는 배기 수단(28)을 구비한 장치를 사용하여 얻어지는 그라파이트 나노 카본 화이버가 제공된다. 상기 탄소 섬유는, 그라펜이 길이 방향으로 다층으로 중첩하여 형성되는 직경 25∼250nm의 선상(線狀)의 탄소 섬유이다.

Description

그라파이트 나노 카본 화이버 및 그 제조 방법 {GRAPHITE NANO-CARBON FIBER AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 출원은 일본특허출원 2011-033724(출원일: 2011년 2월 18일)를 기초로 하여 이 출원으로부터 우선의 이익을 향수한다. 본 출원은, 이 출원을 참조함으로써 동(同) 출원의 내용의 전체를 포함한다.
본 발명의 실시 형태는, 목질(木質)을 원료로 하는 그라파이트 나노 카본 화이버 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
카본 나노 구조 재료로서, 일반적으로, 탄소를 함유하는 가스를, 선택한 촉매 금속과 500℃로부터 1200℃ 정도의 온도에서 일정 시간 접촉시켜 제조된 섬유상 나노 탄소를 사용하는 것이 알려져 있다.
카본 나노 구조 재료의 생성법으로는, 아크 방전법, 레이저 증착법, 화학 기상 성장법(CVD법) 등을 들 수 있다.
아크 방전법으로는, 양음의 그라파이트 전극간에 아크 방전을 일으킴으로써 그라파이트가 증발하여, 음극선단에 응축한 카본의 퇴적물 중에 카본 나노 튜브가 생성된다.
레이저 증착법은, 고온으로 가열한 불활성 가스 중에 금속 촉매를 혼합한 그라파이트 시료를 넣고, 레이저 조사함으로써 카본 나노 구조 재료를 생성하는 방법이다.
일반적으로, 상기 아크 방전법이나 레이저 증발법으로는 결정성이 좋은 카본 나노 구조 재료를 생성할 수 있지만, 생성하는 카본의 양이 적고 대량 생성이 어렵다고 말해지고 있다.
CVD법에는, 반응로 중에 배치한 기판에 카본 나노 구조 재료를 생성시키는 기상 성장 기판법과, 촉매 금속과 탄소원을 함께 고온의 노(爐)에 유동시켜 카본 나노 구조 재료를 생성하는 유동 기상법의 2개의 방법이 있다.
그러나, 상기 기상 성장 기판법은, 배치 처리이므로 대량 생산이 어렵다. 또한 유동 기상법은, 온도의 균일성이 낮아 결정성이 좋은 카본 나노 구조 재료를 생성하는 것이 어렵다고 말해지고 있다. 또한, 유동 기상법의 발전형으로서, 고온의 노의 안에, 촉매 겸용 유동재로 유동층을 형성하고, 탄소 원료를 공급하여 섬유상의 카본 나노 구조 재료를 생성하는 방법도 알려져 있다. 그러나, 노 내의 온도의 균일성이 낮아 결정성이 좋은 카본 나노 구조 재료를 생성하는 것이 어려울 것으로 상정된다.
나노 구조 재료, 특히 그라파이트 카본 나노 화이버는, 많은 공업적 용도에 있어서 급속하게 중요성이 증가하여, 용도 연구가 이루어지고 있다. 예를 들면 수소의 흡장(吸藏)이나 흡착·탈착, 리튬의 흡장이나 흡착·탈착, 촉매 작용, 질소 산화물의 흡착·흡장 등이 있지만, 아직까지도 공업적인 실현이 부족한 것이 현상(現狀)이다. 그 이유 중 하나로서, 구조적으로 균일한 그라파이트 카본 나노 화이버를 양산할 수 없는 것을 들 수 있다.
따라서, 치수, 형상, 구조, 순도 등의 안정성이 높은 그라파이트 카본 나노 화이버를 저비용으로 효율 좋게 양산할 수 있게 되면, 그라파이트 카본 나노 화이버의 특성을 살린 나노테크놀로지 제품을 저비용으로 대량으로 공급하는 것이 가능하게 된다.
본발명이 해결하고자 하는 과제는, 목질 원료를 사용하여 얻어지는 치수, 형상, 구조, 순도의 안정성이 높은 고기능의 그라파이트 카본 나노 화이버 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
실시 형태에 의하면, 내부를 환원 분위기로 유지할 수 있는 반응 용기와, 이 반응 용기 내에 배치한 촉매로서의 금속 기판과, 이 금속 기판을 가열하는 히터와, 반응 용기 내에 목질을 환원 분위기에서 열분해하여 얻어지는 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급 수단과, 금속 기판상에 생성되는 탄소 섬유를 긁어내는 긁어내기 수단과, 긁어낸 탄소 섬유를 회수하는 회수 용기와, 반응 용기 내의 가스를 배기하는 배기 수단을 구비한 장치를 사용하여 얻어지는 그라파이트 나노 카본 화이버이며, 상기 탄소 섬유는, 그라펜이 길이 방향으로 다층으로 중첩하여 형성되는 직경 25∼250nm의 선상(線狀)의 탄소 섬유인 것을 특징으로 하는 그라파이트 나노 카본 화이버를 제공할 수 있다.
상기 구성의 그라파이트 카본 나노 화이버는, 목질 원료를 사용하여 얻어지며, 치수, 형상, 구조, 순도의 안정성이 높다.
도 1은 실시 형태에 관한 그라파이트 나노 카본 화이버의 제조 흐름의 설명도.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 그라파이트 나노 카본 화이버의 제조 장치의 1 구성인 반응 용기의 설명도 개략도.
도 3은 제2 실시 형태에 관한 그라파이트 나노 카본 화이버의 제조 장치의 설명도.
도 4는 도 1의 제조 흐름에 나타내는 열분해로(熱分解爐)의 열분해 온도와 열분해 가스의 가스 조성과의 관계를 나타내는 특성도.
도 5는 도 1의 제조 흐름에 나타내는 열분해로의 목질의 열분해 온도와 탄화물의 조성과의 관계를 나타내는 특성도.
도 6은 실시 형태에 관한 미세 탄소 섬유의 직경을 측정한 위치와 측정치를 나타낸 전자 현미경 사진.
도 7은 실시 형태에 관한 미세 탄소 섬유의 온도와 온도차, 온도차의 미분, 중량 변화와의 관계를 나타내는 특성도.
도 8은 실시 형태에 관한 미세 탄소 섬유의 라만 시프트와 라만 강도와의 관계를 나타내는 특성도.
도 9는 실시 형태에 관한 미세 탄소 섬유의 투과형 전자 현미경 사진.
도 10은 도 9의 A부를 확대하여 나타내는 미세 탄소 섬유의 전자 현미경 사진.
도 11은 실시 형태에 관한 미세 탄소 섬유의 구조를 모식적으로 그린 설명도.
이하, 실시 형태에 관한 그라파이트 나노 카본 화이버에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 그라파이트 나노 카본 화이버의 제조 흐름의 1예를 나타내는 설명도이다.
우선, 목질 바이오매스 자원(1)을 파쇄하여 칩(2)으로 한다. 다음으로, 그 칩(2)을 환원 분위기에서 열분해하는 열분해로(3)에 외부 공기를 차단하면서 넣어, 열분해 가스(4)와 탄화물(5)로 나눈다. 여기에서, 열분해로(3)로서는 로터리 킬른(rotary kiln)을 사용하고 있다. 계속하여, 열분해로(3)로부터 얻어진 열분해 가스(4)를 미세 탄소 섬유 생성로(반응 용기)(6)에 공급하여, 미세 탄소 섬유(7)를 생성한다. 미세 탄소 섬유 생성로(6)에서 남은 잉여 가스(오프 가스)(8)는, 오프 가스 연소로(9)에서 연소하여 배기 가스(10)가 된다. 잉여 가스 배관 라인에는, 액봉(液封) 용기(11) 내에 실 액(seal solution)(12)을 모아 입구측 배관을 가라앉혀 잉여 가스가 역류하지 않도록 고안하여 있다.
(제1 실시 형태)
제1 실시 형태에 관한 그라파이트 나노 카본 화이버의 제조 장치에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 여기에서, 도 2는, 도 1의 생성로에 대응한다.
내부를 환원 분위기로 유지하는 반응 용기(21) 내에는, 금속 기판(촉매)(22)과, 이 금속 기판(22)상에 생성되는 미세 탄소 섬유(23)를 긁어내는 긁어내기 기구(24)가 배치되어 있다. 상기 반응 용기(21)에는, 반응 용기(21) 내에 목질의 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급 수단(25)이 접속되어 있다. 상기 반응 용기(21)의 외측에는, 반응 용기(21) 내의 금속 기판(22)을 가열하는 히터(26), 미세 탄소 섬유(23)를 회수하는 회수 용기(27), 반응 용기(21) 내의 가스를 배기하는 배기 수단(28)이 배치되어 있다.
제1 실시 형태에서는 금속 기판(22)으로서, 목질의 열분해 가스와의 상성(相性)이 가장 좋은 니켈 재를 사용했다. 촉매가 되는 금속 기판의 표면에는 통상 산화막이 형성되어 있으므로, 그 막을 제거하여 표면을 활성화시켰다. 활성화시키는 방법으로서, 표면의 연마와 산 처리를 실시했다.
다음으로, 도 2의 제조 장치의 작용에 관하여 설명한다.
우선, 반응 용기(21)의 온도를 680℃∼780℃, 바람직하게는 740℃로 조정하고, 열분해 가스를 반응 용기(21) 내에 공급한다. 그 때, 반응 용기 내에서는 금속 기판(22)에 탄소 원자가 취입한다(incorporated). 다음으로, 금속 기판 중의 탄소가 포화 상태가 되면, 카본이 금속 기판(22)으로부터 석출하여 결정상으로 성장한다. 이 결정상으로 성장한 것이 미세 탄소 섬유(23)이다.
다음으로, 금속 기판(22)에 수(數) 십분 걸쳐 성장한 미세 탄소 섬유(23)를 긁어내기 부품(24)으로 긁어 떨어뜨려 반응 용기 밖으로 배출하여, 회수 용기(27)에 회수했다. 금속 기판(22)에 미세 탄소 섬유(3)가 0∼5mm 정도의 두께로 남도록 긁어내고, 다시 미세 탄소 섬유(23)를 성장시켜 긁어내는 것을 반복했다. 못다 긁은 미세 탄소 섬유가 있어도, 충분하게 금속 촉매에 탄소 가스의 공급이 이루어지기 때문에, 미세 탄소 섬유의 생성량은 저하하지 않고 장기간 일정(一定)을 유지할 수 있었다.
(제2 실시 형태)
제2 실시 형태에 관한 그라파이트 나노 카본 화이버의 제조 장치에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 여기에서, 도 3은, 도 1의 생성로에 대응한다.
외기(外氣)와 차단 가능하고 내부를 환원 분위기로 유지할 수 있는 원통상의 종형(縱型) 반응 용기(31)의 내측에는, 그 반응 용기(31)와 동축상(同軸狀)의 원통상의 금속 기판(촉매)(32)이 배치되어 있다. 상기 반응 용기(31)에는, 금속 기판(32)의 표면에 생성된 미세 탄소 섬유(33)를 긁어내는 긁어내기 기구가 배치되어 있다. 여기에서, 긁어내기 기구는, 구동 장치(34)와, 이 구동 장치(34)에 축지(軸支)된 화살표 A 방향으로 회전 가능한 주축(35)과, 이 주축(35)에 설치된 나선상의 긁어내기 회전 날개(36)로 구성되어 있다. 상기 반응 용기(31)에는, 그 반응 용기 내에 목질의 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급 수단(37), 상기 반응 용기 내에 수소 및 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급 수단(38), 반응 용기 내의 가스를 배기하는 배기 수단(39)이 각각 접속되어 있다. 상기 반응 용기(31)의 외주부에는, 금속 기판(32)을 가열하는 히터(40)가 배치되어 있다. 상기 반응 용기(31)의 하부에는, 긁어낸 미세 탄소 섬유(33)를 회수하는 회수 용기(41)가 접속되어 있다. 또, 도 3 중의 부호 42는, 반응 용기(31)의 상부에서 주축(35)의 주위에 배치된 실 부재를 나타낸다.
제2 실시 형태에서는 금속 기판(32)으로서, 목질의 열분해 가스와의 상성이 가장 좋은 니켈 재를 사용했다. 촉매가 되는 금속 기판의 표면에는 통상 산화막이 형성되어 있으므로, 그 막을 제거하여 표면을 활성화시켰다. 활성화시키는 방법으로서, 표면의 연마와 산 처리를 실시했다. 촉매가 되는 원통 형상의 금속 기판(32)은 탄소 섬유 생성 과정에서 감육(減肉)되므로, 일정 기간의 후에 새로운 기판으로 바꿀 수 있는 구조로 되어 있다.
다음으로, 도 3의 제조 장치의 작용에 관하여 설명한다.
우선, 반응 용기(31)의 온도를 680℃∼780℃, 바람직하게는 740℃로 조정하고, 열분해 가스를 반응 용기(31) 내에 공급한다. 그 때, 금속 기판(32)에 탄소 원자가 취입된다. 다음으로, 금속 기판(32) 중의 탄소가 포화 상태가 되면, 카본이 금속 기판(32)으로부터 석출하여 결정상으로 성장한다. 결정상으로 성장한 것이 미세 탄소 섬유(33)이다.
다음으로, 금속 기판(32)에 수 십분 걸쳐 생성한 미세 탄소 섬유(33)를 회전 날개(36)로 긁어 떨어뜨려, 반응 용기(31)의 하부의 회수 용기(41)에 회수했다. 금속 기판(32)에 미세 탄소 섬유(33)가 0∼5mm정도의 두께로 남도록 금속 기판(32)과 회전 날개(36)의 선단간의 거리를 조정하여 긁어내기를 행한다. 또한, 회전 날개(36)는 구동 장치(34)를 0.01∼0.05rpm의 속도로 구동함으로써 연속적으로 긁어내거나, 혹은 20분으로부터 60분마다 간헐 긁어내기를 행했다. 미세 탄소 섬유(33)가 긁어내어지고, 그 후에 다시 성장한 미세 탄소 섬유(33)는 다시 긁어내어져 연속 생성을 계속할 수 있다. 또한, 못다 긁은 미세 탄소 섬유가 있어도, 충분하게 금속 기판(32)에 탄소 가스의 공급이 이루어지기 때문에, 미세 탄소의 생성량은 저하하지 않고 장기간 일정을 유지할 수 있다.
다음으로, 상기 실시 형태의 작용을 상세하게 설명한다.
도 4는, 도 1의 열분해로(3)로부터 나오는 열분해 가스(4)의 가스 조성을 분석하여 나타낸 도이다. 열분해 온도가 600℃ 이상이 되면 열분해 가스의 주성분인 CO(일산화탄소), CH4(메탄), CO2(이산화탄소), N2(질소)는 거의 일정해지고, H2(수소)는 열분해 온도를 높임에 따라 증가하는 경향을 나타내고 있다.
도 5는, 도 1의 열분해로(3)로부터 유래하는 탄화물(5)의 조성을 분석하여 나타낸 도이다. 주성분인 C(탄소), H (수소), O (산소), N (질소)는, 열분해 온도가 600℃ 이상에서 거의 일정하게 되어 있다. 하기 표 1은, 목질과 탄화물 A, B, C, D와 열분해 온도, 함수율, 휘발분, 회분, 고정 탄소, 고위 발열량, 저위 발열량, C, H, O, N과의 관계를 나타낸 것이다.
(표 1)
Figure pat00001
도 4 및 도 5에 있어서의, 열분해 가스와 탄화물의 조성의 결과로부터, 미세 탄소 섬유의 제조용 원료 가스로서, 600℃∼800℃의 범위에서 일정한 열분해 가스를 얻어지는 것을 알 수 있다.
이상, 미세 탄소 섬유의 제조 장치 및 제조 방법에 관하여 설명하여 왔지만, 이하에 생성한 미세 탄소 섬유의 치수, 형상, 구조, 순도에 관하여 설명한다.
도 6은, 후술하는 샘플 2의 미세 탄소 섬유의 직경을 측정한 위치와 측정치를 나타낸 전자 현미경 사진이다. 섬유상으로 서로 얽혀 보이는 것이 미세 탄소 섬유이다. 도 6에 나타내는 다수 점에서 측정한 직경의 분포를 하기 표 2∼6에 나타낸다. 또, 표 2∼6 중, 샘플의 란의 괄호 내의 기호는, 실기(實機)에 의한 원 데이터인 것을 나타내고 있다. 표 2∼6에서는, 도 6에서 나타낸 방법으로 미세 탄소 섬유의 직경을 측정하고, 18개의 샘플을 대상으로 데이터를 채취하고 있다. 단, 표 2의 샘플 1, 2는 건조 목질을 대상으로 하고, 표 2의 샘플 3, 4 및 표 3의 샘플 5∼8은 무건조 목질을 대상으로 하고, 표 4의 샘플 9, 10은 건조 목질을 대상으로 하며 또한 긁어내기 간격을 변경하고 있다.
또한, 샘플 1∼10에 있어서의 반응 용기의 온도는 740℃로 하고, 목질 분해 가스 유량은 2.3kg/h로 했다. 또한, 표 4의 샘플 11, 12, 표 5의 샘플 13∼16 및 표 6의 샘플 17, 18은 건조 목질을 대상으로 하고, 유량(Q)은 샘플 11, 12에서는 Q=3.27kg/h, 샘플 13, 14에서는 Q=4.31kg/h, 샘플 15, 16에서는 Q=5.04kg/h, 샘플 17, 18에서는 Q=6.63kg/h로 했다. 나아가서는, 샘플 11∼18에 있어서의 반응 용기의 온도는 740℃로 했다.
(표 2)
Figure pat00002
(표 3)
Figure pat00003
(표 4)
Figure pat00004
(표 5)
Figure pat00005
(표 6)
Figure pat00006
표 2∼6의 실측 데이터에 의하면, 주로 직경 25∼250nm의 범위에 직경이 분포되어 있는 것을 알 수 있다. 평균 직경은 84.4∼110.8nm로, 대략 100nm가 가장 많은 직경으로 되어 있다.
하기 표 7은, 샘플 2, 8, 18에 있어서의 비표면적과 부피 밀도의 측정 결과를 나타낸다. 표 7에 의하면, 비표면적은 203.7∼213.7m2/g (기체 흡착 BET법)으로, 다른 데이터도 포함시키면, 50∼220m2/g이며, 바람직하게는 170∼210m2/g이었다.
또한, 부피 밀도는 0.47∼0.50g/cm3(정용량법(定容量法))으로, 다른 데이터도 포함시키면, 0.35∼O.60g/cm3이며, 바람직하게는 0.4∼O.5g/cm3이었다.
(표 7)
Figure pat00007
도 7은, 샘플 2의 미세 탄소 섬유의 온도와 온도차, 온도차의 미분(시간 변화), 중량 변화와의 관계를 나타내는 특성도를 나타낸다. 도 7에 있어서, (a)는 가열시의 미세 탄소 섬유의 중량 변화(TG)를 나타내는 곡선, (b)는 가열시의 시료와 기준 물질의 온도차(DTA)를 나타내는 곡선, (c)는 시차 열전대(示差熱電對)로 검출하는 온도차의 시간에 대한 변화(DDTA)를 나타내는 곡선이다. 도 7에 의해, 열분해의 개시 온도(내열 온도)가 621℃이며, 중량 감소 비율이 89.6% (1000℃)인 것을 알 수 있다.
본 수법에 의해, 3개의 샘플의 측정을 행한 결과를 하기 표 8에 나타낸다. 표 8에 의해, 열분해 개시 온도(내열 온도)가 603℃로부터 621℃에 분포되어 있다. 다른 데이터도 포함시키면 내열 온도는 530∼630℃이며, 바람직하게는 600∼620℃이다. 또한 표 8에 의해, 중량 감소율(순도)은 대략 87% 이상이었다. 또한, 다른 데이터를 포함시키면 중량 감소율은 75∼97%이며, 바람직하게는 84∼97%이었다. 잔사물(殘渣物)은 1000℃에서 연소하지 않는 성분으로, 예를 들면 촉매 등이 상정된다.
(표 8)
Figure pat00008
도 8은 샘플 2의 미세 탄소 섬유의 라만 시프트와 라만 강도와의 관계를 나타내고, (a)는 라만 스펙트럼을 나타내는 곡선이며, (b)는 피팅(fitting) 결과를 나타내는 곡선이다. 그라파이트 구조의 G밴드 1580cm-l와 그라파이트 구조의 결함에 유래하는 D밴드 1330cm-l가 나타나 있다. 하기 표 9는, 샘플 2, 8, 18에 있어서의 라만 스펙트럼을 나타내고, IG/ID=0.7, 0.8, 0.5였다. 또, IG는 G밴드의 X축 중심치의 높이, ID는 ID밴드의 X축 중심치의 높이이다. 다른 데이터도 포함시키면, IG/ID=0.5∼1.3이며, 바람직하게는 IG/ID=0.5∼0.9이다.
(표 9)
Figure pat00009
도 9는 미세 탄소 섬유의 투과형 전자 현미경 사진을 나타내고, 촉매 미립자의 양측에 카본 섬유가 성장하고 있는 모습이 보인다. 도 10은 도 9의 사각(□)으로 둘러싸인 A 부를 확대한 사진이다. 도 10으로부터, 결정화한 그라펜 편(片)이 적층한 구조인 것을 알 수 있다.
이로부터, 본 실시 형태의 제조 장치로 제조하는 미세 탄소 섬유는, 그라펜이 길이 방향으로 다층으로 중첩하며, 직경 25∼250nm의 선상 그라파이트 나노 카본 화이버(GNF)였다. 더 분석하면, 그라펜간의 거리는 0.3∼0.4nm, 그 그라펜이 중첩하여 평균 결정 두께 3∼10nm의 결정자를 구성하고, 결정자가 다층으로 중첩하여 직경 25∼250nm의 선상 그라파이트 나노 카본 화이버를 구성하고 있는 것을 알 수 있었다.
그 구조를 모식적으로 그린 것이 도 11이다. 도 1lA는 거의 둥근 형상의 그라파이트 나노 카본 화이버(51)의 단면, 도 1lB는 그라펜의 괴(塊)(결정자)(52), 도 11C는 그라펜 분산편(分散片)(53), 도 1lD는 그라펜(54)이다.
본 실시 형태의 제조 장치는 금속 기판에 미세 탄소 섬유를 성장시키기 때문에, 금속 기판이 미세 탄소 섬유 측으로 최저한으로만 이행(移行)함으로써 순도가 극히 높아진다. 또한, 연속 생성이 가능하기 때문에 대량 생산을 실현할 수 있어, 공업적 보급을 가능하게 할 수 있다.
나아가서는, 본 실시 형태로 제조한 미세 탄소 섬유는 구조상으로부터 보다 작은 그라펜 형상까지 분산 가능으로 예상되기 때문에, 광전자 이동도의 높음을 이용한 전자 부품, 화학적인 예민성이나 화학 반응을 이용한 화학 센서나 수소 저장 재료, 기계적 강도의 높음을 이용한 메커니컬 센서, 광 투과성이나 전도성을 이용한 레이저 부재나 투명 전극, 고전류 밀도 내성을 이용한 배선 재료 등 새로운 응용 분야를 기대할 수 있다.
본 발명의 몇 개의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않고 있다. 이들 신규한 실시 형태는, 그 밖의 여러 가지 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 갖가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되는 동시에, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
(1) 목질 바이오매스 자원
(2) 칩
(3) 열분해로
(4) 열분해 가스
(5) 탄화물
(6) 미세 탄소 섬유 생성로(반응 용기)
(7) 미세 탄소 섬유
(8) 잉여 가스(오프 가스)
(9) 오프 가스 연소로
(10) 배기 가스
(11) 액봉(液封) 용기
(12) 실 액(seal solution)
(21) 반응 용기
(22) 금속 기판
(23) 미세 탄소 섬유
(24) 긁어내기 기구
(25) 열분해 가스 공급 수단
(26) 히터
(27) 회수 용기
(28) 배기 수단
(31) 반응 용기
(32) 금속 기판(촉매)
(33) 미세 탄소 섬유
(34) 구동 장치
(35) 주축
(36) 긁어내기 회전 날개
(37) 열분해 가스 공급 수단
(38) 불활성 가스 공급 수단
(39) 배기 수단
(40) 히터
(41) 회수 용기
(42) 실 부재
(51) 그라파이트 나노 카본 화이버
(52) 그라펜의 괴(塊)(결정자)
(53) 그라펜 분산편(分散片)
(54) 그라펜

Claims (13)

  1. 내부를 환원 분위기로 유지할 수 있는 반응 용기와, 이 반응 용기 내에 배치한 촉매로서의 금속 기판과, 이 금속 기판을 가열하는 히터와, 반응 용기 내에 목질을 환원 분위기에서 열분해하여 얻어지는 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급 수단과, 금속 기판상에 생성되는 탄소 섬유를 긁어내는 긁어내기 기구와, 긁어낸 탄소 섬유를 회수하는 회수 용기와, 반응 용기 내의 가스를 배기하는 배기 수단을 구비한 장치를 사용하여 얻어지는 그라파이트 나노 카본 화이버이며,
    상기 탄소 섬유는, 그라펜이 길이 방향으로 다층으로 중첩하여 형성되는 직경 25∼250nm의 선상(線狀)의 탄소 섬유인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  2. 내부를 환원 분위기로 유지할 수 있는 통상(筒狀)의 반응 용기와, 이 반응 용기 내에 그 반응 용기와 동축상(同軸狀)으로 배치된, 촉매로서의 통상(筒狀)의 금속 기판과, 이 금속 기판을 가열하는 히터와, 반응 용기 내에 목질을 환원 분위기에서 열분해하여 얻어지는 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급 수단과, 금속 기판의 내벽상에 생성되는 탄소 섬유를 긁어내는 나선상의 긁어내기 회전 날개를 갖는 긁어내기 기구와, 긁어낸 탄소 섬유를 회수하는 회수 용기와, 반응 용기 내의 가스를 배기하는 배기 수단을 구비한 장치를 사용하여 얻어지는 그라파이트 나노 카본 화이버이며,
    상기 탄소 섬유는, 그라펜이 길이 방향으로 다층으로 중첩하여 형성되는 직경 25∼250nm의 선상의 탄소 섬유인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  3. 제1항에 있어서,
    기체 흡착 BET법에 의한 비표면적이 50∼220m2/g인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  4. 제1항에 있어서,
    부피 밀도가 0.35∼0.60g/cm3인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  5. 제1항에 있어서,
    내열 온도가 530∼630℃인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  6. 제1항에 있어서,
    순도가 75∼97%인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  7. 제1항에 있어서,
    결정성 카본을 IG, 비결정성 카본을 ID라고 한 때, IG/ID=0.5∼1.3인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  8. 제2항에 있어서,
    기체 흡착 BET법에 의한 비표면적이 50∼220m2/g인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  9. 제2항에 있어서,
    부피 밀도가 0.35∼0.60g/cm3인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  10. 제2항에 있어서,
    내열 온도가 530∼630℃인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  11. 제2항에 있어서,
    순도가 75∼97%인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  12. 제2항에 있어서,
    결정성 카본을 IG, 비결정성 카본을 ID라고 한 때, IG/ID=0.5∼1.3인 그라파이트 나노 카본 화이버.
  13. 내부를 환원 분위기로 유지할 수 있는 반응 용기와, 이 반응 용기 내에 배치한 촉매로서의 금속 기판과, 이 금속 기판을 가열하는 히터와, 반응 용기 내에 목질을 환원 분위기에서 열분해하여 얻어지는 열분해 가스를 공급하는 열분해 가스 공급 수단과, 금속 기판상에 생성되는 탄소 섬유를 긁어내는 긁어내기 기구와, 긁어낸 탄소 섬유를 회수하는 회수 용기와, 반응 용기 내의 가스를 배기하는 배기 수단을 구비한 장치를 사용하여, 그라펜이 길이 방향으로 다층으로 중첩하여 형성되는 직경 25∼25Onm의 선상의 탄소 섬유인 그라파이트 나노 카본 화이버를 제조하는 그라파이트 나노 카본 화이버의 제조 방법.
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