KR20140038411A

KR20140038411A - 카본 나노 재료 제조 장치 및 그 이용

Info

Publication number: KR20140038411A
Application number: KR1020137030288A
Authority: KR
Inventors: 다다시 고이노
Original assignee: 가부시키가이샤 간쿄우 에네루기 나노 기쥬츠 겡큐쇼
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2014-03-28
Also published as: CN109665510A; JP6068334B2; EP2698348A1; EP2698348A4; JPWO2012141307A1; WO2012141307A1; US9403685B2; CN103492315A; US20140072504A1

Abstract

본 명세서의 개시는, 저비용이고 또한 효율적으로 카본 나노 입자를 연속적으로 제조하는 방법을 제공한다. 본 명세서의 개시에 의하면, 수성 매체 (20) 중에서 음극 (24) 과 흑연 양극 (22) 사이에 전압을 인가하여, 간극 (34) 에 아크 방전을 발생시킨다. 또, 봄베 (28) 로부터 소정 유량의 불활성 가스를 간극 (34) 에 도입한다. 이로써, 아크 방전에 의해 간극 (34) 에서 생성된 탄소 증기로부터 카본 나노 입자가 생성된다.

Description

카본 나노 재료 제조 장치 및 그 이용{APPARATUS FOR PRODUCING CARBON NANOMATERIAL, AND USE THEREOF}

본 명세서는, 아크 방전에 의해 카본 나노 재료를 제조하는 제조 장치 및 그 이용에 관한 것이다.

최근, 단층 혹은 다층의 카본 나노튜브나, 카본 나노혼, 풀러렌, 나노캡슐과 같은 나노미터 스케일의 미세 구조를 갖는 탄소 물질이 주목받고 있다. 이들 탄소 물질은, 나노 구조 흑연 (그라파이트) 물질로서 새로운 전자 재료나 촉매, 광 재료 등으로의 응용이 기대되고 있는 것이다. 특히 카본 나노혼은, 연료 전지의 전극 재료나 가스 흡장재로의 실용화에 가장 가까운 물질로서 주목받고 있다.

종래, 이러한 카본 나노 재료의 제조법에는, 아크 방전법, 화학 증착 (CVD) 법, 레이저 어블레이션법 등이 사용되어 왔다. 특히, 아크 방전법으로 제조한 나노튜브는, 원자 배열의 결함이 적기 때문에, 여러 가지 아크 방전에 의한 카본 나노 입자의 제조 방법이 개발되고 있다 (예를 들어 특허문헌 1 ∼ 5). 이들 방법은, 진공 중이나 대기 중, 혹은 액체 질소 중에서 탄소를 기화시킴으로써, 탄소로부터 카본 나노 재료를 형성하는 것이다. 또, 수중 아크 방전에 의해 탄소 증기를 발생시키고, 이 탄소 증기를 급속히 냉각시킴으로써, 카본 나노혼을 생성하는 방법이 제안되어 있다 (예를 들어 비특허문헌 1).

일본 공개특허공보 2001-064004호 일본 공개특허공보 2008-37661호 일본 공개특허공보 2005-170739호 일본 공개특허공보 2002-348108호 일본 특허공보 제3044280호

Sano Noriaki et al., Journal of material chemistry 2008, vol.18, P.1555-1560

그러나, 상기의 방법은 모두 탄소 원료의 소비량에 대한 카본 나노 재료의 획득량 (收量) 이 매우 적다는 문제가 있다. 또, 진공 중 혹은 액체 질소 중에서 카본 나노 재료를 생산하기 위해서는, 진공이나 저온을 유지하기 위한 설비 투자나 유지 관리에 비용이 든다. 나아가서는, 생산된 카본 나노 재료의 정제와 회수에 번잡한 조작을 필요로 한다. 그 때문에, 연속적으로 카본 나노 재료를 효율적으로 대량 생산할 수 없고, 비용 면에서도 산업 이용상, 실용화에는 이르지 않은 문제가 있다. 또한 카본 나노 재료와 금속을 효율적으로 복합화하는 것도 곤란하였다.

본 명세서는 이상의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 저비용이고 또한 효율적으로 단층 혹은 다층의 카본 나노 재료를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상기의 과제를 감안하여, 아크 방전법에 있어서의 카본 나노 재료의 획득량이 낮은 원인을 다양하게 검토하였다. 그 결과, 아크 방전에 의해 발생한 탄소 증기가 급랭되어 단층 및 다층 카본 나노 재료가 생성됨과 동시에, 생성된 단층 카본 나노혼을 포함하는 일부의 카본 나노 재료가 다시 아크 방전에 의해 탄소 증기가 되어 소실되어 버리는 것이 시사되었다. 그래서 본 발명자들은, 생성된 카본 나노 재료를 아크 방전장으로부터 수성 매체에 신속하게 공급할 수 있는 전극 배치 및 전극에 대한 불활성 가스 공급 형태를 제어함으로써, 카본 나노 재료가 다시 증발하는 것을 방지하여, 효율적으로 카본 나노 재료를 제조할 수 있는 것을 알아내었다. 이러한 지견에 기초하여 이하의 수단이 제공된다.

본 명세서에 개시되는 카본 나노 재료의 제조 장치는,

적어도 일부가 수성 매체에 침지되는 음극과,

상기 음극의 상기 수성 매체에 침지되는 부위에 대향상 (對向狀) 으로 상기 수성 매체 중에 있어서 간격을 두고 배치되는 양극과,

상기 음극과 상기 양극 사이에 불활성 가스를 도입하여 불활성 가스 캐비티를 형성하는 기구와,

상기 음극과 상기 양극 사이에 아크 방전 발생 영역을 형성 가능하게 전압을 인가하는 기구와,

상기 아크 방전 발생 영역에 준비된 탄소 재료로부터 합성된 상기 카본 나노 재료를 회수하는 기구를 구비할 수 있다.

또한, 본 명세서에 개시되는 카본 나노 재료는, 카본 나노 재료와 수성 매체와 가스를 함유한 포상체 (泡狀體) 의 형태를 채택할 수 있다.

본 명세서에 개시되는 카본 나노 재료의 제조 방법은,

수성 매체 중의 음극과 양극 사이에 불활성 가스를 도입하여 상기 수성 매체 중에 형성한 불활성 가스 캐비티에 있어서, 아크 방전을 발생시켜 당해 상기 불활성 가스 캐비티에 준비된 탄소 재료로부터 탄소 증기를 발생시켜 상기 카본 나노 재료를 합성하는 공정과,

상기 카본 나노 재료를 회수하는 공정을 구비할 수 있다.

또한, 상기 회수 공정은, 상기 수성 매체 상의 포상체의 카본 나노 재료를 회수하는 공정으로 해도 되고, 상기 회수 공정은, 상기 수성 매체 중의 카본 나노 재료를 회수하는 공정으로 해도 되며, 상기 수성 매체 상의 기상 중의 카본 나노 재료를 회수하는 공정으로 할 수도 있다.

본 명세서의 개시에 의하면, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 카본 나노 재료를 포함하는, 보강 재료, 마찰 재료, 도전성 조절 재료, 전자파 흡수 재료, 방사선 물질 흡수 재료, 가스 흡장 재료도 제공된다. 또한, 이러한 카본 나노 재료를 포함하는 방사성 물질 흡착 수단을 구비하는 방사성 흡착 장치나, 카본 나노 재료를 포함하는 방사선 흡수 수단을 구비하는 방사성 흡수 장치도 제공된다.

도 1 은, 본 명세서에 개시되는 카본 나노 재료의 제조 장치의 일례의 개요를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는, 본 명세서에 개시되는 음극의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3 은, 본 명세서에 개시되는 카본 나노 재료의 제조 장치의 외벽의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 본 명세서에 개시되는 카본 나노 재료의 제조 장치의 외벽의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 본 명세서에 개시되는 카본 나노 재료의 제조 장치의 공급계의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 실시예에서 얻어진 포상체의 카본 나노혼을 사진으로 나타내는 도면이다.
도 7 은, 실시예에서 얻어진 포상체의 카본 나노혼의 라만 분광 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 실시예에서 얻어진 포상체의 카본 나노혼의 TG-DTA 결과를 나타내는 도면이다.

본 명세서의 개시에 의하면, 수성 매체에 근접하여 아크 방전장을 형성하여, 탄소 증기로부터 생성되는 카본 나노 재료가 다시 증발하는 것을 방지할 수 있어, 효율적으로 대량의 카본 나노 재료를 생성할 수 있다.

또한, 본 명세서의 개시에 의하면, 대대적인 장치를 필요로 하지 않기 때문에, 설비나 유지를 위한 비용이 낮아, 저렴하게 카본 나노 입자를 제조할 수 있다. 또, 아크 방전의 발생부터 카본 나노 입자의 생성까지의 공정을 수성 매체조 중에서 실행할 수 있으므로, 번잡한 공정을 필요로 하지 않고, 카본 나노 재료를 제조할 수 있다.

본 명세서에 있어서 「카본 나노 재료」란, 카본 나노튜브, 카본 나노혼, 풀러렌, 나노그래핀, 그래핀나노리본, 나노그라파이트, 나노다이아몬드를 포함하는 모든 카본 재료를 포함한다. 또, 단층이어도 되고 다층이어도 된다. 또, 여기서 말하는 「나노」란, 일반적으로는 나노미터 스케일의 사이즈를 말하지만, 실제로는 마이크로미터 스케일의 사이즈로까지 커진 카본 재료도 카본 나노 입자라고 부를 수 있다. 본 명세서에 개시되는 카본 나노 재료의 제조 방법 및 장치는, 특히 다층 및 단층 카본 나노혼의 제조에 바람직하다.

본 명세서에 있어서 「방전」이란, 전극 간에 가해지는 전위차에 의해 전극 간에 존재하는 가스에 절연 파괴가 발생하여, 전자가 방출되어 전류가 흐르는 것이다. 이 때 방출되는 전류를 방전 전류라고 부를 수 있다. 방전에는, 예를 들어, 불꽃 방전, 코로나 방전, 가스 분자가 전리되어 이온화가 일어나고, 플라즈마를 발생시켜 그 위를 전류가 흐르는 현상이다. 그 때문에, 플라즈마 아크 방전이라고 부를 수도 있다. 이 도중의 공간에서는 가스가 여기 상태가 되어 고온과 섬광을 수반한다. 아크 방전은, 고전류 상태이면 상온에서도 발생할 수 있는 데다가, 진공 상태를 반드시 필요로 하는 것은 아니기 때문에 바람직하다.

본 명세서에 있어서 「양극」및 「음극」이란, 전기 전도성을 가질 가능성이 있는 전극을 말한다. 예를 들어, 전극에는 금속, 세라믹스, 탄소를 함유하는 재료를 사용할 수 있다. 또 전극은, 금속, 세라믹스, 탄소에서 선택된 1 종류 혹은 복수의 재료로 형성되어 있어도 된다. 전극 표면의 일부분 혹은 전부에 첨가물이 산포되어 있어도 되고, 도포되어 있어도 되며, 도금 또는 코트되어 있어도 된다. 이러한 각종 전극 재료는 당업자라면 적절히 종래 기술을 참조하여 취득할 수 있다. 바람직하게는, 아크 방전에 의한 음극의 소모를 방지하기 위하여 전극 중, 적어도 음극은 금속이나 세라믹스 재료에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

본 명세서에 있어서 「흑연」이란, 탄소를 함유하는 재료를 말한다. 본 명세서에서는 탄소를 함유하는 양극을 흑연 양극이라고 부른다. 흑연 양극은 아크 방전을 발생시키기 위한 전극임과 동시에, 생성 목적인 카본 나노 입자의 원료로 할 수 있다. 그 경우에는, 소모되는 흑연 양극을 반복하여 교환할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다. 또, 양극에 흑연을 사용하지 않는 경우에는, 전극과는 별도로, 카본 나노 재료의 원료로서의 흑연을 준비한다. 전극에 흑연을 함유하지 않는 경우에는, 전극의 소모를 방지할 수 있고, 저비용으로 카본 나노 재료를 제조할 수 있다. 또한, 흑연은, 어떠한 형태여도 되고, 판상 등의 적절한 형상을 적절히 선택할 수 있다. 또, 양극에 흑연 양극을 사용할지, 전극과는 다른 흑연을 준비할지는, 적절히 장치의 설계에 따라 선택할 수 있다. 본 실시형태에서는, 양극에 흑연 양극을 사용하는 것으로서 설명한다.

흑연은 탄소 단체 (單體) 여도 되지만, 첨가물을 함유 혹은 내장하고 있어도 된다. 또는, 흑연 표면의 일부분 혹은 전부에 첨가물이 산포되어 있어도 되고, 도포되어 있어도 되며, 도금 또는 코트되어 있어도 된다. 예를 들어, 첨가물로서 철이나 니켈 등의 금속을 사용한 경우, 카본 나노혼에 금속 나노 입자를 내포, 즉, 폐쇄된 짧은 단층 카본 나노튜브가 구상으로 응집되어 있는 나노 입자인 카본 나노혼 입자의 중심 부근에 금속 나노 입자를 넣는 것이 가능하다. 또, Pt 등의 금속을 코팅해 두어도 된다. Pt 는 도전성이나 촉매 활성이 우수하고, 이러한 양극을 사용함으로써 귀금속이 복합화된 카본 나노 재료를 얻을 수 있다. 이러한 각종 탄소를 함유하는 재료는 당업자라면 적절히 종래 기술을 참조하여 취득할 수 있다.

본 명세서에 있어서 「수성 매체」란, 물을 함유하는 액성 매체로서, 교반 유동성을 갖는 물질을 말한다. 특히, 아크 방전의 발생 온도 이하에서 교반 유동성이 있는 수성 액체인 것이 바람직하다. 예를 들어, 물, 또는 물을 함유하는 혼액, 실리콘 오일, 오일, 수용액, 액체 헬륨, 액체 질소 등을 사용할 수도 있다. 그 중에서도 물은 저렴하고, 또한 입수도 용이하며, 취급도 용이하기 때문에 바람직하다. 또한 수매질은, 아크 방전하에서는 통상 상태의 물보다 클러스터 구조가 작아져, 산화 환원 전위를 높일 수 있다. 수매질의 클러스터 구조의 축소와 산화 환원 전위의 상승에 의해, 카본 나노 입자의 형성을 촉진시킬 수 있다.

본 명세서에 있어서 「불활성 가스」란, 화학 반응성이 부족한 기체를 말한다. 예를 들어, 불활성 가스는, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 라돈으로 이루어지는 제18족 원소 (희가스) 나, 히드라진, 질소 가스, 탄산 가스, 수소 가스, 혹은 이들의 혼합 가스를 함유하고 있다. 그 중에서도 질소 가스가 저렴하고, 또한 입수도 용이하기 때문에 바람직하다. 불활성 가스는, 아크 방전 발생 영역에 기체로서 도입할 수 있으면, 기체로서 저장되어 있어도 되고, 액체로부터 취득해도 되며, 고체로부터 취득해도 된다. 이러한 각종 불활성 물질은 당업자라면 적절히 종래 기술을 참조하여 취득할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 적절히 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 카본 나노혼의 제조 방법에 바람직한 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 2 는 음극에 불활성 가스를 도입하기 위한 공급로를 형성한 일례를 나타내는 도면이다.

[카본 나노 재료의 제조 장치]

본 명세서에 개시되는 카본 나노 입자의 제조 장치 (2) 는, 아크 방전을 발생시켜 카본 나노 재료를 생용 (生用) 하는 생성 유닛 (4) 과, 생성된 카본 나노 재료를 회수하는 회수 유닛 (60) 을 구비하고 있다.

(카본 나노 재료 생성 유닛)

도 1 에 나타내는 바와 같이, 카본 나노 재료 생성 유닛 (4) 은, 불활성 가스를 음극 (24) 과 탄소 양극 (22) 사이의 전극 사이에 도입한 상태에서 이 영역에 전압을 인가하여 수성 매체 (W) 에 근접시킨 상태에서 아크 방전 발생 영역 (30) 을 형성하는 유닛이다. 생성 유닛 (4) 은, 수성 매체조 (10) 와, 그 내부의 아크 방전 생성부 (20) 를 구비하고 있다.

(수성 매체조)

도 1 에 나타내는 바와 같이, 수성 매체조 (10) 는, 아크 방전 생성부 (20) 를 내포하고, 탄소 증기의 냉각매로서 기능하는 소요량의 수성 매체 (W) 를 수용할 수 있는 조로서 구성되어 있다.

수성 매체조 (10) 는 밀폐 가능한 것이 바람직하다. 수성 매체조 (10) 를 밀폐하기 위해서, 예를 들어 덮개 (11) 를 구비하고 있어도 된다. 수성 매체조가 밀폐 가능한 것에 의해, 불활성 가스가 도입되었을 때, 수성 매체조 내의 압력이 증대되어, 고압 조건하에 의해 카본 나노 입자의 생성이 촉진되기 때문이다. 또한, 이 외에, 수성 매체조 (10) 는, 수용되는 수성 매체의 온도를 제어 가능한 온도 제어 수단을 구비하고 있어도 된다.

(아크 방전 생성부)

아크 방전 생성부 (20) 는, 통전 가능한 흑연 양극 (22) 과 음극 (24) 을, 이들 사이의 간극에 불활성 가스를 도입할 수 있도록 구비하고 있다. 흑연 양극 (22) 을 전원 (26) 의 ＋ 극에 접속하고, 음극 (24) 을 전원 (26) 의 － 극에 접속함으로써, 흑연 양극 (22) 과 음극 (24) 사이에 전압을 인가할 수 있다. 이 때의 전극 간에 가해지는 전위차에 의해 전극 간에 존재하는 기체에 절연 파괴가 발생하여, 전극 간에 아크 방전을 발생시킬 수 있다. 흑연 양극 (22) 을 사용함으로써, 전극과 탄소 재료를 일체화할 수 있기 때문에, 장치 구성을 간단하고 쉽게 설계할 수 있다.

음극 (24) 의 전극 단면적이 흑연 양극 (22) 의 단면적보다 큰 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 생성되는 카본 나노 재료가 다시 증발하는 것을 방지할 수 있다. 음극 (24) 의 전극 단면적이 흑연 양극 (22) 의 전극 단면적의 1.5 배 이상이면 보다 바람직하다. 또, 흑연 양극 (22) 과 음극 (24) 의 간극은, 1 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하인 것이 바람직하다. 간극 (S) 이 이 범위인 것에 의해, 효율적으로 아크 방전을 발생시킬 수 있다. 간극이 1 ㎜ 미만 혹은 2 ㎜ 를 초과하면 아크 방전이 불안정해지기 때문이다. 흑연 양극 (22) 과 음극 (24) 의 간극 (S) 이 1 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하를 유지하기 위해서, 음극 (24) 을 지지하는 지지부 혹은 흑연 양극 (22) 을 지지하는 지지부가 구동 가능하게 설치되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 자동 제어에 의해 흑연 양극 (22) 과 음극 (24) 의 간극 (S) 을 조정할 수 있으면 바람직하다. 이것은, 시간과 함께 아크 방전에 의해 흑연 양극 (22) 이 소모되어 음극 (24) 과의 간극 (S) 이 벌어져, 아크 방전이 불안정해지기 때문이다.

흑연 양극 (22) 에는, 첨가물이 함유 혹은 표면에 유지되어 있어도 된다. 즉, 흑연 표면의 일부분 혹은 전부에 첨가물이 산포되어 있어도 되고, 도포되어 있어도 되며, 도금 또는 코트되어 있어도 된다. 예를 들어, 첨가물로서 Pt, 철, 니켈 등의 금속을 사용한 경우, 카본 나노혼 입자에 금속 나노 입자를 내포, 즉, 폐쇄된 짧은 단층 카본 나노튜브가 구상으로 응집되어 있는 나노 입자인 카본 나노혼 입자의 중심 부근에 금속 나노 입자를 넣는 것이 가능하다. 이러한 각종 탄소를 함유하는 재료는 당업자라면 적절히 종래 기술을 참조하여 취득할 수 있다.

음극 (24) 과 흑연 양극 (22) 의 형상과 배치는 한정되지 않지만, 예를 들어, 중력에 대해 수직으로 대향하여 배치할 수 있다. 수직 방향으로 대향하여 배치함으로써, 후술하는 음극 (24) 의 회전 운동에 의한 수성 매체 (W) 의 교반이 용이할 뿐만 아니라, 아크 방전이 안정되기 때문에 바람직하다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 음극 (24) 과 흑연 양극 (22) 이 각각 회전 운동 가능해지도록, 각각에 회전 장치 (28, 29) 가 설치되어 있어도 된다. 회전 장치 (28) 는 음극 (24) 을, 회전 장치 (29) 는 흑연 양극 (22) 을 각각 연속 혹은 간헐적으로 회전시킬 수 있다. 또한 음극 (24) 및 흑연 양극 (22) 의 각도를 조정한 상태에서 회전 운동할 수도 있다. 예를 들어, 전극을 그 장축 방향, 예를 들어, 수직 방향에 대해 예를 들어 0.5 도 혹은 1 도 정도 경사진 상태에서 회전시킬 수 있도록 설치되어 있어도 된다. 이로써, 전극에 진동을 수반하는 회전을 부여할 수 있어, 효과적으로 카본 나노 입자의 퇴적 방지 혹은 퇴적된 카본 나노 입자의 제거를 실시할 수 있다. 또한, 전극을 경사시켜 회전하는 경우에는, 아크 방전 중보다, 아크 방전 후의 퇴적물 제거를 위해서 회전 운동을 실행시키는 편이, 아크 방전의 안정성을 저해하지 않기 때문에 바람직하다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 간극 (S) 을 둘러싸도록 수성 매체 (W) 와 거의 차단되는 외벽 (25) 을 형성할 수 있다. 외벽 (25) 은, 본 실시형태에서는 음극 (24) 의 외주를 포위하는 대략 원통상으로 되어 있다. 간극 (S) 까지 도달하고 있어도 된다. 이로써, 흑연 양극 (22) 과의 간극 (S) 에 대한 방전의 지향성을 높이고, 이 간극 (S) 에 확실하게 아크 방전 발생 영역 (30) 을 형성하여 보다 효과적으로 아크 방전을 발생시킬 수 있다. 또, 이 외벽 (25) 을 구비함으로써, 수성 매체 (W) 중에 아크 방전 발생 영역 (30) 을 컴팩트하게 확보할 수 있다. 따라서, 아크 방전 발생 영역 (30) 에서 생성된 탄소 증기는 신속하게 수성 매체 (W) 에 접하게 된다. 또한, 외벽 (25) 은, 도 4 에 나타내는 형태를 채택할 수도 있다. 도 4(b) 에 나타내는 형태에서는, 외벽 (25) 에 의해, 간극 (S) 에 대한 불활성 가스의 지향성을 향상시킬 수 있다.

또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 외벽 (25) 은, 외벽 (25) 의 위치를 조정 가능하게 하기 위한 구동 수단 (18) 에 연결되어 있어도 된다. 외벽 (25) 의 위치가 조정 가능한 것에 의해 간극 (S) 에 대한 불활성 가스의 지향성을 변화시킬 수 있고, 아크 방전 발생 영역 (30) 의 에너지 프로파일을 보다 양호하게 제어할 수 있다. 즉, 카본 나노 재료의 생성량 등을 제어할 수 있다. 또한, 외벽 (25) 은, 예를 들어 금속, 세라믹, 텅스텐, 흑연 등의 공지된 재료를 사용할 수 있지만, 바람직하게는 도전성을 갖는 흑연이나 철, 알루미늄을 사용하는 것이 바람직하다. 특히 외벽 (25) 에는 전기 음성도가 높은 흑연이 최선이다. 외벽 (25) 에 흑연을 사용함으로써, 전극 간에 전압을 인가했을 때에 구획 내부에 대한 전자의 방출량이 증대되어, 간극 (S) 의 온도가 효율적으로 상승하기 때문이다. 또, 외벽 (25) 의 내면에 요철이 형성되어 있으면, 표면적이 증대됨으로써 구획 내에 방출되는 전자량이 증대되어, 아크 방전이 안정적으로 발생하기 때문에 바람직하다.

(가스 유통부)

가스 유통부 (40) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 간극 (S) 에 불활성 가스를 도입하여, 전극 간에 전압 인가시에 수성 매체 중에 아크 방전 발생 영역 (30) 이 되는 불활성 가스 캐비티를 즉시 형성할 수 있다. 또, 가스 유통부 (40) 는, 아크 방전 발생 영역 (30) 에서 생성된 탄소 증기나 카본 나노 재료를 수성 매체 (W) 와 접촉시키고 냉각시켜 수성 매체측으로 이동시키는 캐리어가 되는 불활성 가스를 공급할 수 있다.

가스 유통부 (40) 는, 불활성 가스 봄베 (42) 로부터, 음극 (24) 과 탄소 양극 (22) 의 간극 (S) 을 지향하여 대체로 음극 (24) 의 축 방향을 따라 불활성 가스를 공급하는 공급계 (44) 를 구비할 수 있다.

도 1 및 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 공급계 (44) 는, 음극 (24) 의 근방에 효율적으로 불활성 가스를 도입하기 위해서, 음극 (24) 의 내부를 관통하는 1또는 2 이상의 공급로 (46) 를 구비할 수 있다. 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 공급로 (46) 의 형상은, 음극 (24) 의 외주측에 형성된 1 또는 2 이상의 통기 홈이어도 된다. 또, 각각의 도입로 (46) 는 도시하는 바와 같이 수직이 아니어도 된다. 예를 들어, 도입로 (46) 는 음극 (24) 의 외주를 따르거나 혹은 내부를 관통하는 나선상으로 형성되어 있어도 된다. 음극 (24) 이 중력에 대해 수직이고, 또한 도입로 (46) 가 나선상으로 형성되어 있음으로써, 안정적으로 불활성 가스를 와류로서 아크 방전 발생 영역 (30) 에 도입할 수 있고, 아크 방전에 의한 핀치 효과에 의해, 플라즈마를 소용돌이 중심에 집약시킬 수 있으므로 바람직하다.

공급계 (44) 가 갖는 공급로 (46) 는 1 개여도 되고, 2 개 또는 3 개 이상이어도 된다. 또한, 공급로 (46) 를 형성하는 경우에 있어서, 음극 (24) 의 형상, 및 도입로 (46) 의 형상이나 수는 한정되지 않는다. 설계 사항의 범위에서 적절히 변경할 수 있다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 간극 (S) 에 있어서 수성 매체 (W) 중에 불활성 가스 캐비티를 형성하기 위해서는, 간극 (S) 에 대해 측방으로부터 불활성 가스를 도입하는 공급계 (48) 를 구비할 수도 있다. 측방으로부터의 공급계 (48) 는, 간극 (S) 에 대해, 경사 하방 ∼ 측방 (바로 옆) ∼ 경사 상방의 범위에 있어서의 어느 하나 혹은 복수 지점 이상으로부터 불활성 가스를 공급할 수 있다. 이러한 공급계 (48) 를 구비함으로써, 수성 매체 (W) 중에 안정적으로 간극 (S) 을 포함하는 그 근방에 불활성 가스 캐비티를 형성할 수 있다. 또, 공급계 (48) 를 구비함으로써, 그 형성 위치가 탄소 양극 (22) 의 아크 방전에 의한 소모에 의해 시시각각 변화되는 간극 (S) 에 따라 최적 상태에서 불활성 가스를 도입하도록 제어할 수 있다. 혹은, 변화되는 간극 (S) 에 관계없이 안정적으로 불활성 가스를 간극 (S) 에 도입할 수 있다. 또한, 외벽 (25) 을 구비하는 경우에는, 공급계 (48) 는, 외벽 (25) 에 의해 가스류가 방해되지 않도록 구비된다. 예를 들어, 선단부가 간극 (S) 의 주위에까지 도달하는 경우에는, 공급계 (48) 는, 간극 (S) 의 경사 하방 ∼ 측방 사이에 있어서 적절한 지점으로부터 불활성 가스를 간극 (S) 에 지향시켜 공급할 수 있도록 구비된다.

이러한 측방으로부터의 불활성 가스의 도입에 있어서는, 간극 (S) 에 대해 1개 지점으로부터 불활성 가스를 도입해도 되지만, 바람직하게는, 복수 지점으로부터 도입한다. 보다 바람직하게는, 간극 (S) 의 주위로부터 균등하게 불활성 가스를 도입한다. 예를 들어, 간극 (S) 을 둘러싸도록 일정 간격으로 복수의 공급계 (48) 를 형성할 수도 있고, 간극 (S) 에 대해 대칭적으로 복수의 공급계 (48) 를 형성할 수 있으며, 간극 (S) 을 둘러싸도록 링상의 1 또는 2 이상의 공급계 (48) 를 형성할 수도 있다.

구체적으로는, 예를 들어, 도 5(a) 에 나타내는 바와 같이, 복수의 공급로 (49) 를, 음극 (24) 의 측방에, 간극 (S) 을 지향하여 간극 (S) 의 경사 상방 방향으로부터 불활성 가스를 도입하도록 형성할 수 있다. 또, 복수의 공급로 (49) 를, 도 5(b) 에 나타내는 바와 같이, 간극 (S) 을 지향하여 간극 (S) 의 측방으로부터 불활성 가스를 도입하도록 형성할 수 있다. 또한 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이, 링상의 공급로 (49) 를 형성하고, 복수의 가스 공급구 (50) 를 간극 (S) 을 지향하여 형성해도 된다.

가스 유통부 (40) 는, 가스 공급계로서 공급계 (44) 만을 가지고 있어도 되고, 공급계 (48) 만을 가지고 있어도 되며, 또한 이들 쌍방을 가지고 있어도 된다. 바람직하게는, 공급계 (44) 및 공급계 (48) 를 구비한다. 이렇게 함으로써, 불활성 가스 캐비티의 형성 영역의 상태를 보다 고도로 제어할 수 있음과 함께, 유량 등의 제어도 용이해진다.

가스 유통부 (40) 에 의해, 수성 매체 (W) 중에 있어서 간극 (S) 을 포함하는 영역에, 불활성 가스 캐비티를 즉시 형성함으로써, 탄소 재료로부터 아크 방전에 의해 생성시킨 탄소 증기 및/또는 카본 나노 재료를 효율적으로 생성시키고, 또한 수성 매체 (W) 측으로 이동시킬 수 있다.

(카본 나노 재료의 회수 유닛)

회수 유닛 (60) 은, 수성 매체 (W) 의 액상, 수성 매체 (W) 상의 기상 및 수성 매체 (W) 의 액면의 어느 것으로부터 카본 나노 재료를 회수할 수 있다. 도 1 에 나타내는 장치 (2) 에 있어서는, 3 종류의 회수 수단 (62, 64, 66) 을 구비하고 있다. 제 1 회수 수단 (62) 은, 수성 매체 (W) 상의 기상을 회수하여, 당해 기상에 함유되는 카본 나노 재료를 회수하는 수단이다. 기상을 회수하기 위해서는, 수성 매체 상의 가스를 펌프 등으로 흡인하여, 가스 중의 고형분을 회수하는 수단을 들 수 있다. 이러한 회수 수단 (62) 으로는, 집진기, 에어 세퍼레이터, 사이클론 등의 건식 분급 장치를 들 수 있다. 카본 나노 재료는, 일반적으로 도전성을 가지고 있으므로 정전적 회수법이 유리하지만, 본 제조 장치 (2) 에 있어서는, 필터 등에 의한 회수가 유효하다.

또, 제 2 회수 수단 (64) 은, 수성 매체 (W) 상에 포상으로 부유하는 카본 나노 재료를 회수하는 수단이다. 포상체의 카본 나노 재료는, 직경 약 20 ㎚ ∼ 100 ㎚ 정도의 카본 나노 재료 입자의 응집체가 수성 매체와 함께 가스를 내포한 상태인 것을 말한다. 본 제조 장치 (2) 에 의하면, 이러한 포상체가 수성 매체 (W) 상에 부유하고 있으므로, 이들을 적당한 수단에 의해 회수할 수 있다. 회수 방법은 특별히 한정되지 않고, 포상체, 혹은 포상체와 수면 근방의 물을 모으도록 액면을 따라 수평 이동하는 기포 회수 수단이나 액면에 평행한 회전축을 따라 회전하는 기포 회수 수단을 들 수 있다. 기포 회수 수단 (64) 은, 액면에 대한 운동의 형태에 따라, 흡인관 형상, 날개상, 갈고랑이상, 스크레이퍼상 등 각종 기포 포착 부재를 구비할 수 있다. 기포 회수 수단은, 예를 들어, 액면의 일단에 위치시켜, 액면에 수평인 회전축에 의해 회전하는 롤러의 표면에 포상체를 부착시키도록 해도 된다.

기포 회수 수단 (64) 에 의해 회수된 포상체는, 일단 적당한 저류조에 저류할 수 있고, 그 후, 포상체를 수성 매체와 분리하고, 그 후, 다시 고액 분리하여, 고형의 카본 나노 재료를 회수할 수 있다. 또, 포상체의 회수 수단에 부수하여, 포상체를 직접 건조시키는 수단을 구비하고 있어도 된다. 포상체를 건조시킴으로써, 분말상의 카본 나노 재료를 얻을 수 있다.

제 3 회수 수단 (66) 은, 수성 매체 (W) 중의 액상의 카본 나노 재료를 회수하는 수단이다. 제 3 회수 수단 (66) 은, 수성 매체조 (10) 내의 수성 매체 (W) 를 적절히 회수하여 매체 (W) 중의 카본 나노 재료를 고액 분리 등에 의해 회수한다. 매체 (W) 의 회수 방법은 특별히 한정되지 않는다. 수성 매체조 (10) 의 수성 매체 (W) 를 오버플로우에 의해 유출시켜도 되고, 조 (10) 내에 도입된 수성 매체 (W) 의 흡인 수단에 의해 유출시켜도 된다. 또, 수성 매체조 (10) 의 바닥부로부터 수성 매체 (W) 를 회수해도 된다. 이렇게 회수한 수성 매체 (W) 를 고액 분리 수단에 적용함으로써 카본 나노 재료를 회수할 수 있다. 고액 분리 수단으로는, 원심 분리, 여과, 흡착막 등 공지된 분리 수단을 적절히 채용할 수 있다. 또한, 제 3 회수 수단 (66) 에 있어서, 특히, 수성 매체 (W) 를 오버플로우에 의해 회수할 때에는, 카본 나노 재료의 포상체도 동시에 회수되게 된다.

이러한 각종 형태의 회수 수단 (62, 64, 66) 에 의해 회수된 카본 나노 재료는, 회수 수단에 따른 형태로 제공할 수 있는 것 외에, 예를 들어, 그 도전성에 기초하여 전기 영동에 의해 분획할 수 있다. 즉, 본 제조 장치 (2) 는, 전기 영동 분획 수단을 별도로 구비할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 본 제조 장치 (2) 에 의해 제조되는 카본 나노 재료는, 도전적 특성이 종래의 카본 나노튜브와 상이하다.

본 제조 장치 (2) 에 의하면, 상기 구성을 채택함으로써, 전극 간 거리, 즉, 간극 (S) 을 최적화할 수 있다. 동시에, 간극 (S) 에 대한 불활성 가스의 공급 형태를 제어하여 아크 방전에 최적화한 불활성 가스 캐비티를 형성할 수 있다. 그 결과, 아크 방전 발생 영역 (30) 의 부위나 규모, 아크 방전 발생 영역 (30) 의 에너지 프로파일, 예를 들어 방전되는 전자량이나 압력을 제어할 수 있다. 즉, 아크 방전에 의한 발열 영역 및 발열 온도를 제어할 수 있다. 이 때문에, 효과적으로 탄소 증기를 발생시킬 수 있다.

이상의 본 제조 장치의 실시형태의 설명에 있어서, 가스 유통부를 제외한 아크 방전 생성부가, 본 발명의 음극, 양극 및 전압 인가 기구에 상당하고, 가스 유통부가 불활성 가스 캐비티 형성 기구에 상당한다.

(카본 나노 재료의 제조 방법)

본 발명에 의하면, 본 제조 장치를 사용함으로써, 이하의 공정을 갖는 카본 나노 재료의 제조 방법이 제공된다. 즉, 본 발명의 카본 나노 재료의 제조 방법은, 수성 매체 중의 음극과 양극 사이에 불활성 가스를 도입하여 수성 매체 (W) 중에 형성한 불활성 가스 캐비티에 있어서, 아크 방전을 발생시켜 당해 불활성 가스 캐비티에 준비된 탄소 재료로부터 탄소 증기를 발생시켜 카본 나노 재료를 합성하는 공정과, 카본 나노 재료를 회수하는 공정을 구비할 수 있다. 본 제조 방법에 의하면, 양극과 음극 사이에 불활성 가스를 도입하여 가스류에 의해 수성 매체 중에 불활성 가스 캐비티를 즉시 형성하고, 이 불활성 가스 캐비티에 있어서 아크 방전을 발생시킴으로써, 효율적으로 카본 나노 재료를 합성할 수 있다.

본 제조 방법은, 전극에 부착된 카본 나노 재료 또는 불순물의 제거 공정을 구비할 수 있다. 흑연 양극 (22) 에는, 탄소 증기가 냉각됨으로써 생성된 카본 나노 재료가 부착 퇴적된다. 일부의 부착 퇴적물은, 아크 방전으로부터 받는 압력이나 이송되는 불활성 가스의 유압에 의해 격벽으로부터 박리되어, 수성 매체 (W) 에 침전 퇴적되고, 결과적으로 수성 매체 표면에 부유하는 카본 나노 재료와는 분리된다.

아크 방전에 의해 각 전극에 부착된 불순물을 제거하기 위해서, 예를 들어, 음극 (24) 의 전극 단면적이 흑연 양극의 단면적보다 큰 상태에서 아크 방전을 발생시킴으로써, 아크 방전 발생 영역 (30) 에 로렌츠력으로서의 추진력이 얻어져, 전극이나 격벽에 고착되는 불순물을 분사에 의해 박리할 수 있다. 또한 전극에 부착된 불순물이나 생성된 카본 나노 재료를 제거하기 위해서, 아크 방전 발생 영역 (30) 에 도입되는 불활성 가스의 유압을 사용해도 되고, 흑연 양극 (22) 과 음극 (24) 중 어느 하나 혹은 양방이 회전 진동함으로써 수성 매체 (W) 를 교반해도 된다.

또한, 생성되는 카본 나노 재료가 다시 증발하는 것을 방지하기 위해, 불활성 가스를 간극 (S) 에 공급하면서 아크 방전만을 정지시켜, 생성된 탄소 증기를 불활성 가스와 함께 수성 매체 (W) 중에 내보내는 스텝을 실시해도 된다. 또, 아크 방전 정지 중에 불활성 가스를 공급하면서 음극 (24) 을 회전 진동시켜도 된다. 이로써, 수성 매체 (W) 중에 내보내지는 카본 나노 재료를 분산시킬 수 있을 뿐만 아니라, 카본 나노 재료의 응집이나 수성 매체조 (10) 나 전극에 대한 카본 나노 재료의 부착을 방지할 수 있고, 따라서 대량의 카본 나노 재료를 얻을 수 있다.

(카본 나노 재료)

본 발명의 제조 방법에 의하면, 신규 카본 나노 재료가 제공된다. 이론적으로 반드시 분명한 것은 아니지만, 수성 매체 중에 있어서 즉시 형성한 불활성 가스 캐비티에서 아크 방전의 발생을 거쳐 탄소 재료로부터 얻어지는 카본 나노 재료는, 종래의 카본 나노튜브 등으로 대표되는 카본 나노 재료와 공통되는 성질 외에 상이한 특성을 가지고 있다.

본 제조 장치 (2) 에 의해 제조되는 카본 나노 재료는, 종래의 도전성 재료로서의 카본 나노튜브의 도전성을 저하시키는 성질이 있다. 즉, 종래의 카본 나노튜브보다 도전성이 낮은 경향이 있다. 예를 들어, 카본 나노튜브의 버키 페이퍼에 대해 본 카본 나노 재료를 침윤시켰을 때, 카본 나노튜브만으로 이루어지는 버키 페이퍼보다, 그 시트 저항 (Ω/sq) 및 표면 저항 (Ω㎝) 을 증대시킨다. 또, 그 도전성 (S/㎝) 을 저하시킨다. 카본 나노튜브에 본 카본 나노 재료를 혼합하여 버키 페이퍼를 제조하면, 카본 나노튜브만으로 이루어지는 버키 페이퍼와 비교하여, 본 카본 나노 재료 침윤 버키 페이퍼와 동일한 경향이 얻어진다. 따라서, 본 카본 나노 재료는, 도전성의 조절 재료에 사용할 수 있다.

또, 본 카본 나노 재료는, 예를 들어, 카본 나노튜브층에 침윤시킴으로써, 카본 나노튜브층의 형태 유지성, 기계적 강도를 향상시키는 특성을 가지고 있다. 즉, 보강 재료, 특히 카본 나노튜브에 대한 보강 재료로서 유용하다.

또한, 본 카본 나노 재료는, 마찰 재료로서 유용하다. 본 카본 나노 재료는, 통상 그라파이트나 카본 나노튜브는, 윤활 재료로서 사용되고 있다. 이에 대해, 본 카본 나노 재료는, 고체 표면의 마찰 계수를 증대시키는 특성을 가지고 있다.

본 카본 나노 재료는, 이 외에, 항공 우주용 구조재, 정밀 기계 부품, 토목·건축 재료, 시일재, 단열재, 레저·스포츠, 코팅, 원자력 발전 부재, 전력 저장, 연료 전지 부재, 1 차 전지 재료, 리튬 이온 2 차 전지 재료, 신에너지 용도, 원적외선·발열체, 슬라이딩 재료, 내마모 재료, 마찰 재료, 연마 재료, 차세대 LSI 재료, FPD 블랙 매트릭스, FED 용 소자, 방열·전열 재료, 잉크·토너 재료, 반도체 제조 부재, 코팅용 부재, 흡착 분리재, 방전 가공용 전극, 태양 전지 제조 부재, 열 교환기 ·반응 용기, 간병 용품·의료 기구 (침대, 헤드레스트/CFRP, 의수, 의족, 스텔스 메스, 스텔스 가위, 인공 피부), 의약 의료 재료, 박테리아 유지재, 건강 식품 첨가제, 토양 개질재, 수질 정화재, VOC 제거재, 다이옥신 제거재, 탈취재, 전자파 흡수 재료, 전자파 조정 재료, 방사성 물질 흡착 재료, 방사선 흡수 재료로서 유용하다.

본 카본 나노 재료는, 각종 복합 재료에 사용할 수 있다. 예를 들어, 금속, 비철, 희토류 금속, 유리 등의 무기 재료와의 복합 재료, 유기 폴리머, 유기 저분자 화합물 등 유기 재료와의 복합 재료를 들 수 있다. 이러한 복합 재료는, 예를 들어, 베어링 (플라스틱 베어링, 소결 함유 (含油) 베어링 포함), 도전 재료, 전자파 흡수, 인공 관절 (인공 관절컵 포함), 인공 피부 (기능성 피부), 도전성 시트 (나일론, 직물, 실, 코튼, 면, 견, 폴리에틸렌) 에 사용된다.

본 카본 나노 재료는, 그 전기적 특성에 기초하여, 예를 들어, 전원 및 신호의 페라이트 코어의 전도 노이즈, 방사 노이즈 조정 재료, 부직포 소재 (개스킷) 의 도전성 조정 재료, 또 도전성 천 테이프 재료, 진동 방지 (그라운딩 대책) 의 복합 재료, 수지제 도전 클램프의 케이블의 고정, 그라운딩 재료, 도전성 스파이럴의 케이블 굴곡부 및 실딩 재료, 실드 튜브의 케이블의 실딩, 보호, 수납 재료, 금속 박 테이프의 시트 재료, 실딩, 그라운딩 재료, 전자파 제어제에 의한 전자파의 공진 제어, 전자파 흡수 재료, 도전성 방진 댐퍼 방지 재료, 고투과성 실드 윈도우 재료, 도전성 실리콘 고무 (방진, 방수성, 실딩) 재료, 전파 암실 (수지제 도전 클램프) 의 결속 고정과 노이즈 방지 재료, LED 의 신호 기기의 노이즈 제어, 억제 재료, 도전성 잉크 (수지와의 배합 (반죽 포함)) 재료로서 사용된다.

또, 본 카본 나노 재료는, 그 방사선 흡수 특성에 기초하여, 방사선 흡수 기재로는 원자로, 격납 용기 복합 소재, 방사선 방호 기재 재료로서 사용할 수 있다. 또, 본 카본 나노 재료는, 그 방사성 물질 흡착 특성에 기초하여, 방사성 물질 흡착재로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 방사선 물질 (라돈, 트론, 라듐, 세슘, 요오드, 플루토늄, 스트론튬 등 포함) 은 매우 미세하여 자연 대기 중에 방출된 것은 미량 기체나 수증기와 반응하여 직경 그 입자경 범위도 0.001 ∼ 100 미크론의 클러스터 (프리 낭핵종) 가 되어 에어로졸 입자가 된다. 이러한 입자는, 대기 환경, 주택, 사무소, 병원 등의 건축물 내 환경에 있어서, 부유 입자상 물질 (SPM：Suspended Particulate Matter) 이라고 칭해진다. 본 카본 나노 재료에 의하면, 이러한 에어로졸 입자를 효과적으로 흡착할 수 있다.

예를 들어, 헤파 필터 등의 가스 투과성의 입자 포착 필터에 본 카본 나노 재료를 함침 혹은 도포시킨 방사성 물질 흡착 수단을 준비하고, 이러한 흡착 수단 혹은 이러한 흡착 수단을 구비하는 흡착 장치에 대해 대기 중으로부터 방사성 에어로졸을 공급함으로써, 이 흡착 수단에 대기 중의 방사성 물질이나 에어로졸화한 방사성 물질을 흡착시켜 회수할 수 있다.

또, 본 카본 나노 재료는, UF 막에 부착시키거나 하여 방사성 물질 흡착 수단 또는 당해 흡착 수단을 구비하는 방사성 물질 흡착 장치로 할 수도 있다. 이 경우에는, 그 방사성 물질 흡착능에 기초하여, 방사성 물질을 함유하는 액체 중의 방사성 물질을 흡착 포착할 수 있다. 또한 본 카본 나노 재료에 흡착된 방사성 물질은 역세정함으로써, UF 막으로부터 탈리하여 계 외로 반출된다. 이렇게 하여 얻어지는 방사성 물질의 농축액을 회수하여, 방사성 보관 용기에 보관함으로써 효율적인 확보 보관이 가능해진다.

본 카본 나노 재료는, 필터 기재나 막 기재에 대한 고착 성능 및 제막 (製膜) 성능이 우수하고, 이 때문에, 더욱 양호한 방사성 물질 흡착능 및 방사선 흡수능을 발휘할 수 있음과 함께, 안정적으로 이러한 능력을 발휘할 수 있는 것이 되고 있다.

또, 본 카본 나노 재료는, 그 자체 및 복합 재료로서, 열가소성 소재 (수지) 재료, 도전성 고무, 수소 가스 흡착, 흡장, 태양 유전 소자 재료, 도전성 페이퍼, 도전성 버키 페이퍼, 도전성 수지, 도전성 도료, 백신 배양 재료, 균사체 배양 재료, 도전성 필러, 강화 수지/강화 금속 고강도 필러, 방열 부재, 고열 전도성 필러, 바이오 세포 배양 세포 증식용 재료, 도전성 채널, FET 채널, 반도체 배선 재료, 고감도 센서 재료, 약물 캐리어, SPM 탐침 재료, 나노 핀셋 재료, 연료 전지용 촉매 담지 전극, 일중항 산소의 제거, 진단약, 포토리소그래피, 유기 태양 전지, 반도체 트레이 (대전 방지 시트), 도전 페이스트, ITS 이용, 축전 디바이스, 연료 전지, 의류, 카테터, 탄소 섬유 재료, 부직포 재료로서 사용된다.

본 카본 나노 재료가 섬유 재료와 복합화되는 경우, 복합화되는 섬유로는, 천연 섬유로는 식물 섬유 (면, 마), 동물 섬유 (털, 양모, 울, 짐승의 털, 견) 를 들 수 있다. 화학 섬유로서 재생 섬유 (레이온, 큐프라), 반합성 섬유 (아세테이트, 트리아세테이트, 프로믹스) 합성 섬유 (나일론, 아라미드, 폴리에스테르, 아크릴, 비닐론, 폴리염화비닐, 비닐리덴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리크랄), 무기 섬유 (탄소 섬유, 금속 섬유) 등을 들 수 있다. 그 외로서 깃털 (패더, 다운) 도 나노 재료를 사용한 복합 섬유 소재로서 유용하다. 또, 섬유 재료로는, 스판덱스를 들 수 있다.

또, 복합화되는 무기 재료로는, 유리 소재로는 소다 유리, 납크리스탈 유리, 붕규산 유리 (내열 유리), 초내열 유리, 플로트 유리, 강화 유리, 프로스트 유리, 형판 유리 (형 (型) 유리), 생고뱅 유리, 컬러드 앤틱, 거울, 열선 흡수 유리, 반사 방지 처리 유리 (논글레어 S), 저반사 유리, 고투과 유리, 내열 유리판, 철망 유리, 체커 유리, 몰 유리, 세라믹 프린트 유리, 스탠드글라스풍 장식 유리를 들 수 있다.

본 카본 나노 재료는, 금속과 복합화할 수 있다. 여기서 말하는 금속이란 귀금속과 비 (卑) 금속이며, 귀금속이란, 금, 은, 플라티나, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 오스미늄, 비금속, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 알루미늄, 아연 등을 들 수 있다.

금속 복합 재료는, 특히, H 형 강 (綱), 기계 구조용 강관, 대경 각형 (角形) 강관, 컬러 C 형 강, 백색 C 형 강, 등변 앵글, 백색 앵글, 부등변 앵글, 강판, 구형 (溝型) 강, 백색 구형 강, 줄무늬 강판, 백색 줄무늬 강판, 경량 구형 강, 아연 도금 강판, 백색 데크·백색 키 스톤, 익스팬드, 백색 익스팬드, I 빔, 각강, 스테인리스 강판, 평강, 백색 평강, 스테인리스, 앵글, 광폭 평강, 스텐 각 파이프, 환봉, 스텐 화장 파이프, 이형 환봉, 스텐 배관 파이프, 각 파이프·컬러 각 파이프, 백색 각 파이프, 스몰 각 파이프, 백색 각 파이프, 슈퍼 스몰 각 파이프, 가스관, 백색 가스관, 족장 (足場) 관, 구조용 강관 (STK), 줄무늬 강판, 이형 환봉, 익스팬드 메탈, 각봉, 경량 구형강, 플랫바, 경량 C 형 강 구조용 강관, 채널, 가스관, 중경 각형 강관 아이빔 (I Beam), 등변 산형 강, 각 파이프 스몰, 부등변 산형 강, 각 파이프 슈퍼 스몰 등을 들 수 있다.

이러한 복합 재료 및 당해 복합 재료를 이용한 제품은, 본 카본 나노 재료에 기초하여 고강도, 고강인성, 내충격성, 저마찰 계수, 내마모성, 고경도, 전기 전도성, 내정전기성, 전자파 흡수, 내방사선, 방사선 물질 흡착, 가스 (에어로졸 포함) 흡착·흡장 등의 기능을 발휘할 수 있다.

또, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 포상체인 카본 나노 재료가 제공된다. 본 발명의 카본 나노 재료의 포상체는, 본 카본 나노 재료와 가스와 수성 매체를 포함하고 있다. 가스는, 제조 공정에 있어서 사용되는 불활성 가스가 함유되어 있어도 되지만, 특별히 한정되지 않는다. 또, 수성 매체는, 제조 공정에서 사용되는 수성 매체가 함유되어 있어도 되지만, 특별히 한정되지 않는다. 본 포상체는, 본 제조 방법에 있어서, 수성 매체 상에 집적된다. 이러한 포상체는, 필요에 따라 고액 분리, 건조가 가능하다.

실시예

이하, 본 발명을, 실시예를 들어 구체적으로 설명하지만, 이하의 실시예는 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이하의 실시예에서는, 본 발명의 제조 장치를 사용한 본 발명의 제조 방법에 의한 카본 나노혼의 제조를 설명한다.

실시예 1

본 실시예는, 도 1 의 카본 나노 재료의 제조 장치 (2) 에 바람직한 예로서 설명한다. 수심 약 30 ㎝ 의 수성 매체조 (10) 에 흑연 양극 (22) 과 음극 (24) 을 1 ㎜ 떼어 놓은 상태에서 중력에 대해 수직으로 대향하도록 설치한다. 흑연 양극은 직경 6 ㎜, 길이 100 ㎜ 의 원통 형상으로, 탄소 순도 99.999 ％ 이고 7 그램의 카본 로드를 사용하였다. 수성 매체조에 30 리터의 수용액을 채운 후, 수성 매체조에 덮개를 하여 밀폐하였다. 흑연 양극과 음극에 20 V, 140 A 의 직류 전압을 인가하고, 음극 (24) 내의 불활성 가스 공급계 (44) 의 도입로 (46) 에, 아크 방전 초기시 (3 초 내지 5 초 정도) 에 있어서는 5 리터/분으로 공급하여 착화를 안정화시킨 후, 규정치 (20 ∼ 25 리터/분) 의 질소 가스를 도입함과 함께, 음극 외에 형성한 불활성 가스 공급계 (48) 에도 규정치 (10 리터/분) 의 질소 가스를 도입하여, 카본 나노혼을 합성하였다.

또한, 이 동안에, 흑연 양극과 음극 사이가 1 ㎜ 를 유지하도록, 음극 (24) 을 지지하는 지지부의 높이를 자동 제어함으로써 조정하였다. 수성 매체조 (10) 중의 수면 부근의 포상의 생성물 및 물을 펌프로 시간 경과적으로 흡인하고, UF 여과막을 통과시켜, 물과 입자를 여과 분리하였다. 여과 분리된 입자를 스프레이 드라이로 건조시켜, 정제된 입자를 얻었다. 입자를 전자 현미경으로 관찰하여, 단층 카본 나노혼이 많이 함유되는 것을 확인하였다. 카본 로드가 80 ％ 소비하는 시간은 대략 30 초 정도이며, 1 분당 4.0 그램 정도의 카본 나노혼이 얻어졌다. 또한, 별도로, 수성 매체층 (10) 의 수성 매체 (W) 의 상부의 기상과 수성 매체 (W) 중으로부터도 카본 나노혼을 얻었다. 이들 카본 나노혼은, 모두 현미경 관찰에 의해, 단층의 카본 나노혼인 것을 확인할 수 있었다. 또, 포상체의 카본 나노혼의 사진을 도 6 에 나타낸다.

수성 매체층 (10) 의 수성 매체 (W) 의 수면 부근으로부터 얻어진 포상의 카본 나노혼의 입도 분포를 측정하였다. 입도 분포의 측정은, 비이온 계면 활성제인 뉴콜 740 (60 ％ 농도) 을 사용하여 카본 나노 입자를 분산시켜 실시하였다. 본 실시예에서 얻어진 카본 나노혼의 입도 분포는, 10 ％ 누적 직경은 0.0712 ㎛, 90 ％ 누적 직경은 0.4675 ㎛ 이고, 누적 중위 직경 (50 ％) 은 0.1539 ㎛, 평균 직경 0.0834 ㎛, 표준 편차 0.1357 이었다. 한편, 계면 활성제를 사용하지 않는 경우에는, 정규 분포에 따르지 않고, 10 ％ 누적 직경은 0.1227 ㎛, 90 ％ 누적 직경은 4.9431 ㎛ 이며, 누적 중위 직경 (50 ％) 은 0.3493 ㎛, 평균 직경 0.1093 ㎛, 표준 편차 0.5373 이었다.

이상과 같이, 종래의 아크 방전에 의한 카본 나노 입자의 제조 방법에 비해, 1 대의 장치로 대량 (20 ∼ 100 배 이상) 의 카본 나노 입자를 얻을 수 있었다. 또한 대형의 설비가 필요하지 않고, 1 대의 장치당 0.25 ㎡ 로 공간 절약화를 도모할 수 있다. 즉, 저비용이고 또한 효율적으로 카본 나노 입자를 제조할 수 있다. 또, 입도 분포가 정규 분포에 따른, 입경이 고른 카본 나노 입자를 제조할 수 있다.

이상과 같이, 본 제조 장치 및 본 제조 방법에 의하면, 카본 나노 재료를 효율적으로 제조할 수 있다.

실시예 2

본 실시예에서는, 실시예 1 에서 얻어진 카본 나노혼의 도전성에 대해 평가하였다. 상업적으로 입수한 카본 나노튜브 (순도 99 ％, 바이엘사 제조 베이튜브 (상품명)) 및 실시예 1 에서 얻어진 카본 나노혼을 사용하여, 이하의 방법에 의해 복수 종류의 버키 페이퍼를 제조하였다.

즉, 버키 페이퍼 1 은, 적절히 아라비아 고무를 사용하여 탈이온수 또는 순수에 초음파 처리에 의해 분산시킨 카본 나노튜브 분산액을, 적절히 원심 분리 등에 의해 고액 분리하여 농도 조정 (0.2 wt％) 한 후, 6 기압으로 여과하여, 폴리카보네이트 필터 (세공 직경 0.45 ㎛) 상에 분리된 카본 나노튜브를 감압하, 실온 (20 ∼ 23 ℃ 정도) 에서 건조시켜 제조하였다 (두께 37 ㎛).

버키 페이퍼 2 는, 초음파 처리에 의해 에탄올에 분산된 수성 매체 (W) 의 수면 부근으로부터 취득한 실시예 1 의 카본 나노혼 분산액을, 적절히 원심 분리 등에 의해 고액 분리하여 농도 조정 (0.2 wt％) 한 후, 6 기압으로 여과하여, 폴리카보네이트 필터 (세공 직경 0.45 ㎛) 상에 분리된 카본 나노혼을 감압하, 실온 (20 ∼ 23 ℃ 정도) 에서 건조시켜 제조하였다.

버키 페이퍼 3 은, 상기 카본 나노튜브 분산액 및 실시예 1 에 있어서 수성 매체 (W) 의 수면 부근으로부터 취득한 카본 나노혼 분산액을 적절히 농도 조정하여, 카본 나노혼：카본 나노튜브를 1：1 (중량비) 로 하여, 합계로 0.2 wt％ 의 분산액을 조제하였다. 이 분산액을 버키 페이퍼 1 과 동일하게 하여 여과하여, 감압하, 실온 (20 ∼ 23 ℃ 정도) 에서 건조시켜 제조하였다 (두께 125 ㎛).

버키 페이퍼 4 는, 폴리카보네이트 필터 (세공 직경 0.45 ㎛) 상에 준비한 버키 페이퍼 1 에 대해, 버키 페이퍼 2 로 준비한, 초음파 처리에 의해 에탄올에 분산된 수성 매체 (W) 의 상부 기상으로부터 취득한 실시예 1 의 카본 나노혼 분산액 (0.2 wt％) 을 공급하고, 6 기압으로 여과하여, 카본 나노튜브에 침윤시켜, 감압하, 실온 (20 ∼ 23 ℃ 정도) 에서 건조시켜 제조하였다 (두께 228 ㎛).

버키 페이퍼 5 는, 폴리카보네이트 필터 (세공 직경 0.45 ㎛) 상에 준비한 버키 페이퍼 1 에 대해, 버키 페이퍼 2 로 준비한, 초음파 처리에 의해 에탄올에 분산된 수성 매체 (W) 중으로부터 취득한 실시예 1 의 카본 나노혼 분산액 (0.2 wt％) 을 공급하고, 6 기압으로 여과하여, 카본 나노튜브에 침윤시켜, 감압하, 실온 (20 ∼ 23 ℃ 정도) 에서 건조시켜 제조하였다 (두께 127 ㎛).

이들 버키 페이퍼에 대해, 표면 저항 (Ω), 시트 저항 (Ω/sq), 저항 (Ω㎝), 도전성 (S/㎝) 을 측정하였다. 또한, 침윤형 버키 페이퍼 4, 5 는, 그 표면 (카본 나노혼을 침윤시킨 측) 과 이면 (카본 나노튜브측) 을 측정하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

표 1 에 나타내는 바와 같이, 카본 나노혼만으로는 버키 페이퍼를 제조할 수 없었다 (버키 페이퍼 2). 한편, 버키 페이퍼 4, 5 에 있어서는, 대조가 되는 버키 페이퍼 1 보다 성형성 및 강도가 높았다. 버키 페이퍼 4, 5 는, 버키 페이퍼 3 도, 대조가 되는 버키 페이퍼 1 과 동등 정도의 강도였다.

또, 버키 페이퍼 3 은, 대조가 되는 버키 페이퍼 1 보다 저항이 증대되고, 도전성은 저하되었다. 또, 버키 페이퍼 4, 5 에 대해서도, 버키 페이퍼 1 보다 전체적으로 저항이 증대되고, 도전성이 저하되며, 특히, 표면 (카본 나노혼 침윤측) 에 있어서, 그 경향이 현저하였다.

이상으로부터, 실시예 1 에서 얻어진 카본 나노혼은, 카본 나노튜브와 비교하여 도전성이 낮지만, 카본 나노튜브에 침윤시켜 사용할 때, 카본 나노튜브에 대해 기계적 강도나 성형성을 향상시키는 효과가 있는 것을 알 수 있었다.

실시예 3

본 실시예에서는, 실시예 1 에서 얻어진 카본 나노혼의 마찰 특성에 대해 평가하였다. 즉, 2 개의 스틸 플레이트 간에 있어서, 저부하 범위에 있어서의 마찰 계수 μ 를 측정하였다. 측정에는 이하의 장치 및 방법을 사용하였다.

1. 장치

스틸게이지 블록：길이 4 ㎜ (무게 8 g), 5 ㎜ (무게 10 g), 10 ㎜ (무게 21 g), 20 ㎜ (무게 49 g) 및 30 ㎜ (무게 73 g), 스테인리스스틸 × 90 CrMoV18, 표면 경도 56 HRC, Rz=0.1 ㎛

스틸 베이스：스테인리스스틸 × 90 CrMoV18, 표면 경도 56 HRC, Rz=0.1 ㎛

스프링 측정기：1 ∼ 8 g/1 ∼ 40 N (Correx)

파워 센서：Transcal 7280 (∼ 20 N) (Burster)

디지털 계량기：Maul 사 제조 디지털 계량기

펠트미터：조도 및 토포그래피 측정 (Mahr)

2. 방법

게이지 블록의 무게를 디지털 계량기로 측정하고, 그 후, 게이지 블록 및 스틸 베이스의 표면 조도를 펠트미터로 측정하고, 그 후, 스틸 베이스의 건조 표면 에 있어서의 마찰력을 스프링 측정기로 측정하였다. 또한 스틸 베이스 상에 카본 나노혼을 산포하고, 게이지 블록을 재치 (載置) 하여, 파워 센서로 마찰력 FR 을 측정하였다. 이하의 식 (1), 게이지 블록의 무게 및 계측한 마찰력 FR 을 사용하여 마찰 계수를 구하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다.

[수학식 1]

표 2 에 나타내는 바와 같이, 어느 시료에 있어서도 마찰 계수 (건조) 는 0.1 정도이고, 마찰 계수 μ (카본 나노혼 있음) 는 0.84 였다. 즉, 저부하 범위 (0.008 ∼ 0.073 ㎏) 에 있어서의 마찰 계수는, 건조 상태의 약 8 배 정도인 것을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터, 본 카본 나노 재료는, 마찰 재료로서 사용할 수 있는 것을 알 수 있었다.

이상, 본 발명의 구체예를 상세하게 설명했지만, 이들은 예시에 지나지 않고, 특허 청구의 범위를 한정하는 것은 아니다. 특허 청구의 범위에 기재된 기술에는, 이상에 예시한 구체예를 여러 가지로 변형, 변경한 것이 포함된다.

또, 본 명세서 또는 도면에 설명한 기술 요소는, 단독으로 혹은 각종 조합에 의해 기술적 유용성을 발휘하는 것으로, 출원시 청구항에 기재된 조합에 한정되는 것은 아니다. 또, 본 명세서 또는 도면에 예시한 기술은 복수 목적을 동시에 달성하는 것이고, 그 중의 하나의 목적을 달성하는 것 자체로 기술적 유용성을 가지는 것이다.

실시예 4

본 실시예는, 방사선 물질 (방사성 에어로졸) 의 회수에 관한 것이다.

본 카본 나노 재료는, CNH 는 저주파수부터 고역대 주파수 (GHz 오더) 까지의 전자파를 흡수하므로 방사선의 흡수에 대해 평가하였다. 또한, 평가에 사용한 카본 나노 재료는, 실시예 1 에서 제조한 포상체의 카본 나노혼을 사용하였다.

1. 방사선 흡수 (감쇠) 효과의 확인 시험

(1) 시험 시료 (실시예 필터) 의 제조

부직포에 대해 카본 나노혼을 단위당 14.4 g/㎡ 로 도포하여, 카본 나노혼 필터 (실시예 필터) 를 준비하였다. 또한, 대조 필터를, 카본 나노혼을 도포하지 않는 부직포로 하였다.

(2) 시험 방법

공간 방사선 (평균값 2.31 μSv/h (상한 3.07 μSv/h, 하한 1.55 μSv/h) 가 검출되는 환경하에서, 별도로 준비한 개폐 가능한 덮개가 부착된 납 상자를 사용하여, 납 상자 내외의 방사선량 (α 선, γ 선, β 선의 합계) 을 방사선량 측정기 (케니스사 제조, No121-415 간이 방사능 검지기) 로 계측하였다.

먼저, 납 상자의 외부 근방에서 3 분간 방사선량을 측정하고, 그 후, 납 상자의 덮개를 제거한 상태에서, 납 상자 중에 방사선량 측정기를 재치하여 3 분간 방사선량을 측정하였다.

이어서, 납 상자의 외부 근방에서 3 분간 방사선량을 측정하고, 그 후, 납 상자의 내부에 방사선량 측정기를 재치 후, 납 상자의 덮개를 대신하여 카본 나노혼을 도포하고 있지 않은 대조 필터를 납 상자의 개구부에 밀착 고정시켜, 3 분 후의 방사선량을 측정하였다.

또한 납 상자의 외부 근방에서 3 분간 방사선량을 측정하고, 그 후, 납 상자의 내부에 방사선량 측정기를 재치 후, 납 상자의 덮개를 대신하여 카본 나노혼을 도포한 실시예 필터를 납 상자의 개구부에 밀착 고정시켜, 3 분 후의 방사선량을 측정하였다.

결과를 표 3에 나타낸다.

표 3 에 나타내는 바와 같이, 납 상자에 대조 필터를 장착했을 때에는, 납 상자 내부의 방사선량은, 납 상자 개방시와 거의 동등한 방사선량이 계측되고, 대조 필터에는 조금의 방사선 흡수능 (감쇠능) 도 관찰되지 않았다. 즉, 비교예 필터에서 떨어진 납 상자 내부에서는, 62.5 ％ 의 방사선이 차단되어 있었지만, 이것은 납 상자 개방시에 있어서의 납 상자 내부에 있어서의 방사선 차단율 (63.5 ％) 과 동일한 정도로 유의한 차라고는 할 수 없었다.

이에 대하여, 실시예 필터의 경우, 납 상자 외부에서 측정한 방사선량에 비해, 1.37 μSv/h 적은 0.52 μSv/h 였다. 즉, 실시예 필터에서 떨어진 납 상자 내부에서는, 72.5 ％ 의 방사선이 차단되어 있었다. 이상의 결과로부터, 카본 나노혼은, 방사성 물질 (방사선) 을 흡착 (차단, 혹은 흡착 감쇠) 하는 것을 알 수 있었다.

실시예 5

표면적 0.6258 ㎡ 의 나일론 부직포 (스판 본드) 의 표면에 실시예 1 에서 제조한 포상체의 카본 나노혼을 도포 (0.64 g/㎡) 하였다. 이 부직포에 방사성 물질인 Ra226 의 표준 물질 (0.4 μCi (큐리)) 을 감싸고, 그 표준 물질로부터 방사되는 방사선을 방사선계 (RIKEN KEIKI CO.,LTD. 사 제조 MODEL SUM-AD8) 로, 표준 물질의 감싸기 전후의 방사선량을 비교하였다. 그 결과, 감싸기 전은 0.4 μCi 인 것이 카본 나노혼을 도포하여 감싼 것에 의해, 방사선량이 0.175 μCi 로 저하되는 것이 확인되었다. 즉, 카본 나노혼은, 방사선의 흡수 또는 감쇠시키는 효과가 있는 것을 알 수 있었다.

실시예 6

본 실시예에서는, 실시예 1 에서 제조한 포상체의 카본 나노혼에 대해 라만 분광 분석과 열중량 시차열 동시 측정을 실시하였다. 결과를 도 7 및 도 8 에 나타낸다. 도 7 에 나타내는 바와 같이, 라만 분광 분석에 의하면, 공지된 아크 방전에 의한 카본 나노혼보다 우수한 G/D 비, 즉, 1.0 이상 (1.0 초과) 의 G/D 비를 가지고 있었다. 또, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 열중량 시차열 동시 측정에 의하면, 200 ℃ ∼ 770 ℃ 에서 발열을 수반하여 2 단계의 중량 감소를 수반하고, 흡발열 피크는 503 ℃ 와 649 ℃ 였다.

Claims

카본 나노 재료의 제조 장치로서,
적어도 일부가 수성 매체에 침지되는 음극과,
상기 음극의 상기 수성 매체에 침지되는 부위에 대향상으로 상기 수성 매체 중에 있어서 간격을 두고 배치되는 양극과,
상기 음극과 상기 양극 사이에 불활성 가스를 도입하여 불활성 가스 캐비티를 형성하는 기구와,
상기 음극과 상기 양극 사이에 아크 방전 발생 영역을 형성할 수 있도록 전압을 인가하는 기구와,
상기 아크 방전 발생 영역에 준비된 탄소 재료로부터 합성된 상기 카본 나노 재료를 회수하는 기구를 구비하는, 제조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 불활성 가스 캐비티 형성 기구는, 상기 음극과 상기 양극 사이에 대해, 그 측방으로부터 불활성 가스를 공급하는 공급계를 구비하는, 제조 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 양극과 상기 음극의 간극이 1 ㎜ 이상 2 ㎜ 이하인, 제조 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카본 나노 입자를 회수하는 기구는,
상기 카본 나노 입자를 함유하는 상기 수성 매체를 흡인하는 기구와,
상기 수성 매체로부터 상기 카본 나노 입자를 분리하는 기구와,
분리된 상기 카본 나노 입자를 건조시키는 기구를 포함하는, 제조 장치.
카본 나노 재료의 제조 방법으로서,
수성 매체 중의 음극과 양극 사이에 불활성 가스를 도입하여 상기 수성 매체 중에 형성한 불활성 가스 캐비티에 있어서, 아크 방전을 발생시켜 당해 상기 불활성 가스 캐비티에 준비된 탄소 재료로부터 탄소 증기를 발생시켜 상기 카본 나노 재료를 합성하는 공정과,
상기 카본 나노 재료를 회수하는 공정을 구비하는, 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 회수 공정은 상기 수성 매체 상의 포상체 (泡狀體) 의 카본 나노 재료를 회수하는 공정을 포함하는, 제조 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 회수 공정은 상기 수성 매체 중의 카본 나노 재료를 회수하는 공정을 포함하는, 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회수 공정은 상기 수성 매체 상의 기상 중의 카본 나노 재료를 회수하는 공정을 포함하는, 제조 방법.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 카본 나노 재료를 포함하는, 보강 재료.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 카본 나노 재료를 포함하는, 마찰 재료.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 카본 나노 재료를 포함하는, 도전성 조절 재료.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 카본 나노 재료를 포함하는, 방사선 물질 흡착 재료.
제 12 항에 기재된 방사성 물질 흡착 재료를 포함하는 방사성 물질 흡착 수단을 구비하는, 방사성 물질 흡착 장치.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 카본 나노 재료를 포함하는, 방사선 흡수 재료.
제 14 항에 기재된 방사선 흡수 재료를 포함하는 방사선 흡수 수단을 구비하는, 방사선 흡수 장치.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 카본 나노 재료를 포함하는, 전자파 흡수 재료.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 얻어지는 카본 나노 재료를 포함하는, 가스 흡착 재료.