WO2005097675A1 - 原子状炭素材料及びその製造方法 - Google Patents
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- B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
- B01J6/008—Pyrolysis reactions
Definitions
- Atomic carbon material and method for producing the same
- the present invention relates to an atomic carbon material useful as various carbon materials and a method for producing the same.
- Carbon is one of the important constituents of all organic matter and life activities, and is a nonmetallic material that has high heat and electricity conductivity and has a small expansion coefficient due to heat. Has many advantages such as strong stability and is used in many fields.
- the carbon atom has three or four hands (dangling bonds) that have four valence electrons and are not bonded.
- fullerenes and carbon nanotubes have characteristics and properties that conventional graphites have, such as fineness and large ion-adsorbing power. Therefore, new carbon materials have been developed in the field of nanocarbons. It has been researched in various fields, and has been put to practical use.
- fullerenes and carbon nanotubes are produced by heating and evaporating a coat or a polymer compound using, for example, plasma or laser. Therefore, fullerenes and carbon nanotubes are also dara phytoidyl as giant carbon allotropes having a covalent bond of six carbon atoms.
- each carbon material has only one ion adsorption capacity, and the fullerene composed of 60 carbon atoms has an ion adsorption capacity of 60, and the nanotube composed of 1000 carbon atoms has an ion adsorption capacity of 60.
- the adsorption capacity is limited to 1000.
- Chargeal carbonized at a low temperature by the conventional method is generally known as non-crystalline (amorphous) having low electrical conductivity. It is difficult to reduce, and a pure carbon material cannot be obtained.
- an object to be solved by the present invention is to provide a very useful atomic carbon material having an ion adsorption capacity (combining force with other substances) far superior to fullerenes and nanotubes, and its use. It is intended to provide a manufacturing method.
- the present invention made to solve the above-mentioned problems has been achieved by using ultrafine particles (“atomic carbon particles”) in which carbon atoms or carbon atoms are bonded in a chain of about 2 to 5 or 10 carbon atoms. ) Are atomically attracted to each other due to interatomic attractive force to form an amorphous mass of an atomic carbon material, or a carbon atom or a chain of 2 to 5 or 10 carbon atoms. It is an atomic carbon material having an extremely fine particle size of carbon particles in a bonded state.
- a covalently bound organic substance not containing simple carbon preferably, an organic substance containing carbon, oxygen, and hydrogen as components such as a plant, for example
- the organic substance is heated at a predetermined temperature in an inert atmosphere (eg, nitrogen atmosphere) at a predetermined temperature, and the desired components other than carbon in the atmosphere and the organic substance (for example, gas components such as oxygen and water vapor).
- an inert atmosphere eg, nitrogen atmosphere
- the desired components other than carbon in the atmosphere and the organic substance for example, gas components such as oxygen and water vapor.
- the components having the lower decomposition temperature are successively pyrolyzed to separate the bonds with carbon individually, and the decomposed components are kept in an inert atmosphere each time.
- the obtained massive atomic carbon was cooled to 450 ° C or less in an inert atmosphere, and the particle diameter was almost the same as that of carbon atoms, or 2 to 5 or 10 carbon atoms were bonded in a chain. It is characterized in that it is pulverized to the size of the ultrafine particles in a state.
- the atomic carbon material of the present invention has an ion adsorption capacity of four times that of fullerene composed of 60 carbon atoms, that is, 240, that is, 240.
- the atomic carbon material of the present invention has an ion adsorption capacity of four times the ion adsorption capacity of carbon nanotubes composed of 1000 carbon atoms of 1,000, that is, 4000, and is extremely active. Can be used for applications.
- the atomic carbon material of the present invention has a particle property or an ultrafine particle property unlike the conventional carbon which is drawn by graphite, and furthermore, it is possible to use fine particles or various substances and compounds. It is possible to make.
- it since it is carbon, it has no toxicity to the human body, and is expected to have various excellent uses such as medicines, health materials, and beauty agents.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a preferred basic device in a method for producing an atomic carbon material according to the present invention.
- FIG. 2 is an electron micrograph at a magnification of 2,000,000 times of the atomic carbon material according to the present invention.
- FIG. 3 is an enlarged view of FIG. 2.
- FIG. 4 is an electron micrograph of a carbon material at a magnification of 2,000,000 times when cured at a temperature of 550 ° C. for a short time under the same conditions as in the above-mentioned manufacturing method.
- FIG. 5 is an enlarged view of FIG. 4.
- FIG. 6 is a diagram showing the result of X-ray analysis of the atomic carbon material according to the present invention.
- FIG. 7 is a diagram schematically showing an atomic carbon material according to the present invention by element symbols.
- FIG. 8 is a spectrum measurement diagram of water obtained by adding the atomic carbon material according to the present invention to water.
- FIG. 1 shows an example of a production apparatus for carrying out the method for producing an atomic carbon material according to the present invention. It has a pipeline with an airtight chamber 1 that does not allow air, a nitrogen injection on-off valve 2, and a pyrolysis gas discharge on-off valve 3. A heater 4 for raising the temperature to a predetermined temperature is incorporated inside. Further, it comprises a cartridge 5 for taking out carbon having the same atmosphere (nitrogen atmosphere) as the airtight chamber 1, an organic material, and a table 6. The cartridge 5 is detachable from the airtight chamber 1.
- FIG. 1 shows an example of a production apparatus for carrying out the method for producing an atomic carbon material according to the present invention. It has a pipeline with an airtight chamber 1 that does not allow air, a nitrogen injection on-off valve 2, and a pyrolysis gas discharge on-off valve 3. A heater 4 for raising the temperature to a predetermined temperature is incorporated inside. Further, it comprises a cartridge 5 for taking out carbon having the same atmosphere (nitrogen atmosphere) as the air
- reference numeral 7 denotes an organic material of the hermetic chamber 1 and a shutter provided at the entrance of the table 6, and when the hermetic chamber 1 is closed, the hermetic chamber 1 is kept in an airtight or nitrogen atmosphere.
- Reference numeral 8 denotes a lid or an opening / closing door provided on the cartridge 5, and when closed, keeps the cartridge 5 airtight or in a nitrogen atmosphere.
- raw materials wood, bamboo, and other organic substances
- the heater 4 is incorporated therein, and is loaded (pushed) into the airtight chamber 1.
- nitrogen is injected from the nitrogen injection on-off valve 2, and at the same time, the internal air is exhausted from the pyrolysis gas discharge on-off valve 3, and the interior of the hermetic chamber 1 and the cartridge 5 is made into a nitrogen atmosphere, and heated by the heater 4. .
- the temperature is kept at 100 ° C. to 150 ° C. (preferably 150 ° C.), the water is sufficiently vaporized, and the vaporized water is discharged out of the hermetic chamber 1.
- the completely dried raw material is heated using the heater 4, and the raw material is heated up to 350 ° C. to 450 ° C. sequentially to thermally decompose the components contained in the raw material. All raw materials generated up to 450 ° C must be discharged outside the hermetic chamber, and each time it is necessary to inject nitrogen and maintain an inert atmosphere. Then, the component bonded to carbon in the raw material is liberated leaving carbon, and is not vaporized at 450 ° C.!
- the atomic carbon material according to the present invention remains.
- a high temperature of 450 ° C or higher is required for the allotrope bond which crystallizes with organic carbon and becomes inorganic, that is, the excitation energy for graphitic. Therefore, the atomic carbon material of the present invention must be kept at 450 ° C. or lower where graphite is not formed.
- the heater 4 is stopped, low-temperature nitrogen is injected from the nitrogen injection on-off valve 2, and at the same time, the internal high-temperature nitrogen gas is discharged from the pyrolysis gas discharge on-off valve 3.
- the atomic carbon material is The cartridge 5 is moved from the airtight chamber 1 to the cartridge 5 together with the table 6, the lid 8 of the cartridge 5 is closed, and the cartridge 5 is separated from the airtight chamber 1 while keeping the inside of the cartridge 5 in a nitrogen atmosphere.
- the shutter 7 of the airtight room 1 is also closed to prepare for the next operation.
- the remaining carbon is composed of ultrafine particles of carbon atoms or a state in which about 2 to 5 and 10 carbon atoms are bonded in a chain (Fig. 2), and these ultrafine particles are irregular due to interatomic attractive force.
- Fig. 2 a state in which about 2 to 5 and 10 carbon atoms are bonded in a chain
- amorphous atomic carbon material To obtain an amorphous atomic carbon material.
- the atomic carbon material needs to be sealed and stored while maintaining a nitrogen atmosphere that does not oxidize carbon, in order to maximize the ability to use the material as a material.
- the atomic carbon material stored in the cartridge 5 does not come into contact with air and does not combine with oxygen and other substances. Then, the atomic carbon material that does not combine with oxygen or other substances is pulverized as necessary to become particles or ultrafine particles.
- the pulverization of the atomic carbon material may be performed in any manufacturing process after the atomic carbon material is obtained, but, for example, 450 ° C in the hermetic chamber 1 in a process before being housed in the cartridge 6 in a sealed state. Under an inert atmosphere of C or less, it can be ground to an extremely fine particle size. Alternatively, after cooling to about 50 ° C. to 100 ° C., the mixture may be pulverized to an ultra-fine particle size in an airtight chamber 1 by an inert atmosphere! / ⁇ . Furthermore, after the cooling, the cartridge 6 may be housed in a sealed state and transported, and may be pulverized by a pulverizer. Since the above-mentioned atomic carbon is not combined with oxygen or other substances, it becomes highly reactive highly negative ion water (PH is 11 or more) when mixed with water.
- PH highly reactive highly negative ion water
- FIG. 2 is a photograph of the atomic carbon material according to the present invention taken at 2,000,000 times by an ultra-high resolution transmission electron microscope of Toray Research Center Co., Ltd.
- Fig. 3 is an enlarged view of the image in Fig. 2.
- the average size is 1.66 A (angstrom).
- 1 A has one carbon C
- the rod-shaped 2 nm one has 5 to 7 carbon Cs bonded in a chain, and does not constitute a graphite hexahedron. It turns out that it is an organic matter state.
- Fig. 4 is a 2 million-fold photograph of the carbon shown in Figs. 2 and 3 heated at 550 ° C for 30 minutes.
- Fig. 5 is an enlargement of Fig. 4, and the surface force is such that carbon is aligned horizontally to form graphite. V, is what. Therefore, it can be seen that when the temperature becomes higher than 450 ° C, the graphitization proceeds rapidly, crystallizes and changes to inorganic carbon, and the characteristics of the organic material, which is the atomic carbon material of the present invention, are lost.
- FIG. 6 is a spectrum diagram showing the result of X-ray analysis of the atomic carbon material according to the present invention by an X-ray analyzer of Sumika Chemical Analysis Service Co., Ltd., Ehime Works.
- the analysis from Fig. 2 to Fig. 6 confirmed that the atomic carbon material according to the present invention was amorphous and atomic organic carbon (submitted as Appendix 1, Appendix 2).
- FIG. 7 is a diagram schematically showing the atomic carbon material according to the present invention based on the sp orbital of carbon based on the photograph of FIG. 3 using element symbols.
- carbon is physically known to have four electrons (electrons), and it is known that the combinations required for life activities and the composition of matter can be countless, and the activities of electrons produce various energies.
- Certain force electrons are those that lose the power and number lost by crystallization of a material and are unable to bind to a variety of other materials.
- the atomic carbon material of the present invention can activate 4 electrons when C is 1 and 10 electrons when C is 4, and has a normal ion adsorption capacity of graphite graphite. 3 to 24 times that of Also, when C is present in the atomic carbon material of the present invention, the particle size is close to an atom of lnm or less (theoretically 1.66 A), as shown in FIG. It has the ability to adsorb 4 ions per carbon atom. Therefore, the atomic carbon material of the present invention has an ion adsorption capacity of four times that of fullerene composed of 60 carbon atoms, that is, 240, that is, 240.
- the atomic carbon material of the present invention has an ion adsorption capacity of four times the ion adsorption capacity of carbon nanotubes composed of 1000 carbon atoms of 1000, that is, 4000, and is extremely active. It can be used for applications. Furthermore, the atomic carbon material of the present invention has a particle property or an ultra-fine particle property, unlike conventional carbon which is graphitized, so that it is possible to produce fine particles or compounds with various substances. It is. In addition, since it is carbon, it has no toxicity to the human body, so it is expected to be used in various excellent applications such as medicines, health materials, and beauty agents.
- Fig. 8 shows the powdered atomic carbon material according to the present invention added to tap water. The spectrum was measured using a diamond prism. (Submit as Attachment 3)
- the atomic carbon material according to the present invention is graphitized like a conventionally known charcoal, that is, exists in water by ionizing in water in which six carbon atoms are not cyclically bonded. It has been shown that the atomic carbon material according to the present invention has completely different properties from conventional organic carbides.
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Abstract
フラーレンやナノチューブよりもはるかに優れたイオン吸着能力を有する原子状炭素材料及びその製造方法を提供する。この原子状炭素材料は、有機化合物として存在していた状態に近く、直径が１ｎｍ以下（理論的には１．６６Å程度）の原子に近い状態であり、原子間引力により互いに集合した塊状、または粒径が１ｎｍ以下の粒子体である。この原子状炭素材料は、炭素単体を含まない有機物からなる原材料を不活性雰囲気において所定の温度で順次、温度を上げて加熱し、前記雰囲気中及び有機物中の炭素以外の所期成分を、450°C以下の温度において分解温度の低いものから順次熱分解させて炭素との結合を個別的に遊離させて製造する。
Description
明 細 書
原子状炭素材料及びその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、各種炭素素材として有用な原子状炭素材料及びその製造方法に関す るものである。
背景技術
[0002] 炭素は、全ての有機物、生命活動の重要な構成要素の一つであり、非金属であり ながら、熱や電気の伝導率が高ぐ熱による膨張率が小さいば力りか薬品などにも強 く安定している等、多くの利点を有しており、数多くの分野で用いられている。
[0003] そして、炭素原子は価電子が 4個あり結合しない 3つ又は 4つの手 (ダングリングボン ド）を有している。
[0004] また、従来、知られている炭素は分子状のものであり、グラフアイト（黒鉛）、ダイヤモ ンド、フラーレン、炭素ナノチューブの四つの結晶質構造を示す同素体が知られてい る。
[0005] 殊に、フラーレン、炭素ナノチューブは微細でイオン吸着力が大きいなど従来のグ ラフアイトが有して ヽな 、性質を有して 、ることからナノカーボンの分野にぉ 、て新規 炭素材料として注目され、各種の分野で研究され、実用ィ匕もされている。
[0006] ところが、フラーレン、炭素ナノチューブは、例えばプラズマやレーザーなどによりコ 一タスや高分子化合物を加熱、蒸発させて製造している。従って、フラーレン、炭素 ナノチューブも炭素原子 6個力 なる共有結合を有する巨大な炭素同素体としてダラ ファイトィ匕している。
[0007] そのため、各炭素材料は 1つのイオン吸着能力をそれぞれ有するだけであって、 60 の炭素原子で構成されるフラーレンではイオン吸着能力は 60、 1000個の炭素原子で 構成されるナノチューブではイオン吸着能力は 1000が限度である。
[0008] また、コータスを 800°C以上で熱処理すると酸化化合物が蒸発して、炭素の同素体 を得ることができる力 グラフアイトイ匕が進み硬化してしまう。
[0009] 更に、有機物を熱すると弱い結合の手力 順に切れて、水素や酸素が取れて炭素だ
け力 なる物質に次第に変化 (炭化)することは知られており、日本では古くから植物 を炭化して「木炭」が作られて 、る。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 従来の方法により低温で炭化された「木炭」は一般的に電気伝導率の低い非結晶 質 (アモルファス）として知られているが、従来の炭化手段では高温にしないと炭素や 水素の減少が困難であり、純粋な炭素材料を得ることができない。
[0011] また、酸素や水素をなくすためには高温にする必要があり、得られる炭化物 (木炭） は炭素原子 6個が共有結合した状態のものが前後左右方向に並んでお互いに結晶 化 (グラフアイト化)したものもあり、積層した電気伝導度が高ぐきわめて安定したもの となり、他の物質との化合させることが困難であり、専ら物理的に優れた性質を利用 するに留まっている。
[0012] そこで、本発明が解決しょうとする課題は、フラーレンやナノチューブよりも遙かに優 れたイオン吸着能力 (他の物質との化合力）を有するきわめて有用な原子状炭素材 料及びその製造方法を提供するものである。
課題を解決するための手段
[0013] 前記課題を解決するためになされた本発明は、炭素原子、或いは炭素原子が 2乃 至 5個又は 10個程度の鎖状に結合した状態の極微粒子（「原子状炭素粒子」と!、う） が原子間引力により互いに不規則に集合して非晶質な塊状を呈する原子状炭素材 料、また、炭素原子、或いは炭素原子が 2乃至 5個又は 10個程度の鎖状に結合した 状態の炭素カゝらなる粒径が極微粒の原子状炭素材料である。
[0014] 更に、本発明に係る製造方法は原料として、炭素単体を含まない共有結合してい る有機物 (好ましくは例えば植物のように炭素と酸素と水素を成分として ヽる有機物） を用い、この有機物を不活性雰囲気 (例えば窒素雰囲気）において所定の温度で順 次、温度を上げて加熱し、前記雰囲気中及び有機物中の炭素以外の所期成分 (例 えば、酸素、水蒸気などの気体成分)を、 450°C以下の温度において分解温度の低 い成分力 順次熱分解させて炭素との結合を個別的に遊離させるとともにその都度 不活性雰囲気を保ったままの状態で上記分解された成分を雰囲気外に排除し、更
に、得られた塊状の原子状炭素を不活性雰囲気において 450°C以下に冷却して粒 径が炭素原子と同じ程度、或いは炭素原子が 2乃至 5個又は 10個程度の鎖状に結合 した状態の極微粒子の粒径に粉砕することを特徴とする。
発明の効果
[0015] 本発明の原子状炭素材料は、 60個の炭素原子で構成されるフラーレンのイオン吸 着能力 60の 4倍、すなわち、 240のイオン吸着能力を有する。また、本発明の原子状 炭素材料は、 1000個の炭素原子で構成されるカーボンナノチューブのイオン吸着 能力 1000の 4倍、すなわち、 4000のイオン吸着能力を有することになり、きわめて 活性で、各種の用途に利用することができる。
[0016] さらに、本発明の原子状炭素材料は、グラフアイトイ匕している従来の炭素と異なり粒 子性、或いは極微粒子性を有しており、さらに細かいば力りか各種の物質と化合物を 作ることが可能である。また炭素であることから、人体に対しても毒性を有しないため 、薬品や健康材料、美容剤など各種の優れた用途が期待される。
[0017] 本発明の上記目的及び利点は添付図面を参照して説明される、以下の実施例に よってより一層明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
[0018] [図 1]本発明に係る原子状炭素材料の製造方法における好ましい基本装置の形態を 概略的に示す断面図である。
[図 2]本発明に係る原子状炭素材料の倍率 200万倍の電子顕微鏡写真である。
[図 3]図 2を拡大して示す図である。
[図 4]前記製造方法と同じ条件の下で温度を 550°Cで短時間だけ養生したときの炭素 材料の倍率 200万倍の電子顕微鏡写真である。
[図 5]図 4を拡大して示す図である。
[図 6]本発明に係る原子状炭素材料を X線解析したときの結果を表す図である。
[図 7]本発明に係る原子状炭素材料を元素記号で模式的に表した図である。
[図 8]本発明に係る原子状炭素材料を水に添加させた水のスペクトル測定図である。 発明を実施するための最良の形態
[0019] 次に、本発明を実施するための最良の形態について添付の図面を参照して説明
する。図 1は本発明に係る原子状炭素材料の製造方法を実施するための製造装置 の一例を示すものである。空気の入らない気密室 1と窒素注入開閉弁 2と熱分解ガス 排出開閉弁 3を持った管路を備えている。内部に所定の温度まで上昇させるための ヒーター 4が組み込まれている。さらに気密室 1と同じ雰囲気 (窒素雰囲気)を持つ炭 素取り出し用のカートリッジ 5と有機材料及び台 6から構成されているものである。カー トリッジ 5は気密室 1に着脱可能になっている。なお、図 1において、 7は気密室 1の有 機材料及び台 6の出入り口に設けられたシャッターであり、閉鎖されたときは気密室 1 を気密或いは窒素雰囲気に保つ。 8はカートリッジ 5に設けられた蓋或いは開閉扉で あり、閉鎖されたときはカートリッジ 5を気密或いは窒素雰囲気に保つ。
次に本発明に係る原子状炭素材料を製造するには最初に台 6に原料 (木材、竹な どの有機物）を入れ、ヒーター 4が組み込まれて 、る気密室 1に装填する（押し込む） 。次に窒素注入開閉弁 2より窒素を注入し、同時に熱分解ガス排出開閉弁 3より内部 の空気を排出し気密室 1とカートリッジ 5の内部を窒素雰囲気にし、ヒーター 4により加 熱するものである。第 1段階として原料は水分を含むものであるから、 100°C〜150°C に温度を保ち (150°Cが好ましい)、水分を充分に気化させ、気化した水分を気密室 1 外に排出する。これと同時に同量の窒素を窒素注入開閉弁 2より注入し、常に密室 室 1内を原料である有機材料が酸ィ匕しない状態、すなわち、気密な窒素雰囲気にし ておくことが望ましい。更にヒーター 4を用いて完全乾燥状態になった原料を加熱し、 350°C〜450°Cまで順次上昇させ原料に含まれる成分の熱分解を行うものである。 450°Cに至るまで発生した原料成分はすべて気密室外に排出し、その都度窒素が注 入され不活性雰囲気を保つことが必要である。すると原料中の炭素と結合している成 分が炭素を残して遊離し、 450°Cで気化しな!ヽ本発明に係る原子状炭素材料が残存 する。ここで炭素の持つ特性として、有機物状態の炭素と結晶化し無機質となる同素 体結合、すなわちグラフアイトィヒする励起エネルギーは 450°C以上の高温が必要であ る。従って本発明の原子状炭素材料はグラフアイトが形成されない 450°C以下とする ことが必要である。その後ヒーター 4を停止して、窒素注入開閉弁 2より低温の窒素を 注入し、同時に熱分解ガス排出開閉弁 3より内部の高温の窒素ガスを排出させて気 密室 1とカートリッジ 5の内部を 50°C〜100°C程度まで冷却した後、原子状炭素材料を
台 6とともに気密室 1からカートリッジ 5へ移動させ、カートリッジ 5の蓋 8を閉鎖して、こ のカートリッジ 5の内部を窒素雰囲気に保ったまま気密室 1から離脱させる。気密室 1 についても、シャッター 7を閉鎖して、次の動作に備える。
[0021] 残存した炭素は炭素原子或いは炭素原子が 2乃至 5個及び 10個程度の鎖状に結合 した状態（図 2)の極微粒子からなり、この極微粒子が原子間引力により互いに不規 則に集合した非結晶な原子状炭素材料を得ることができる。さらに原子状炭素材料 は各工程を終了した後、材料として使用能力を最大限発揮するため、カートリッジ 5 は炭素を酸化させることのない窒素雰囲気を保ったまま密閉し保管する必要がある。 カートリッジ 5に保管された原子状炭素材料は空気に触れることがないので、酸素や 他の物質と化合しない。そして、酸素や他の物質と化合しない原子状炭素材料は必 要に応じて粉砕されたりして、粒子、或いは極微粒子となる。原子状炭素材料の粉砕 は、当該原子状炭素材料が得られた後ならどの製造工程において行ってもよいが、 例えばカートリッジ 6に密封状態で収容する前の工程で気密室 1の中で 450°C以下の 不活性雰囲気にぉ 、て極微粒径に粉砕することができる。或 ヽは 50°C〜100°C程度 まで冷却した後に気密室 1の中で不活性雰囲気にぉ 、て極微粒径に粉砕してもよ!/ヽ 。さらに、上記冷却後、カートリッジ 6に密封状態で収容して運搬し、粉砕機により粉 砕加工してもよい。上記原子状炭素は酸素や他の物質と化合していないため、水に 混入したときは反応性の富んだ高マイナスイオン水（PHは 11或いはそれ以上）にな る。
[0022] 図 2は本発明に係る原子状炭素材料を株式会社東レリサーチセンターの超高分解 能透過型電子顕微鏡により 200万倍で撮影した写真である。図 3は図 2の映像の拡大 図であり、この図では 10nm (ナノメートル）の中に無数の非晶質性物質があり、 10nm の中に約 1 Aから大きくて 2nm程度の炭素が集合しており、平均の大きさは 1. 66 A ( オングストローム）となっている。炭素の径から考えて 1 Aは炭素 Cが 1つ、棒状の 2nm のものは炭素 Cが 5〜7個鎖状に結合しているものであり、グラフアイト炭素 6面体を構 成しな 、有機物状態であることがわかる。
[0023] 図 4は図 2および図 3に示された炭素を 550°Cで 30分加熱した 200万倍の写真である 。図 5は図 4を拡大したものであり、表面力も炭素が横に整列しグラフアイトを形成して
V、るものである。したがって 450°Cを境にそれ以上高温になると急激とグラフアイトイ匕が 進み、結晶化し無機質の炭素に変化していっているのがわかり、本発明の原子状炭 素材料である有機質の特徴が失われることになる。
[0024] 図 6は本発明に係る原子状炭素材料を株式会社住化分析センター、愛媛事業所 の X線解析装置により X線解析したときの結果を表すスペクトル図である。いずれも図 2から図 6までの分析により本発明に係る原子状炭素材料が非晶質で原子状の有機 質炭素であることが確認された (添付資料 1,添付資料 2として提出する）
[0025] 図 7は図 3の写真をもとに本発明に係る原子状炭素材料を炭素の sp軌道をもとに、 元素記号で模式的に表したものである。元々物理的に炭素は電子 (エレクトロン)を 4 つ持ち、生命活動、物質の構成に必要な組み合わせが無数にできるものであること は知られており、エレクトロンの活動が様々なエネルギーを生み出すものである力 ェ レクトロンは物質が結晶化することにより失われる力、数が減少し、多様な他の物質に 結合することができなくなるものである。
[0026] 本発明の原子状質炭素材料は Cが 1であれば、エレクトロンが 4個、 Cが 4個であれ ばエレクトロンが 10個活動することができ、イオン吸着能力が通常のグラフアイト炭素 の 3倍から 24倍に達するものである。また、本発明の原子状炭素材料は Cが 1で存在 していた場合、粒子の大きさが lnm以下 (理論的には 1. 66A)の原子に近い状態 であり、図 7に示すように炭素原子 1個あたり 4個のイオンを吸着する能力を有する。 そのため本発明の原子状炭素材料は、 60個の炭素原子で構成されるフラーレンの イオン吸着能力 60の 4倍、すなわち、 240のイオン吸着能力を有する。また、本発明 の原子状炭素材料は、 1000個の炭素原子で構成されるカーボンナノチューブのィ オン吸着能力 1000の 4倍、すなわち、 4000のイオン吸着能力を有することになり、 きわめて活性で、各種の用途に利用することができる。さらに、本発明の原子状炭素 材料は、グラフアイトイ匕している従来の炭素と異なり粒子性、或いは極微粒子性を有 しており、さらに細かいば力りか各種の物質と化合物を作ることが可能である。また炭 素であることから、人体に対しても毒性を有しないため、薬品や健康材料、美容剤な ど各種の優れた用途が期待される。
[0027] 図 8は前記本発明に係る粉末状の原子状炭素材料を水道水に添加したものにつき
ダイヤモンドプリズムによるスペクトル測定をしたものである。（添付資料 3として提出 する）
[0028] この測定結果によると、炭酸塩は確認されたが炭素は確認することができな力つた 。従って、本発明に係る原子状炭素材料は従来知られている木炭のようなグラフアイ ト化即ち、 6個の炭素原子が環状に結合したものでなぐ水中でイオンィ匕して水中に 存在していた水素イオンと結合したものであり、本発明に係る原子状炭素材料が従 来の有機物力もの炭化物とは性質が全く異なることがわ力つた。
[0029] 更に、本発明に係る塊状の原子状炭素材料の電気伝導度を調べたところ電流値 は 0であり、完全な絶縁体であることもわ力つた。
[0030] 本発明は、図面に示す好ましい実施例に基づいて説明されてきたが、当業者であ れば、この発明を容易に変更及び改変し得る事は明らかであり、そのような変更部分 も発明の範囲に含まれるものである。
Claims
[1] 炭素原子、或いは炭素原子が 2乃至 5個又は 10個程度の鎖状に結合した状態の極 微粒子が原子間引力により互いに不規則に集合して非晶質の塊状を呈する原子状 炭 才
[2] 前記請求項 1に記載された塊状を呈する原子状炭素材料を 450°C以下の温度に保 つて粉砕することにより形成した極微粒の原子状炭素材料。
[3] 炭素単体を含まな!/、共有結合して!/、る有機物力もなる原材料を不活性雰囲気にお いて所定の温度で順次、温度を上げて加熱し、前記雰囲気中及び有機物中の炭素 以外の所期成分を、 450°C以下の温度にお!、て分解温度の低 、もの力 順次熱分 解させて炭素との結合を個別的に遊離させるとともにその都度不活性雰囲気を保つ たままの状態で雰囲気外に排除し、更に得られた塊状の原子状炭素を不活性雰囲 気に保ったままの状態で所定の容器に密封することを特徴とする原子状炭素材料の 製造方法。
[4] 前記請求項 3に記載の原子状炭素材料の製造方法において、容器の密封状態で 収容する前の工程で 450°C以下の不活性雰囲気において極微粒径に粉砕すること を特徴とする原子状炭素材料の製造方法。
[5] 前記原材料が木質または竹材である請求項 3記載の原子状炭素材料の製造方法
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