KR20220125794A - 탄소 나노기공들 내의 나노구조체들의 양자 인쇄 - Google Patents

탄소 나노기공들 내의 나노구조체들의 양자 인쇄 Download PDF

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KR20220125794A
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Abstract

본 발명은 나노다공성 탄소 분말에서 물질들, 예컨대 원소 금속들을 인스턴스화하고 양자 인쇄하기 위한 장치 및 방법들을 포함한다.

Description

탄소 나노기공들 내의 나노구조체들의 양자 인쇄
본 출원은, 2019년 12월 16일에 출원된 크리스토퍼 제이, 나겔(Christopher J. Nagel)에 의한 가출원 USSN 62/948,450에 대한 35 USC 119(e) 하에 우선권과 관련되며 우선권의 이익을 주장하는, 2020년 2월 10일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/786,321호; 2020년 2월 10일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/786,325호 및 2020년 3월 3일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/808,030호에 대한 우선권을 주장한다. 상기 출원들의 전체 교시내용들은 인용에 의해 본원에 포함된다.
금속 수조들(metal baths) 및 기타 환경들에서 고조파 전자기장들을 받는 물질들에서 금속들 및 기타 원소들의 검출이 문서화되어 있다. 예를 들어, 인용에 의해 본원에 포함되는, 크리스토퍼 나겔(Christopher Nagel)의 미국 특허 7,238,297 및 9,790,574를 참조한다.
본 발명은 탄소 매트릭스들이 본원에 기재된 공정들을 사용하여 금속들을 포함하는 나노-증착물들(nano-deposits), 나노구조체들(nanostructures), 나노와이어들(nanowires) 및 너겟들(nuggets)을 제조하는데 사용될 수 있다는 발견에 관한 것이다. 본 발명의 공정들은 가스들, 나노-다공성 탄소, 또는 그의 조성물들 및 조합들에 직접 및/또는 간접적으로 전자기 방사선을 적용하여, 가스를 전처리하고, 탄소 매트릭스를 본 발명의 장치에서 전처리된 가스에 노출시켜 탄소 매트릭스 내에서 금속 인스턴스화(instantiation), 핵형성, 성장 및/또는 증착을 야기하는 것을 포함한다.
본 발명은 나노다공성 탄소 매트릭스들에서 물질들, 예컨대 금속들(예를 들어, 구리, 백금, 백금족 금속(PGMs) 또는 귀금속들)을 양자 인쇄 및/또는 인스턴스화하여 나노와이어들 및 기타 매크로구조체들을 형성하는 방법들, 및 이 방법들에 적합화된 장치들에 관한 것이다.
본 발명은 나노다공성 탄소를 포함하는 베드를 활성 가스와 접촉시키며, 한편 탄소 나노기공들(nanopores) 및 나노기공 네트워크들 및 매트릭스들의 내부 및/또는 그들로부터의 원소 금속 나노입자들의 핵형성, 성장 증착 및/또는 응집(agglomeration)을 포함하나 이에 제한되지 않는 인스턴스화를 야기하기에 충분한 시간 동안 나노다공성 탄소에 전자기 방사선을 적용하는 단계들을 포함하는 공정들을 포함한다. 공정은 탄소 나노기공들 내에 증착된 원소 금속들 및 응집된 원소 나노입자들에 의해 특징화되는 나노다공성 탄소 조성물들 또는 매트릭스들을 발생시켜, 나노다공성 탄소로부터 쉽게 분리될 수 있는 원소 금속 너겟들, 나노와이어들 및 기타 매크로구조체들(macrostructures)을 생성한다. 본 발명의 공정들은 원소 금속 조성 및 매크로구조체들을 제조하는데 넓은 적용가능성을 갖는다. 본 발명은 추가로 본 발명의 방법들에 의해 제조된 나노다공성 탄소 조성물들, 원소 금속 나노입자들 및 원소 매크로구조체들에 관한 것이다.
본 발명은 또한 이러한 탄소 조성물들로부터 수확된 원소 매크로구조체들 및 원소 마이크로구조체들에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 백금 및 백금족 금속 조성물들을 포함한다. 조성물들은 전형적으로 내부 탄소를 포함한다.
보다 구체적으로, 본 발명은,
(i) 나노다공성 탄소 분말을 하기에 기재된 바와 같은, 반응기 어셈블리(reactor assembly)(RA)에 첨가하는 단계;
(ii) 금속 염들 및 기화된 금속들이 없는 가스를 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
(iii) 하나 이상의 RA 코일들에 제1 전자기 에너지 수준으로 전원을 공급하는 단계;
(iv) 나노다공성 탄소 분말에 고조파 패터닝을 적용하여 원소 금속(예를 들어, 구리) 나노구조체들을 증착하는 단계
를 포함하는, 나노다공성 탄소 분말 내에 금속, 예컨대 구리를 양자 인쇄(quantum printing)하는 공정을 포함한다.
공정은 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들(ultramicropores)에서 고조파 전자기 공명을 확립하기 위해 나노다공성 탄소 베드 주위에 RA 코일들에서 하나 이상의 RA 주파수 발생기들을 고려한다. 가스는, 예를 들어, 공기, 산소, 수소, 헬륨, 질소, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소 또는 그의 혼합물들일 수 있다. 바람직하게는, 나노다공성 탄소 분말은 적어도 99.9 %wt 탄소(금속들 기준), 1 ㎛ 내지 5 mm의 질량 평균 직경, 및 약 100 내지 3000 m2/g의 초미세기공 표면적을 갖는 그래핀을 포함한다.
공정은 금속(예를 들어, 구리) 원자를 나노다공성 탄소 분말에 복수 개의 별개의 로우들(discrete rows)로 증착하여, sp2 탄소일 수 있는 탄소-금속 계면을 형성한다. 정렬된 나노-증착물 어레이(array)는 나노-증착물의 별개의 로우들을 포함할 수 있으며, 여기서 나노-증착물은 약 0.1 내지 0.3 nm의 직경에 의해 특징화되며 구리 증착물 로우들 사이의 공간은 약 1 nm 미만이다. 정렬된 나노-증착물 어레이는 어레이에 인접한 탄소 풍부 영역 및 구리 풍부 영역에 의해 특징화될 수 있으며 별개의 로우들은 구배를 형성하도록 이격될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명은,
(a) 나노다공성 탄소 물질을 함유하는 반응기 챔버;
(b) 반응기 챔버의 천장을 정의하는 제2 다공성 프릿(frit) ―각각의 다공성 프릿은, 가스가 반응기 챔버 내로 침투하게 하고 나노다공성 탄소 물질을 함유하기에 충분한 다공도를 가짐―;
(c) 반응기 캡 위에 배치된 반응기 헤드 공간;
(d) 하나 이상의 RA 주파수 발생기들 및 하나 이상의 전원 공급장치들에 작동 가능하게 연결된, 반응기 챔버 및/또는 반응기 헤드 공간 주위의 2, 3, 4, 5 개 또는 그 초과의(바람직하게는 5 개) RA 코일들;
(e) 2, 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 RA 램프 쌍들 ―RA 램프 쌍들은 RA 코일들 주위에 원주방향으로 배치되고 RA 램프 쌍들과 RA 코일들 사이의 공간을 정의함―;
(f) 반응기 챔버를 x-선들에 노출시키도록 구성된 x-선 공급원;
(g) 반응기 어셈블리 내의 가스 또는 반응기 챔버를 향하여(예를 들어, 통해 또는 가로질러) 레이저를 지향하도록 구성된 하나 이상의 레이저들; 및
(h) 전원 공급장치, 주파수 발생기, 및 x-선 공급원 및 하나 이상의 레이저들을 제어하도록 구성된 컴퓨터 처리 장치(CPU)를 포함하는, 반응기 어셈블리를 포함한다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 반응기 어셈블리의 가스 유입구는 공기, 산소, 수소, 헬륨, 질소, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소 및 그의 혼합물들로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가스 공급부와 유체 연결될 수 있으며; 여기서 가스 공급부에는 금속 염들 및 기화된 금속들이 없고/없거나; (iii) 가스 공급부는 질량 유량계들에 의해 제어되는 가스 매니폴드(manifold)를 통해 지향된다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 반응기 어셈블리에 충전된 나노다공성 탄소 분말은 적어도 95 %wt 탄소(금속들 기준), 1 ㎛ 내지 5 mm의 질량 평균 직경, 및 약 100 내지 3000 m2/g의 초미세기공 표면적을 갖는 그래핀을 포함할 수 있다. 나노다공성 탄소 분말은 바람직하게는 산 컨디셔닝 ―산은 HCl, HF, HBr, HI, 황산, 인산, 탄산, 및 질산으로 이루어진 군으로부터 선택됨―, 및 실온에서 40 % RH 미만의 상대 습도(RH)에 노출 직후 달성된 것보다 적은 잔류 수분 함량에 의해 특징화된다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 반응기 어셈블리는 전자기장들, 예를 들어 x-선 공급원들, 코일들, 레이저들 및 램프들 또는 광들(lights), 예를 들어 펜슬 램프들(pencil lamps), 단파(short wave) 및 장파(long wave) 램프들 램프들을 부여할 수 있는 복수 개의 디바이스들을 포함한다. 각각의 디바이스(예를 들어, 램프들 또는 레이저들)에 의해 생성된 파장들은 독립적으로 선택될 수 있다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, RA 코일들은 동일하거나 상이한 전기 전도성 물질들로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 제1 RA 코일은 구리 와이어 권선을 포함하고, 제2 RA 코일은 구리 와이어와 은 와이어의 편조(braiding)를 포함하고, 제3 RA 코일은 백금 와이어 권선이고, 각각의 RA 코일은 자기장을 생성하도록 구성되며 여기서 각각의 전원 공급장치는 AC 및/또는 DC 전류를 독립적으로 제공한다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 반응기 어셈블리는 바람직하게는 (i) 반응기 챔버의 중심 축 및 제1 반경에 의해 정의된 제1 평면에 구성된 제1 쌍의 RA 램프들, (ii) 반응기 챔버의 중심 축 및 제2 반경에 의해 정의된 제2 평면에 구성된 제2 쌍의 RA 램프들 및 (iii) 반응기 챔버의 중심 축 및 제3 반경에 의해 정의된 제3 평면에 구성된 제3 쌍의 RA 램프들에 의해 특징화된다. 바람직하게는, 각각의 RA 램프는 중심 축으로부터 실질적으로 등거리에 있는 끝(tip)에 의해 특징화되는 펜슬 램프이고, RA 램프들의 각각의 쌍은 수직 RA 램프 및 수평 RA 램프를 포함한다. 바람직하게는, 램프들의 각각의 쌍은 반응기 챔버의 원주 주위에 등거리로 이격된다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 반응기 어셈블리는 하기에 보다 구체적으로 정의되는 바와 같은, 전자기 매립 인클로저(enclosure)(E/MEE 또는 EMEE)를 더 포함한다. E/MEE는 전형적으로 반응기 어셈블리 가스 유입구의 상류에 있는 가스 라인을 따라 위치한다. 전형적으로 가스 유입구의 상류에 위치한 전자기 매립 인클로저는,
(a) 가스 유입구;
(b) 내부 가스 라인 아래에 위치결정된 적어도 하나의 E/MEE 펜슬 램프, 내부 가스 라인 위에 위치결정된 적어도 하나의 E/MEE 펜슬 램프 및 내부 가스 라인의 측면에 위치결정된 적어도 하나의 E/MEE 펜슬 램프를 포함하며;
여기서 각각의 E/MEE 펜슬 램프는 독립적으로 회전가능하게 탑재되고, 내부 가스 라인의 길이를 따라 위치되며,
램프들 및/또는 코일(들)은 전원 공급장치, 바람직하게는 반응기 어셈블리의 전원 공급장치에 의해 전원이 공급되며;
가스 흐름, 램프들 및/또는 코일(들) 바람직하게는 반응기 어셈블리의 하나 이상의 중앙 처리 장치, 바람직하게는 중앙 처리 장치(CPU)에 의해 독립적으로 제어된다. 전형적으로, CPU는 각각의 E/MEE 펜슬 램프에 전원을 공급하는 것 및 각각의 E/MEE 펜슬 램프의 회전 위치를 독립적으로 제어한다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, E/MEE 하우징은 전형적으로 폐쇄되고 불투명할 수 있으며, 내부 가스 라인은 투명할 수 있고 하우징 배출구 및 가스 유입구와 유체 연결되는 외부 가스 라인은 불투명할 수 있다. 전형적으로, 내부 가스 라인은 50 cm 내지 5 미터 이상이고 2 mm 내지 25 cm 이상의 직경을 갖는다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 장치는 내부 가스 라인을 따라 위치된 적어도 5개의 E/MEE 펜슬 램프들을 가질 수 있다. 각각의 E/MEE 펜슬 램프가 그의 세로 축이 (i) 내부 가스 라인에 평행하거나, (ii) 내부 가스 라인에 수직면에서 방사상으로 배치되거나, 또는 (iii) 내부 가스 라인의 세로 축을 따라 또는 내부 가스 라인의 수직 축을 따라 생성된 평면에 수직이 되도록 독립적으로 배치될 수 있다. 각각의 E/MEE 펜슬 램프는 x, y, 및/또는 z 축에 대해 약 0도 내지 360 도의 회전을 허용하는 하나 이상의 구심점들(pivots)에 독립적으로 부착될 수 있으며, 여기서 (i) x-축은 가스 라인 및 그의 수직면에 평행한 축으로 정의되고, (ii) y-축은 가스 라인에 수직이고 그의 수평면에 평행한 축을 정의하고, (iii) z-축은 가스 라인에 수직이고 그의 수직면에 평행한 축으로 정의된다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 적어도 하나의 E/MEE 펜슬 램프는 네온 램프일 수 있고, 적어도 하나의 E/MEE 펜슬 램프는 크립톤 램프일 수 있으며, 적어도 하나의 E/MEE 펜슬 램프는 아르곤 램프일 수 있다. 하나 이상의 E/MEE 펜슬 램프를 하나 이상의(예를 들어, 한 쌍)의 RA 램프들과 일치시키거나, 쌍을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 네온 램프, 크립톤 램프 및 아르곤 램프로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 한 쌍의 RA 펜슬 램프들이 선택될 수 있다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 본 발명은,
(a) 본원에 기재된 바와 같이, 반응기 어셈블리에서 가스 흐름을 개시하는 단계;
(b) 각각의 RA 코일에 제1 전자기 에너지 수준으로 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(c) 하나 이상의 RA 주파수 발생기들에 전원을 공급하고 각각의 RA 코일에 주파수를 인가하는 단계;
(d) 각각의 RA 램프에 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(e) 각각의 레이저에 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(f) x-선 공급원에 전원을 공급하는 단계; 및
(g) 나노다공성 탄소 분말을 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들에서 고조파 전자기 공명에 적용하여 나노기공에서 원소 금속 나노구조체를 인스턴스화하는 단계를 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정을 포함한다.
본 발명은 또한,
(a) 본원에 기재된 바와 같이, E/MEE를 더 포함하는 반응기 어셈블리에서 가스 흐름을 개시하는 단계;
(b) 각각의 RA 코일에 제1 전자기 에너지 수준으로 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(c) 하나 이상의 RA 주파수 발생기들에 전원을 공급하고 각각의 RA 코일에 주파수를 인가하는 단계;
(d) 각각의 RA 램프에 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(e) 각각의 레이저에 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(f) x-선 공급원에 전원을 공급하는 단계; 및
(g) 나노다공성 탄소 분말을 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들에서 고조파 전자기 공명에 적용하여 나노기공에서 원소 금속 나노구조체를 인스턴스화하는 단계를 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정을 포함한다.
본 발명은 또한,
(a) 본원에 기재된 바와 같이, E/MEE를 더 포함하는 반응기 어셈블리에서 가스 흐름을 개시하는 단계;
(b) 각각의 RA 코일에 제1 전자기 에너지 수준으로 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(c) 하나 이상의 RA 주파수 발생기들에 전원을 공급하고 각각의 RA 코일에 주파수를 인가하는 단계;
(d) 각각의 RA 램프에 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(e) 각각의 레이저에 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(f) x-선 공급원에 전원을 공급하는 단계; 및
(g) 나노다공성 탄소 분말을 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들에서 고조파 전자기 공명에 적용하여 나노기공에서 원소 금속 나노구조체를 인스턴스화하는 단계를 포함하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정을 포함한다.
본 발명은 또한,
(a) 본원에 기재된 바와 같이, E/MEE를 더 포함하는 반응기 어셈블리에서 가스 흐름을 개시하는 단계;
(b) 각각의 RA 코일에 제1 전자기 에너지 수준으로 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(c) 하나 이상의 RA 주파수 발생기들에 전원을 공급하고 각각의 RA 코일에 주파수를 인가하는 단계;
(d) 각각의 RA 램프에 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(e) 각각의 레이저에 독립적으로 전원을 공급하는 단계;
(f) x-선 공급원에 전원을 공급하는 단계; 및
(g) 나노다공성 탄소 분말을 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들에서 고조파 전자기 공명에 적용하여 나노기공에서 원소 금속 나노구조체를 인스턴스화하는 단계
를 포함하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정을 포함한다.
하기에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 본 발명은 또한 청구된 방법들 및 공정들에 따라서 제조된 나노다공성 탄소 분말 조성물들 및 금속 조성물들을 포함한다.
특허 또는 출원 파일은 컬러로 실행된 적어도 하나의 도면을 함유한다. 컬러 도면(들)을 가진 이 특허 또는 특허 출원 간행물의 사본은 요청 및 필요한 수수료 지불시 특허청에 의해 제공될 것이다.
본 발명의 전술한 및 다른 목적들, 특색들 및 이점들은 유사 참조 부호들이 상이한 도면들 전반에 걸쳐 동일한 부분들을 지칭하는 첨부 도면에 예시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시양태에 대한 하기 보다 특정한 기재로부터 명백할 것이다. 도면들은 반드시 축척에 맞춰진 것은 아니며, 대신에 본 발명의 원리를 예시하는 데 중점을 둔다.
도 1은 본 발명의 E/MEE의 사시도이다.
도 2a 및 2c는 반응기 어셈블리 구성요소들을 도시한다. 도 2b는 도 2a의 반응기 어셈블리 구성요소들의 확대도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c, 도 3d 및 도 3e는 반응기 어셈블리에서 사용될 수 있는 코일들의 5가지 도면들을 제공한다.
도 4a는 탄소 전처리에서 사용되는 본 발명의 E/MEE의 사시도이다. 도 4b는 반응기 어셈블리 구성요소들을 도시한다.
도 5a는 표준 코일에 대한 하나의 입체형태를 예시한다. 도 5b는 리버스 필드 코일(reverse field coil)에 대한 하나의 입체형태를 예시한다.
도 6a 및 도 6b는 2개의 복합 반응기 어셈블리의 2가지 예들의 예시들이다. 도 6a는 구리 본체, 탄소 흑연 컵 및 탄소 흑연 캡을 가진 복합 반응기를 예시한다. 도 6b는 탄소 흑연 본체 및 캡 및 금속 호일(foil) 경계를 가진 복합 반응기를 예시한다.
도 7은 울트라-마이크로 기공 표면적의 함수로서 공정 성능을 나타내는 예시하는 그래프이다. 성능은 사전 조건과 비교하여 인스턴스화/핵형성 생성에서 5 시그마 초과의 변화를 갖는 사후 조건으로서 정의된다
도 8a, 도 8b, 도 8c 및 도 8d는 응집된 금속 나노구조체들을 포함하는 금속 매크로구조체의 SEM들이며, 나노와이어들, 쓰레드들(threads) 및 코일을 예시한다.
도 9a 및 도 9b는 너겟 모폴로지(morphology)를 가진 응집된 나노입자들을 포함하는 매크로구조체를 예시한다. 도 9a 및 도 9b는 상당량의 표면 백금을 가진 주로 구리이다(예시 2). 도 9c는 백금-함유 매크로구조체의 SEM이며, 예시 31에서 생성된 탄소 기공으로부터의 인스턴스화를 분명히 도시한다. 도 9d는 구리-함유 와이어이다. 이테르븀이 이 시행에서 또한 확인되었다. 도 9e는 매크로구조체에서 응집된 나노구조체들을 분명히 예시한다.
도 10a는 응집을 예시한다. 도 10b는 금속 매크로구조체에서 검출될 수 있는 원소 금속들의 다양성을 예시한다. 이 샘플은 예시 2로부터 단리되었다. 도 10c는 예시 2로부터 단리된 매크로구조체 생성물의 이미지이다. 전체 이미지는 대략 40 nm x 40 nm이다. 도면 상단에서의 황색, 또는 더 밝은 영역들은 주로 탄소(매크로구조체 내부)이며 한편 좌측 하부 모서리에서의 청색 또는 어두운 영역들은 주로 구리이다. 이미지는 탄소 위 및 내부에서 구리의 어셈블리 및 응축을 시사한다. 도 10d 및 10e는 탄소 구리 계면의 티탄 TEM 이미지들이다. 눈금규모에 주목한다. 황색 또는 가장 밝은 색상은 탄소를 도시한다. 적색(또는 중간 회색) 구리 원자들의 로우들은 도 10d의 이미지 중앙에서 확인될 수 있으며 더 밝은 탄소 "홀(hole)"은 우측 하부 사분면에서 확인될 수 있다. 구리 풍부 탄소 영역들은, 예를 들어 도 10d의 좌측 하부 사분면에서 적색(중간 회색)으로 보일 수 있다. 좌측 하단 모서리는 청색(또는 암회색)이며 본 발명의 매크로구조체에서 고순도 구리를 검출한다. 도 10e에서, 구리는 하단 배너(banner)에서 확인되며, 한편 탄소는 상단 배너에서 확인된다. 계면에서, 탄소 내 구리의 어셈블리 및 응집을 볼 수 있다. 도 10f는 예시 2로부터 단리된 구리 너겟의 집속 이온 빔(FIB) 슬라이스이다. 내부 공극들(voids)에 주목한다. 도 10g는 패터닝된 성장, 예를 들어 로우들, 등고선들, 고리들 및/또는 원들을 예시하며, 후자는 매크로스케일로 커팅된 나무 그루터기 상의 고리와 비슷하다. 장미와 비슷한, 중앙에 증착된 모폴로지의 패터닝에 주목한다.
도 11은 원소 나노구조체들의 핵형성을 예시한다. 사진은 그래핀 기공 내에서 돌출된 흑연 유사 및 그래핀 시트들 및 로드(rod)들을 분명히 나타낸다. 이 사진에서 로드들은 규소 칼슘이다. 사진 우측에, 밝은 회색의 티타늄 나노구체들을 확인할 수 있다.
도 12는 나노다공성 탄소 조성물에서 확인된 이산화규소 입자를 나타낸다. 입자 표면으로부터 직사각형이 제거되어, 집합된(aggregated) 나노구조체가 노출되었다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 본 발명의 금속 증착물 또는 금속 매크로구조체의 내부 공극들의 이미지를 나타낸다. 도 13d는 예시 12로부터 수득한 매크로구조체의 사진이다. 사진은 광학현미경을 이용하여 수득하였다.
도 14a, 도 14b 및 도 14c는 포접물들(clathrates)의 SEM 이미지들을 나타낸다. 도 14d는 금속 유기 프레임워크(framework)의 SEM 이미지를 나타낸다.
도 15a, 도 15b, 도 15c, 도 15d, 도 15e, 도 15f, 도 15g, 도 15h 및 도 15i는 본 발명에 따른 다양한 반응기 어셈블리 도면들을 예시한다.
도 16a, 도 16b, 도 16c, 도 16d 및 도 16e는 본 발명의 공정들에 의해 제조되고 본원에 예시된 탄소 매트릭스들에서 검출된 원소들을 예시하는 주기율표들이다.
도 17a, 도 17b 및 도 17c는 반응기 변형들의 예시들이다.
도 18a 및 도 18b는 나노다공성 탄소 조성물들에 대한 전문가의 작품이다. 상호연결 기공들은 층들을 연결하는 컬럼 등으로서 도시되며, 한편 초미세기공들은 기공들로부터 확장되어 표시된다. 선택적인 표면 케미스트리(surface chemistry)는 CO2, H2O 및 화학 모이어티들로서 예시된다. 전자기(EM) 제트들(jets)은 기공 내에서 확립된 고조파 공명을 나타내는 것으로 예시된다.
본 발명은 나노다공성 탄소 분말들에서 물질들, 예컨대 금속들을 인스턴스화하는 방법들에 관한 것이다. 본 발명은 나노다공성 탄소 분말을 포함하는 베드를 가스, 및 임의로 전자기적으로 활성화된 가스와 접촉시키며, 한편 탄소 나노기공들의 내부 및/또는 그들로부터의 원소 금속 나노입자들의 핵형성 및/또는 응집을 포함한, 인스턴스화를 야기하기에 충분한 시간 동안 나노다공성 탄소 분말에 전자기 방사선을 적용하는 단계들을 포함하는 방법들을 포함한다. 공정은 (i) 탄소 나노기공 내에 증착된 원소 금속 나노입자들 및/또는 (ii) 응집된, 또는 집합된 원소 금속 나노입자들에 의해 특징화되는 나노다공성 탄소 분말을 포함하는 조성물을 발생시켜, 나노다공성 탄소분말로부터 쉽게 분리될 수 있는 매크로구조체들 예컨대 원소 금속 너겟들, 나노와이어들 및 기타 매크로구조체들을 생성한다. 본 발명의 공정들은 원소 금속 매크로구조체들을 제조하는데 넓은 적용가능성을 갖는다. 본 발명은 추가로 본 발명의 방법들에 의해 제조된 나노다공성 탄소 조성물들, 원소 금속 나노입자들 및 원소 금속 매크로구조체들에 관한 것이다.
응집 및 집합이라는 용어의 사용은 매크로구조체들의 특정 어셈블리 순서를 추론하기 위한 것은 아니다. 즉, 정전기적으로 어셈블리된 제품으로 분말을 취급할 때 통상적으로 간주될 수 있는 바와 같은, 별개의 나노입자들이 형성된 다음에 재배치 및 어셈블리되어 집합체를 형성한다고 가정되지 않는다. 오히려, 이론에 얽매이지 않고, 초미세기공들에 나노입자들이 형성됨에 따라 응집 또는 집합이 발생하는 것으로 여겨진다.
본 발명은 조성물들을 고려하며, 이 조성물들은, (a) 내부에 원소 금속 나노구조체들이 배치되어 있는 나노기공들 및 (b) 원소 금속 매크로구조체 ―원소 금속 매크로구조체는 내부 탄소를 더 포함함―를 포함하는 나노다공성 탄소 분말을 포함한다.
나노다공성 탄소 분말들
나노다공성 탄소 분말들 또는 나노구조화된 다공성 탄소들이 본 발명의 공정들 및 방법들에서 사용될 수 있다. 나노다공성 탄소 분말들 또는 나노구조화된 다공성 탄소들은 또한 본원에서 "출발 물질" 또는 "충전 물질"로 지칭된다. 탄소 분말은 바람직하게는 증착, 인스턴스화 및 성장을 포함한, 금속 증착을 증진시키는 표면 및 다공도(예를 들어, 초미세 다공도)를 제공한다. 바람직한 탄소 분말들은 활성탄, 가공 탄소, 흑연, 및 그래핀을 포함한다. 예를 들어, 본원에 사용될 수 있는 탄소 물질들은 그래핀 발포체들, 섬유들, 나노로드들, 나노튜브들, 풀러렌들, 플레이크들, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 중간상 탄소 입자들, 마이크로비드들 및, 그레인들을 포함한다. "분말"이라는 용어는 이산의 미세, 입자들 또는 그레인들은 정의하기 위한 것이다. 분말은 건조하고 유동성일 수 있거나, 교반하면 부서질 수 있는 케이크와 같은, 가습되고 케이크화될 수 있다. 분말들이 바람직하긴 하지만, 본 발명은 더 큰 다공성 탄소 블록들 및 물질들을 포함한 브릭들(bricks) 및 로드들과 같은 더 큰 탄소 물질들을 본 발명의 공정들에서 분말들로 대체하는 것을 고려한다.
본원에 사용된 예들은 전형적으로 탄소의 고도로 정제된 형태들, 예컨대 >99.995 %wt 순수 탄소(금속들 기준)를 기재한다. 탄소의 고도로 정제된 형태들은 주요 증거, 품질 관리를 위해 그리고 본원에 기재된 결과들이 탄소 공급원 내의 교차-오염 또는 확산의 결과가 아님을 보장하기 위해 예시된다. 그러나, 순도가 낮은 탄소 물질들이 또한 사용될 수 있음이 고려된다. 따라서, 탄소 분말은 적어도 약 95 %wt 탄소, 예컨대 적어도 약 96 %, 97 %, 98 % 또는 99 %wt 탄소를 포함할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 탄소 분말은 적어도 99.9%, 99.99% 또는 99.999 %wt 탄소일 수 있다. 각각의 경우에, 순도는 회분 기준(ash basis) 또는 금속 기준으로 결정할 수 있다. 또 다른 바람직한 실시양태에서, 탄소 분말은 상이한 탄소 유형들 및 형태들의 블렌드이다. 한 실시양태에서, 탄소 베드는 상이한 나노-가공된 다공성 탄소 형태들의 블렌드로 구성된다. 탄소 분말들은 도펀트들을 포함할 수 있다. 도펀트들은 탄소 분말 출발 물질들에서 하기에 기재된 바와 같이 원소 금속 나노구조체를 측정할 수 있는 바와 동일한 기술에 의해 측정될 수 있다. 출원인들은 금속, 반금속 및 비금속 도펀트들이 원소 금속 나노구조체들의 형성에 영향을 미칠 수 있다고 여긴다.
탄소 분말은 바람직하게는 미세입자들을 포함한다. 바람직한 탄소 분말들의 부피 중앙값 기하학적 입자 크기는 약 1 ㎛ 미만 내지 5 mm 초과일 수 있다. 바람직한 탄소 분말들은 약 1 ㎛ 내지 500 ㎛, 예컨대 약 5 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다. 예시에 사용된 바람직한 탄소 분말들은 약 7 ㎛ 내지 13 ㎛ 및 약 30 ㎛ 내지 150 ㎛의 중앙값 직경을 가졌다.
탄소 입자 크기의 분산도는 제품의 품질을 개선시킬 수 있다. 크기가 균질하거나 단분산인 탄소 물질을 사용하는 것이 편리한다. 따라서, 바람직한 탄소는 약 0.5 내지 1.5, 예컨대 약 0.6 내지 1.4, 약 0.7 내지 1.3, 약 0.8 내지 1.2, 또는 약 0.9 내지 1.1의 다분산 지수에 의해 특징화된다. 다분산 지수(또는 PDI)는 입자 집단의 질량 평균 직경과 수 평균 직경의 비이다. 바이모달 입자 크기에 의해 특징화되는 탄소 물질들은 반응기에서 개선된 가스 흐름을 제공할 수 있다.
탄소 분말은 바람직하게는 다공성이다. 탄소 입자들 내에 존재하는 기공들 또는 공동들은 매크로기공들, 미세기공들, 나노기공들 및/또는 초미세기공들일 수 있다. 기공은 그래핀과 비교하여 전자 분포에 결함을 포함할 수 있으며, 이는 종종 홀들, 균열들 또는 틈들, 모서리들, 가장자리들, 팽윤으로 인한 모폴로지의 변화들, 또는 화학적 모이어티들 또는 표면 그룹들 등의 추가와 같은 표면 케미스트리의 변화에 의해 야기된다. 예를 들어, 탄소 시트들, 풀러렌들 또는 나노튜브들의 층 사이에 발생할 수 있는 공간들의 변형이 고려된다. 증착물 인스턴스화는 기공 또는 결함-함유 기공에서 또는 그 내부에서 우선적으로 발생하고 표면 특성들의 본성이 증착물에 영향을 미칠 수 있는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 마이크로메리틱스(Micromeritics) 증진된 기공 분포 분석(예를 들어, ISO 15901-3)을 사용하여 탄소를 특징화할 수 있다. 탄소 분말은 나노다공성인 것이 바람직하다. "나노다공성 탄소 분말"은 100 nm 미만의 기공 치수(예를 들어, 폭 또는 직경)를 갖는 나노기공들에 의해 특징화되는 탄소 분말로서 본원에 정의된다. 예를 들어, IUPAC는 나노다공성 물질을 미세다공성(0.2 내지 2 nm의 기공 직경들을 가짐), 메조다공성 물질들(2 내지 50 nm의 기공 직경들을 가짐) 및 미세다공성 물질들(50 nm 내지 1000 nm의 기공 직경들을 가짐)로 세분화한다. 초미세기공들은 약 1 nm 미만의 공극 직경을 갖는 것으로 본원에 정의된다.
기공 크기 및/또는 기하학적 구조의 균일성이 또한 바람직하다. 예를 들어, 바람직한 탄소 물질들(예를 들어, 분말들)에서 초미세기공들은 총 다공도의 적어도 약 10 %, 예컨대 적어도 약 20 %, 적어도 약 30 %, 적어도 약 40 %, 적어도 약 50 %, 적어도 약 60 %, 적어도 약 70 %, 적어도 약 80 %, 또는 적어도 약 90 %를 차지한다. 바람직한 탄소 물질들(예를 들어, 분말)은 동일한 직경을 갖는 초미세기공들의 유효수, 출현율(prevalence) 또는 농도를 특징으로 하여, 예측가능한 전자기 고조파 공명 및/또는 기공들, 공동들, 및 간극 내에서 정상파 형태들을 제공한다. 이 문맥에서 "직경"이라는 단어는 기공의 구형 기하학적 구조를 요구하도록 의도된 것이 아니라 치수(들) 또는 표면 사이의 다른 특성 거리들을 포함하도록 의도된다. 따라서, 바람직한 탄소 물질들(예를 들어, 분말들)은 총 다공도의 적어도 약 10 %, 예컨대 적어도 약 20 %, 적어도 약 30 %, 적어도 약 40 %, 적어도 약 50 %, 적어도 약 60 %, 적어도 약 70 %, 적어도 약 80 %, 또는 적어도 약 90 %를 차지하는 동일한 직경의 다공도(예를 들어, 나노기공 또는 초미세기공들)에 의해 특징화된다.
물질의 흡착 등온선을 측정하는 것은 탄소 물질의 표면적, 다공도, 예를 들어, 외부 다공도를 특징화하는 데 유용할 수 있다. 약 1 m2/g 내지 3000 m2/g의 표면적을 갖는 탄소 분말들이 특히 바람직하다. 적어도 약 50 m2/g, 바람직하게는 적어도 약 300 m2/g, 적어도 약 400 m2/g, 적어도 약 500 m2/g 이상의 초미세기공 표면적을 갖는 탄소 분말들이 특히 바람직하다. 활성탄들 또는 가공 탄소들, 및 기타 품질의 탄소 공급원들은 표면적 사양으로 수득할 수 있다. 표면적은 BET 표면 흡착 기술에 의해 독립적으로 측정될 수 있다.
금속 증착과 표면적 상관관계는 다수의 실험에서 탐색되었다. 77 K(-196.15 C)에서 질소 가스와 함께 마이크로메리틱스 BET 표면적 분석 기술을 사용한, 통상적인 기공 표면적 측정들은 ≥5 σ 신뢰 수준, 또는 일치 확률에서 원소들의 증착에서 실질적인 상관관계를 밝혀내지 않았다. 그러나, 초미세기공들(1 nm 미만의 치수 또는 직경을 갖는 기공들)과의 상관관계가 관찰되었다. 273 K(0 C)에서 이산화탄소 흡착을 사용하여 초미세다공도를 평가하였다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 성공적인 핵형성 또는 인스턴스화에 의해 측정된 바와 같은 성능은 초미세다공도dg와 상관관계가 있었다. 이론에 얽매이지 않고, 인스턴스화는 표면들 또는 벽들 사이의 거리와 같은 초미세기공 및 초미세기공 네트워크의 공명 공동 특색들과 상관관계가 있는 것으로 여겨진다. 초미세기공의 특색들은, 예를 들어 밀도 함수 이론(DFT) 모델에 의해 증강된, BET에 의해 측정된 초미세기공 직경으로부터 예측할 수 있다. 기계 학습의 도움으로, 초미세기공 크기, 분포, 터보스트래틱(turbostratic) 특색들, 벽 분리 및 직경 및 원소 금속 핵형성 간의 보다 정밀한 관계들을 확립할 수 있다.
탄소 물질들 및 분말들은 수많은 상업적 공급자들로부터 수득할 수 있다. MSP-20X 및 MSC-30은 2,000-2,500 m2/g 및 >3,000 m2/g의 공칭 표면적 및 각각 7-13 ㎛ 및 60-150 ㎛의 중간 직경을 가진 고표면적 알칼리 활성탄 물질들이다(칸사이 코크 앤드 케미칼즈 콤파니(Kansai Coke & Chemicals Co). 노리트(Norit) GSX는 알파 에이사(Alfa Aesar)로부터 수득한 증기-세척된 활성탄이다. 실험 섹션에서 사용된 정제된 탄소 형태들은 모두 ≥99.998 wt% C (금속들 기준)를 초과한다.
탄소의 표면 케미스트리를 변형하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 예를 들어, 탄소를 산 또는 염기로 컨디셔닝할 때 개선된 성능이 관찰되었다. 탄소를 HCl, HF, HBr, HI, 황산, 인산, 탄산, 및 질산으로 이루어진 군으로부터 선택된 묽은 산 용액과 접촉시킨 후 물(예컨대, 탈이온수)로 세척하는 것이 유리할 수 있다. 산은 바람직하게는 약 30 % 미만, 약 25 % 미만, 약 20 % 미만, 약 15 % 미만, 약 10 % 미만, 또는 약 5 % 미만, 바람직하게는 1 % vol 이하의 양으로 존재한다. 산 세척을 위한 바람직한 산은 약 3 미만, 예컨대 약 2 미만의 pKa를 갖는 산이다. 세척 후, 탄소를 불활성 가스, 예컨대 헬륨, 수소, 또는 그의 혼합물들의 블랭킷에 적용하는 것이 유리할 수 있다. 대안적인 가스는 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 아르곤, 네온, 크립톤, 헬륨, 암모니아 및 수소를 포함된다. 탄소는 또한 산 처리 전이나 후에 염기, 예컨대 KOH에 노출될 수 있다.
수분을 포함할 수 있는 탄소 중 잔류 수분 함량을 제어하면 성능을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 탄소 물질은 적어도 약 100 ℃, 바람직하게는 적어도 약 125 ℃, 예컨대 125 ℃ 내지 300 ℃의 온도에서 약 30 분 예컨대 1 시간 동안 오븐에 배치할 수 있다. 오븐은 주위 또는 음압 상태에, 예컨대 진공 하에 있을 수 있다. 대안적으로, 탄소 물질은 적어도 약 250 ℃, 바람직하게는 적어도 약 350 ℃의 온도에서, 적어도 1시간, 예컨대 적어도 2, 3, 4, 5, 또는 6 시간 동안 고진공을 가진 오븐에 배치될 수 있다. 대안적으로, 탄소 물질은 적어도 약 700 ℃, 바람직하게는 적어도 약 850 ℃의 온도에서, 적어도 1 시간, 예컨대 적어도 2, 3, 4, 5, 또는 6 시간 동안 고진공을 가진 오븐에 배치될 수 있다. 대안적으로, 상당한 열을 적용하지 않고 진공 또는 동결건조에 의해 물 또는 수분을 제거할 수 있다. 바람직하게는, 탄소의 물 또는 수분 수준은 탄소의 약 35 중량%, 30 중량%, 25 중량%, 20 중량%, 15 중량%, 10 중량%, 5 중량% 미만, 예컨대 약 2 중량% 미만이다. 다른 실시양태들에서, 탄소는 예를 들어 22 ℃에서 특정 상대 습도(RH) 예컨대 5 %, 12 % RH 또는 40 % RH 또는 70 % RH 또는 80 % RH 또는 90 % RH에 노출될 수 있다.
탄소 물질의 전처리는 정제, 가습, 활성화, 산성화, 세척, 수소화, 건조, 화학적 변형(유기 및 무기), 및 블렌딩의 단계를 모두 포함한, 하나 이상으로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 탄소 물질은 환원, 양성자화 또는 산화될 수 있다. 단계들의 순서는 기재된 바와 같이, 또는 두 개 이상의 단계들을 상이한 순서로 수행할 수 있다.
예를 들어, MSP-20X를 알칼리(1:0.8의 몰비에서 C:KOH)에 노출되고 700 ℃에서 2 시간 동안 활성화시키고, 산으로 세척한 다음에 수소화시켜 HCl로 세척할 때는 MSP-20X 로트들(Lots) 1000을 형성하고 HNO3으로 세척할 때는 105를 형성하였다. MSP-20X를 산으로 세척한 다음에 수소화시켜 HCl로 세척할 때 MSP-20X 로트들 1012를 형성하고 HNO3로 세척할 때 1013을 형성하였다. 수소 보관을 위해 개발된 활성탄 분말을 HCl 산 세척한 다음에, HNO3 세척 및 수소화에 적용하여 문헌 [Yuan, J. Phys. Chem . B20081124614345-14357]에 실질적으로 기재된 바와 같이, APKI 로트들 1001 및 1002를 형성하였다. 폴리(에테르 에테르 케톤)(PEEK, 빅트렉스(Victrex) 450 p) 및 폴리(에테르 이미드)(PEI, 울템(Ultem)® 1000)를 정적 공기 중에서 320 ℃에서 15 h 동안 열적으로 산화시키고 550 -1100 ℃의 온도 범위에서 질소 분위기에서 50 - 60 wt%의 탄소 수율로 탄화시켜 공급하였다. 이어서 이들 탄소들을 하기 절차들에 의해 활성화시켰다: (1) KOH/탄소 ~ 1/1 - 1/6(w/w)의 KOH로 탄화된 중합체를 알코올의 존재 하에 분쇄하여 미세한 페이스트를 형성; (2) 페이스트를 질소 분위기에서 2 h 동안 600 - 850 ℃로 가열; (3) 탈이온수로 세척 및 헹구고 진공 오븐에서 건조시킴. PEEK/PEI(50/50 wt) 블렌드를 포로겐, 인크.(PoroGen, Inc.)에 의해 친절하게 공급되었다. 마찬가지로, 로트들 1001 및 1002의 산 세척 순서를 반대로 하여 APKI 로트들 1003 및 1004를 형성하였다. 범용 등급, 천연 흑연, ~200 메쉬를 알파 에이사 제품 번호 40799로부터 구매하였다. 흑연 로트들 R 및 Z를 HCl 세척하고 수소화시켜 각각 R 로트 1006 및 Z 로트 1008을 형성하였다. 알파 에이사 흑연 R 및 Z를 질산 세척하고 수소화시켜 각각 R 로트 1007 및 Z 로트 1009를 형성하였다. MSC-30(칸사이 코크 앤드 케미칼즈)을 산 세척한 다음에 수소화시켜 HCl로 세척할 때 MSC30 로트들 1010을 형성하고 HNO3로 세척할 때 1011을 형성하였다. MSC-30을 알칼리(1:0.8의 몰비에서 C:KOH)에 노출시키고, 700 C에서 2 시간 동안 활성화시키고, HCl 또는 질산으로 세척한 다음에 수소화시켜 MSC-30 로트들 1014(HCl 세척됨) 및 1015(HNO3 세척됨) 각각을 형성하였다. MSP-20X, MSC-30, 노리트 GSX 및 알파 에이사 R를 MSP-20X 로트들 2000 및 2004, MSC-30 로트들 2001, 2006 및 2008, 노리트 GSX 로트들 2005 및 2007, 및 알파 에이사 R 로트 2009 각각의 경우 MWI, 인크.(MWI, Inc.)에 의한 정제에 적용시켰다. MSP-20X 로트 2000 및 MSC-30 2001을 HCl로 세척하고 수소화시켜 각각 MSP-20X 로트 2002 및 MSC-30 로트 2003을 형성하였다. 알파 에이사 R을 1%, 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 % 및 30 % HCl(vol.)로 세척한 다음에 R 로트 흑연 n% vol HCl로 각각 수소화시켰다. 정제된 MSP-20X(로트 2006)를 HCl, 질산, HF 또는 H2SO4에 의해 유사하게 세척하여 MSP-20X 1% HCl, MSP-20X 1% HNO3, MSP-20X 0.4% HF, MSP-20X 0.55 % H2SO4(로트 1044) 각각을 형성하였다. 정제된 노리트 GSX(로트 2007)를 질산, HF 또는 H2SO4에 의해 유사하게 세척하여 노리트 GSX 1% HNO3(로트 1045), 노리트-GSX 0.4% HF, 노리트-GSX 0.55 % H2SO4 각각을 형성하였다. 정제된 MSC30(로트 2008)을 H2SO4에 의해 유사하게 세척하여 MSC30 1% HCl, 및 MSC30 5 % H2SO4를 형성하였다. 정제된 MSP20X (로트 2006), 노리트 GSX (로트 2007) 및 MSC30(로트 2008)을 수소화시켰다. 정제된 MSP-20X, 노리트 GSX 및 MSC30을 습윤제로서 메탄올을 사용하여 1% HCl로 세척하였다. APKI-S-108 로트들 1021-1024를 재활용하였다. Ref-X 블렌드는 40 % 알파 에이사 R:60 %MSP-20X(로트 2006)이며 850 ℃ 탈착한 다음에 138 kPa(20 psi)에서 5일 동안 CO2에 노출시켰다.
탄소는 금속 증착물 공정으로부터 회수된 후 재활용되거나 재사용될 수 있다. 탄소를 재활용함에 있어서, 탄소는 임의로 산 세척 및/또는 물 제거에 1회 이상 적용될 수 있다. 이 실시양태에서, 탄소는 1회 이상, 예컨대 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 또는 약 25회 이상 재사용될 수 있다. 탄소는 또한 전체적으로 또는 부분적으로 보충될 수 있다. 탄소를 재활용하거나 재사용하면 탄소가 금속 나노구조 수율을 증진시키고 핵형성 특성을 조정할 수 있어 원소 선택도 및 결과적인 분포들을 변화시킬 수 있게 한다는 것이 발견되었다. 따라서, 본 발명의 한 양상은 재활용된 나노다공성 탄소 분말, 예를 들어, 이전에 본 발명의 방법에 1회 이상 적용된 나노다공성 탄소 분말을 사용하여 방법을 실시하는 것이다.
나노다공성 탄소 조성물 및 금속 증착물들
본원에 기재된 공정들에 의해 제조된 나노다공성 탄소 조성물들은 몇 가지 놀랍고 독특한 품질들을 보유한다. 탄소 분말의 나노다공도는 일반적으로 가공 동안 유지되며, 예를 들어 주사 전자 현미경 또는 BET에 의해 육안으로 확인할 수 있다. 분말의 육안 검사는 나노기공 내부 및 주위에 존재하는 원소 나노구조체들의 존재를 확인할 수 있다. 나노구조체들은 전형적으로 원소 금속들이다. 분말의 육안 검사는 또한 나노기공들 내부 및 주위에 존재하는 원소 매크로구조체들의 존재를 확인할 수 있다. 매크로구조체들은 전형적으로 원소 극속들이며 종종 틈새 및/또는 내부 탄소를 포함한다.
공정에 의해 제조된 금속 나노구조체들 및/또는 금속 매크로구조체들(총칭하여 "금속 증착물들")는 나노다공성 탄소 조성물들로부터 단리되거나 수확될 수 있다. 본 발명의 금속 증착물들은 또한 몇 가지 놀랍고 독특한 품질들을 갖는다.
전형적으로, 나노다공성 탄소 조성물들의 다공도는 나노다공성 탄소 분말 출발, 또는 충전, 물질의 초미세기공들에 기인하는 다공성의 적어도 약 70 %일 것이며, 이는 벌크 물질 부피의 약 40 % 이상인 총 공극 부피를 갖는다. 탄소 입자들 내에 존재하는 기공들 또는 공동들은 매크로기공들, 미세기공들, 나노기공들 및/또는 초미세기공들일 수 있다. 기공은 그래핀과 비교하여 전자 분포의 결함을 포함할 수 있으며, 이는 종종 홀들, 균열들 또는 틈들, 모서리들, 가장자리들, 팽윤, 배위 결합들(dative bonds)으로 인한 모폴로지 변화, 또는 화학적 모이어티들 또는 표면 그룹들의 추가 등과 같은 표면 케미스트리의 다른 변화에 의해 야기된다. 예를 들어, 탄소 시트들, 풀러렌들, 나노튜브들, 또는 삽입된 탄소의 층 사이에 발생할 수 있는 공간들이 고려된다. 증착물 및 인스턴스화는 기공에서 또는 그 내부에서 우선적으로 발생하고 표면 특성들의 본성이 증착물에 영향을 미칠 수 있는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 마이크로메리틱스 증진된 기공 분포 분석(예를 들어, ISO 15901-3)을 사용하여 탄소를 특징화할 수 있다. 탄소 분말이 나노다공성인 것이 바람직하다.
제품들은 또한 기공 크기 및/또는 기하학적 구조의 균일성을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 초미세기공들은 총 다공도의 적어도 약 10 %, 예컨대 적어도 약 20 %, 적어도 약 30 %, 적어도 약 40 %, 적어도 약 50 %, 적어도 약 60 %, 적어도 약 70 %, 적어도 약 80 %, 또는 적어도 약 90 %를 차지할 수 있다. 탄소 물질들(예를 들어, 입자들 또는 분말들)은 기공 네트워크를 특징짓는 기공 치수들 또는 치수들의 동일한 치수(예를 들어, 폭 또는 직경) 또는 동일한 분포를 갖는 초미세기공들의 유효수, 출현율 또는 농도를 특징으로 할 수 있으며, 이에 따라 기공들 내에서 예측 가능한 전자기 고조파 공명을 제공할 수 있다. 따라서, 탄소 물질들(예를 들어, 분말들)은 총 다공도의 적어도 약 10 %, 예컨대 적어도 약 20 %, 적어도 약 30 %, 적어도 약 40 %, 적어도 약 50 %, 적어도 약 60 %, 적어도 약 70 %, 적어도 약 80 %, 또는 적어도 약 90 %를 차지하는 동일한 직경 또는 직경 분포의 다공도(예를 들어, 나노기공 또는 초미세기공들))에 의해 특징화될 수 있다.
물질의 표면적을 측정하는 것은 탄소 물질의 다공도, 예를 들어, 외부 다공도를 특징화하는 데 유용할 수 있다. 탄소 분말은 바람직하게는 높은 표면적에 의해 특징화된다. 예를 들어, 나노다공성 탄소 분말은 적어도 약 1 m2/g 또는 적어도 약 200 m2/g, 적어도 약 500 m2/g 또는 적어도 약 1000 m2/g의 일반적인 표면적을 가질 수 있다. 초미세기공 표면적은 적어도 약 50 m2/g, 예컨대 100 m2/g 내지 3,000 m2/g일 수 있다. 적어도 약 50 m2/g, 바람직하게는 적어도 약 300 m2/g, 적어도 약 400 m2/g, 적어도 약 500 m2/g 이상의 초미세기공 표면적이 특히 바람직하다. 활성탄들, 및 기타 품질의 탄소 공급원들은 표면적 사양으로 수득할 수 있다. 표면적은 BET 표면 흡착 기술에 의해 독립적으로 측정될 수 있다.
탄소 물질들(예를 들어, 분말들 및 입자들)은 활성탄, 가공 탄소, 천연 및 제조 흑연 및 그래핀을 포함한다. 예를 들어, 본원에서 사용될 수 있는 탄소 물질들은 미세입자들, 그래핀 발포체들, 섬유들, 나노로드들, 나노튜브들, 풀러렌들, 플레이크들, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 중간상 탄소 입자들, 마이크로비드들 및, 그레인들을 포함한다. 전형적으로, 분말은 실질적인 집합 또는 클럼핑(clumping) 없이 유동성이 되도록 충분히 건조될 수 있거나, 교반하면 부서질 수 있는 케이크와 같은, 가습되고 케이크화될 수 있다. 분말들이 바람직하긴 하지만, 본 발명은 더 큰 탄소 물질들, 예컨대 브릭들 및 로드들을 본 발명의 공정들에서 분말들로 대체하는 것을 고려한다.
전형적으로, 탄소 풍부 구조체에서 금속 풍부 구조체로 변화된 탄소 조성물(예를 들어, 내부 탄소)의 sp2-sp3 특성은 TEM-EEL(전이 전자 현미경 - 전자 에너지 손실 분광법)에 의해 결정된 바와 같이 트래버싱되었다.
나노다공성 탄소 조성물들은 전형적으로 표준화된 검출 방법들을 사용하여 X선 형광 분광법(XRF)에 의해 결정된 바와 같이, 나노다공성 탄소 분말 출발 물질과 비교하여 "검출된 금속들" 또는 "감소된 순도"의 존재에 의해 특징화된다. ED-XRF 및 WD-XRF를 사용할 수 있다. 게다가, 에너지 분산 분광법(EDS 또는 EDX 또는 HR-글로우 방전 질량 분석법(GD-MS)뿐만 아니라 중성자 활성화 분석(NAA), ICP-MS, PIXE 및 GD-OES를 사용한 파르 봄 산 소화(Parr Bomb Acid Digestion)을 더하여, 대안으로 또는 임의의 조합으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 하기에 기재된 실험에서, 적어도 99.9 중량%의 순도를 가진 탄소 물질들을 초기 출발 물질로서 사용하였으며 가장 전형적으로 금속들 기준으로 적어도 99.99 중량%이었다. 이러한 탄소 물질들은 작은(예를 들어, <1 중량%) 금속들, 또는 도펀트들을 포함할 수 있다. 도펀트들을 포함한 이러한 기존 금속들은, "검출된 금속" 정의에 포함되지 않는다. 본 발명의 제품들은 XRF, EDS/EBSD 및 기타 방법들에 의해 검출된 증착된 원소 금속 나노구조체 및 나노-증착물에 의해 특징화되었다. 이러한 금속 증착물에 의해 특징화되는 생성된 탄소 분말 제품은 "감소된 순도"를 갖는 것으로 특징화될 수 있다. "검출된 금속들"이라는 용어는 반응기 프릿들, 컵 및/또는 캡(총칭하여 "반응기 구성요소들")을 포함한, 탄소 출발 물질, 가스 공급부, 가스 라인, 또는 반응기 어셈블리에 의해 도입된 임의의요소 또는 물질을 배제한다. 예를 들어, 반응기가 탄소 물질을 함유하는 구리 컵으로부터 선택되고, 공정이 컵으로부터 1 ㎍의 구리의 질량 감소를 발생시키는 경우, 그러면 "검출된 금속"은 1 ㎍ 구리를 배제한다. 게다가, 반응기 구성요소들 및 반응기 공급 가스의 원소 조성(들)은 검출된 금속들과 비교할 수 있다. 반응기 구성요소들이 원소 조성이 상이한 경우, 반응기 구성요소들에 존재하지 않는 하나 이상의 금속들의 검출은 검출된 금속이 반응기 구성요소들로부터 유래하지 않는다는 결론을 뒷받침한다. 예를 들어, 검출된 금속이 원소 금속 매크로구조체 내에서 구리 외에 5 ppm wt Mo 또는 4 ppm wt W를 함유하고, 반응기 컵이 어떤 검출 가능한 Mo 또는 W도 없는 99.999% 구리인 경우, 검출된 금속 내에서 확인된 구리는 또한 검출된 총 금속들에 기인할 수 있다. 전형적으로, 탄소 조성물 내에 함유된 총 비탄소 원소들의 적어도 약 1%는, 질량 기준으로, 검출된 금속들 또는 성분들이다. 바람직하게는, 검출된 금속들은 질량 기준으로 탄소 조성물 내에 함유된 총 비탄소 원소들의 적어도 약 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 6 %, 7 %, 8 %, 9 %, 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 % 또는 70 % 이상이다.
바람직한 실시양태에서, 나노다공성 탄소 조성물은 적어도 0.1 ppm 검출된 금속, 바람직하게는 약 0.1 ppm - 100 ppm, 예컨대 약 50 ppm - 5000 ppm, 또는 약 0.1 %wt - 20 %wt, 예컨대 적어도 약 >0.1 %wt 검출된 금속들을 포함한다. 바람직하게는 검출된 금속들은 나노다공성 탄소 조성물의 적어도 1 ppm이다. 검출된 금속들은 원소 금속 나노구조체(또는, 단순히 금속 나노구조체)일 수 있거나, 이를 포함할 수 있다. 검출된 금속들은 금속 이온들 또는 염들을 제외한다.
본 발명의 방법들에 적용되는 탄소 조성물들은 변경된 탄소 동위원소비를 발생시킨다. 따라서, 본 발명은 하기에 기재된 단계들를 포함하는 탄소 동위원소비를 변경하는 방법들 및 탄소 동위원소비가 이동된 조성물들을 포함한다.
나노다공성 탄소 조성물은 바람직하게는 원소 금속 나노구조체를 포함한다. 금속 나노구조체는 바람직하게는 전이 금속들(IIIB족: Sc, Y, Lu; Group IVB: Ti, Zr, Hf; VB족: V, Nb, Ta; VIB족: Cr, Mo, W; VIIB족: Mn, Re VIIIB족: Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt; IB족: Cu, Ag; IIB족: Zn, Cd, Hg), 알칼리 토금속들(Ia족: Li, Na, K, Rb, Cs), 알칼리 금속들(IIA족: Be, Mg, Ca, Sr, Ba), 란타니드들(La, Ce, Pr, Nd,Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm 및 Yb), 및 경금속들(B, Al, Si, S, P, Ga, Ge, As, Se, Sb, Te, In, Tl, Sn, Pb, Bi)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속들을 포함한다.
백금족 금속들 및 희토류 원소들이 바람직하다. 귀금속들 및 불활성 금속들(noble metals)이 또한 제조될 수 있다. Li, B, Si, P, Ge, As, Sb, 및 Te를 포함하는 기타 나노구조체가 또한 제조될 수 있다. 전형적으로, 원소 금속 나노구조체들은 금속 이온들을 배제한다.
나노다공성 탄소 조성물은 또한 비금속 나노구조체들 및/또는 매크로구조체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 공정들은 수소, 산소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 및 크세논과 같은 가스들을 인스턴스화하거나 양자 인쇄할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 본 발명은 탄소, 산소, 질소, 황, 인, 셀레늄, 수소, 및/또는 할로겐화물들(예를 들어, F, Cl, Br 및 I)을 함유하는 물질들을 인스턴스화하거나 양자 인쇄할 수 있다. 금속 산화물들, 질화물들, 수소화물들, 및 황화물들 예컨대 구리 산화물, 몰리브덴 황화물, 알루미늄 질화물을 더 포함하는 나노다공성 탄소 조성물들이 추가로 확인되었다. 따라서, 작은 무기 분자들 또는 화합물들(예를 들어, 여러 금속 원자들, 예를 들어, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10 개의 원자들을 포함하는 분자들)은 본 발명의 공정들을 사용하여 인스턴스화하거나 인쇄할 수 있다. 이러한 소분자들의 예는 탄화물들, 산화물들, 질화물들, 황화물들, 인화물들, 할로겐화물들, 카르보닐들, 수산화물들, 물을 포함한 수화물들, 포접물들, 포접 수화물들, 및 금속 유기 프레임워크들(도 14a, 도 14b, 도 14c, 도 14d)을 포함한다. 도 10a는 예시 2로부터 단리된 매크로구조체의 SEM 클로즈업이다. 도 10b는 공정들에 의해 제조된 제품의 전형적인 매크로구조체의 검출된 원소 다양성의 예를 제공한다. 따라서, 본 발명은 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 개 이상의 원소 금속들에 의해 특징화되는 금속 매크로구조체들에 관한 것이다. 바람직한 금속 매크로구조체들은 우세한 원소 금속을 포함한다. 금속은 원소 중량 함량이 1개 초과, 2개 이상, 또는 다른 검출된 금속 모두보다 실질적으로 더 큰 매크로구조체 내에서 "우세"한다. 예를 들어, 적어도 약 50 %, 60 %, 70 %, 80 %, 90 % 또는 그 초과의 매크로구조체는 원소 금속의 우세를 포함한다. 구리, 니켈, 철, 및 몰리브덴이 우세한 매크로구조체들이 단리되었다. 바람직한 매크로구조체들은 단일 원소 예컨대 >95 % 구리, >95 % Ni, >90 % Mo, >90 % Pt 등의 우세를 포함한다. 바람직한 매크로구조체들은 또한 2개 이상의 추가 원소 금속들의 우세를 포함할 수 있다. 또한 도 10b로부터 알 수 있는 바와 같이, 주요, 또는 우세한 금속은 구리이다. 바람직한 매크로구조체들은 니켈, 몰리브덴 및 3개 이상의 추가 원소 금속들의 우세를 포함한다. 바람직한 매크로구조체들은 철 및 몰리브덴 및 3개 이상의 추가 원소 금속들의 우세를 포함한다. 바람직한 매크로구조체들은 구리 및 텅스텐 및 3개 이상의 추가 원소 금속들의 우세를 포함한다. 바람직한 매크로구조체들은 니켈, 텅스텐 및 3개 이상의 추가 원소 금속들의 우세를 포함한다. 바람직한 매크로구조체들은 바람직한 매크로구조체들은 (i) 백금 및 3개 이상의 추가 원소 금속들, (ii) 팔라듐 및 3개 이상의 추가 원소 금속들, (iii) 오스뮴 및 3개 이상의 추가 원소 금속들, 또는 (iv) 로듐 및 3개 이상의 추가 원소 금속들을 포함한다.
매크로구조체의 원소 조성물을 특징화할 목적으로 우세한 금속에 대한 데이터를 정규화하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 이 애플리케이션에서 보고된 XRF 스펙트럼은 전형적으로 우세한 금속(예를 들어, 구리, 니켈, 철 또는 몰리브덴)에 대해 정규화된다. 따라서, 가장 우세한 금속에 대해 정규화된 금속 매크로구조체의 원소 조성물을 특징화하는 것이 본 발명의 한 양상이다.
도 10a는 예시 2로부터 단리된 매크로구조체의 SEM 클로즈업이다. 도 10b는 매크로구조체의 원소 다양성을 제공한다. 도 10b는 본 발명의 전형적인 XRF 스펙트럼을 제공한다.
도 10c는 방법들에 고유한, 서브-나노스케일 구조체를 나타내는 티탄 TEM 이미지이다. 탄소 나노-반응기 공동(원)으로부터 비롯된 이방성 구리 성장의 증거. 탄소/구리 경계면 근처에 손가락-유사 텐드릴들(tendrils)에 주목한다. 이들 패턴들은 전형적인 무산소 고전도 구리(OFHC)에서는 발견되지 않는다. 따라서, 본 발명은 탄소-구리 계면에서 이방성 텐드릴 모폴로지에 의해 특징화되는 구리를 포함하는 나노다공성 탄소 조성물 및 금속 증착물을 포함한다.
도 10d 및 도 10e는 이 구리 매크로구조체의 탄소-구리 계면의 티탄 TEM 이미지이다. 나노미터 눈금규모에 주목한다. 황색, 또는 흑백에서 가장 밝은 색상은 탄소를 도시한다. 적색 구리 원자들의 로우들은 도 10d의 이미지 중앙에서 확인될 수 있다. 도 10d와 더 밝은 탄소 "홀"이 우측 하부 사분면에서 확인될 수 있다. 구리-풍부 탄소 영역은 예를 들어 도 10d의 하부 좌측 사분면에서 적색으로, 또는 흑백에서 더 회색 음영으로 보일 수 있다. 좌측 하단 모서리는 청색, 또는 흑백에서 흑색이며, 고순도 구리를 검출한다. 도 10e에서, 구리는 하단 배너에서 확인되며, 한편 탄소는 상단 배너에서 확인되고 탄소와 구리의 구배는 중앙에서 나타난다. 계면에서, 탄소 내의 구리의 어셈블리 및 응축을 볼 수 있다. 이들 이미지로부터 금속 나노구조체들이 내부 탄소를 포함한다는 것이 분명하다. 따라서, 본 발명은 내부 탄소를 포함하는 원소 금속 나노구조체들 및 매크로구조체들을 포함한다. 금속- 또는 구리-풍부 영역에서(또는 그렇지 않으면 탄소-금속 계면에서)의 탄소는 sp2 탄소 또는 흑연-유사한 것으로 밝혀졌다. 탄소는 EELS와 K2 서밋(Summit) 카메라(가탄(Gatan))에 의해 검출된 바와 같이, 다른 영역에서 보다 비정질인 것으로 보이다. 또한, 이들 이미지로부터 금속 또는 구리 원자들의 정렬된 로우들, 또는 어레이가 프린터로부터 볼 수 있는 바와 같이, 탄소에 증착되어 있음이 분명한다. 따라서, 본 발명은 구리와 같은 원소 금속 원자들의 별개의 로우들에 의해 특징화되는 나노다공성 탄소 분말 및 나노다공성 탄소 분말 내의 원소들을 양자 인쇄하는 방법들을 더 포함한다. 도 10e에 도시된 구리 섬 영역은 CuO 표준과 정렬되었다. 따라서, 본 발명은 CuO 및 탄소, 특히 sp2 탄소를 더 포함하는 원소 금속(예를 들어, 구리, 백금, 백금족 금속 또는 귀금속) 나노구조체를 더 포함한다.
본 발명의 공정들은 금속 나노-증착물이 1 nm 미만, 바람직하게는 약 0.1 내지 0.3 nm의 직경에 의해 특징화되고, 금속 증착물 로우들 사이의 공간이 약 1 nm 미만, 바람직하게는 약 0.1 내지 0.3 nm인 정렬된 금속 나노-증착물 어레이를 포함하는 나노다공성 탄소 조성물을 발생시킨다. 정렬된 어레이를 포함하는 나노다공성 탄소 조성물은 바람직하게는 어레이에 인접하여 탄소 풍부 영역 및/또는 금속(예를 들어, 구리)이 풍부한 것에 의해 특징화된다. 예를 들어, 어레이는 탄소-금속(예를 들어, 구리) 계면 사이에 위치할 수 있다. 어레이는 터널링 전자 현미경(TEM)에 의해 확인하고 특징화할 수 있다. 전형적으로, TEM, 및 기타 현미경검사 디바이스들은 제조업체의 지침들에 따라 사용된다. 금속 나노-증착물 어레이는 탄소 기판 상에 제시(또는 위치)되며, 탄소 기판은 바람직하게는 sp2 탄소를 포함한다. 용어 "나노-증착물"은 약 1 nm 미만의 나노구조체를 포함하는 것으로 의도되고 별개의 원자들을 포함한다.
본 발명의 공정들은 탄소-금속(예를 들어, 구리) 구배를 포함하는 나노다공성 탄소 조성물을 발생시키며 여기서 금속(예를 들어, 구리) 나노구조체는 탄소-금속 계면에서 구배로 탄소 기판 상에 증착된다. 탄소 기판은 바람직하게는 sp2 탄소를 포함한다. 구배는 바람직하게는 약 100 nm, 또는 약 50 nm 이하의 폭, 예컨대 약 10 nm 미만의 폭이다. 구배는 실질적으로 순수한 탄소 영역으로부터 실질적으로 탄소가 없는 영역으로 증가하는 금속 농도에 의해 정의된다. 금속 영역은 본원에 기재된 금속 나노-증착물과 일치하는 원소 조성물에 의해 특징화될 수 있다.
도 10f는 예시 2로부터 단리된 너겟의 슬라이스의 이미지이다. 내부 공극들, 탄소 구조체들 및 핵형성 부위들(너겟 경계를 따라 좌측 하부 사분면에 있는 포켓)에 주목한다.
도 10g는 중심으로부터 로우들 또는 층들의 성장을 예시한다. 성장은 예를 들어 장미, 구체 또는 유사한 재귀 구조체와 비슷한 중심으로부터 나올 수 있다. 따라서 양자 인쇄로부터 제조된 원소 금속 매크로구조체들은 탄소 및 원소 금속의 교대 나노층들로 둘러싸인 중심 도메인에 의해 특징화될 수 있다. 예를 들어, 탄소 및 원소 금속 나노층들은 독립적으로 두께가 약 20 nm 미만, 예를 들어 두께가 약 10 nm 미만, 예를 들어 두께가 약 5 nm 미만일 수 있다. 매크로구조체는 적어도 약 5개의 원소 금속 나노층들, 예를 들어 원소 금속 중심으로부터 나오는 적어도 약 10 개의 원소 금속 나노층들에 의해 특징화될 수 있다.
나노구조체들은 육안 검사 및 SEM에 의해 결정된 바와 같이 구형일 수 있다. 회전타원체 구리 나노구조체들의 예는 도 8a 및 8b에서 볼 수 있다. 나노구조체들의 직경들은 5 마이크로미터(micron) 미만, 예컨대 50 내지 800 nm, 예컨대 100 내지 200 nm인 것으로 관찰될 수 있다. 플레이크, 스케일 또는 칩 모폴로지를 갖는 나노구조체들이 또한 관찰되었다. 매우 평활한 표면(또는, 실질적으로 주름도가 없는 표면)에 의해 특징화되는 나노구조가 관찰되었다. 주름도는 표면 높이에서 진폭의 소규모 변화들을 측정한 것으로 실제 표면적을 기하학적 표면적으로 나눈 비에 의해 특징화될 수 있다. 예를 들어, 완벽한 구체는 1의 주름도를 가질 것이다. 따라서, STEM 또는 TEM에 의해 육안으로 관찰되는 각각의 구조체의 주름도가 약 2 미만, 바람직하게는 약 1.5 미만 예컨대 약 1.2 미만인 본 발명의 나노구조체들.
게다가, 본 발명의 나노구조체들은 특이하게 높은 진원도(roundness)에 의해 특징화될 수 있다. 진원도는 STEM, SEM 또는 TEM에 의해 육안으로 관찰된 바와 같이, 본원에서 볼록 영역의 평균 곡률 반경 대 입자의 외접원(또는 타원체의 경우에, 입자의 가시적 둘레의 적어도 40 %로 정의되는 표면)의 비를 정의하는 데 사용된다.
Figure pct00001
여기서 R은 외접원의 반경이고, ri는 볼록한 모서리 i에서의 내접원 반경이고, n은 측정된 내접원의 수이다. 진원도 1은 내접원이 외접원 위에 겹쳐 있음을 나타낸다. 본 발명은 육안으로 관찰된 STEM, SEM 또는 TEM으로서 적어도 약 0.3, 바람직하게는 적어도 약 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 또는 0.9의 진원도를 갖는 나노구조체들을 포함한다.
하기 표는 실험의 재현성을 제공한다.
원소 #시행들 #시행들
(>5σ) 		퍼센트
(>5σ) 		최대
(ppm)
나노구체 형성 Ni 66 47 70% 14,000
나노구체 성장/발아 Si 66 55 80% 17,000
원소들 Ta 42 10 25% 80
Mo 65 13 25% 17
Rh, Pd, Pt 5 N/A -- 1.4,
6.2, 0.9
N/A: 일부 경우에, 원소가 출발 물질에서 검출되지 않아 통계적 비교가 혼란스러웠음 Sc 152 N/A -- 35
Y 179 N/A -- 7.4
Ce 258 48 18% 12
Pr 63 N/A -- 4.6
Nd 98 N/A -- 36
Sm 39 N/A -- 0.59
Gd 29 N/A -- 0.39
Tb 7 N/A -- 5.2
Dy 19 N/A -- 0.29
Er 17 N/A -- 17
Yb 10 N/A -- 1.8
본 발명의 원소 금속 나노구조체들은 내부 공극들 및 나노기공들을 더 포함할 수 있다. 도 13a는 본 발명의 금속 원소 나노구조체들의 전형적인 내부 공극들의 우수한 이미지를 제공한다. 응집된 나노구조체들을 볼 수 있다. 이들 나노구조는 1 마이크로미터 미만의 겉보기 직경들 또는 특성 치수를 갖는다. 나노구조체 내에서, 약 0.1 마이크로미터 미만의 겉보기 기공 직경들을 가진 나노기공들을 볼 수 있다. 따라서, 본 발명은 원소 금속 매크로구조체의 TEM 이미지로부터 시각적으로 계산한 바와 같이, 약 10 ㎛ 미만, 바람직하게는 약 1 마이크로미터 미만의 수치 평균 직경 및 약 1 ㎛ 미만, 예컨대 약 500 nm 미만 약 200 nm 미만 또는 약 100 nm 미만의 수치 평균 기공 직경에 의해 특징화되는 원소 금속 다공성 나노구조체들을 포함한다.
나노구조체들은 탄소 분말 내에서 매크로구조체들을 형성하기 위해 추가로 응집 또는 집합된다. 매크로구조체는 나노구조체들의 응집체 또는 집합체뿐만 아니라 인간의 나안으로 볼 수 있는 구조체를 포함하는 것으로 본원에 정의된다. 매크로구조체들은 도 8a에 나타낸 바와 같이, 약 1 마이크로미터 미만의 폭을 갖는 나노와이어 또는 쓰레드를 포함한, 다양한 형태들을 가질 수 있다. 도 8b는 분지를 가진 나노와이어를 예시한다. 나노와이어는 본원에 적어도 약 5, 예컨대 적어도 약 10, 바람직하게는 적어도 약 25의 종횡비에 의해 특징화되는 나노구조체의 선형 응집을 포함하도록 정의된다. 종횡비는 SEM으로 육안 검사에 의해 결정된 바와 같이 나노와이어의 직경에 대한 길이의 비이다. 도 8c를 참조한다.
코일형 나노구조체에 의해 특징화되는 매크로구조체들이 또한 관찰되었다. 예를 들어, 도 8d는 본 발명에 따라 제조된 구리 매크로구조체의 좌측에 있는 그러한 코일 하나를 예시한다.
또한 관찰된 큰 매크로구조체들. 예를 들어, 도 9a의 더 큰 입자는 길이가 대략 1.6밀리미터이고 너겟 외관을 갖는다. 이 입자는 나안으로 볼 수 있다. 도 9D는 약 400 마이크로미터의 길이를 가진, 더 큰 치수들의 구리-함유 나노와이어이다. 상기에 기재된 쓰레드들과 달리, 이 매크로구조체는 중공 또는 환형 외관을 갖는다. 도 13b 및 13c는 예시 1의 제품으로부터 본 발명의 금속 원소 매크로구조체들의 전형적인 내부 공극들을 예시한다. 도 13b는 직경이 약 10 마이크로미터인 내부 공극, 또는 미세기공을 나타낸다. 이론에 얽매이지 않고, 이러한 미세기공들은 내부에 위치하든 매크로구조체의 표면 상에 위치하든지, 본 발명의 추가적 인스턴트화를 위한 방법에서 추가 핵형성 부위로서 사용될 수 있는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 예시 1은 이러한 미세기공으로부터 돌출된 원소 나노구조체에 의해 특징화되는 금속 매크로구조체를 발생시켰다. 따라서, 본 발명은 그로부터 돌출된 적어도 하나의 미세기공에 의해 특징화되는 원소 매크로구조체들을 포함하며, 여기서 나노구조체는 매크로구조체와 상이한 금속 조성물을 갖는다. 도 13c는 적어도 약 20 nm의 길이 및 적어도 약 5 nm의 폭 및 적어도 4의 종횡비에 의해 특징화되는 내부 균열을 예시한다. 도 13d는 두꺼운 와이어 또는 로드의 외관을 갖는 매크로구조체를 예시한다. 이 매크로구조체는 적어도 약 1 mm의 길이와 적어도 약 100 마이크로미터의 직경에 의해 특징화된다. 이 매크로구조체는 압도적으로 구리이다. 이것은 단일 지점에서 단일 스캔을 나타내지만, 이 매크로구조의 길이와 단면을 따라 50 개 초과의 스캔을 수행하여 유사한 결과를 수득하였다. 텅스텐, 몰리브덴, 백금, 실리콘 및 네오디뮴이 검출되었다.
도 12는 규소 미세구체를 예시한다. 원소 분석은 미소구체가 이산화규소의 우세임을 시사한다. 미세구체의 표면으로부터 직사각형을 제거하여, 집합된 나노구체들을 노출시켰다. 철, 알루미늄, 및 나트륨이 또한 검출되었다. 유사한 금속 매트릭스 구체들이 원소 나노구체를 함유하는 것으로 관찰되었다.
상기에 논의한 바와 같이, 매크로구조체들은 응집된 나노구조체일 수 있다. 나노구조체는 동일하거나 상이한 원소들을 포함할 수 있다. 전형적으로, 검출 방법들은 나노구조체가 개별적으로 실질적으로 순수할 수 있음을 관찰한다.
본원에 기재되고 본 발명에 따라 제조된 나노다공성 탄소 조성물들은 촉매들 및 전극들로서 사용될 수 있다. 본원에 기재된 원소 금속 매크로구조체들은 나노다공성 탄소 조성물들로부터 단리될 수 있다. 예를 들어, 원하는 크기의 금속 나노구조체들을 포획할 다공성 체로 탄소 분말을 체질하는 것이 유리할 수 있다. 원소 금속 매크로구조체들은 예를 들어 채굴된 금속들의 전형적인 공정들에서 사용할 수 있다.
백금 및 기타 귀금속 증착물
귀금속들, 예컨대 금 및 은, 및 백금족 금속들, 예컨대 백금, 팔라듐, 오스뮴, 로듐, 이리디늄 및 루테늄을 검출하는 나노다공성 탄소 조성물들 및 원소 금속 매크로구조체들이 단리되었다. 따라서, 본 발명은 귀금속들, 예컨대 금 및 은, 및 백금족 금속들, 예컨대 백금, 팔라듐, 오스뮴, 로듐, 이리디늄 및 루테늄을 포함하는 원소 매크로구조체들 및 나노구조체들을 포함한다. 이들 원소 중 하나 이상을 포함하는 매크로구조체들은 상기에 보다 상세히 논의된 바와 같이, 내부 탄소, 예컨대 비정질 또는 sp2 탄소를 가질 수 있다.
매크로구조체들은 바람직하게는 적어도 500 ppm 백금, 예컨대 적어도 약 1000 ppm 백금, 바람직하게는 적어도 10,000 ppm 백금을 포함할 수 있다. Z 탄소 출발 물질, CuG 반응기, 및 질소 가스를 사용하는 GSA 프로토콜(예시 2 참조)과 PEEK 탄소 출발 물질, GG 흑연 반응기 및 CO 가스를 사용하는 전자기 라이트 코밍(Electromagnetic Light Combing) 프로토콜(헬륨을 CO로 대체하는 예시 1 참조)을 사용하여 이러한 매크로구조체를 제조하였다.
탄소 조성물들은 적어도 약 500 ppb 백금, 예컨대 적어도 약 1000 ppb, 바람직하게는 적어도 약 10,000 ppb 백금의 농도를 갖는 백금 나노구조체들을 포함할 수 있다. 이러한 탄소 조성물들 컵에 백금 호일 및 다양한 나노다공성 탄소 출발 물질들을 라이닝하는, GSA 프로토콜, 헬륨 가스, GPtIr 반응기를 사용하여 제조하였다.
표적 금속(예를 들어, 귀금속들, 예컨대 금 및 은, 및 백금족 금속들, 예컨대 백금, 팔라듐, 오스뮴, 로듐, 이리디늄 및 루테늄)은 광산 산업에서 일상적으로 사용되는 방법들에 의해 탄소 조성물 및 매크로구조체의 기타 금속들로부터 추출할 수 있다.
제3자 특징화들을 가진, 백금 함유 조성물들을 나타내는 4가지 예시들이 하기 표에 제시되었다.
샘플 번호 실시예 2 실시예 12 실시예 9 실시예 50
예시 번호 2 1 1 6
실험 프로토콜 GSA E/LC E/LC QPP
Rx 어셈블리 CuG GG GgF CuG
가스 조성물 N2 Co Kr He-H2
탄소 유형 Z-로트 APK-800 APKI-108 MSP-20X
온도, Tops 180 °C 450 °C 450 °C 25 C
원소들(인스턴스화됨)
범주-1 1 1 2 1
원소들 Cu Cu Fe, Cr Fe
범주-2 3 3 6 7
원소들 Na, Ca, Pt SI, W, Re Al, Ni, Zn, Hf, Pb, Bi Na, Ca, V, Cr, Mn, Ni, Cu
범주-3 5 14 8 5
원소들 Al, Si, K, Fe, Ag Na, Al, K, Ca, Ti, Cr, Fe, Ni, Mo, Sn, Ba, Ta, Os, Pb Si, Ca, Mn, Cu, Mo, Sn, Sb, W Zn, Zr, Mo, Sn, Sb
범주-4 46 46 33 18
원소들 Be, B, Mg, P, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni, Zn, Ga, Ge, As, Se, Li, Be, B, Mg, P, Sc, V, Mn, Co, Zn, Ga, Ge, Se Li, B, Na, Mg, P, K, Sc, Ti, V, Co, Ga, Ge, Se Ti, Co
Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Cd, Sn, Sb, Te, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Ru, Ag, Cd, Sb, Te Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Ru, Pb, Ag, Cd, Te Nb
Cs, Ba, La, Nd, Sm, Gd, Eu La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Ba, Ce, Nd, Gd, Yb Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm. Yb, Lu
Hf, W, Re, Os, Ir, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, Th, U Hf, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Bi, Th, U Re, Os, Pt, Hg, Tl Hf, W
인스턴스화된 원소들 55 64 49 31
분석
내부 ED-XRF, EBD-SEM, 광학 현미경검사 ED-XRF, EBD-SEM, 광학 현미경검사 ED-XRF, EBD-SEM, 광학 현미경검사 ED-XRF, EBD-SEM, 광학 현미경검사
외부 LA-ICP-MS, EBD-SEM, 광학 LA-ICP-MS, EBD-SEM, 광학 LA-ICP-MS, EBD-SEM, 광학 LA-ICP-MS, EBD-SEM, 광학
TEM, STEM, SEM, EELS CAMECA SX5 전자 마이크로프로브 TEM, STEM, SEM, 감마 분광법
방법들 및 장치
개념적으로, 기준선 실험을 위한 장치는 가스 처리 및 반응기 어셈블리라는 두 가지 주요 영역으로 나눌 수 있다.
가스 처리:
가스 처리 섹션은 선택적인 전자기(예를 들어 광) 정보 또는 전자기 가스 전처리를 반응기에 매립하여, 가스 조성물 및 유량을 제어한다. 본 발명은,
중앙 처리 장치 및 전원 공급장치;
하나 이상의 가스 공급부들;
하우징 유입구 및 하우징 배출구를 갖는 하우징;
각각의 가스 공급부 및 하우징 유입구와 유체 연결되는 상류 가스 라인;
하우징 유입구 및 하우징 배출구와 유체 연결되는 내부 가스 라인;
하우징 배출구와 유체 연결되는 하류 가스 라인;
내부 가스 라인 아래에 위치결정된 적어도 하나의 펜슬 램프(pencil lamp), 내부 가스 라인 위에 위치결정된 적어도 하나의 펜슬 램프 및/또는 내부 가스 라인의 측면에 위치결정된 적어도 하나의 펜슬 램프;
단파 램프 및/또는 장파 램프; 및
주파수 발생기에 작동 가능하게 연결된, 내부 가스 라인을 둘러싸는 선택적인 코일
을 포함하거나 그로 이루어진, 가스를 처리하기 위한 전자기 매립 인클로저(E/MEE 또는 EMEE) 또는 장치를 포함하며,
각각의 램프는 독립적으로 회전가능하게 탑재되고, 내부 가스 라인의 길이를 따라 위치되며, 전원 공급장치에 의해 전원이 공급되고; 그리고
중앙 처리 장치는, 각각의 램프의 회전 위치를 그리고 각각의 램프 및 존재하는 경우 주파수 발생기에 전원을 공급하는 것을 독립적으로 제어한다.
공급 가스들은 바람직하게는 예를 들어 압축 가스 실린더와 같은 하나 이상의 가스 공급부를 통해 전달되는 바와 같은, 연구 등급 또는 고순도 가스일 수 있다. 사용될 수 있는 가스들의 예는 예를 들어 공기, 산소, 질소, 수소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 암모늄, 일산화탄소, 이산화탄소 및 그의 혼합물들을 포함한다. 바람직한 가스들은 질소, 헬륨, 아르곤, 일산화탄소, 이산화탄소 및 그의 혼합물들을 포함한다. 질소 및 헬륨이 바람직하다. 가스들은 금속 염들 및 기화된 금속들이 없을 수 있다.
하나 이상의 가스들(예를 들어, 2, 3, 4, 5, 또는 그 초과의 가스들)은 임의로 질량 유량계들을 포함하는 가스 매니폴드를 통과하여 반응기 공급 가스라고도 칭해지는 가스 조성물을 생성할 수 있다. 이어서 반응기 공급 가스는 전자기(EM) 매립 인클로저(E/MEE)를 우회하거나 하나 이상의 E/MEE를 통과할 수 있다. E/MEE는 반응기 공급 가스를 다양한 전자기장(EMF) 공급원에 노출시킨다. 유량들, 조성물들, 및 체류 시간들을 제어할 수 있다. 반응기 공급 가스의 유량은 0.01 분당 표준 리터(SLPM) 내지 10 SLPM, 또는 100 SLPM 이상일 수 있다. 일정한 가스 흐름은 반응기 내에서 퍼지된(purged) 환경을 유지할 수 있다. 도 1에 도시된 개략e도들은 샘플 E/MEE를 통한 가스들의 흐름 경로를 도시한다. 샘플 E/MEE는 임의로 반응기 공급 가스를 EM 방사선에 노출시킬 수 있는 일련의 광들 및 코일들을 포함한다. E/MEE 내의 EMF 공급원들은 동시에 또는 순차적으로 또는 그의 조합으로 에너지를 공급받을 수 있다.
도 1은 본 발명의 E/MEE의 예시이다. 가스는 라인(102)에서 유입구(101), 또는 진입구를 통해 E/MEE에 진입하고, 배출구, 또는 출구(110)에서 나간다. 유입구(101) 및 배출구(110)는 임의로 밸브를 가질 수 있다.
라인(102)은 투명 또는 반투명 물질(유리가 선호됨) 및/또는 불투명 또는 비반투명 물질, 예컨대 스테인리스 스틸 또는 비반투명 플라스틱(예컨대 생-고벵 퍼포먼스 플라스틱스(Saint-Globain Performance Plastics)에서 제조한 티곤(TYGON)®) 또는 그의 조합으로부터 제조될 수 있다. 불투명한 물질을 사용하면 가스가 라인 내에 존재할 때 가스에 대한 전자기 노출을 감소시키거나 제거할 수 있다. 라인(102)의 길이는 50 cm 내지 5 미터 이상일 수 있다. 라인(102)의 내부 직경은 2 mm 내지 25 cm 이상일 수 있다. 라인(102)은 하나 이상의 지지대들(112)로, 하나 이상의 플레이트와 같은 하우징 또는 기판(111) 상에 지지 및/또는 그 내부에 봉입될 수 있다. 예를 들어, 기판(111)은 평면 또는 바닥, 파이프 또는 박스로 구성될 수 있다. 기판이 박스인 경우, 박스는 바닥, 천장 및 측벽에 의해 특징화될 수 있다. 박스는 주변 EM 방사선인 주변 광에 대해 폐쇄 및/또는 절연될 수 있다.
하나 이상의 램프들(예컨대, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 개 램프들 또는 그 초과)를 E/MEE 내에서 구성할 수 있다. 램프들(개별적으로 번호가 매겨짐)는 바람직하게는 세로 축을 가진 긴 튜브에 의해 특징화되는 펜슬 램프들이다. 펜슬 램프들은 그의 세로축이 (i) 라인(102)에 평행하거나, (ii) 라인(102)에 수직면에 방사상으로 배치되거나, (iii) 라인(102)의 세로 축을 따라 또는 라인(102)의 수직 축을 따라 생성된 평면에 수직이 되도록 독립적으로 배치될 수 있다.
각각의 램프는 독립적으로 지지대(112)에 의해 그의 배향으로 고정될 수 있다. 각각의 램프는 제1 위치로부터 회전을 허용하도록 구심점(113)에 독립적으로 부착될 수 있다. 예를 들어, 램프들은 제1 위치에 대해 약 0 내지 360 도, 예컨대 약 45, 90, 135, 180, 225 또는 270 도, 바람직하게는 약 90 도에서 회전될 수 있다. 회전은 x, y 및/또는 z 축에 대해 수행될 수 있으며 여기서 (i) x-축은 가스 라인 및 그의 수직면에 평행한 축으로 정의되고, (ii) y-축은 가스 라인에 수직이고 그의 수평면에 평행한 축을 정의하고, (iii) z-축은 가스 라인에 수직이고 그의 수직면에 평행한 축으로 정의된다.
E/MEE 내의 구체적인 펜슬 램프들을 참조하면, 라인(102)은 유입구(101)에서 흘러 배출구(110)로 나가는 가스와 함께 E/MEE를 따라 구성된다. 네온 램프인 램프(103)가 먼저이며 라인(102) 위에 도시되어 z-축을 따라 그리고 라인(102)에 수직이 되도록 배향되며, 램프의 끝은 라인(102)를 향한다. 크립톤 램프인 램프(109)는 라인(102) 아래에 도시되어 x-축에 평행하도록 배향되며, 끝은 배출구(110)를 향한다. 각각 장파 및 단파 램프인 램프들(104 및 105)은 라인(102)에 평행하게 도시되어 x-축을 따라 배향되며, 끝은 유입구를 향한다. 아르곤 램프인 램프(122)는 x-축에 평행하도록 배향된 라인(102) 아래에 있는 것으로 도시되며, 끝은 램프들(104 및 105)과 거의 동일한 거리에서 유입구(101)를 향한다. 네온 램프인 램프(106)는 E/MEE의 대략 중간 지점에서 하류에 있으며 끝이 아래를 가리키는 라인(102) 위에 있다. 크세논 램프인 램프(107)는 라인(102) 위의 램프(106)의 하류이고, 라인(102)의 x축에 평행하며 배출구(110)를 향하는 것으로 도시된다. 아르곤 램프인 램프(108)는 라인(102) 아래에 있고 끝이 z-축을 따라 라인(102)을 향한다. 선택적인 코일(120)은 라인(102)을 둘러싼다. 이들 램프들 각각은 예를 들어 임의의 축을 따라, 예를 들어, 90 도로 독립적으로 회전할 수 있다. 각각의 램프는 전원 공급장치 또는 전력원에 연결되어 전원을 켜거나 끈다. 각각의 램프는 공정 동안 1, 2, 3, 4회 이상 독립적으로 회전할 수 있다. 편의상, 각각의 램프는 구심점에 의해 유지되며, 구심점은 중앙 처리 장치, 예컨대 구심점을 회전시키고 각각의 램프에 전원을 제공하도록 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 제어될 수 있다. 실험 절차를 쉽게 설명하기 위해, 각각의 램프의 각각의 배향을 "위치 n"이라고 칭하며 여기서 n은 0, 1, 2, 3, 4 이상이다. 절차가 수행됨에 따라, 각각의 램프는 특정 암페어수(들)에서 특정 시간의 기간(들) 동안 전원을 공급받을 수 있으며 위치결정되거나 다시 위치결정할 수 있다.
아래에 설명된 예시에서는, 각각의 램프에 대한 초기 전구 위치를 도와 함께 기재한다. 0도(0°) 참조 점은 의도된 가스 흐름 방향으로 가스 파이프를 내려다볼 때(예를 들어, E/MEE 출구를 볼 때) 유리 파이프의 12시 위치로 간주된다. 유리 파이프 또는 라인의 길이는 광학 길이(예를 들어, 이 경우에 39인치)로 간주된다. 예를 들어, 말단부로부터 6 인치는 파이프의 광학 말단부로부터 6 인치로 정의된다.
램프들은, 예를 들어, 라인(102)의 위, 아래 또는 측면(예를 들어, 세로 축을 가진 수준 또는 세로 축과 평행(위 또는 아래)인 평면)에 배치할 수 있다. 램프들은 독립적으로 배치될 수 있다. 램프의 끝에서 라인(102)의 중심까지 측정한 바와 같이, 수직면의 라인(102)의 중심으로부터 5 내지 100 cm에 배치될 수 있다. 하나 이상의 램프들은 램프들(122, 104, 및 105)에 의해 예시된 바와 같이, 라인(102)을 따라 동일한 수직면에 배치할 수 있다. 두 램프들은 이들이(램프의 끝 또는 기저부에 의해 정의된 바와 같이) 유입구(101)로부터 동일한 거리에 있는 경우 동일한 수직면에 있다. 바람직하게는, 램프(105)는 E/MEE 내에서 라인(102)의 길이를 따라 복수개의(예를 들어, 2, 3, 4, 5 개 또는 그 초과의) 수직면에 배치될 수 있다. 추가로, 하나 이상의 램프들은 램프들(104 및 105)로 도시된 바와 같이, 라인(102) 위, 아래 또는 라인을 통해 동일한 수평면에 배치될 수 있다. 2 개의 램프들은 이들이 라인(102)의 중심으로부터 동일한 거리에 있는 경우(램프의 끝 또는 기저부에 의해 정의된 바와 같이) 동일한 수평면에 있다. 바람직하게는, 램프들은 일반적으로 제시된 바와 같이, E/MEE 내에서 라인(102)의 길이를 따라 복수 개의(예를 들어, 2, 3, 4, 5 개 또는 그 초과의) 수평면에 배치될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 "펜슬 램프들"은, 증기의 여기 직후 특정, 보정된 파장을 방출하는 가스들 또는 증기로 채워진 램프들인 것으로 이해된다. 예를 들어 펜슬 램프들은 아르곤, 네온, 크세논, 및 수은 램프들을 포함한다. 예를 들어, 예를 들어, 아르곤, 네온, 크세논 또는 수은 또는 그의 조합으로부터 하나 또는 복수 개의 램프들이 선택될 수 있다. 바람직하게는, 아르곤, 네온, 크세논 및 수은 각각으로부터 적어도 하나의 램프가 선택된다. 150 nm 내지 1000 nm의 파장을 선택할 수 있다. 펜슬 램프의 한 예는 끝과 기저부를 가진 긴 튜브에 의해 특징화되는 램프이다.
장파 및/또는 단파 자외선 램프들을 또한 사용할 수 있다. E/MEE에서 사용된 펜슬 램프들은 UVP Pen_Ray® 희가스 램프들이라는 명칭으로 VWR™으로부터 구매하였으며, UV 단파 램프들의 경우에 아날리틱 제나(Analytik Jena)로부터 구매하였다.
전원 공급장치는 각각의 램프, E/MEE 코일, 및 주파수 발생기에 독립적으로 작동 가능하게 연결된다. 전원 공급장치는 AC 및/또는 DC일 수 있다.
E/MEE는 개방되거나 봉입될 수 있다. E/MEE가 봉입되는 경우, 인클로저는 전형적으로 불투명하며 주변광으로부터 가스를 보호한다. 인클로저는 플라스틱, 수지 또는 금속으로 제조될 수 있다. 이는 직사각형 또는 원통형일 수 있다. 바람직하게는, 인클로저는 기저부 지지대(floor support)에 의해 특징화된다.
기준선 실험에서 가스는 E/MEE 섹션을 우회하고 반응기 어셈블리에 직접 공급된다. EM 공급원들에 의해서 제공하는 에너지 수준들 및 주파수들은 다를 수 있다.
도 4a는 본 발명의 E/MEE의 제2 예시를 제공한다. 가스는 유입구(401)에서 E/MEE로 진입하고 라인(410)을 따라 배출구(409)에서 나온다. 펜슬 램프(402) 및 펜슬 램프(403)는 라인(410) 축을 통한 수직면을 따라 라인(410)에 평행하고 그 위에 도시되어 있다. 펜슬 램프들(404 및 405)는 수직면으로부터 라인(410)을 통해 등거리에 있는 동일한 수평면에서 라인(410)과 평행하고 그 아래에 있다. 펜슬 램프(406)는 z축을 따라 위치결정된 라인( 410) 위와 그에 수직으로 도시되어 있다. 선택적인 코일(407)은 라인(410)을 둘러싸는 전도성 코일이다. 펜슬 램프(408)는 y축을 따라 라인(410)에 수직이고 아래에 도시되어 있다. 기판(411)은 지지대들(412)을 위한 기저부를 제공한다. 구심점들(413)은 각각의 펜슬 램프의 위치를 제어하고 x, y 및 z 축을 따라 회전을 허용한다. 코일(407)을 향하는 선택적인 x-선 공급원(429)가 또한 도시되어 있다.
코일(407)은 바람직하게 전도성 물질로 제조되어 있으며 전원 공급장치 및, 임의로, 주파수 발생기에 연결된다. 코일은 구리, 알루미늄, 백금, 은, 로듐, 팔라듐 또는 기타 금속들 또는 합금들(편조들, 도금들 및 코팅들 포함)을 포함할 수 있고 임의로 글립탈(glyptal)과 같은 절연 코팅으로 덮일 수 있다. 1, 2, 3 개 또는 그 초과의 금속 와이어의 편조물(braid)를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 코일은 전형적으로 유도 코일에서 사용되는 와이어로부터 제조될 수 있으며 크기와 턴들(turns) 수에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 코일은 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 개 또는 그 초과의 턴들을 포함할 수 있다. 코일의 내부 직경은 2 cm 내지 6 cm 또는 그 초과일 수 있고 바람직하게는 라인(410)에 꼭 맞게 끼워진다. 사용되는 와이어는 5 mm 내지 2 cm의 직경을 가질 수 있다.
x-선 공급원(429)는 E/MEE에 포함될 수 있다. 예를 들어, x-선 공급원은 유입구(401)와 배출구(409) 사이의 라인을 따라 라인(410)으로 지향될 수 있다. 예를 들어, 존재하는 경우 코일(407)에서 x-레이 공급원을 지향하는 것이 유리할 수 있다.
반응기 어셈블리(RA):
본 발명은 추가로,
가스 유입구 및 하나 이상의 가스 배출구들;
바람직하게는 나노다공성 탄소 물질을 함유하는 반응기 챔버;
반응기 챔버의 바닥을 정의하는 제1 다공성 프릿;
반응기 챔버의 천장을 정의하는 제2 다공성 프릿―각각의 다공성 프릿은, 가스가 반응기 챔버 내로 침투하게 하고 나노다공성 탄소 물질을 함유하기에 충분한 다공도를 가짐―;
반응기 챔버의 측벽들을 정의하는 선택적인 반응기 컵;
제2 다공성 프릿 위에 위치결정된 반응기 캡;
제1 다공성 프릿 아래에 배치된 반응기 본체;
반응기 캡 위에 배치된 반응기 헤드 공간;
반응기 챔버와 반응기 컵 사이에 배치된 선택적인 호일;
전원 공급장치 및/또는 및 주파수 발생기에 작동 가능하게 연결된, 반응기 본체 및/또는 반응기 챔버 주위에 복수 개의 코일들;
반응기 헤드 공간을 x-선들에 노출시키도록 구성된 선택적인 x-선 공급원;
반응기 챔버를 통해 그리고/또는 플릿을 향하게 레이저를 지향시키도록 구성된 하나 이상의 선택적인 레이저들;
전원 공급장치, 주파수 발생기 및 선택적인 x-선 공급원 및 레이저들을 제어하도록 구성된 컴퓨터 처리 장치를 포함하는, 반응기 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명은 또한,
가스 유입구 및 하나 이상의 가스 배출구들;
바람직하게는 나노다공성 탄소 물질을 함유하는 반응기 챔버;
반응기 챔버의 바닥을 정의하는 제1 다공성 프릿,
반응기 챔버의 천장을 정의하는 제2 다공성 프릿 ―각각의 다공성 프릿은, 가스가 반응기 챔버 내로 침투하게 하고 나노다공성 탄소 물질을 함유하기에 충분한 다공도를 가짐―;
반응기 캡 위에 배치된 반응기 헤드 공간;
RA 주파수 발생기 및 전원 공급장치에 작동 가능하게 연결된, 반응기 챔버 및/또는 반응기 헤드 공간 주위의 2, 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 RA 코일들;
2, 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 램프 쌍들 ―램프 쌍들은 RA 코일들 주위에 원주방향으로 배치되고 램프 쌍들과 RA 코일들 사이의 공간을 정의함―;
반응기 챔버를 x-선들에 노출시키도록 구성된 선택적인 x-선 공급원;
반응기 챔버를 통해 레이저를 지향하도록 구성된 하나 이상의 선택적인 레이저들; 및
전원 공급장치, 주파수 발생기 및 선택적인 x-선 공급원 및 레이저들을 제어하도록 구성된 컴퓨터 처리 장치를 포함하는 반응기 어셈블리를 포함한다.
도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 반응기 어셈블리는 반응기 본체(202) 및 출발, 또는 충전 물질(204)(일반적으로 나노다공성 탄소 분말임)를 포함하고 도 2a에 도시된 바와 같이, 가스 소스들(221) 및 E/MEE(222)의 하류에 위치한다. 상기에 기재된 바와 같이, 반응기 공급 가스가 E/MEE를 우회하는 것이 가능하다. 반응기 본체(202)는 반응기 어셈블리의 단면인 도 2b에 예시된 바와 같이 하나 이상의 전도성 코일(208)에 의해 둘러싸인 충전층(packed bed) 관형 마이크로-반응기일 수 있다.
전도성 코일(208)은 전기 전도성 물질, 예컨대 구리, 알루미늄, 백금, 은, 로듐, 팔라듐 또는 기타 금속들 또는 합금들(편조들, 도금들 및 코팅들 포함)로부터 제조될 수 있으며, 임의로 글립탈과 같은 절연 코팅으로 덮일 수 있다. 코일은 전형적으로 유도 코일에서 사용되는 와이어로부터 제조될 수 있으며 크기와 턴들 수에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 코일은 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 개 또는 그 초과의 턴들을 포함할 수 있다. 코일의 내부 직경은 2 cm 내지 6 cm 또는 그 초과일 수 있고 바람직하게는 반응기 본체 격납장치(containment)(207)에 꼭 맞게 끼워진다. 사용되는 와이어는 5 mm 내지 2 cm의 직경을 가질 수 있다.
각각의 전도성 코일(208)(또는 코일)은 유도 열 및 임의로, 자기장을 생성할 수 있다. 표준 유도 코일 또는 역장 유도 코일(섹션이 반대 방향으로 감겨 반대 자기장을 생성할 수 있도록 연장된 아암을 통해 연결된 하부 및 상부 섹션들이 있는 코일)이 바람직하다. 코일(208)은 열 교환기를 통해 수-냉각될 수 있다. 코일은 전원 플랜지(210)에 연결될 수 있으며, 이는 또한 수 냉각될 수 있고 차례로 전원 공급장치, 예컨대 앰브렐(Ambrell) 10kW 150-400kHz 전원 공급장치에 연결될 수 있다. 기준선 실험에서 표준 코일은 단순한 구리 권선들과 함께 사용되었다. 권선들은 전원 공급장치에 대한 연결이 코일의 반대 말단부에 있도록 도 5a 코일을 형성할 수 있거나 도 5b에 도시된 바와 같이 코일은 전원에 대한 연결이 인접하도록 복귀할 수 있다.
반응기 어셈블리는 임의로 하나 이상의 코일들(208)을 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 반응기 본체 및 그 격납장치 시스템을 둘러싸고 있다. 예를 들어, 반응기 어셈블리는 RA 코일이라고도 칭해지는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 개 또는 초과의 코일을 포함할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 자기장을 제공하기 위해 하나 이상의 전자기(E/M) 코일들이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 1, 2, 3, 4, 또는 5 개 또는 그 초과의 E/M 코일들, 보다 바람직하게는 3, 4, 또는 5 개의 E/M 코일들이 사용될 수 있다. 도 3은 예를 들어 상단에서 하단으로 일반적으로 1, 2, 또는 3으로 번호가 매겨질 수 있는 3개의 코일들의 그룹화를 나타낸다. 도 3a-도 3e에 도시된 바와 같이, 코일들의 그룹화는 경계라고 칭해질 수 있다. 복수 개의 그룹화가 사용되는 경우, 사용되는 코일들의 수는 독립적으로 선택된다. 추가로, 그룹화는 그에 따라 등거리로 이격되거나 불규칙하게 이격될 수 있다.
코일들은 전기 전도성 물질들, 예컨대 구리, 백금, 은, 로듐, 팔라듐 및, 두 가지 이상의 물질들로 와이어 편조물들 또는 코팅된 와이어들부터 제조될 수 있다. 그룹화내의 각각의 코일은 동일한 물질로 제조되거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 각각의 코일이 상이한 물질로 제조되도록 그룹화할 수 있다. 예를 들어, 구리 와이어와 은 와이어의 편조를 사용할 수 있다. 은 도금 구리 와이어를 사용할 수 있다. 제1 RA 코일은 구리 권선으로 만들 수 있다. 제2 RA 코일은 구리/은 편조일 수 있다. 제3 RA 코일은 백금 와이어 권선일 수 있다. RA 코일은 자기장을 생성하도록 구성될 수 있으며 여기서 각각의 전원 공급장치는 AC 및/또는 DC 전류를 독립적으로 제공한다. 임의의 하나 또는 모든 RA 코일들을 임의로 래커로 칠할 수 있다.
코일들은 바람직하게는 기하학적으로 원형이다. 그러나, 다른 기하학적 구조들, 예컨대 둥근 형상들, 타원들 및 난형(ovoid)들을 사용할 수 있다. 와이어 직경은 약 0.05 mm(> 약 40 게이지) 내지 약 15 mm(약 0000 게이지) 또는 그 초과일 수 있다. 예를 들어, 와이어 직경은 약 0.08 mm(약 40 게이지) 내지 약 0.8 mm(약 20 게이지) 와이어일 수 있다. 0.13 mm(36 게이지) 와이어를 사용하여 우수한 결과들을 수득하였다. 코일들은 와이어 권선들일 수 있다(예를 들어, 와이어는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 20, 또는 그 초과의 턴들로 권취될 수 있거나, 단일 턴들이 될 수 있다). 코일이 단일 권선으로 제조되는 경우, 와이어의 직경 또는 폭은 바람직하게는 직경이 10 mm 이상일 수 있다. 이와 관련하여, "와이어"는 또한 물질의 폭이 깊이보다 큰 밴드(band)로 간주될 수 있다. 도 3은 다양한 코일들 및 코일들의 그룹화의 예시들 또는 도면들을 제공한다. 와이어 코일은 단일 와이어, 와이어 합금 또는 두 개 이상의 와이어들로 제조될 수 있다. 예를 들어, 상이한 금속들을 포함하는 두 개의 와이어들을 함께 권취하거나 편조할 수 있다.
각각의 코일의 내부 직경(또는 코일이 원이 아닌 치수(들))은 동일하거나 상이할 수 있으며 2 내지 200 cm일 수 있다.
코일들(208)은 하나 이상의 전원 공급장치들, 예컨대 AC 또는 DC 전원 공급장치 또는 그의 조합에 독립적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, AC 전류는 교류(예를 들어, 1, 3, 5) 또는 인접한 코일들(예를 들어, 1, 2 및/또는 4, 5)에 공급될 수 있으며 한편 DC 전류는 나머지 코일들에 공급될 수 있다. 전류는 패터닝된 주파수, 예를 들어 삼각형, 정사각형 또는 사인 패턴 또는 그의 조합과 같은 주파수로(독립적으로) 제공될 수 있다. 각각의 코일에 공급되는 주파수는 동일하거나 상이할 수 있으며 0 내지 50 MHz 또는 그 초과이다. 코일들(208)은 열 에너지, 또는 열을 생성하고 반응기 공급 가스로 전달할 수 있지만 이들은 주로 자기장을 생성하는 데 사용된다.
전원 공급장치는 AC 및/또는 DC 전원 공급장치 또는 그의 조합일 수 있다. 전류는 패터닝된 주파수, 예를 들어 삼각형, 정사각형 또는 사인 패턴 또는 그의 조합과 같은 주파수로(독립적으로) 제공될 수 있다. 각각의 코일에 공급되는 주파수는 동일하거나 상이할 수 있으며 0 내지 50 MHz 또는 그 초과, 예컨대 1 Hz 내지 50 Mhz이다.
상기에 기재된 바와 같이, RA 코일들은 전형적으로 반응기 챔버 및/또는 반응기 헤드 공간을 둘러싼다. 예를 들어, 제1 RA 코일은 제1(또는 바닥) 프릿과 정렬될 수 있다. 제2 RA 코일은 반응기 챔버 또는 나노다공성 탄소 베드와 정렬될 수 있다. 제3 RA 코일은 제2(또는 상단) 프릿과 정렬될 수 있다. 존재하는 경우, 제4 RA 코일은 제1 RA 코일과 제2 RA 코일 사이에 배치될 수 있다. 존재하는 경우, 제5 RA 코일은 제2 RA 코일과 제3 RA 코일 사이에 배치될 수 있다. 2개 이상의 반응기 챔버들, 또는 나노다공성 탄소 베드가 존재하는 경우, 제2 또는 추가 반응기 챔버들 또는 나노다공성 탄소 베드들과도 정렬된 추가 RA 코일들을 추가하는 것이 바람직할 수 있다. 존재하는 경우, 추가 프릿들과 정렬하기 위해 추가 RA 코일들을 추가할 수 있다.
RA 코일들은 전형적으로 각각의 코일 사이의 고정 거리를 유지하기 위해 지지대 또는 고정자에서 지지될 수 있다. 지원대는, 존재하는 경우, 투명할 수 있다. 한 실시양태에서, RA 코일들은 제거되거나 이동할 수 있는 카트리지에 구성될 수 있다.
RA 코일들은 추가적으로 또는 대안적으로 반응기 헤드스페이스와 정렬될 수 있다. 반응기 헤드스페이스는 전형적으로 제2, 또는 상단, 프릿 위의 부피일 수 있다. 반응기 어셈블리가 수평으로(또는 수직이 아닌 일부 다른 각도로) 위치결정되는 경우, 회전되기는 하지만 공간들의 기하학적 구조는 유지된다는 것이 이해된다. 반응기 헤드스페이스는 전형적으로 봉입된 부피일 수 있다. 예를 들어, 반응기 어셈블리는 폐쇄 말단형 투명(예를 들어, 유리) 튜브, 바이알 또는 병에 삽입될 수 있다. 반응기 어셈블리는 RA 코일들(또는 경계)과 이동 가능하게 맞물릴 수 있어, 각각의 RA 코일이 반응기 어셈블리 내의 상이한 부재에 정렬될 수 있다. 예를 들어, 제1 RA 코일은 반응기 챔버와 재정렬될 수 있다.
반응기 본체(202)는 또한 충전 물질(204)을 수용하는 하나 이상의 챔버들에 의해 특징화되며 충전 물질(204)을 통한 반응기 공급 가스의 전달을 용이하게 하고 열 및/또는 전자기 에너지를 충전 물질(204)로 전달할 수 있는 패킹, 이동 또는 유동층 또는 기타 구성일 수 있다. 반응기 본체(202)는 일반적으로 하우징, 예를 들어, 폐쇄 말단부 튜브(207) 및 프릿들(203) 내에 포함되며, 이는 충전 물질(204)을 함유하는 기능을 한다. 반투명 또는 투명 하우징, 예컨대 석영 또는 높은 융점에 의해 특징화되는 기타 물질 내에 반응기를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 반응기 베드의 부피는 고정되거나 조정될 수 있다. 예를 들어, 반응기 베드는 약 1 그램이하의 출발 물질, 약 1 g 내지 1 kg의 출발 물질 또는 그 초과를 함유할 수 있다. 반응기 어셈블리가 2개 이상의 반응기 챔버를 포함하는 경우, 반응기 챔버는 바람직하게는 직접 또는 간접적으로 적층되고, 바람직하게는 공통 중심 축을 갖고 하나 또는 2개의 프릿들에 의해 분리될 수 있다.
반응기 본체(202)는 열 전도성 물질, 예컨대 흑연, 구리, 알루미늄, 니켈, 몰리브덴, 백금, 이리듐, 코발트, 또는 니오븀, 또는 비-열 전도성 물질, 예컨대 석영, 플라스틱(예를 들어, 아크릴계), 또는 그의 조합들로 제조될 수 있다. 캡(205)으로 캡핑된 선택적인 컵(206)이 유리할 수 있다. 컵과 캡 물질은 독립적으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 흑연 컵을 흑연 캡과 조합할 수 있다. 구리 컵은 흑연 캡과 조합할 수 있다. 흑연 컵은 구리 캡과 조합할 수 있다. 구리 컵은 구리 캡 등과 조합될 수 있다.
반응기 어셈블리는 또한 진입구, 또는 유입구(201)를 통해 가스 라인을 수용하고 임의로 밸브에 의해 제어되는 출구, 또는 배출구(209)를 통해 배기를 제공할 수 있다. 폐쇄 단부 튜브(207)에 의해 정의된 헤드 공간은 반응기 본체 위에 구성될 수 있다. 반응기 본체는 바람직하게는 흑연, 구리 또는 기타 무기 경질 물질로 제조된다. 바람직하게는 불활성 튜빙, 예컨대 유리, 아크릴, 폴리우레탄, 플렉시유리, 실리콘, 스테인리스 스틸 등으로 제조된 가스 라인이 또한 사용될 수 있다. 튜빙은 임의로 유연하거나 경질이거나, 반투명 또는 불투명할 수 있다. 유입구는 일반적으로 충전 물질 아래에 있다. 배출구는 아래, 위 또는 둘 다일 수 있다.
충전 물질을 함유하는 챔버를 정의하는 데 사용되는 프릿들(203)이 또한 도시되어 있다. 프릿들은 가스 흐름을 허용하는 다공성 물질로 제조될 수 있다. 프릿들은 바람직하게는 출발 물질의 입자 크기보다 작은 최대 기공 크기를 가질 것이다. 2 내지 50 마이크로미터, 바람직하게는 4 내지 15 마이크로미터의 기공 크기들이 사용될 수 있다. 프릿들의 두께는 만족스럽게는 1 mm 내지 10 mm 또는 그 초과 범위일 수 있다. 프릿들은 바람직하게는 불활성 물질, 예컨대 실리카 또는 석영으로 제조된다. 테크닉칼 글래스 프러덕츠(Technical Glass Products)(오하이오주 페인스빌 타운쉽) 다공성 프릿들은 만족스럽다. 하기 예들에서, 4 내지 15 마이크로미터의 기공 크기 및 2-3 마이크로미터의 두께를 가진 용융 석영 #3 다공성 프릿들(QPD10-3) 및 14 내지 40 마이크로미터의 기공 크기를 가진 용융 석영 프릿들(QPD10-3)을 사용하였다. 본원에 예시된 프릿들의 순도는 99.99 %wt로 매우 높아서, 수득된 결과를 오염의 결과로 무시할 수 없도록 보장하였다. 더 낮은 순도 및 품질의 프릿들을 또한 사용할 수 있다. 다공성 프릿의 직경은 바람직하게는 반응기 내부, 또는 컵 내에 꼭 맞게 끼워지도록 선택된다. 즉, 다공성 프릿의 직경은, 존재하는 경우, 반응기 또는 컵의 내부 직경과 대략 동일하다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 호일은 프릿들 및/또는 컵의 내부 및/또는 외부에 충전 물질을 함유하는 챔버를 임의로 감쌀 수 있어, 이에 의해 출발 물질 주위에 금속 경계를 생성할 수 있다. 호일은 금속, 예컨대 구리, 백금, 니오븀, 코발트, 금, 은, 또는 그의 합금들일 수 있다. 호일은 또한 흑연 등일 수 있다. 호일은 0 내지 0.5 cm, 바람직하게는 1 내지 10 mm 두께일 수 있다. 반응기의 프로파일은 선형이거나 이는 하부 프릿 아래에 수축을 포함하도록 구성되어, 롤리팝의 일반적인 외관을 제공할 수 있다. 가스 라인(102)이 또한 도시되어 있다.
반응기 챔버는 원하는 양의 충전 물질(204)을 함유하도록 크기가 조정된다. 본원에 기재된 실험을 위해, 챔버는 20 mg 내지 100 그램의 나노다공성 탄소 분말을 함유하도록 설계된다. 더 큰 반응기들은 확장될 수 있다.
반응기 어셈블리는 광과 같은 추가적인 형태의 전자기 방사선으로 증대될 수 있다. 도 4b는 반응기 하우징(415) 및 그 안에 포함된 출발 물질을 통해 지향된 광을 생성하는 광원들(426, 427)을 예시한다. 바람직한 광원들(426, 427)은 레이저들일 수 있고/있거나 10 nm 내지 1 mm의 파장에서 광을 방출할 수 있다. 도 4b에서의 광원들(빔들)의 사용에서 도시된 바와 같이, 광은 임의로 하나 이상의 필터들(428)에 적용된다. 바람직하게는, 반응기 어셈블리는 RA 코일들 주위에 원주방향으로 배치된 2, 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 램프 쌍들을 포함한다. 펜슬 램프들, 예컨대 상기로부터 참조로 본원에 포함되는 E/MEE 내에서 사용되는 램프들이 바람직하다. 램프 쌍들은 바람직하게는 코일 주위에 경계를 정의하고 코일에 접촉하거나 그렇지 않으면 인접하지 않는다. 두 개의 램프들은 RA 코일의 중심 축을 가진 동일한 평면 내에서와 같이 서로 근접한 경우 쌍형성된 것으로 간주된다. 쌍형성된 램프들은 서로 그리고 RA 코일 중심 축에 대해 평행하거나 직교할 수 있다. 램프 끝과 기저부 사이의 임의의 두 지점들 사이의 공간이 10 cm 이내, 바람직하게는 5 cm 이내인 경우 램프는 서로 근접한 것으로 간주할 수 있다. RA 코일 중심 축에 직교하여 위치결정된 램프들은 일반적으로 하나 이상의 RA 코일들의 반경에 의해 정의된 라인을 따라 위치결정된다.
RA 램프들, 예를 들어 반응기 본체에 근접한 펜슬 램프들은 하나 이상의 E/MEE 램프들, 예를 들어, E/MEE 하우징 내에 존재하고 가스 라인에 근접한 펜슬 램프들과 일치하거나 쌍을 형성할 수 있다. 예를 들어, E/MEE 펜슬 램프가 네온 램프인 경우, 한 쌍의 RA 램프들은 네온 펜슬 램프들이 될 수 있다. 추가적으로, E/MEE 펜슬 램프가 네온 램프인 경우, 한 쌍의 RA 램프들은 네온 펜슬 램프들일 수 있다. 이러한 일치된 램프들은 실질적으로 동일한 파장에 의해 특징화되는 광을 방출할 수 있다. 이것은 동일한 사양을 가진 동일한 제조업체로부터의 램프를 사용하여 편리하게 달성할 수 있다.
반응기는 폐쇄되거나 개방된 하우징(415)에 있을 수 있고 반응기 지지체에 의해 내부에 지지될 수 있다. 반응기 공급 가스는 하우징(415) 내에 함유된 출발 물질을 통해 지향되는 반응기 유입구 프릿, 또는 하단 프릿으로 지향하고 반응기 출구 프릿, 또는 상단 프릿에서 반응기를 나간다. 이어서 반응기 공급 가스는 배기되거나 재순환될 수 있으며, 임의로 추가 처리를 위해 E/MEE로 복귀한다.
반응기는 x-선 공급원(211)(도 2c) 또는 424(도 4b) 및/또는 하나 이상의 레이저들(212)(도 2c) 또는 426 및 427(도 4b)를 더 포함할 수 있다. 바람직한 x-선 공급원들은 미니(mini)-x를 포함한다. x-선은 바람직하게는 충전 물질 위에서, 가스 헤드스페이스 또는 타겟 홀더(target holder)(213)를 향해 반응기를 통해 지향된다. x-선은 프릿 위 또는 아래에 배치된 호일로부터 x-선을 반사함으로써와 같이, 공급원으로부터 직접 또는 간접적으로 제공될 수 있다.
도 15a는 바람직한 반응기 어셈블리의 상면도를 예시한다. 펜슬 램프(1501), 펜슬 램프(1502) 및 펜슬 램프(1503)는 끝이 반응기 어셈블리의 반경을 따라 반응기 어셈블리의 중심 축을 향하는 것으로 도시되어 있다. 펜슬 램프(1504), 펜슬 램프(1505) 및 펜슬 램프(1506)는 반응기 어셈블리의 중심 축에 평행하게 지향하는 것으로 도시되고 반응기 어셈블리의 반경을 따라 평면에 배치된다. 펜슬 램프(1501)는 펜슬 램프(1504)와 함께 제1 RA 램프 쌍을 형성한다. 펜슬 램프(1502)는 펜슬 램프(1505)와 함께 제2 RA 램프 쌍을 형성한다. 펜슬 램프(1503)는 펜슬 램프(1506)와 함께 제3 RA 램프 쌍을 형성한다. E/MEE 펜슬 램프와 마찬가지로, 각각의 RA 램프는 그의 x, y 또는 z 축을 따라 회전할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 쌍은 임의로 동일한 방사형 평면 내에 존재할 수 있다. 외부 지지대(15109)는 펜슬 램프들(1501, 1502 및 1503)을 지지한다. 내부 지지대(15110)는 펜슬 램프들(1504, 1505 및 1506)을 지지한다. 외부 및 내부 지지대들은 바람직하게는 비전도성 물질들(예를 들어, 중합체 또는 수지)로 제조되며 바람직하게는 투명하다. 선택적인 x-선 공급원(1507)이 반응 챔버(1508)의 중심 축을 향해 x-선을 지향하는 것으로 도시되어 있다. 반응기 커넥터(15111)가 또한 도시되어 있다.
도 15b는 이 반응기 어셈블리의 사시도이다. 펜슬 램프(1509), 펜슬 램프(1510) 및 펜슬 램프(1511)는 반응기 어셈블리의 반경을 따라 반응기 어셈블리의 중심 축을 향하는 끝과 함께 지향된 것으로 도시되어 있다. 각각의 램프의 끝은 중심, 또는 제3 RA 코일(1517)과 정렬되고 동일한 수평면에 있다. 펜슬 램프(1512), 펜슬 램프(1513) 및 펜슬 램프(1514)는 반응기 어셈블리의 중심 축에 평행하게 향하며 반응기 어셈블리의 반경을 따라 평면에 배치되어 도시되며, 가스 유입구(1520)에서 떨어진, 반응기의 상단을 가리키는 끝에 의해 특징화된다. 이들 램프는 수평 펜슬 램프 위에 예시되어 있다. 각각의 펜슬 램프의 길이는 RA 코일들(1516, 1517 및 1518)과 정렬된다. 외부 지지대(15109) 및 내부 지지대(15110)는 펜슬 램프들을 지지한다. 선택적인 x-선 공급원(1515)은 제3 RA 코일(1516) 위에 반응기 어셈블리의 중심 축을 향해 x-선을 지향하는 것으로 도시되어 있다. 반응기 어셈블리 내에 배치되어 반응 챔버를 향해 x-선을 지향하는 반사판이 있을 수 있다. 반응기 커넥터(15111), 뿐만 아니라 기타 비물질 커넥터들 및 스페이서들이 또한 도시되어 있다. 가스 유입구(1520) 및 가스 유출구(1519)가 또한 도시되어 있다.
도 15c는 반응기 어셈블리의 제2 사시도이다. 펜슬 램프(1521), 펜슬 램프(1522) 및 펜슬 램프(1523)는 반응기 어셈블리의 반경을 따라 반응기 어셈블리의 중심 축을 향하는 끝과 함께 지향되는 것으로 도시되어 있다. 펜슬 램프(1524), 펜슬 램프(1525) 및 펜슬 램프(1526)는 반응기 어셈블리의 중심 축에 평행하게 지향되며 반응기 어셈블리의 반경을 따라 평면에 배치되고 반응기 바닥을 향하는, 가스 유입구(1532)를 항햐는 끝에 의해 특징화된다. 이들 수직 램프들은 수평 램프들 위에 도시되며, 다시, 각각의 램프 쌍들은 동일한 방사형 평면에 임의로 놓일 수 있다. 각각의 펜슬 램프의 끝은 제3 RA 코일(1528)과 정렬된다. 외부 지지대(15109) 및 내부 지지대(15110)는 펜슬 램프들을 지지한다. 3개의 RA 코일들(1528, 1529, 1530)이 도시되어 있다. 선택적인 x-선 공급원(1527)이 반응기 어셈블리의 중심 축을 향해 x-선을 지향하는 것으로 도시되어 있다. 반응기 어셈블리 내에 배치되어 반응 챔버를 향해 x-선을 지향하는 반사판이 있을 수 있다. 반응기 커넥터(15111), 뿐만 아니라 기타 비물질 커넥터들 및 스페이서들이 또한 도시되어 있다. 가스 유입구(1532) 및 가스 유출구(1531)가 또한 도시되어 있다.
도 15d는 펜슬 램프들 및 x-선 공급원이 제거된 반응기 어셈블리의 측단면도이다. 가스는 유입구(1541)로 진입하고 배출구(1540)에서 나온다. RA 코일(1537, 1538, 1539)이 도시되어 있다. 제1, 또는 하단, 프릿(1535) 및 제2, 또는 상단, 프릿(1533)은 나노다공성 탄소 분말로 충전될 수 있는 반응 챔버(1534)를 함유한다. 반응기 본체(1536)가 또한 도시되어 있다. 기타 비물질 스페이서들 및 커넥터들이 비표지 상태로 유지된다.
도 15e는 펜슬 램프들 및 x-선 공급원이 제거된 반응기 어셈블리의 제2 측단면도이다. 가스는 유입구(1551)로 진입한다. RA 코일들(1545, 1546 및 1547)이 도시되어 있다. 제1, 또는 하단, 프릿(1544) 및 제2, 또는 상부, 프릿(1542)은 나노다공성 탄소 분말로 충전될 수 있는 반응 챔버(1543)를 함유한다. 반응기 본체(1548)가 또한 도시되어 있다. X선 공급원(1549)는 반응기 어셈블리의 중심 축을 향해 X-선을 지향한 다음에 부재(1550)를 가진 반응기 챔버를 향해 편향된다. 기타 비물질 스페이서들 및 커넥터들은 비표지 상태로 유지된다.
도 15f는 펜슬 램프들 및 x-선 공급원을 가진 반응기 어셈블리의 제2 측단면도이다. 가스는 유입구(1564)로 진입한다. RA 코일들(1555, 1556 및 1557)이 도시되어 있다. 제1, 또는 하단, 프릿(1554) 및 제2, 또는 상단 프릿(1552)은 나노다공성 탄소 분말로 충전될 수 있는 반응 챔버(1553)를 포함한다. 반응기 본체(1558)가 또한 도시되어 있다. 수직 펜슬 램프들(1560 및 1561)은 수평 펜슬 램프들(1560 및 1559)와 같이 도시된다. X-선 공급원(1562)은 반응기 어셈블리의 중심 축을 향해 x-선을 지향한 다음에, 부재(1563)를 가진 반응기 챔버를 향하여 편향된다. 기타 비물질 스페이서들 및 커넥터들은 비표지 상태로 유지된다.
도 15g는 펜슬 램프들 및 x-선 공급원을 가진 반응기 어셈블리의 사시도이다. 가스는 유입구(1577)로 진입하고 배출구(1578)에서 나온다. 반응기 어셈블리의 축을 따라 반응 챔버를 향해 방사선을 지향하는 제1 레이저(1575) 및 제2 레이저(1576)가 도시되어 있다. RA 코일들(1571, 1572 및 1573)이 도시되어 있다. 이 실시양태에서 펜슬 램프들(1565, 1566, 1567, 1568, 1569, 및 1570)은 모두 반응기 어셈블리 중심 축을 향한 반경을 따라 쌍들로 수평으로 배치된 것으로 도시되어 있다. 끝들은 RA 코일들(1571, 1572 및 1573)에 근접한다. X선 공급원(1574)은 반응기 어셈블리의 중심 축을 향해 x-선을 지향한다. 지지대(15109)는 모든 수평 펜슬 램프들을 지지한다. 기타 비물질 스페이서들 및 커넥터들은 비표지 상태로 유지된다.
도 15h는 펜슬 램프들 및 x-선 공급원을 가진 반응기 어셈블리의 사시도이다. 가스는 유입구(1591)에 진입하고 배출구(1592)에서 나온다. 반응기 어셈블리의 축을 따라 반응 챔버를 향해 방사선을 지향하는 제1 레이저(1589) 및 제2 레이저(1590)가 도시되어 있다. RA 코일들(1585, 1586 및 1587)이 도시되어 있다. 이 실시양태에서 펜슬 램프들(1579, 1580, 1581, 1582, 1583, 및 1584)은 모두 RA 코일들과 정렬된 방사형 평면에서 쌍들로 수직으로 배치된 것으로 도시되어 있다. 끝들은 RA 코일들(1585, 1586 및 1587)에 근접한다. X-선 공급원(1588)은 반응기 어셈블리의 중심 축을 향해 x-선을 지향한다. 지지대들(15109 및 15110)는 펜슬 램프들을 지지한다. 기타 비물질 스페이서 및 커넥터는 레이블이 지정되지 않은 상태로 유지된다. 기타 비물질 스페이서들 및 커넥터들은 비표지 상태로 유지된다.
도 15i는 5개의 RA 코일들, 수평 펜슬 램프들 및 x-선 공급원을 예시하는 반응기 어셈블리의 사시도이다. 가스는 유입구(15107)로 진입하고 배출구(15108)에서 나온다. 반응기 어셈블리의 축을 따라 반응 챔버를 향해 방사선을 지향하는 제1 레이저(15105) 및 제2 레이저(15106)가 도시되어 있다. 원통형 경계를 정의하는 RA 코일들(1599, 15100, 15101, 15102 및 15103)이 도시되어 있다. 이 실시양태에서 펜슬 램프들(1593, 1594, 1595, 1596, 1597, 및 1598)는 모두 RA 코일들과 정렬된 방사형 평면에서 쌍들로 수평으로 배치된 것으로 도시되어 있다. 끝들은 RA 코일들(1599 및 15103)에 근접한다. X-선 공급원(15104)는 반응기 어셈블리의 중심 축을 향해 x-선을 지향한다. 지지대(15109)는 펜슬 램프들을 지지한다. 기타 비물질 스페이서들 및 커넥터들은 비표지 상태로 유지된다.
Ni-1 반응기:
도 17a를 참조하면, 반응기 본체(1702)는 고순도 니켈(Ni) 로드를 기반으로 한다. 15.873 mm(OD)의 외경을 가진 Ni 막대는 구멍을 뚫은 다음에 한쪽 말단부에서 암쓰레드(female thread)를 사용하여 기계처리한다. 내경은 상부 및 하부 프릿 및 탄소 베드의 설치를 허용한다. 탄소 반응 매질은 반응기 본체(1702) 내부에 하우징된다. 반응기를 로딩하기 위해, 반응기 본체(1702)는 평평한 표면에서 가스 방출 개구부(1706)가 아래를 향하도록 위치결정된다. 석영 프릿(1705)은 반응기 본체(1702) 내부에 배치되어 상부 격납장치를 형성한다. 이어서 100 mg의 탄소가 반응기 본체(1702)에 로딩된다. 반응기 본체(1702) 내부에 흑연 베드를 로딩한 후, 제2 석영 프릿(1703)이 설치된다. 이어서 반응기 본체(1702)에 대해 일치하는 수 쓰레드들(male threads)을 가진 고순도 흑연 로드로 기계처리된 반응기 극(1701)은 반응기 본체(1702)에 나사로 고정된다. 반응기 극(1701)은 컵 디자인(1708)에 의해 제공되는 것과 동일한 흑연 베드 압축을 제공하도록 설계된다.
NiPtG 반응기:
도 17b를 참조하면, 반응기 본체(1707)는 고순도 니켈(Ni) 로드를 기반으로 한다. 15.873 mm(OD)의 외경을 가진 Ni 로드는 구멍을 뚫은 다음에 한쪽 말단부에서 11.68 mm(ID)의 내경을 갖도록 기계처리한다. 내경은 흑연 컵(1708)과 0.025 mm 백금(Pt) 호일(1713)의 설치를 허용한다. 흑연 컵은 반응기 벽 및 탄소 베드로부터 호일 단리를 제공한다. 탄소 반응 매질은 99.9999wt% 순수 흑연 컵(1708) 내부에 하우징된다. 반응기를 로딩하기 위해, 석영 프릿(1709)이 흑연 컵(1708) 내부에 배치되어 하단 격납장치를 형성한다. 이어서 100 mg의 탄소(1710)가 컵(1708)에 로딩된다. 컵 내부에 흑연 베드를 넣은 후 제2 석영 프릿(1711)이 설치된다: 이 시스템은 컵 어셈블리로서 정의된다. 컵 어셈블리를 설치하기 전에, 호일(1713)을 사용하여 반응기 벽의 내부 표면을 라이닝한다. 이어서 컵 어셈블리는 니켈 반응기 본체(1707) 및 호일(1713) 내에 배치된다. 컵 어셈블리가 설치된 후, 99.9999wt% 순수 흑연 캡(1712)이 반응기 본체에 나사로 고정된다. 캡은 어셈블리 후 컵이 움직이지 않도록 고정한다.
PtIrGG 반응기:
도 17c를 참조하면, 반응기 본체(1714)는 고순도 흑연 로드를 기반으로 한다. 15.873 mm(OD)의 외경을 가진 흑연 로드는 구멍을 뚫은 다음에 한쪽 말단부에서 11.68 mm(ID)의 내경을 갖도록 기계처리한다. 내부 직경은 탄소 베드로부터 반응기 벽 분리를 위한 흑연 컵(1715)의 설치를 허용한다. 탄소 반응 매질은 99.9999wt% 순수 흑연 컵(1715) 내부에 하우징된다. 반응기를 로딩하기 위해, 석영 프릿(1716)이 흑연 컵 내부에 배치되어 하단 격납장치를 형성한다. 이어서 100 mg의 탄소(1717)가 컵에 채워진다. 컵 내부에 흑연 베드를 로딩한 후, 제2 석영 프릿(1718)이 설치되며; 이 시스템은 컵 어셈블리로 정의된다. 이어서 컵 어셈블리는 흑연 반응기 본체(1714) 내에 배치된다. 컵 어셈블리가 설치된 후, 백금과 10 %wt 이리듐으로 구성된 캡(1719)이 반응기 본체에 나사로 고정된다. 캡은 조립 후 컵이 움직이지 않도록 고정한다.
반응기 내 출발 물질의 체류 시간은 생성물을 출발 물질로 인스턴스화하는 데 효과적이며 0 내지 15분일 수 있다.
본 발명의 방법들에서 사용되는 바람직한 반응기들은 하기 표에 나타냈다.
반응기
ID 		컵 물질 캡 물질 반응기
물질 		극 물질 경계 챔버 용량 코일 유형
CgF N/A N/A Cu, Ni 또는 Mo 또는 흑연 흑연 N/A 100 mg 유도
CuG 흑연 흑연 Cu 석영 N/A 100 mg 유도 또는 주파수
PtIrGG 흑연 Pt/Ir 흑연 석영 N/A 100 mg 유도
GPtG 흑연 흑연 흑연 석영 Pt 100 mg 유도 또는 주파수
GPtGPtG 흑연 흑연 흑연 석영 2X Pt 100 mg 유도
GG-EL 흑연 흑연 흑연 석영 N/A 100 mg- 3g 유도 또는 주파수
호일(Pt) 흑연 흑연 흑연 석영 Pt 100 mg 유도 또는 주파수
GZ 호일 흑연 흑연 흑연 석영 Nb, Co 또는 임의의 100 mg 유도 또는 주파수
nZG 호일 흑연 임의의 Z 흑연 석영 Ir 100 mg 유도 또는 주파수
NiG 흑연 흑연 Ni 석영 N/A 100 mg 유도 또는 주파수
NiPtG 흑연 흑연 Ni 석영 Pt 100 mg 유도
ZG N/A Pd/Ru 또는 임의의 Z 흑연 석영 N/A 100 mg 유도
Ref-X 흑연 흑연 흑연 석영 N/A 1-20g 주파수
본 발명은 추가로 나노다공성 탄소 조성물들을 제조하기 위해 나노다공성 탄소 분말들에서 원소 금속들을 인스턴스화하는 방법에 관한 것이다. 인스턴스화는 탄소 구조체들, 특히 초미세기공들 내에 금속 원자들의 핵형성, 어셈블리 및 응집을 포함하는 것으로 본원에서 정의된다. 이론에 얽매이지 않고, 인스턴스화는 특히 양자장 이론으로 표현되는 바와 같은 전자기장의 자유도와 관련이 있는 것으로 여겨진다. 하나 이상의 초미세기공들 내에 전자기 방사선의 고조파 공명들, 또는 고조파에 가스를 노출시킴으로써, 진공 에너지 밀도에 접근하고 원자들의 핵형성 및 어셈블리를 허용한다. 광, x-선, 및 주파수 발생기에 적용되는 자기장들의 주파수들 내에 있는 전자기 에너지는 이러한 고조파의 형성 및 유지를 증진시킬 수 있다. 반응기 물질들을 선택하고 호일 층을 추가함으로써 시스템의 경계를 변형하면 고조파가 또한 증진될 수 있다.
특히, 본 발명은,
나노다공성 탄소 분말을 본원에 기재된 바와 같이 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
가스를 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
하나 이상의 RA 코일들에 제1 전자기 에너지 수준으로 전원을 공급하는 단계;
나노다공성 탄소 분말을 가열하는 단계;
나노기공에서 원소 금속 나노구조체를 인스턴스화하기에 충분한 시간 동안 제1 전자기 에너지 수준과 제2 전자기 에너지 수준 사이에서 나노다공성 탄소 분말에 고조파 패터닝을 적용하는 단계
를 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물들을 제조하거나 인스턴트화하는 공정들을 포함한다.
"고조파 패터닝"이라는 용어는 본원에 2개 이상의 에너지 수준들(또는 상태들) 사이에서 복수회 진동하는 것으로 정의된다. 에너지 상태들은 제1, 또는 높은 에너지 수준 및 제2, 또는 더 낮은 에너지 수준으로서 특징화될 수 있다. 제1 에너지 수준을 개시하고, 제2 에너지 수준을 획득하고, 제1 에너지 수준을 재설정하는 속도는 동일하거나 상이할 수 있다. 각각의 속도는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 초 또는 그 초과의 시간으로 정의할 수 있다. 각각의 에너지 수준은 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 초 또는 그 초과의 시간 동안 유지될 수 있다. 고조파 패터닝은 인스턴스화가 달성될 때까지 계속된다.
2개의 더 많은 전자기 방사선 공급원(예를 들어, 코일들, x-선 공급원, 레이저들, 및/또는 램프들)가 존재하는 경우, 각각은 고조파 패터닝에 적용될 수 있고 패터닝은 독립적으로, 동시에 또는 순차적으로 발생할 수 있다.
공정은 E/MEE 장치 또는 반응기 어셈블리에서 상기에 기재한 바와 같이, 임의의 추가 전자기 방사선 공급원에 독립적으로 전원을 공급하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 공정은 실질적으로 상기에 기재한 바와 같이, 하나 이상의 RA 코일, 하나 이상의 램프들 또는 레이저들, x-선 공급원들, 유도 코일들, E/MEE 코일 등에 연결된, RA 주파수 발생기(들)에 전원을 공급하는 단계(들)를 더 포함한다.
본 발명은,
나노다공성 탄소 분말을 본원에 기재된 바와 같이 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
가스를 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
하나 이상의 RA 코일들에 제1 전자기 에너지 수준으로 전원을 공급하는 단계;
나노다공성 탄소 분말을 가열하는 단계;
나노기공에서 원소 금속 나노구조체를 인스턴스화하기에 충분한 시간 동안 제1 전자기 에너지 수준과 제2 전자기 에너지 수준 사이에서 나노다공성 탄소 분말에 고조파 패터닝을 적용하는 단계
를 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물들 상에 금속 원자를 양자 인쇄하는 공정들을 더 포함한다.
실시예 1: E/LC(Energy/Light Combed Activation)
일백 밀리그램(100 mg)의 분말화 탄소를 상기에 기재한 바와 같이 흑연 관형 반응기(15.875 mm) OD, ID는 ~9 mm로 기계처리됨)에 배치하였다. 연구-등급 헬륨(He)을 최소 25초 이상 동안 시스템을 퍼지하기 위해 2 SLPM으로 전달하였다. 가스들은 상기에 기재한 바와 같이 수평 및 대등한(level) 가스 라인에서 E/MEE를 통해 공급되었다.
도 1을 참조하면, 위치 0(수직 램프 배향, 유입구 또는 진입구 플랜지(flange)로부터 7.62 cm; 180°에서, 가스 라인의 외경으로부터 2.54 cm를 가리키는 전구 끝)에 위치한 아르곤 "KC" 조명(108)이 시작시에 켜졌으며 한편 동시에 전원 공급장치에 5 amps를 공급하였다. 이 조명은 최소 9 초 동안 유지되었다. 다음으로 위치 1의 조명(109)(109; 수평 램프 배향, 유입구 또는 진입구 플랜지로부터 7.62 cm, 180°에서; 출구 판을 향한 전구 끝; 광학 진입구의 전구 유리 기저부; 가스 라인의 외경으로부터 5.08 cm), 크립톤 조명이 켜졌고 전원 공급장치에서 전원이 10 amps로 증가된다. 이것은 3 초 동안 유지되었고, 위치 1에서 조명(107)(107; 수평 램프 배향; 0°에서; 배출구판을 향한 광학 출구에서의 전구 끝; 가스 라인의 외경으로부터 5.04 cm), 크세논 조명을 켰고, 9 초 동안 유지하였으며 전원이 15 amps로 증가되었다. 이들 3개의 조명들이 순차적으로 켜진 후, 반응기에 전달된 암페어는 54 amps로 조정되고 최소 40 초 동안 유지되었다. 전원이 증가된 후 위치 1에서의 조명(103)(103; 수직 램프 배향, 유입구 또는 진입구 플랜지로부터 7.62 cm; 0°에서; 가스 라인의 외경으로부터 2.54 cm 아래를 가리키는 전구 끝) 네온 조명이 켜졌다.
이어서 반응기에서 암페어 "고조파 패터닝"이 시작되었다. 각각의 암페어수 패턴(진동)으로, 반응기에 공급되는 가스들은 동일하거나 상이한 광 시퀀스에 의해 처리될 수 있다. 실험 프로토콜의 한 실시양태에서, 반응기의 암페어수는 하이 엔드(high end) 고조파 패턴 포인트(point)인 1 초에 걸쳐 74 amps로 증가되었다. 이어서 반응기의 암페어수를 9 초에 걸쳐 34 amps로 감소시키고 3 초 동안 34 amps로 유지하였다. 3 초 유지 시작 즉시, 위치 1의 아르곤 조명(122)(122; 수평 램프 배향; 180°에서; 광학 진입구에서 진입구판을 향한 전구 끝; 가스 라인의 외경으로부터 5.04 cm )이 켜졌다. 3 초 유지 후, 이어서 반응기에 대한 암페어수는 하향 램프가 시작되기 전에 74 amps에 도달 직후 3 초 유지와 함께 9 초에 걸쳐 74 amps까지 증가되었다. 반응기 암페어는 9 초에 걸쳐 34 amps로 감소된 다음에 3 초 동안 유지되었다. 3 초 유지 시작 직후, 위치 1의 네온 조명인 조명 103(103)이 켜졌다. 반응기 암페어수는 다시 9 초에 걸쳐 74 amps까지 증가되고 거기서 3 초 동안 유지된 다음에, 다시 9 초에 걸쳐 34 amps로 감소되었다. 위치 1의 장파 자외선 램프(104; 수평 램프 배향; 90°에서; 광학 진입구에서 진입구판을 향한 전구 끝; 가스 라인의 외경으로부터 5.04 cm)가 켜졌다. 반응기는 다시 9 초에 걸쳐 74 amps까지 증가되고, 3 초 동안 유지된 다음에 또 다른 9 초 동안 34 amps로 감소되었다. 다음으로 E/MEE(위치 1)에서 단파 자외선 램프((105) 수평 램프 배향, 유입구 또는 진입구 플랜지로부터 7.62 cm; 270°에서; 광학 진입구에 있고 진입구판을 향한 전구 끝; 가스 라인의 외경으로부터 5.04 cm) E/MEE 섹션 조명이 켜져 3 초 동안 유지되었다. 반응기는 다시 9 초에 걸쳐 74 amps까지 증가되었다. 3 초 동안 유지하는 동안; E/MEE 섹션 조명(106, 수직 램프 방향, 광학 말단부 사이의 중심화(도 1 진입구(101), 출구(110); 0°에서; 가스 외경으로부터 5.04 cm 아래를 가리키는 전구 끝), 네온 조명이 위치 2(106; 수평 램프 배향; 0°에서; 출구판을 향한 전구 끝; 가스 라인의 외경으로부터 5.04 cm)로 90° 회전하였다. 이 새로운 위치는 반응기 암페어수가 또 다른 9 초에 걸쳐 34 amps로 감소되기 전에 3 초 동안 유지되었다. 이어서 반응기가 3 초 동안 34 amps로 유지된 후 9 초에 걸쳐 74 amps까지의 또 다른 증가가 시작되었다. 이 램프에서의 3 초에, 위치 1에서의 램프(107)가 위치 2로 90° 회전하였고(수직 램프 배향; 0°에서; 전구 끝이 위로 향하게; 전구 기저부가 가스 라인의 외부 직경으로부터 5.04 cm) 9 초 총 램프의 나머지 6 초 동안 켜져 있고 거기서 유지되었다. 이 상태에서 반응기를 3 초 동안 유지하였다.
조명들은 E/MEE 섹션에서 다음과 같이:(103), (108), (106), (105) 및 (104) 동시에 꺼지고 반응기의 전원이 차단되었다. 반응기는 27초 동안 연속적인 가스 흐름과 함께 이 상태로 유지되었다. 이어서 나머지 모든 조명들이 꺼졌다. 가스는 240 초 동안 계속 흘렀다. 샘플을 반응기로부터 제거하였다.
실시예 2: 구배 시퀀싱된 활성화(Gradient Sequenced Activation)(GSA)
일백 밀리그램(100 mg)의 나노다공성 탄소 분말을 도 2a에 예시된 바와 같이 흑연 관형 반응기(15.875 mm OD, ID는 ~9 mm로 기계처리됨)에 배치하였다. 분말을 포획하는 동안 반응기 안팎으로 가스가 흐르도록 하는 2개의 다공성 프릿들을 사용하여 내부 반응기 내에 분말을 담았다. 고정(패킹된) 베드는 표준 또는 리버스 필드 코일과 함께 사용되었다. 이어서 이 반응기 어셈블리는 가스 제어 및 밀봉 시스템을 둘 다 제공하는 석영 외부-격납장치 용기 내에 배치하였다. 가스들은 질량 유량계들(포터 열(Porter thermal) 질량 유량계들)로 제어되는 가압 가스 실린더들에서 반응 구역으로 전달되었다. 폴 가스클린(Pall Gaskleen) AT 정화장치(Purifier)는 최대 5SLPM의 유량과 0.003 ㎛의 미립자 여과에서 카르보닐 여과를 위한 CO 가스 실린더 직후에 설치되었다.
연구 등급 N2는 그의 농도 구배에 매립된 전자기 정보의 반응 가스 및 캐리어로서 시스템에 도입된다. (안정화 정보를 위한 농도 프로파일을 유지하기 위해) 진동 자기장에 대한 진입구 경계 조건인 반응기 어셈블리 유입구에서 적어도 99.5 %vol의 농도에 도달할 때까지 가스는 2 SLPM의 일정한 유량으로 반응기에 도입된다. 반응/정보 캐리어 가스는 E/MEE(실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같음)를 통과하거나 대략적인 길이가 2.4 m(8피트)인 불투명한 티곤(Tygon) 튜빙 6.25 mm OD를 통해 E/MEE를 우회하여, 가스 매니폴드와 반응기 유입구 사이의 8초의 체류 시간을 허용하였다. 정보 캐리어 가스는 최소 25초 동안 유지되었다. 가스 유도 기간의 완료시, 반응기 전원이 표준 진동 자기장(공칭 222 kHz)으로 가변 주파수들에서 작동하는 유도 코일에 공급되었다. 정보 매립 요건들을 만족하기 위해 유도 코일에 최소 35초 동안 100 amps에서 전원을 공급하였다. 이어서 전원이 58.5 amps로 감소되어, 네트워크 정보 매립 요건들을 만족시키는 새로운 세트의 진동 장 파라미터를 제공한다. 이때 캐리어 가스를 진공 상태를 통해 역압을 가하여 생성된 역구배를 유도하도록 확보하였다. 매립 정보 네트워크를 안정화하고 강화하기 위해 진공을 ~240 초 동안 유지하였다. 이어서 반응기 전력을 확보하고, 반응기를 ~240 초 동안 냉각시켰다. 이어서 반응기를 대기 조건에 개방하고 분석을 위해 샘플을 회수하였다.
기준선 실험에서, 나노다공성 탄소 분말은 200 메쉬 흑연(알파 에이사, >99.9995 %wt 순수)이었다.
실시예 3: 감소된 구배 활성화( GSR )
일백 밀리그램(100 mg)의 나노다공성 탄소 분말을 도 2a에 예시된 바와 같이 흑연 관형 반응기(15.875 mm OD, ID는 ~9 mm로 기계처리됨)에 배치하였다. 연구 등급 N2는 그의 농도 구배에 매립된 전자기 정보의 반응 가스 및 캐리어로서 시스템에 도입된다.(안정화 정보를 위한 농도 프로파일을 유지하기 위해) 진동 자기장에 대한 진입구 경계 조건인 반응기 어셈블리 유입구에서 적어도 99.5 %vol의 농도에 도달할 때까지 가스는 2 SLPM의 일정한 유량으로 반응기에 도입된다. 반응/정보 캐리어 가스는 E/MEE(실시예 1에서 상기에 기재된 바와 같음)를 통과하거나 대략적인 길이가 2.4 m(8피트)인 불투명한 티곤 튜빙 6.35 mm OD를 통해 E/MEE를 우회하여, 가스 매니폴드와 반응기 유입구 사이의 8초의 체류 시간을 허용하였다. 정보 캐리어 가스는 최소 25초 동안 유지되었다. 가스 유도 기간의 완료시, 반응기 전원이 표준 진동 자기장(공칭 222 kHz)으로 가변 주파수들에서 작동하는 유도 코일에 공급되었다. 정보 네트워크 형성을 위해 유도 코일에 최소 35초 동안 40 amps에서 전원을 공급하였다. 이어서 전원이 25 amps로 감소되어, 매립 정보 네트워크를 안정화시키는 새로운 세트의 진동 장 파라미터를 제공한다. 이때 캐리어 가스를 진공 상태를 통해 역압을 가하여 생성된 역구배를 유도하도록 확보하였다. 매립 정보 네트워크를 안정화하고 강화하기 위해 진공을 ~240 초 동안 유지하였다. 이어서 반응기 전력을 확보하고, 반응기를 ~240 초 동안 냉각시켰다. 이어서 반응기를 대기 조건에 개방하고 분석을 위해 샘플을 회수하였다.
기준선 실험에서, 나노다공성 탄소 분말은 200 메쉬 흑연(>0.74 mm)(알파 에이사, >99.9995 %wt 순수)이었다.
실시예 4: 부위 활성화 고조파 공명(미니-X)
일백 밀리그램(100 mg)의 분말화 탄소를 도 2c에 예시된 바와 같이 흑연 관형 반응기(15.873 mm OD, ID는 ~9 mm로 기계처리됨)에 배치하였다. 연구-등급 헬륨(He)을 최소 25초 이상 동안 시스템을 퍼지하기 위해 2 SLPM으로 전달하였다. 가스들은 E/MEE를 통해 공급되었다(실시예 1에서 상기에 기재한 바와 같음). 이 실시예에서, 고정(패킹된) 베드는 3개의 코일들과 미니 X x-선관과 함께 사용되었다. 이어서 이 반응기 어셈블리는 가스 제어 및 밀봉 시스템을 둘 다 제공하는 석영 외부-격납장치 용기 내에 배치하였다. 가스들은 상기 기재된 바와 같이 반응 구역으로 전달되었다.
연구 등급 헬륨(He)은, 대략적인 길이가 ~2.5 m인 불투명한 티곤 튜빙 6.35 mm OD를 통해 E/MEE 섹션을 우회함으로써 2 SLPM으로 반응기 어셈블리에 전달되어, 가스 매니폴드와 반응기 시스템 유입구 사이의 8초의 체류 시간을 허용하였다. 이 가스 퍼지는 최소 25초(또는 그 초과) 동안 유지되어 적어도 3회의 시스템 전환(>3X 부피 퍼지)을 허용하였다. 퍼지 기간의 완료시, Mini-x(211)의 전원을 켜고 2 초동안 유지하였다. 2 초 동안 유지한 후, 반응기 베드를 통과하는 405 nm 레이저(212)를 켰고. 즉시 세 개의 코일들 중 두 번째 코일을 제어하는 주파수 발생기 2와 세 개의 코일 중 첫 번째 코일을 제어하는 주파수 발생기 1이 뒤따랐다. 처음에, 주파수 발생기 2는 1개의 완전한 고조파 패턴에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 626 Hz에서 2.83 MHz 사인파 램핑으로 이어서 2개의 완전한 사이클들로 6 초 램프 업 및 다운으로 157 Hz에서 557 KHz 사인파로 이어서 6개의 완전한 사이클들로 9 초의 램프 업 및 다운으로 157 Hz에서 557 KHz 사인파로 고조파 패턴들을 생성한다. 처음에, 주파수 발생기 1은 1개의 완전한 고조파 패턴에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 987 Hz에서 2.83 MHz 삼각파 램핑으로 이어서 2개의 완전한 사이클들로 6 초 램프 업 및 다운으로 10 Hz에서 987 KHz 삼각파로 이어서 6개의 완전한 사이클들로 9 초의 램프 업 및 다운으로 10 Hz에서 987 KHz 삼각파로 고조파 패턴들을 생성한다. 두 주파수 발생기들에 대한 첫 번째 고조파 패턴 사이클이 완료된 후, 가스가 확보되어, 시스템으로의 모든 새로운 흐름이 중단되었으며, 가스들을 끌어들이기 위해 진공 시스템이 시작되었다. 이 진공은 반응기 시스템 내에서 분말의 평형을 허용하도록 ~151 초 이상 동안 유지되었다. 진공 상태가 시작된 직후 주파수 발생기 3이 켜졌다. 처음에, 제3 코일을 제어하는 주파수 발생기 3은 4개의 완전한 고조파 패턴에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 257 kHz에서 263 kHz 구형파(square wave) 램핑으로 이어서 6개의 완전한 사이클들로 6 초 램프 업 및 다운으로 257 kHz에서 263 kHz 구형파로 이어서 3개의 완전한 사이클로 9 초 램프 업 및 다운으로 257 kHz에서 263 kHz 구형파로 고조파 패턴들을 생성하였다. 150 초에 더하여 600 밀리초의 진공 유지에서, 주파수 발생기들 1 및 2가 확보되었다. 150 초에 더하여 809 밀리초에서, 주파수 발생기 3이 확보되었다. 151 초 제2 진공 상태의 종료시, 진공의 존재 없이 추가로 3 초 유지가 시작되었다. 3 초 유지 후, 405 nm 레이저(212) 및 미니-X(211)가 둘 다 확보되었다. 샘플을 제거하였다.
실시예 5: 부위 활성화 고조파 공명(활성)
일백 밀리그램(100 mg)의 분말화 탄소를 도 2c에 예시된 바와 같이 전력원 및 주파수 발생기에 각각 연결된 3개의 와이어 권선들(또는 코일들)을 가진 흑연 관형 반응기(15.875 mm OD, ID는 ~9 mm로 기계처리됨)에 배치하였다. 분말을 포획하는 동안 반응기 안팎으로 가스가 흐르도록 하는 설계된 2개의 다공성 프릿들을 사용하여 내부 반응기 내에 분말을 담았다. 고정(패킹된) 베드는 표준 또는 리버스 필드 코일과 함께 사용되었다. 이어서 반응기 어셈블리는 상기에 기재된 바와 같이 밀봉된 석영 외부-격납장치 용기 내에 배치하였다.
연구-등급 헬륨(He)은 2 SLPM으로 반응기 어셈블리에 전달되었다. 대략적인 길이가 ~2.5 m인 불투명한 티곤 튜빙 6.35 mm OD를 통과하여, E/MEE 섹션을 우회하여, 가스 매니폴드와 반응기 시스템 유입구 사이의 8초의 체류 시간을 허용하였다. 이 가스 퍼지는 최소 25초(또는 그 초과) 동안 유지되어 적어도 3회의 시스템 전환(>3X 부피 퍼지)을 허용하였다. 퍼지 기간의 완료시, 두 개의 코일들에 연결된 제1 및 제2 주파수 발생기들(1 및 2)가 켜지고 주파수 고조파 패터닝이 시작되었다. 처음에, 주파수 발생기 2는 1개의 완전한 고조파 패턴에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 626 Hz에서 2.83 MHz 사인파 램핑으로 이어서 2개의 완전한 사이클들로 6 초 램프 업 및 다운으로 157 Hz에서 557 KHz 사인파로 이어서 6개의 완전한 사이클들로 9 초의 램프 업 및 다운으로 157 Hz에서 557 KHz 사인파로 고조파 패턴들을 발생시켰다. 처음에, 주파수 발생기 1은 1개의 완전한 고조파 패턴에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 987 Hz에서 2.83 MHz 삼각파 램핑으로 이어서 2개의 완전한 사이클들로 6 초 램프 업 및 다운으로 10 Hz에서 987 KHz 삼각파로 이어서 6개의 완전한 사이클들로 9 초의 램프 업 및 다운으로 10 Hz에서 987 KHz 삼각파로 고조파 패턴들을 발생시켰다. 주파수 발생기들(1 및 2) 둘 다에 대한 첫 번째 고조파 패턴 사이클이 완료된 후, 가스가 확보되어, 시스템으로의 모든 새로운 흐름이 중단되었으며, 진공이 시작되었다. 진공은 ~152 초 이상 동안 유지되었다. 진공 상태가 시작된 직후 제3 코일에 연결된 주파수 발생기 3이 켜졌고 고조파가 시작되었다. 처음에, 주파수 발생기 3은 4개의 완전한 고조파 패턴에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 257 kHz에서 263 kHz 구형파 램핑으로 이어서 6개의 완전한 사이클들로 6 초 램프 업 및 다운으로 257 kHz에서 263 kHz 구형파로 이어서 9 초 램프 업 및 다운과 3개의 완전한 사이클로 257 kHz에서 263 kHz 구형파로 고조파 패턴들을 생성하였다. 133 초에 더하여 200 밀리초의 진공 유지에서, 주파수 발생기들(1 및 2)가 확보되었다. 151 초에 더하여 600 밀리초에서, 주파수 발생기 3이 확보되었다. 152 초 제2 진공 상태의 종료시, 진공의 존재 없이 추가로 15 초 유지가 시작되었다. 샘플을 제거하였다.
실시예 6: 부위 활성화 고조파 공명(정적)
일백 밀리그램(100 mg)의 분말화 탄소를 도 2c에 도시된 바와 같이 3개의 와이어 권선들 또는 코일들을 가진 흑연 관형 반응기(15.875 mm OD, ID는 ~9 mm로 기계처리됨)에 배치하였다.
연구-등급 질소 가스는 2 SLPM으로 반응기 어셈블리에 전달되었다. 가스는 상기에 기재된 바와 같이 E/MEE 섹션을 우회하였다. 가스 퍼지는 최소 25초(또는 그 초과) 동안 유지되었다. 퍼지 기간의 완료시, 두 개의 코일들에 연결된 주파수 발생기 2 및 이어서 주파수 발생기 1가 켜졌다. 주파수 발생기 2는 6개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 626 Hz에서 2.83 MHz 사인파 램핑으로 이어서 3개의 완전한 사이클들로 9 초 램프 업 및 다운으로 157 Hz에서 557 KHz 사인파로 이어서 10개의 완전한 사이클들로 6 초의 램프 업 및 다운으로 157 Hz에서 557 KHz 사인파로 고조파 패턴들을 발생시켰다. 주파수 발생기 1은 6개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 987 Hz에서 2.83 MHz 삼각파 램핑으로 이어서 2개의 완전한 사이클들로 6 초 램프 업 및 다운으로 10 Hz에서 987 KHz 삼각파로 이어서 10개의 완전한 사이클들로 9 초의 램프 업 및 다운으로 10 Hz에서 987 KHz 삼각파로 고조파 패턴들을 발생시켰다. 주파수 발생기들(1 및 2) 둘 다에 대한 첫 번째 고조파 패턴 사이클이 완료된 후, 가스가 확보되어, 시스템으로의 모든 새로운 흐름이 중단되었으며, 가스들을 끌어들이기 위해 진공 시스템이 시작되었다. 진공은 ~183 초 이상 동안 유지되었다. 진공이 시작된 직후 주파수 발생기 3이 켜지고 주파수 고조파 패턴들이 시작되었다. 주파수 발생기 3은 1.7 MHz 구형파가 되었다. 진공 유지 174 초에, 주파수 발생기들(1 및 2)가 확보되었다. 추가 182.6 초 후에, 주파수 발생기 3이 확보되었다. 진공은 추가로 15초 동안 중단되었다. 샘플을 제거하였다.
실시예 7: Ref-X 컨디셔닝 - 정적 사전-컨디셔닝
일 그램(1 g)의 분말화 탄소를 도 4b에 도시된 바와 같이 흑연 관형 반응기(44.5 mm OD, ID는 ~25 mm로 기계처리됨)에 배치하였다. 가스들은, 실시예 1에 일반적으로 기재된 바와 같이, E/MEE 섹션을 통과한다. 연구-등급 질소는 2 SLPM으로 반응기 어셈블리에 전달되었다. 퍼지는 90 초 동안 유지되었다. 이어서 반응기 어셈블리를 176 C(350 ℉)로 예열된 탈착 컨디셔닝 오븐(Desorb conditioning oven)에 설치하였다. 30 초 후, 주파수 발생기 1이 켜졌다. 주파수 발생기 1은 33개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 9 초 증가 및 9 초 감소의 속도로 0.001 Hz에서 3.5 MHz 사인파 램핑으로 이어서 34개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 9 초 증가 및 9 초 감소의 속도로 .001 Hz에서 3.5 MHz 삼각파 램핑으로 이어서 33개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 9 초 증가 및 9 초 감소의 속도로 .001 Hz에서 3.5 MHz 구형파 램핑으로 이어서 30개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 6 초 증가 및 6 초 감소의 속도로 827 Hz에서 2.83 MHz 사인파 램핑으로 이어서 30개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 7 초 증가 및 5 초 감소의 속도로 827 Hz에서 2.83 MHz 삼각파 램핑으로 이어서 40개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 7 초 증가 및 5 초 감소의 속도로 827 Hz에서 2.83 MHz 구형파 램핑으로 이어서 50개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 5 초 증가 및 7 초 감소의 속도로 827 Hz에서 2.83 MHz 구형파 램핑으로 이어서 100개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 2 초 증가 및 4 초 감소의 속도로 235.5 kHz에서 474 kHz 삼각파 램핑으로 이어서 100개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 2 초 증가 및 4 초 감소의 속도로 235.5 kHz에서 474 kHz 사인파 램핑으로 이어서 100개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 2 초 증가 및 4 초 감소의 속도로 235.5 kHz에서 474 kHz 구형파 램핑으로 고조파 패턴들을 발생시켰다. 주파수 고조파 패턴들이 시작된 지 30 초 후에, E/MEE에서 403개의 조명이 켜졌다(도 4a). 60 초 유지한 후, (402)가 켜져 1745 초 동안 유지되었다. 이어서 (404)가 켜져 360 초 동안 유지되었다. 이어서 (403)을 위치 2로 90° 회전시키고 6 초 동안 유지하였다. 이어서 (402)를 위치 2로 90° 회전시키고 4초 동안 유지하였다. 이어서 (408)이 켜져 395 초 동안 유지되었다. 이어서 (408)을 위치 2로 90° 회전시키고 35 초 동안 유지하였다. 이어서 (405)가 켜져 347 초 동안 유지되었다. 이어서 (406)을 켜고 6 초 동안 유지하였다. 이어서 (408)을 위치 1로 다시 90° 회전시키고 5 초 동안 유지하였다. 이어서 (405)를 끄고 추가로 600 초 동안 유지하였다. 반응기 어셈블리가 오븐으로부터 제거되고 가스 흐름을 유지하면서 내열성 플랫폼에 배치되는 동안 주파수 발생기들은 일시 중지되었다. 주파수 고조파 패턴들이 즉시 다시 시작되었다. (406)을 위치 2로 회전시키고 36 초 동안 유지하였다. 이어서 (406)을 위치 1로 회전시키고 126 초 동안 유지하였다. 이어서 (408)을 위치 2로 회전시키고 600 초 동안 유지하였다. 이어서 (408)을 위치 1로 회전시키고 840 초 동안 유지하였다. 이어서 (408)을 위치 2로 회전시키고 18 4초 동안 유지하였다. 이어서 (408)을 위치 1로 회전시키고 6 초 동안 유지하였다. 이어서 (403)을 위치 1로 회전시키고 전원을 끄고 9 초 동안 유지하였다. 주파수 발생기 1이 확보되었다: (408) 및 (406)을 끄고 9 초 동안 유지하였다. 그런 다음 (404)* 및 (402)를 끄고 90 초 동안 유지하였다. 가스 흐름이 확보되었고 반응기 어셈블리가 가스 공급 라인으로부터 분리되었다. 탄소 베드가 제거되었다.
실시예 8: Ref-X 컨디셔닝 - 정적
일 그램(1 g)의 분말화 탄소를 도 4b에 도시된 바와 같이 흑연 관형 반응기(44.45 mm OD, ID는 ~25 mm로 기계처리됨)에 배치하였다. 고정(패킹된) 베드는 3개의 와이어 권선들 또는 코일들과 함께 사용된다.
연구-등급 네온(Ne) 가스는 2 SLPM으로 반응기 어셈블리에 전달되었다. 가스는 E/MEE 섹션을 통과하였다. 가스 퍼지는 최소 90 초(또는 그 초과) 동안 유지되어 적어도 3회의 시스템 전환(>3X 부피 퍼지)을 허용하였다. 퍼지 기간의 완료시, (404)가 즉시 켜진 후 이어서 (402)가 켜졌고 8초 동안 유지되었다. E/MEE의 코일에 에너지가 공급되었고 주파수 발생기 4를 사용하였다. 주파수 발생기 4는 코일(407)에 일정한 1.697 MHz 구형파 신호를 제공하였다. 주파수 발생기 4가 시작된 직후,(408)이 켜진 직후 미니-X x-선 공급원(424)이 켜진 다음에 2 초 유지되었다.
405 nm 레이저(427)를 켠 직후 532 nm 레이저(426)를 켜고 22 초 동안 유지하였다. 하기 조명들이 하기 순서: (415)와 (418), (416)과 (419), (417)과 (420), 및 (406)로 전원이 공급되었고, 이후 9 초 동안 유지되었다. 이어서 (402)를 위치 (2)로 90° 회전시킨 직후 유입 가스를 네온 (Ne)에서 질소 (N2)로 변화시키고 90 초 동안 유지하였다. 이어서 (406)을 위치 2로 90° 회전시키고 3 초 동안 유지하였다. (415)는 꺼지고 (4034)는 즉시 위치 (2)로 90° 회전시키고 6 초 동안 유지하였다. (415)를 켜고 3 초 동안 유지하였다. 이어서 (406)을 위치 (1)로 90° 회전시키고 4초 동안 유지하였다. (404)는 꺼지고 2 초 동안 유지되었다. (406)은 꺼지고 27초 동안 유지되었다. 주파수 발생기 (2)와 주파수 발생기 (1)을 켜고 5초 동안 유지하였다. 처음에, 주파수 발생기 (2)는 20개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 626 Hz에서 2.83 MHz 사인파 램핑으로 이어서 8개의 완전한 사이클들로 9 초 램프 업 및 다운으로 157 Hz에서 557 Khz 사인파로 이어서 10개의 완전한 사이클들로 6 초 램프 업 및 다운으로 157 Hz에서 557 Khz 사인파로 고조파 패턴들을 발생시켰다. 처음에 주파수 발생기 1은 20개의 완전한 고조파 패턴에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 987 Hz에서 2.83 MHz 삼각파 램핑으로 이어서 8개의 완전한 사이클들에 대해 9 초 램프 업 및 다운으로 10 Hz에서 987 Hz 삼각파로 이어서 10개의 완전한 사이클들로 6 초 램프 업 및 다운으로 10 Hz에서 987 Hz 삼각파로 고조파 패턴들을 발생시켰다. 주파수 발생기들이 시작된 지 5초 후에, (418)과 (416)이 꺼지고 1 초 동안 유지되었다. 이어서 (418) 및 하위 (416)이 켜졌다. 이어서 (419) 및 (420)을 끄고 1 초 동안 유지하였다. 이어서 (419) 및 (420)을 켜고 27초 동안 유지하였다. 주파수 발생기 (4)가 정지되고 (408)이 꺼지고 즉시 (402)가 꺼지고 87초 동안 유지되었다. 유입 가스 흐름을 확보하고, 진공을 시작하여 18초 동안 유지하였다. (403)을 끄고 72 초 동안 유지하였다. (405)를 켜고 주파수 발생기 (3)을 1.697 MHz 구형파의 고정 주파수에서 시작하여 54초 동안 유지하였다. 주파수 발생기들 (1) 및 (2) 둘 다를 확보하고 123 초 동안 유지하였다. 주파수 발생기 (3) 및 진공 시스템을 확보하고 3 초 동안 유지하였다. (415), (416), (417), (418), (419), 및 (420)이 동시에 꺼지고 3 초 동안 유지된다. 이어서 (424)와 (427)은 동시에 차단되었다. 이어서 (426)은 차단되고 3 초 동안 유지되었다. (404)는 꺼지고 15초 동안 유지되었다. 이어서 샘플을 제거하였다.
실시예 9: Ref-X 컨디셔닝 - 외번(Eversion)
일 그램(1 g)의 분말화 탄소를 도 4b에 도시된 바와 같이 흑연 관형 반응기(44.45 mm OD, ID는 ~25 mm로 기계처리됨)에 배치하였다.
연구-등급 네온(Ne) 가스는 2 SLPM으로 반응기 어셈블리에 전달되었다. 퍼지 동안, 가스들은 E/MEE 섹션을 통과하였다. 이 가스 퍼지는 최소 90 초(또는 그 초과) 동안 유지되어 적어도 3회의 시스템 전환(>3X 부피 퍼지)을 허용하였다. 퍼지 기간의 완료시, (404)가 즉시 켜진 후 이어서 (402)가 켜졌고 8초 동안 유지가 시작되었다. 8초 유지의 종료시, E/MEE의 코일(407)에 전원이 공급되었다. 주파수 발생기 4는 정지될 때까지 코일에 대해 9 초 증가 및 3초 감소로 557 Hz에서 157 kHz 사인파 램핑으로 고조파 패턴들을 시작하였다. 주파수 발생기 4가 시작된 직후, (408)이 켜진 직후 미니-X x-선 공급원(427)이 켜진 다음에 2 초 유지되었다. 405 nm 레이저를 켠 직후 532 nm 레이저(426)를 켜고 22 초 동안 유지하였다. 이어서 하기 조명들이 하기 순서, (415)와 (418), (416)과 (419), (417)과 (420), 이어서 (406)로 켜진 후 9초 동안 유지되었다. 이어서 (402)를 위치 2로 90° 회전시킨 직후 유입 가스를 네온(Ne)에서 질소(N2)로 변화시킨 후 90 초 동안 유지하였다. 이어서 (406)을 위치 (2)로 90° 회전시키고 3 초 동안 유지하였다. 이어서 (415)는 꺼지고 (403)는 즉시 위치 (2)로 90° 회전시키고 6 초 동안 유지하였다. 이어서 (415)를 켠 후 3 초 동안 유지하였다. 이어서 (406)을 위치 1로 90° 회전시키고 4초 동안 유지하였다. 이어서 (404)는 꺼진 후 2 초 동안 유지되었다. 이어서 (406)은 꺼진 후 27초 동안 유지되었다. 이어서 주파수 발생기 2 그리고 이어서 주파수 발생기 1을 켜고 그의 주파수 고조파 패턴들을 시작한 후 5초 유지하였다. 주파수 발생기 2는 20개의 완전한 고조파 패턴들에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 626 Hz에서 2.83 MHz 사인파 램핑으로 이어서 8개의 완전한 사이클들로 9 초 램프 업 및 다운으로 157 Hz에서 557 Khz 사인파로 이어서 287.5 kHz 사인파로 고조파 패턴들을 시작하였고 종결 때까지 유지하였다. 주파수 발생기 1은 20개의 완전한 고조파 패턴에 대해 3 초 증가 및 3 초 감소의 속도로 987 Hz에서 2.83 MHz 삼각파 램핑으로 이어서 8개의 완전한 사이클들에 대해 9 초 램프 업 및 다운으로 10 Hz에서 987 Hz 삼각파로 이어서 285 Hz 삼각파로 고조파 패턴들을 시작하였고 종결 때까지 유지하였다. 5초 유지 후, (418)과 (416)이 꺼지고 1 초 동안 유지되었다. 이어서 (418) 및 (416)이 켜졌다. 이어서 (419) 및 (420)을 끄고 1 초 동안 유지하였다. 이어서 (419) 및 (420)을 켜고 27초 동안 유지하였다. 주파수 발생기 4가 정지되고 (408)이 꺼켰다. 즉시 (402)가 꺼지고 87초 동안 유지되었다. 유입 가스 흐름을 확보하고, 진공을 시스템 상에서 시작하여 18초 동안 유지하였다. (403)을 끄고 72 초 동안 유지하였다. (405)를 켰다. 주파수 발생기 3을 시작하고 주파수를 240 초 동안 1.697 MHz 구형파의 고정 주파수로 설정한 후 22개 사이클들의 경우 3초 증가 및 감소로 28.25 MHz에서 28.75 MHz 구형파 사이클링 그리고 이어서 종결 때까지 1.697 MHz 구형파 신호로 설정하였다. 주파수 발생기 3 상에서 유지된 240 초 중 174 초의 종료시, 주파수 발생기들(1) 및 (2) 둘 다를 확보하고 1 초 동안 유지를 시작하였다. 1초 유지의 종료시, 주파수 발생기 3 및 진공 시스템을 확보하고 3 초 동안 유지를 시작하였다. 3 초의 종료시, 하기 조명들 (415), (416), (417), (418), (419), 및 (420)이 동시에 꺼진 후, 3 초 동안 유지된다. 이어서 (424)와 (427)은 동시에 차단되었다. 이어서 (426)은 차단되고 3 초 유지가 시작되었다. 3초 유지 시간의 종료시, (404)는 꺼지고 15초 유지가 시작되었다. 15초 유지의 종료시, 샘플을 제거하였다.
다음은 긍정적인 결과들로 수행된 실험의 표이다.
예시 프로토콜 탄소 형태 기타 탄소 전처리 반응기 ID 가스
1 GSA 흑연 Z ZG N2
2 GSA 흑연 Z CuG N2
3 GSA 흑연 Z GPtGPtG He
4 GSA 흑연 Z NiPtG N2
5 GSA(750C에서) 흑연 Z NiPtG He
6 GSA 흑연 Z PtIrGG He
7 GSA 흑연 R CuG N2
8 미니-X 흑연 R GG-EL N2
9 E/LC APKI CgF Kr
10 GSA APKI CuG N2
11 GSA APKI 350C 탈착 CuG N2
12 E/LC PEEK GG-EL CO
13 GSA PEEK CuG N2
14 GSA MSP20X(미가공) CuG N2
15 GSR 로트 2006 24%CO2 GG-EL N2
16 GSA 로트 2006 350C 탈착 GG-EL N2
12%RH 침지
17 GSA 로트 1000 CuG N2
18 GSA 로트 1002 CuG N2
19 GSA 로트 1013 GG-EL N2
20 GSA MSC30(미가공) GPtG He
21 GSR 로트 2008 GG-EL N2
22 GSA 로트 2003 CuG N2
23 GSA 로트 2003 125C 탈착 CuG N2
24 GSA 로트 2003 250C 탈착 CuG N2
25 GSA 로트 2003 350C 탈착 CuG N2
26 E/LC GSX(미가공) GG-EL/GZ(Co) He
27 E/LC 로트 2005 40%RH 침지 GG-EL He
28 GSA 로트 2005 70%RH 침지 GG-EL N2
29 GSR 로트 2005 12%RH 침지 GG-EL N2
30 GSR 로트 2005 GG-EL/GZ-(Pt) He
31 E/LC 흑연 Z GZ(Nb) He
32 E/LC 흑연 Z GZ(Co) He
33 E/LC 흑연 Z NiG N2
34 GSA 흑연 Z ZG(Z=Cu/Rx=G) N2
35 GSA 흑연 Z ZG(Rx=Cu/Zins=G) N2
36 E/LC MSC30(미가공) NiG He
37 E/LC 흑연 Z CgF 믹스 2
38 E/LC 흑연 A 롤리팝 믹스 1
39 QPP-PFC(정적) 로트 1044 GG-EL N2
40 QPP-PFC(정적) 20% 로트 1044 GG-EL N2
80% 로트 1045
41 QPP-PFC(정적) 로트 2006 350C 탈착 GG-EL He
70%RH 침지
24%CO2
42 QPP-PFC(활성) MSP20X(미가공) CuG N2
43 QPP-PCC(활성 로트 2000 CuG He/H2
44 QPP-PFC(활성) MSP20X(미가공) CuG N2
45 Ref-X 정적 Ref-X 블렌드 Ref-X 믹스 3
46 Ref-X 정적 Ref-X 블렌드 Ref-X 믹스 3
47 Ref-X 정적 Ref-X 블렌드 Ref-X 믹스 3
48 Ref-X 외번 Ref-X 블렌드 Ref-X 믹스 3
49 Ref-X 외번 Ref-X 블렌드 Ref-X 믹스 3
50 QPP-PFC(정적) MSP20X(미가공) CuG He/H2
믹스 1=CO(50%):Kr(35%):He(15%)
믹스 3=Ne에 이어서 N2
상기 예시들에 따라 검출된 원소들은 도 16a-도 16e에 있는 주기율표에 제시되어 있다. 출발 물질들은 하기 표에 따라 인스턴스화되었다.
출발
물질 		Si Ca Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Y Zr Nb　 Mo Ce W Pb
C 흑연 12 2 7 9 　 3 5 　 112 20 11 　 　 　 8 　 6 　
C 나노 53 19 7 3 36 4 3 16 51 3 1 23 7 3 　 8 4 19　
C act N/R 　 1 　 　 6 　 1 38 　 3 1 1 1 6 32 1 3
C MCG 6 3 3 　2 2 1 　 3 1 　 　 　 　 6 　 　 　
여기에 언급된 특허 및 과학 문헌은 관련 기술분야의 통상의 당업자가 이용할 수 있는 지식을 확립한다. 본원에 인용된 모든 미국 특허들 및 공개되거나 공개되지 않은 미국 특허 출원들은 참조로 포함된다. 본원에 인용된 모든 공개된 외국 특허들 및 특허 출원들은 본원에 참조로 포함된다. 본원에 인용된 다른 모든 출판된 참고문헌들, 문서들, 원고들 및 과학 문헌은 본원에 참조로 포함된다.
본 발명이 그의 바람직한 실시양태를 참조하여 특히 나타내지고 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 포함된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부사항들의 다양한 변화들가 이루어질 수 있다는 것이 관련 기술분야의 통상의 당업자에 의해 이해될 것이다. 명세서 및 청구범위에 제시된 수치는 수치와 관련하여 관련 기술분야의 통상의 당업자에 의해 결정되는 근사치(예를 들어, 대략 또는 약)인 것으로 이해된다. 예를 들어, 정수여야 하는 값과 같이, 관련 기술분야의 통상의 당업자가 달리 이해하지 않는 한, 명시된 값의 10 % 이내를 의미하는 것으로 이해될 수 있다.

Claims (213)

  1. (a) 내부에 원소 금속 나노구조체들(nanostructures)이 배치되어 있는 나노기공들(nanopores) 및 (b) 원소 금속 매크로구조체(macrostructure) ―상기 원소 금속 매크로구조체는 내부 탄소를 더 포함함―를 포함하는 나노다공성 탄소 분말을 포함하는, 조성물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체는 응집된(agglomerated) 원소 금속 나노구조체들을 포함하는, 조성물.
  3. 제1항 또는 제2 항에 있어서,
    탄소-금속 계면에서 이방성 텐드릴 모폴로지(anisotropic tendril morphology)에 의해 특징화되는 금속을 포함하는 금속 증착물들 및 나노다공성 탄소 조성물을 포함하는, 조성물.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 나노구조체들이 내부 탄소를 포함하는, 조성물.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄소-금속 계면의 탄소가 sp2인, 조성물.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄소-금속 계면으로부터 원위의(distal) 탄소가 비정질인, 조성물.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄소-금속 계면이 금속 원자들의 복수 개의 로우(row)들에 의해 특징화되는, 조성물.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    탄소-금속 계면이 금속의 복수 개의 별개의 로우들을 포함하는, 조성물.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    원소 탄소 나노구조체들이 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 수소화물들, 금속 탄화물들, 및/또는 금속 황화물을 더 포함하는, 조성물.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 매크로구조체에서의 C14의 농도가 상기 나노다공성 탄소 분말에서의 C14의 농도와 실질적으로 동일한, 조성물.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 적어도 95 %wt 탄소, 예컨대 적어도 약 96 %, 97 %, 98 % 또는 99 %wt 탄소(금속들 기준)인, 조성물.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 99.9 %wt 탄소(금속들 기준)인, 조성물.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 1 ㎛ 내지 5 mm 이상, 바람직하게는 7 내지 13 ㎛ 및 30 내지 150 ㎛의 질량 평균 직경을 갖는, 조성물.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 적어도 약 1 m2/g 또는 적어도 약 200 m2/g의 표면적을 갖는, 조성물.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 복수 개의 초미세기공들에 의해 특징화되는, 조성물.
  16. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 20 옹스트롬 미만, 바람직하게는 15 옹스트롬 미만 또는 보다 바람직하게는 10 옹스트롬 미만의 직경을 갖는 복수 개의 초미세기공들에 의해 특징화되는, 조성물.
  17. 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 약 100 내지 3000 m2/g의 초미세기공 표면적을 갖는, 조성물.
  18. 제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 산 또는 염기 컨디셔닝에 의해 특징화되는, 조성물.
  19. 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 산 컨디셔닝에 의해 특징화되며, 상기 산은 HCl, HF, HBr, HI, 황산, 인산, 탄산, 및 질산으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 조성물.
  20. 제1 항 내지 제19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 탄소의 약 30 중량% 미만, 바람직하게는 15 중량% 미만, 예컨대 약 10 중량% 미만의 잔류 수분 함량에 의해 특징화되는, 조성물.
  21. 제1 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 실온에서 5 % RH 또는 40 % RH 또는 70 % RH 미만의 상대 습도(RH)에 노출 직후 달성된 것보다 적은 잔류 수분 함량에 의해 특징화되는, 조성물.
  22. 제1 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 환원, 양성자화, 또는 산화된, 조성물.
  23. 제1 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 환원된, 조성물.
  24. 제1 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말이 그래핀을 포함하는, 조성물.
  25. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 매크로구조체가 응집된 원소 금속 나노구조체들을 포함하는, 조성물.
  26. 제1 항 내지 제25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 개 이상의 원소 금속들에 의해 특징화되는, 조성물.
  27. 제1 항 내지 제26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 복수 개의 전이 금속들에 의해 특징화되는, 조성물.
  28. 제1 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 하나의 원소 금속의 우세에 의해 특징화되는, 조성물.
  29. 제1 항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 전이 금속, 예컨대 구리, 철, 니켈 및 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속으로부터 선택된 하나의 원소 금속의 우세에 의해 특징화되는, 조성물.
  30. 제1 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 구리의 우세(preponderance)에 의해 특징화되는, 조성물.
  31. 제1 항 내지 제30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 구리의 우세에 의해 특징화되며 텅스텐 및/또는 몰리브덴을 더 포함하는, 조성물.
  32. 제1 항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 니켈의 우세에 의해 특징화되는, 조성물.
  33. 제1 항 내지 제28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 니켈의 우세에 의해 특징화되며 텅스텐 및/또는 몰리브덴을 더 포함하는, 조성물.
  34. 제1 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 철의 우세에 의해 특징화되는, 조성물.
  35. 제1 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 철의 우세에 의해 특징화되며 텅스텐 및/또는 몰리브덴을 더 포함하는, 조성물.
  36. 제1 항 내지 제35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 적어도 하나의 검출된 금속에 의해 특징화되는, 조성물.
  37. 제1 항 내지 제36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 적어도 하나의 희토류 금속에 의해 특징화되는, 조성물.
  38. 제1 항 내지 제37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 적어도 하나의 백금족 금속에 의해 특징화되는, 조성물.
  39. 제1 항 내지 제38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    원소 금속 매크로구조체가 나노와이어인, 조성물.
  40. 제1 항 내지 제39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 원소 나노구조체들의 스트링을 포함하는 나노와이어인, 조성물.
  41. 제1 항 내지 제40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 적어도 5의 종횡비를 가진 나노와이어인, 조성물.
  42. 제1 항 내지 제41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 1 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 나노와이어인, 조성물.
  43. 제1 항 내지 제42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 적어도 약 100 마이크로미터의 직경을 갖는 로드(rod)인, 조성물.
  44. 제1 항 내지 제43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 원소 금속 나노구체들을 함유하는 금속 매트릭스 구체인, 조성물.
  45. 제1 항 내지 제44 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 나노구조체 및 상기 원소 매크로구조체들이 동일한 원소 금속들을 포함하는, 조성물.
  46. 제1 항 내지 제45 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 나노구조체가 TEM 이미지의 육안 검사에 의해 검출된 바와 같이, 약 10 ㎛ 미만, 바람직하게는 약 1 ㎛ 미만의 평균 직경을 갖는, 조성물.
  47. 제1 항 내지 제46 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 나노구조체가 다공성인, 조성물.
  48. 제1 항 내지 제47 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체들이 상기 원소 금속 매크로구조체의 TEM 이미지로부터 육안으로 계산된 바와 같이, 약 1 ㎛ 미만, 예컨대 약 500 nm 미만, 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만의 수치 평균 기공 직경을 갖는 기공에 의해 특징화되는, 조성물.
  49. 제1 항 내지 제48 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체들이 그로부터 돌출된 구별되는 원소 금속 나노구조체를 갖는 기공에 의해 특징화되는, 조성물.
  50. 제1 항 내지 제49 항 중 어느 한 항에 따른 조성물로부터 단리된 원소 금속 매크로구조체.
  51. 응집체 원소 금속 나노구조체들 및 내부 탄소를 포함하는 원소 금속 매크로구조체.
  52. 제51 항에 있어서,
    탄소-금속 계면에서의 탄소가 sp2 탄소를 포함하는, 원소 금속 매크로구조체.
  53. 제51항 또는 제52 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 개 이상의 원소 금속들에 의해 특징화되는, 원소 금속 매크로구조체.
  54. 제50 항 내지 제53 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 복수 개의 전이 금속들에 의해 특징화되는, 원소 금속 매크로구조체.
  55. 제50 항 내지 제53 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 하나의 원소 금속의 우세에 의해 특징화되는, 원소 금속 매크로구조체.
  56. 제50 항 내지 제55 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 전이 금속, 예컨대 구리, 철, 니켈 및 몰리브덴으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속으로부터 선택된 하나의 원소 금속의 우세에 의해 특징화되는, 원소 금속 매크로구조체.
  57. 제50 항 내지 제56 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 구리의 우세에 의해 특징화되는, 원소 금속 매크로구조체.
  58. 제50 항 내지 제57 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 구리의 우세에 의해 특징화되며 텅스텐 및/또는 몰리브덴을 더 포함하는, 원소 금속 매크로구조체.
  59. 제50 항 내지 제56 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 니켈의 우세에 의해 특징화되는, 원소 금속 매크로구조체.
  60. 제50 항 내지 제56 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 니켈의 우세에 의해 특징화되며 텅스텐 및/또는 몰리브덴을 더 포함하는, 원소 금속 매크로구조체.
  61. 제50 항 내지 제56 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 철의 우세에 의해 특징화되는, 원소 금속 매크로구조체.
  62. 제50 항 내지 제56 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 철의 우세에 의해 특징화되며 텅스텐 및/또는 몰리브덴을 더 포함하는, 원소 금속 매크로구조체.
  63. 제50 항 내지 제62 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 적어도 하나의 희토류 금속에 의해 특징화되는, 원소 금속 매크로구조체.
  64. 제50 항 내지 제63 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 적어도 하나의 백금족 금속에 의해 특징화되는, 원소 금속 매크로구조체.
  65. 제50 항 내지 제64 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 나노와이어인, 원소 금속 매크로구조체.
  66. 제50 항 내지 제65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 원소 나노구조체들의 스트링을 포함하는 나노와이어인, 원소 금속 매크로구조체.
  67. 제50 항 내지 제66 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 적어도 5의 종횡비를 가진 나노와이어인, 원소 금속 매크로구조체.
  68. 제50 항 내지 제67 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 1 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 나노와이어인, 원소 금속 매크로구조체.
  69. 제50 항 내지 제68 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 적어도 약 100 마이크로미터의 직경을 갖는 로드인, 원소 금속 매크로구조체.
  70. 제50 항 내지 제69 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 원소 금속 나노구체들을 함유하는 금속 매트릭스 구체인, 원소 금속 매크로구조체.
  71. 제50 항 내지 제70 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가, TEM 이미지의 육안 검사에 의해 검출된 바와 같이, 약 10 ㎛ 미만, 바람직하게는 약 1 ㎛ 미만의 평균 직경을 갖는, 원소 금속 매크로구조체.
  72. 제50 항 내지 제71 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체가 원소 금속 나노구체들은 다공성인, 원소 금속 매크로구조체.
  73. 제50 항 내지 제72 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체들이, 원소 금속 매크로구조체의 TEM 이미지로부터 육안으로 계산된 바와 같이, 약 1 ㎛ 미만, 예컨대 약 500 nm 미만, 약 200 nm 미만, 약 100 nm 미만의 수치 평균 기공 직경을 갖는 기공에 의해 특징화되는, 원소 금속 나노구조체.
  74. 제50 항 내지 제74 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원소 금속 매크로구조체들이 그로부터 돌출된 구별되는 원소 금속 나노구조체를 갖는 기공에 의해 특징화되는, 원소 금속 나노구조체.
  75. 중앙 처리 장치(central processing unit) 및 전원 공급장치;
    하나 이상의 가스 공급부들;
    하우징 유입구 및 하우징 배출구를 갖는 하우징;
    각각의 가스 공급부 및 상기 하우징 유입구와 유체 연결되는 상류 가스 라인;
    상기 하우징 유입구 및 하우징 배출구와 유체 연결되는 내부 가스 라인;
    상기 하우징 배출구와 유체 연결되는 하류 가스 라인;
    상기 내부 가스 라인 아래에 위치결정된 적어도 하나의 펜슬 램프(pencil lamp), 상기 내부 가스 라인 위에 위치결정된 적어도 하나의 펜슬 램프 및 상기 내부 가스 라인의 측면에 위치결정된 적어도 하나의 펜슬 램프;
    선택적인 단파(short wave) 램프 및/또는 장파(long wave) 램프; 및
    상기 내부 가스 라인을 둘러싸는 선택적인 E/MEE 코일로 이루어지며,
    각각의 램프는 독립적으로 회전가능하게 탑재되고, 상기 내부 가스 라인의 길이를 따라 위치되며, 상기 전원 공급장치에 의해 전원이 공급되고, 상기 중앙 처리 장치는 각각의 램프에 전원을 공급하는 것 및 각각의 램프의 회전 위치를 독립적으로 제어하는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  76. 제75 항에 있어서,
    AC 및/또는 DC로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 하나 초과의 전원 공급장치가 제공되는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  77. 제75항 또는 제76 항에 있어서,
    각각의 가스 공급부가 가스 실린더인, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  78. 제75 항 내지 제77 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 가스 공급부가 공기, 산소, 질소, 수소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소 및 그의 혼합물들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  79. 제75 항 내지 제78 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 가스 공급부가 질소 또는 헬륨인, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  80. 제75 항 내지 제79 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 공급부들에는 금속 염들 및 기화된 금속들이 없는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  81. 제75 항 내지 제80 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질량 유량계들에 의해 제어되는 가스 매니폴드(gas manifold)를 더 포함하는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  82. 제75 항 내지 제81 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 일산화탄소 가스 실린더가 카르보닐 필터에 의해 특징화되는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  83. 제75 항 내지 제82 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 공급 가스의 유량이 0.01 분당 표준 리터(SLPM) 내지 10 SLPM 이상일 수 있고 상기 중앙 처리 장치에 의해 제어되는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  84. 제75 항 내지 제83 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징이 폐쇄되고 불투명한, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  85. 제75 항 내지 제84 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 가스 라인이 투명한, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  86. 제75 항 내지 제85 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 가스 라인이 투명한 유리인, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  87. 제75 항 내지 제86 항 중 어느 한 항에 있어서,
    불투명한 물질, 예컨대 스테인리스 강 또는 플라스틱에 의해 특징화되는 유입구 또는 배출구와 유체 연결되는 적어도 하나의 외부 가스 라인을 더 포함하는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  88. 제75 항 내지 제87 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 가스 라인이 50 cm 내지 5 미터 이상인, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  89. 제75 항 내지 제88 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 가스 라인이 2 mm 내지 25 cm 이상의 직경에 의해 특징화되는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  90. 제75 항 내지 제89 항 중 어느 한 항에 있어서,
    5, 6, 7, 8, 9, 10 개 또는 그 초과의 펜슬 램프들이 상기 내부 가스 라인을 따라 위치하는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  91. 제75 항 내지 제93 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 펜슬 램프가 그의 세로 축이 (i) 상기 내부 가스 라인에 평행하거나, (ii) 상기 내부 가스 라인에 수직면에서 방사상으로 배치되거나, 또는 (iii) 상기 내부 가스 라인의 세로 축을 따라 또는 상기 내부 가스 라인의 수직 축을 따라 생성된 평면에 수직이 되도록 독립적으로 배치되는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  92. 제75 항 내지 제91 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 램프가 회전을 허용하는 하나 이상의 구심점들(pivots)에 독립적으로 부착되는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  93. 제75 항 내지 제92 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 구심점이 x, y, 및/또는 z 축에 대해 약 0도 내지 360 도의 회전을 허용하고, (i) 상기 x-축은 가스 라인 및 그의 수직면에 평행한 축으로 정의되고, (ii) 상기 y-축은 가스 라인에 수직이고 그의 수평면에 평행한 축을 정의하고, 그리고 (iii) 상기 z-축은 가스 라인에 수직이고 그의 수직면에 평행한 축으로 정의되는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  94. 제75 항 내지 제93 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 펜슬 램프는 네온 램프이고, 상기 적어도 하나의 펜슬 램프는 크립톤 램프이고, 상기 적어도 하나의 펜슬 램프는 아르곤 램프인, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  95. 제75 항 내지 제94 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 크세논 펜슬 램프를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 램프는 장파 램프인, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  96. 제75 항 내지 제95 항 중 어느 한 항에 있어서,
    E/MEE 코일이 상기 내부 가스 라인을 둘러싸며, E/MEE 주파수 발생기에 작동 가능하게 연결되는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  97. 제75 항 내지 제96 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 램프가 구심점에 의해 유지되며, 상기 구심점은 중앙 처리 장치, 예컨대 상기 구심점을 회전하고 각각의 램프에 전원을 제공하도록 프로그래밍된 컴퓨터에 의해 제어될 수 있는, 가스 처리용 전자기 매립 장치.
  98. 반응기 어셈블리로서,
    가스 유입구 및 하나 이상의 가스 배출구들;
    바람직하게는 나노다공성 탄소 물질을 함유하는 반응기 챔버;
    상기 반응기 챔버의 바닥(floor)을 정의하는 제1 다공성 프릿(frit);
    상기 반응기 챔버의 천장을 정의하는 제2 다공성 프릿 ―각각의 다공성 프릿은, 가스가 상기 반응기 챔버 내로 침투하게 하고 나노다공성 탄소 물질을 함유하기에 충분한 다공도를 가짐―;
    상기 반응기 챔버의 측벽을 정의하는 선택적인 반응기 컵;
    상기 제2 다공성 프릿 위에 위치결정된 반응기 캡;
    상기 제1 다공성 프릿 아래에 배치된 반응기 본체;
    상기 반응기 캡 위에 배치된 반응기 헤드 공간;
    상기 반응기 챔버와 상기 반응기 컵 사이에 배치된 선택적인 호일(foil);
    전원 공급장치 및/또는 및 RA 주파수 발생기에 작동 가능하게 연결된, 상기 반응기 본체 및/또는 반응기 챔버 주위에 하나 이상의 RA 코일들;
    상기 반응기 헤드 공간을 x-선들에 노출시키도록 구성된 선택적인 x-선 공급원;
    상기 반응기 챔버를 통해 레이저를 지향하도록 구성된 하나 이상의 선택적인 레이저들; 및
    상기 전원 공급장치, 주파수 발생기 및 선택적인 x-선 공급원 및 레이저들을 제어하도록 구성된 컴퓨터 처리 장치
    를 포함하는, 반응기 어셈블리.
  99. 제98 항에 있어서,
    상기 가스 유입구가 적어도 하나의 가스 공급부와 유체 연결되는, 반응기 어셈블리.
  100. 제99 항에 있어서,
    각각의 가스 공급부가 공기, 산소, 수소, 헬륨, 질소, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소 및 그의 혼합물들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 반응기 어셈블리.
  101. 제99항 또는 제100 항에 있어서,
    적어도 하나의 가스 공급부가 질소 또는 헬륨인, 반응기 어셈블리.
  102. 제99 항 내지 제101 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 공급부들에는 금속 염들 및 기화된 금속들이 없는, 반응기 어셈블리.
  103. 제99 항 내지 제103 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질량 유량계들에 의해 제어되는 가스 매니폴드를 더 포함하는, 반응기 어셈블리.
  104. 제99 항 내지 제104 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 일산화탄소 가스 실린더가 카르보닐 필터에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  105. 제99 항 내지 제104 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 공급 가스의 유량이 0.01 분당 표준 리터(SLPM) 내지 10 SLPM 이상일 수 있고 중앙 처리 장치에 의해 제어되는, 반응기 어셈블리.
  106. 제99 항 내지 제105 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 유입구가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 배출구 가스와 유체 연결되는, 반응기 어셈블리.
  107. 제99 항 내지 제106 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기 챔버가 나노다공성 탄소 분말을 더 포함하는, 반응기 어셈블리.
  108. 제99 항 내지 제107 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 적어도 95 %wt 탄소, 예컨대 적어도 약 96 %, 97 %, 98 % 또는 99 %wt 탄소(금속들 기준)인, 반응기 어셈블리.
  109. 제99 항 내지 제108 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 적어도 99.9 %wt 탄소(금속들 기준)인, 반응기 어셈블리.
  110. 제99 항 내지 제109 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 1 ㎛ 내지 5 mm 이상, 바람직하게는 7 내지 13 ㎛ 및 30 내지 150 ㎛의 질량 평균 직경을 갖는, 반응기 어셈블리.
  111. 제99 항 내지 제110 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 적어도 약 1 m2/g 또는 적어도 약 200 m2/g의 표면적을 갖는, 반응기 어셈블리.
  112. 제99 항 내지 제111 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 복수 개의 초미세기공들에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  113. 제99 항 내지 제112 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 20 옹스트롬 미만, 바람직하게는 15 옹스트롬 미만, 또는 보다 바람직하게는 10 옹스트롬 미만의 직경을 갖는 복수 개의 초미세기공들에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  114. 제99 항 내지 제113 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 약 100 내지 3000 m2/g의 초미세기공 표면적을 갖는, 반응기 어셈블리.
  115. 제99 항 내지 제114 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 산 또는 염기 컨디셔닝에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  116. 제99 항 내지 제115 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 산 컨디셔닝에 의해 특징화되며, 상기 산은 HCl, HF, HBr, HI, 황산, 인산, 탄산, 및 질산으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 반응기 어셈블리.
  117. 제99 항 내지 제116 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 탄소의 약 30 중량% 미만, 바람직하게는 15 중량% 미만, 예컨대 약 10 중량% 미만의 잔류 수분 함량에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  118. 제99 항 내지 제117 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 실온에서 5 % RH 또는 40 % RH 또는 70 % RH 미만의 상대 습도(RH)에 노출 직후 달성된 것보다 적은 잔류 수분 함량에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  119. 제99 항 내지 제118 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 환원, 양성자화, 또는 산화된, 반응기 어셈블리.
  120. 제99 항 내지 제119 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 그래핀을 포함하는, 반응기 어셈블리.
  121. 제99 항 내지 제120 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 RA 코일이 전원 공급장치에 작동 가능하게 연결된 유도 코일인, 반응기 어셈블리.
  122. 제99 항 내지 제121 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주파수 발생기 및 전원 공급장치에 각각 독립적으로 작동 가능하게 연결된 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 RA 코일들을 포함하는, 반응기 어셈블리.
  123. 제99 항 내지 제122 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주파수 발생기 및 전원 공급장치에 각각 독립적으로 작동 가능하게 연결된 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 RA 코일들을 포함하며, 각각의 코일이 독립적으로 동일하거나 상이한 전도성 금속을 포함하는, 반응기 어셈블리.
  124. 제99 항 내지 제123 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주파수 발생기 및 전원 공급장치에 각각 독립적으로 작동 가능하게 연결된 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 RA 코일들을 포함하며, 하나의 코일은 구리 와이어 권선을 포함하고, 하나의 코일은 구리 와이어와 은 와이어의 편조(braiding)를 포함하고, 하나의 코일은 백금 와이어 권선인, 반응기 어셈블리.
  125. 제99 항 내지 제124 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주파수 발생기 및 전원 공급장치에 각각 독립적으로 작동 가능하게 연결된 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 RA 코일들을 포함하며, 각각의 코일은 자기장을 생성하도록 구성되는, 반응기 어셈블리.
  126. 제99 항 내지 제125 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기 컵이 흑연 또는 구리를 포함하는, 반응기 어셈블리.
  127. 제99 항 내지 제126 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기 캡이 흑연 또는 구리를 포함하는, 반응기 어셈블리.
  128. 제99 항 내지 제127 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기 본체가 흑연 또는 구리를 포함하는, 반응기 어셈블리.
  129. 제99 항 내지 제128 항 중 어느 한 항에 있어서,
    호일이 상기 반응기 캡과 상기 챔버 사이에 배치되는, 반응기 어셈블리.
  130. 제99 항 내지 제129 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기 챔버를 x-선들에 노출시키도록 구성된 x-선 공급원을 더 포함하는, 반응기 어셈블리.
  131. 제99 항 내지 제130 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프릿을 향해 레이저를 지향하도록 구성된 하나 이상의 레이저들을 더 포함하는, 반응기 어셈블리.
  132. 제99 항 내지 제131 항 중 어느 한 항에 있어서,
    프릿을 향해 레이저를 지향하도록 구성된 상이한 파장들의 2개의 레이저들을 더 포함하는, 반응기 어셈블리.
  133. 반응기 어셈블리로서,
    가스 유입구 및 하나 이상의 가스 배출구들;
    바람직하게는 나노다공성 탄소 물질을 함유하는 반응기 챔버;
    상기 반응기 챔버의 바닥을 정의하는 제1 다공성 프릿;
    상기 반응기 챔버의 천장을 정의하는 제2 다공성 프릿 ―각각의 다공성 프릿은, 가스가 상기 반응기 챔버 내로 침투하게 하고 나노다공성 탄소 물질을 함유하기에 충분한 다공도를 가짐―;
    상기 반응기 캡 위에 배치된 반응기 헤드 공간;
    RA 주파수 발생기 및 전원 공급장치에 작동 가능하게 연결된, 상기 반응기 챔버 및/또는 반응기 헤드 공간 주위의 2, 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 RA 코일들;
    2, 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 램프 쌍들 ―상기 램프 쌍들은 상기 RA 코일들 주위에 원주방향으로 배치되고 상기 램프 쌍들과 상기 RA 코일들 사이의 공간을 정의함―;
    상기 반응기 챔버를 x-선들에 노출시키도록 구성된 선택적인 x-선 공급원;
    상기 반응기 챔버를 통해 레이저를 지향하도록 구성된 하나 이상의 선택적인 레이저들; 및
    상기 전원 공급장치, 주파수 발생기 및 선택적인 x-선 공급원 및 레이저들을 제어하도록 구성된 컴퓨터 처리 장치
    를 포함하는, 반응기 어셈블리.
  134. 제133 항에 있어서,
    상기 가스 유입구가 적어도 하나의 가스 공급부와 유체 연결되는, 반응기 어셈블리.
  135. 제134 항에 있어서,
    각각의 가스 공급부가 공기, 산소, 수소, 헬륨, 질소, 네온, 아르곤, 크립톤, 크세논, 일산화탄소, 이산화탄소 및 그의 혼합물들로 이루어진 군으로부터 선택되는, 반응기 어셈블리.
  136. 제134항 또는 제135 항에 있어서,
    적어도 하나의 가스 공급부가 질소 또는 헬륨인, 반응기 어셈블리.
  137. 제134 항 내지 제136 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 공급부들에는 금속 염들 및 기화된 금속들이 없는, 반응기 어셈블리.
  138. 제134 항 내지 제137 항 중 어느 한 항에 있어서,
    질량 유량계들에 의해 제어되는 가스 매니폴드를 더 포함하는, 반응기 어셈블리.
  139. 제134 항 내지 제138 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 일산화탄소 가스 실린더가 카르보닐 필터에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  140. 제134 항 내지 제139 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 공급 가스의 유량이 0.1 분당 표준 리터(SLPM) 내지 100 SLPM 이상일 수 있고 중앙 처리 장치에 의해 제어되는, 반응기 어셈블리.
  141. 제134 항 내지 제140 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 유입구가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 배출구 가스와 유체 연결되는, 반응기 어셈블리.
  142. 제134 항 내지 제141 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기 챔버가 나노다공성 탄소 분말을 더 포함하는, 반응기 어셈블리.
  143. 제134 항 내지 제142 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 적어도 95 %wt 탄소, 예컨대 적어도 약 96 %, 97 %, 98 % 또는 99 %wt 탄소(금속들 기준)인, 반응기 어셈블리.
  144. 제134 항 내지 제143 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 적어도 99.9 %wt 탄소(금속들 기준)인, 반응기 어셈블리.
  145. 제134 항 내지 제144 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 1 ㎛ 내지 5 mm 이상, 바람직하게는 7 내지 13 ㎛ 및 30 내지 150 ㎛의 질량 평균 직경을 갖는, 반응기 어셈블리.
  146. 제134 항 내지 제145 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 적어도 약 1 m2/g 또는 적어도 약 200 m2/g의 표면적을 갖는, 반응기 어셈블리.
  147. 제134 항 내지 제146 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 복수 개의 초미세기공들에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  148. 제134 항 내지 제147 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 20 옹스트롬 미만, 바람직하게는 15 옹스트롬 미만, 또는 보다 바람직하게는 10 옹스트롬 미만의 직경을 갖는 복수 개의 초미세기공들에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  149. 제134 항 내지 제148 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 약 100 내지 3000 m2/g의 초미세기공 표면적을 갖는, 반응기 어셈블리.
  150. 제134 항 내지 제149 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 산 또는 염기 컨디셔닝에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  151. 제134 항 내지 제150 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 산 컨디셔닝에 의해 특징화되며, 상기 산은 HCl, HF, HBr, HI, 황산, 인산, 탄산, 및 질산으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 반응기 어셈블리.
  152. 제134 항 내지 제151 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 탄소의 약 30 중량% 미만, 바람직하게는 15 중량% 미만, 예컨대 약 10 중량% 미만의 잔류 수분 함량에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  153. 제134 항 내지 제152 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 실온에서 5 % RH 또는 40 % RH 또는 70 % RH 미만의 상대 습도(RH)에 노출 직후 달성된 것보다 적은 잔류 수분 함량에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  154. 제134 항 내지 제153 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 환원, 양성자화, 또는 산화된, 반응기 어셈블리.
  155. 제134 항 내지 제154 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말이 그래핀을 포함하는, 반응기 어셈블리.
  156. 제134 항 내지 제155 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 RA 코일이 독립적으로 동일하거나 상이한 전도성 금속을 포함하는, 반응기 어셈블리.
  157. 제134 항 내지 제156 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주파수 발생기 및 전원 공급장치에 각각 독립적으로 작동 가능하게 연결된 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 RA 코일들을 포함하며, 하나의 코일은 구리 와이어 권선을 포함하고, 하나의 코일은 구리 와이어와 은 와이어의 편조를 포함하고, 하나의 코일은 백금 와이어 권선인, 반응기 어셈블리.
  158. 제134 항 내지 제157 항 중 어느 한 항에 있어서,
    주파수 발생기 및 전원 공급장치에 각각 독립적으로 작동 가능하게 연결된 3, 4, 5 개 또는 그 초과의 RA 코일들을 포함하며, 각각의 코일은 자기장을 생성하도록 구성되는, 반응기 어셈블리.
  159. 제134 항 내지 제158 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반응기 챔버를 x-선들에 노출시키도록 구성된 x-선 공급원을 더 포함하는, 반응기 어셈블리.
  160. 제134 항 내지 제159 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 레이저가 상이한 파장에 의해 특징화되는, 반응기 어셈블리.
  161. 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정으로서,
    나노다공성 탄소 분말을 제101 항 내지 제160 항 중 어느 한 항에 따른 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
    가스를 상기 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
    하나 이상의 RA 코일들에 제1 전자기 에너지 수준으로 전원을 공급하는 단계;
    상기 나노다공성 탄소 분말에 고조파 패터닝(patterning)을 적용하여 나노기공에서 원소 금속 나노구조체를 인스턴스화하는(instantiate) 단계
    를 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  162. 제161 항에 있어서,
    RA 주파수 발생기가 하나 이상의 RA 코일들에 전원을 공급하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  163. 제161항 또는 제162 항에 있어서,
    각각의 RA 주파수 발생기가 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들에서 고조파 전자기 공명을 확립하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  164. 제161 항 내지 제163 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 주파수 발생기가 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들에서 고조파 전자기 공명을 확립하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  165. 제161 항 내지 제164 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항의 장치에 적용되고 적어도 하나의 램프에 전원이 공급되는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  166. 제161 항 내지 제165 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항의 장치에 적용되고 각각의 램프에 순차적으로 전원이 공급되는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  167. 제161 항 내지 제166 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항의 장치에 적용되고 각각의 램프에 순차적으로 전원이 공급되고, 상기 장치가, 상기 가스를 제1 전자기 방사 조건에 노출시키기에 충분한 시간 동안 유지된 후, 상기 가스를 후속 전자기 방사 조건에 노출시키기에 충분한 시간 동안 하나 이상의 램프들을 제2 위치로 회전시키는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  168. 제161 항 내지 제167 항 중 어느 한 항에 있어서,
    E/MEE 코일이 활성화되는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  169. 제161 항 내지 제168 항 중 어느 한 항에 있어서,
    E/MEE 주파수 발생기가 E/MEE 코일에 전원을 공급하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  170. 제161 항 내지 제169 항 중 어느 한 항에 있어서,
    E/MEE 주파수 발생기가, 상기 가스를 활성화하기에 충분한 시간 동안 E/MEE 코일에 전원을 공급하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  171. 제161 항 내지 제170 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말의 표면 케미스트리(surface chemistry)을 변형하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  172. 제161 항 내지 제171 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 산 세척하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  173. 제161 항 내지 제172 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 HCl, HF, HBr, HI, 황산, 인산, 탄산, 및 질산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 묽은 산 용액으로 산 세척하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  174. 제161 항 내지 제173 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 염기 세척하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  175. 제161 항 내지 제174 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 산화시키는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  176. 제161 항 내지 제175 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 양성자화하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  177. 제161 항 내지 제176 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 실온에서 특정 상대 습도(RH), 예컨대 5 % RH 또는 40 % RH 또는 70 % RH에 노출시키는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  178. 제161 항 내지 제177 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 조성물이 제1 항 내지 제49 항 중 어느 한 항에 따른 것인, 나노다공성 탄소 조성물을 제조하는 공정.
  179. 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정으로서,
    나노다공성 탄소 분말을 제101 항 내지 제160 항 중 어느 한 항에 따른 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
    가스를 상기 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
    하나 이상의 RA 코일들에 제1 전자기 에너지 수준으로 전원을 공급하는 단계;
    상기 나노다공성 탄소 분말에 고조파 패터닝을 적용하여 나노기공에서 원소 금속 나노구조체를 인스턴스화하는 단계
    를 포함하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  180. 제179 항에 있어서,
    RA 주파수 발생기가 하나 이상의 RA 코일들에 전원을 공급하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  181. 제179항 또는 제180 항에 있어서,
    각각의 RA 주파수 발생기가 상기 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들에서 고조파 전자기 공명을 확립하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  182. 제179 항 내지 제181 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 주파수 발생기가 상기 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들에서 고조파 전자기 공명을 확립하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  183. 제179 항 내지 제182 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항의 장치에 적용되고 적어도 하나의 램프에 전원이 공급되는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  184. 제179 항 내지 제183 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항의 장치에 적용되고 각각의 램프에 순차적으로 전원이 공급되는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  185. 제179 항 내지 제184 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항의 장치에 적용되고 각각의 램프에 순차적으로 전원이 공급되고, 상기 장치가, 상기 가스를 제1 전자기 방사 조건에 노출시키기에 충분한 시간 동안 유지된 후, 상기 가스를 후속 전자기 방사 조건에 노출시키기에 충분한 시간 동안 하나 이상의 램프들을 제2 위치로 회전시키는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  186. 제179 항 내지 제185 항 중 어느 한 항에 있어서,
    E/MEE 코일이 활성화되는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  187. 제179 항 내지 제186 항 중 어느 한 항에 있어서,
    E/MEE 주파수 발생기가 E/MEE 코일에 전원을 공급하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  188. 제179 항 내지 제187 항 중 어느 한 항에 있어서,
    E/MEE 주파수 발생기가 상기 가스를 활성화하기에 충분한 시간 동안 E/MEE 코일에 전원을 공급하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  189. 제179 항 내지 제188 항 중 어느 한 항에 있어서,
    나노다공성 탄소 분말을 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 나노다공성 탄소 분말의 표면 케미스트리를 변형하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  190. 제179 항 내지 제189 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 산 세척하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  191. 제179 항 내지 제190 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 HCl, HF, HBr, HI, 황산, 인산, 탄산, 및 질산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 묽은 산 용액으로 산 세척하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  192. 제179 항 내지 제191 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 염기 세척하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  193. 제179 항 내지 제192 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 산화시키는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  194. 제179 항 내지 제193 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 양성자화하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  195. 제179 항 내지 제194 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 실온에서 특정 상대 습도(RH), 예컨대 5 % RH 또는 40 % RH 또는 70 % RH에 노출시키는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공 내의 원소 금속을 인스턴스화하는 공정.
  196. 나노다공성 탄소 분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄(quantum printing)하는 공정으로서,
    나노다공성 탄소 분말을 제101 항 내지 제138 항 중 어느 한 항에 따른 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
    가스를 상기 반응기 어셈블리에 첨가하는 단계;
    하나 이상의 RA 코일들에 제1 전자기 에너지 수준으로 전원을 공급하는 단계;
    상기 나노다공성 탄소 분말에 고조파 패터닝을 적용하여 나노기공에서 원소 금속 나노구조체를 인스턴스화하는 단계
    를 포함하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  197. 제196 항에 있어서,
    RA 주파수 발생기가 하나 이상의 RA 코일들에 전원을 공급하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  198. 제196항 또는 제197 항에 있어서,
    각각의 RA 주파수 발생기가 상기 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들에서 고조파 전자기 공명을 확립하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  199. 제196 항 내지 제198 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 주파수 발생기가 상기 나노다공성 탄소 분말의 초미세기공들에서 고조파 전자기 공명을 확립하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  200. 제196 항 내지 제199 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항의 장치에 적용되고 적어도 하나의 램프에 전원이 공급되는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  201. 제196 항 내지 제200 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항의 장치에 적용되고 각각의 램프에 순차적으로 전원이 공급되는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  202. 제196 항 내지 제201 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스가 제75 항 내지 제97 항 중 어느 한 항의 장치에 적용되고 각각의 램프에 순차적으로 전원이 공급되고, 상기 장치가, 상기 가스를 제1 전자기 방사 조건에 노출시키기에 충분한 시간 동안 유지된 후, 상기 가스를 후속 전자기 방사 조건에 노출시키기에 충분한 시간 동안 하나 이상의 램프들을 제2 위치로 회전시키는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  203. 제196 항 내지 제202 항 중 어느 한 항에 있어서,
    E/MEE 코일이 활성화되는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  204. 제196 항 내지 제203 항 중 어느 한 항에 있어서,
    E/MEE 주파수 발생기가 E/MEE 코일에 전원을 공급하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  205. 제196 항 내지 제204 항 중 어느 한 항에 있어서,
    E/MEE 주파수 발생기가 상기 가스를 활성화하기에 충분한 시간 동안 E/MEE 코일에 전원을 공급하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  206. 제196 항 내지 제205 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말의 표면 케미스트리를 변형하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  207. 제196 항 내지 제206 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 산 세척하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  208. 제196 항 내지 제207 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 HCl, HF, HBr, HI, 황산, 인산, 탄산, 및 질산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 묽은 산 용액으로 산 세척하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  209. 제196 항 내지 제208 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 염기 세척하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  210. 제196 항 내지 제209 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 산화시키는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  211. 제196 항 내지 제210 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 양성자화하는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  212. 제196 항 내지 제211 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노다공성 탄소 분말을 상기 반응기 어셈블리에 첨가하기 전에 상기 나노다공성 탄소 분말을 실온에서 특정 상대 습도(RH), 예컨대 5 % RH 또는 40 % RH 또는 70 % RH에 노출시키는 단계를 더 포함하는, 나노다공성 탄소분말 내의 원소 금속을 양자 인쇄하는 공정.
  213. 제161 항 내지 제212 항 중 어느 한 항에 따라 제조된 원소 금속 나노구조체들을 포함하는 나노다공성 탄소 조성물.
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