WO2015098982A1 - 爆轟法による炭素粒子の製造方法 - Google Patents

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隆太郎 和田
植田　雅也
洋三 角舘
修三 藤原
州 薄葉
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株式会社神戸製鋼所
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    • C04B2235/422—Carbon
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing carbon particles by the detonation method. More specifically, the present invention includes graphitic carbon and diamond by a detonation method using a raw material containing an aromatic compound having two or less nitro groups (hereinafter referred to as “non-explosive raw material”). The present invention relates to a method for producing carbon particles.
  • Nanoscale diamond (hereinafter referred to as “Nanodiamond”) has many excellent properties such as high hardness and extremely low coefficient of friction, so it has already been used in various fields and is a very promising new material. As a result, application development is being studied.
  • nanodiamonds can be synthesized using, for example, detonation reaction of explosives.
  • detonation is performed only with a raw material containing an aromatic compound having three or more nitro groups as a carbon source (hereinafter referred to as “explosive raw material”), and an explosive reaction is performed to constitute an explosive raw material.
  • a carbon atom decomposed and liberated from a molecule is produced as diamond under high temperature and high pressure at the time of detonation, which is called detonation method (for example, see Non-Patent Document 1).
  • the production of nanodiamonds by the detonation method has been performed in Eastern Europe such as Russia and Ukraine, the United States, China and the like.
  • explosive raw materials that are carbon sources
  • military waste explosives are available at low cost, so trinitrotoluene (TNT), or TNT and hexogen (RDX: trimethylenetrinitroamine) or octogen (HMX: Mixed explosives with cyclotetramethylenetetranitramine) have been used.
  • the explosive means a substance capable of detonation reaction, and both explosive and non-explosive raw materials are included in the explosive.
  • Explosive substances refer to substances that cause a rapid combustion reaction, and there are solid and liquid substances at room temperature and pressure, but unless otherwise specified in this specification, A solid explosive substance that does not flow at normal pressure.
  • nanodiamonds produced by the detonation method contain carbon impurities mainly composed of nanoscale graphite carbon (hereinafter referred to as “nanographite”), which is a carbon component having no diamond structure.
  • nanoscale graphite carbon hereinafter referred to as “nanographite”
  • nanographite has a new function because it can bond more heterogeneous atoms or functional groups other than carbon in addition to different physical properties such as low hardness and high electrical conductivity. It has features such as being able to have it. Therefore, it has been attracting attention as a promising new material that can have various properties by using nanographite alone or as a mixture with nanodiamond.
  • An object of the present invention is to provide a method capable of producing carbon particles containing nanoscale graphitic carbon and diamond by a detonation method using a non-explosive-based raw material that is inexpensive and can be stably supplied. There is.
  • the inventors of the present invention are that the carbon particles obtained by the detonation method using a non-explosive raw material are novel carbon materials (hereinafter referred to as “carbon particles”) containing nanoscale graphitic carbon and diamond.
  • carbon particles novel carbon materials
  • the present invention has been completed.
  • Nanodiamond or nanographite is decomposed to the atomic level when the raw material is detonated, and free carbon atoms that are not oxidized are aggregated and formed in a solid state.
  • the raw material is brought into a high temperature and high pressure state due to a decomposition reaction, but immediately expands and is cooled.
  • the process from high temperature and high pressure to vacuum cooling occurs in a much shorter time than normal combustion or deflagration, which is an explosion phenomenon slower than detonation. Carbon particles are produced.
  • a high-performance explosive known to cause a typical detonation for example, a mixed explosive of TNT and RDX
  • the pressure at the time of detonation becomes very high.
  • the generated carbon particles contain a large amount of diamond (nanodiamond). Therefore, in order to efficiently produce carbon particles with a high proportion of nanographite, the raw material has a composition in which the pressure at the time of detonation is an appropriate value lower than that of a high-performance explosive and free carbon is not oxidized It is important to select the substance.
  • the present invention is a method for producing carbon particles by the detonation method, wherein a raw material containing an aromatic compound having two or less nitro groups is used, and the explosion speed is 6300 m / s around the raw material.
  • a manufacturing method characterized in that the explosive substance is stably detonated by disposing the explosive substance as described above.
  • the raw material preferably contains at least one non-explosive raw material selected from the group consisting of dinitrotoluene, dinitrobenzene and dinitroxylene.
  • the explosive substance may be a liquid having fluidity at normal temperature and pressure (hereinafter referred to as “liquid explosive”). If a liquid explosive is used, compared with the case where a solid explosive substance is used, the freedom degree of a shape is high, size enlargement is easy, and operativity and safety
  • the explosive substance may be an explosive substance that does not contain carbon as a constituent element.
  • the liquid (liquid explosive) may include at least one selected from the group consisting of a mixture of hydrazine and hydrazine nitrate, a mixture of hydrazine and ammonium nitrate, nitromethane, and a mixture of hydrazine and nitromethane.
  • a coolant is disposed in a state where the source material and the explosive material are loaded in a chamber and / or around the source material and the explosive material in the chamber. It is preferable to perform detonation in the state. At this time, if the atmosphere in the chamber does not contain oxygen gas and / or if the coolant is a substance that does not substantially generate an oxidizing substance such as oxygen or ozone, the oxidation reaction can be suppressed.
  • the ratio specifically, “yield”, which is the mass ratio of the carbon particles to the raw material) that can recover the carbon particles from the carbon in the raw material is improved.
  • the production method of the present invention may further include a step of recovering carbon particles from the residue obtained in the detonation step.
  • this recovery step for example, if classification and purification treatment is performed, carbon particles can be obtained in the form of powder having a desired particle size.
  • Each of these preferred embodiments may be a combination of any two or more thereof.
  • the present invention also provides carbon particles obtained by the production method as described above.
  • the carbon particles contain graphitic carbon and diamond, and have a higher content of graphitic carbon than conventional products (when using explosive materials).
  • stable detonation can be caused by detonation using an inexpensive non-explosive material, and carbon particles containing graphitic carbon and diamond can be produced.
  • carbon particles containing a large amount of graphitic carbon and having different surface properties can be obtained as compared with conventional products using explosive materials.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an explosion device used in the production method of the present invention.
  • FIG. 2 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the carbon particles obtained in Experimental Example 3.
  • FIG. 3 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the carbon particles obtained in Experimental Example 3.
  • FIG. 4 is an X-ray diffraction chart of the carbon particles obtained in Experimental Example 3.
  • FIG. 5 is a graph showing a calibration curve used for determining the diamond content ratio of carbon particles.
  • the production method of the present invention is a method for producing carbon particles containing graphitic carbon and diamond by a detonation method, and the explosion speed around a source material containing an aromatic compound having two or less nitro groups.
  • an explosive substance having an explosion speed of 6300 m / s or more is arranged around a raw material substance containing an aromatic compound having two or less nitro groups.
  • An aromatic compound having two or less nitro groups is a non-explosive raw material contained in a raw material which is a carbon source for the detonation method.
  • An explosive substance having an explosion speed of 6300 m / s or more is a substance that causes a stable detonation in order to generate carbon particles from a raw material.
  • numerator which comprises an explosive substance contains a carbon atom
  • the said explosive substance may become a carbon source with a raw material substance.
  • An aromatic compound having 2 or less nitro groups is a compound having a structure in which 0, 1 or 2 hydrogen atoms of an aromatic ring such as benzene, naphthalene and anthracene are substituted with a nitro group.
  • the aromatic compound may have a substituent other than a nitro group, and examples of the substituent include an alkyl group, a hydroxy group, a hydroxyalkyl group, an amino group, and a halogen group.
  • the aromatic compound is nitrotoluene
  • the aromatic compound include benzene, toluene, xylene, naphthalene, anthracene, nitrobenzene, nitrotoluene, nitroxylene, nitronaphthalene, nitroanthracene, dinitrobenzene, dinitrotoluene, dinitroxylene, dinitronaphthalene, dinitroanthracene, and the like.
  • dinitrotoluene DNT
  • dinitrobenzene DB
  • dinitroxylene DNX
  • the aromatic compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • the raw material material may contain an explosive raw material in addition to an aromatic compound having two or less nitro groups, which is a non-explosive raw material.
  • the explosive raw material is, for example, a compound having three or more nitro groups, and is generally a nitro compound that is used for explosion purposes.
  • the nitro compound include trinitrotoluene (TNT), hexogen (RDX; cyclotrimethylenetrinitroamine), octogen (HMX; cyclotetramethylenetetranitramine), pentaerythritol tetranitrate (PETN), and tetril (tetranitromethylaniline).
  • TNT trinitrotoluene
  • RDX hexogen
  • HMX cyclotrimethylenetrinitroamine
  • HMX cyclotetramethylenetetranitramine
  • PETN pentaerythritol tetranitrate
  • tetril tetranitromethylaniline
  • the content ratio of the aromatic compound having 2 or less nitro groups in the raw material is usually 50% by mass or more, preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, based on the total mass of the raw material. More preferred is 95% by mass or more. If an aromatic compound having 2 or less nitro groups, which is an inexpensive non-explosive material, is contained in a high ratio, the content ratio of compounds having 3 or more nitro groups, which is an expensive explosive material, can be reduced. Therefore, the content ratio of the aromatic compound having 2 or less nitro groups is most preferably 100% by mass, but the upper limit is preferably about 99% by mass or 98% by mass. .
  • the explosive speed of the explosive material placed around must be higher than the explosive speed of the raw material.
  • DNT true density: 1.52 g / cm 3 , melting point: 67-70 ° C.
  • the explosive speed of explosive substances must be higher than this. Therefore, in the present invention, the explosion speed of the explosive substance is defined as 6300 m / s or more.
  • the explosive speed of a typical explosive substance is usually 10000 m / s or less.
  • the explosive speed of the explosive material in the present invention can be defined as 10,000 m / s or less.
  • the explosion speed is a propagation speed of detonation when an explosive substance causes detonation, and is measured by a Dortrish method, an ion gap method, an optical fiber method, or the like.
  • LASL Explosive Properties Date ed. Gibbs, T .; R. and Propolato, A .; , University of California Press, Berkeley, Los Angeles, London, 1980.
  • For the explosion speed of DNT see Combustion and Flames, Volume 14 (1970), page 145.
  • Examples of the explosive substance include TNT, RDX, HMX, PETN, tetril, mixed explosives mainly composed of RDX and TNT (for example, composition B), mixed explosives mainly composed of HMX and TNT (for example, Octol).
  • a liquid explosive can also be used as the explosive substance. If a liquid is used for the explosive substance, the degree of freedom of shape is high, the size can be easily increased, and operability and safety can be improved as compared with the case where a solid is used.
  • Liquid explosives include hydrazine (including its hydrated hydrazine hydrate) and hydrazine nitrate, hydrazine and ammonium nitrate, hydrazine, hydrazine nitrate and ammonium nitrate, nitromethane and hydrazine and nitromethane. It is done.
  • a solid material having a low melting point is preferably TNT that is easy to mold, or composition B containing TNT as a main component.
  • the explosive substances may be used alone or in combination of two or more. Table 1 shows the properties of typical explosive substances.
  • the amount of the raw material or explosive substance used may be appropriately adjusted according to the desired amount of carbon particles, and is not particularly limited, but the ratio (explosive material / raw material) is preferably a mass ratio, preferably It is 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, preferably 1 or less, more preferably 0.9 or less, and still more preferably 0.8 or less. If the ratio of the amount used is less than 0.1, a detonation reaction sufficient to generate carbon particles cannot be performed, and thus the yield may decrease. Conversely, if the ratio of the amount used exceeds 1, explosive substances are used more than necessary, which may increase production costs.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an explosion device used in the production method of the present invention.
  • the explosive device shown in FIG. 1 is merely illustrative and is not intended to limit the present invention.
  • the explosive substance 12 is arranged around the raw material substance 10.
  • the high temperature and high pressure accompanying the shock wave generated by the detonation of the explosive substance 12 is applied to the raw material substance 10 as uniformly as possible, that is, in an explosive shape. It is preferable to arrange the source material 10 and the explosive material 12 symmetrically so as to ensure symmetry. Therefore, for example, when both the raw material 10 and the explosive substance 12 are solid, the raw material 10 and the explosive substance 12 are concentrically formed by, for example, melting and compressing them in a cylindrical split mold. A columnar molded body may be produced.
  • the raw material 10 When the raw material 10 is solid and the explosive material 12 is a liquid explosive, the raw material 10 is melted and pressed to produce a cylindrical molded body, and the molded body is formed into a cylindrical shape. After arranging the axial direction in the center of the inside of the container, liquid explosives may be injected around it. When the raw material 10 is liquid and the explosive material 12 is solid, the explosive material 12 is melted and pressed to produce a concentric hollow cylindrical molded body, and the raw material is formed in the hollow portion. 10 may be injected.
  • the container 20 that houses the raw material 10 and the explosive substance 12 is referred to as an “explosion container”.
  • the explosion container 20 it is preferable to use, for example, a container made of a synthetic resin such as an acrylic resin because impurities such as metals can be prevented from being mixed.
  • the explosive substance 12 is then detonated to generate carbon particles from the raw material substance 10.
  • a shock wave generated by the detonation reaction of the explosive substance 12 propagates toward the raw material 10, and the shock wave is compressed by the shock wave to cause detonation, and the carbon decomposed and released from the organic molecules constituting the raw material 10.
  • the atoms change to carbon particles containing nanographitic carbon and nanodiamond.
  • a closed system for example, the source material and the explosive material, for example, made of metal (For example, a state in which a molded body of the raw material and the explosive material or a explosion container containing the raw material and the explosive material is suspended in the chamber) Preferably it is done.
  • a chamber used for detonation is referred to as an “explosion chamber”. In detonation, if the atmosphere in the explosion chamber does not substantially contain oxygen, the oxidation reaction of carbon can be suppressed, so that the yield can be improved.
  • an inert gas such as nitrogen gas, argon gas or carbon dioxide gas, or ⁇ 0.1 to ⁇ 0.01 MPaG (the symbol “G attached after the pressure unit”) is performed. "Indicates the gauge pressure; the same applies to the following), or after evacuating and releasing the atmosphere (oxygen), the inert gas as described above is added to +0.000 to +0. What is necessary is just to fill to a weak positive pressure of about 001 MPaG.
  • the chamber is not limited to metal, and may be made of concrete, for example. Further, without using a chamber, detonation may be carried out in the earth or a tunnel excavated underground.
  • the coolant 32 is a substance that does not substantially generate an oxidizing substance such as oxygen or ozone, the oxidation reaction of carbon can be suppressed, so that the yield is improved.
  • coolant 32 oxygen gas dissolved in the coolant 32 may be removed, or a coolant 32 that does not contain a constituent element that generates an oxidizing substance such as oxygen or ozone may be used.
  • the coolant 32 include water and alkyl halides (for example, chlorofluorocarbons, carbon tetrachloride), and water is particularly preferable because it has little adverse effect on the environment.
  • Explosive substance 12 is normally detonated using a detonator or detonator, but in order to cause detonation more reliably, an explosive agent (for example, a detonator or detonator) is used between explosive substance 12 and detonator or detonator.
  • an explosive agent for example, a detonator or detonator
  • Composition C-4, Composition C-4, SEP manufactured by Asahi Kasei Chemicals, etc. may be interposed. In this case, after the explosive 22 and the detonator or the detonation wire 24 are attached to the molded body or the explosion container 20, for example, it is loaded into the explosion chamber.
  • the molded body and the explosion container 20 are stored in a liquid-tight container (for example, a bag made of an olefin-based synthetic resin such as polyethylene or polypropylene). It is preferable to prevent the coolant 32 from entering the container 20. If the explosive material 12 is detonated and detonated after setting as described above, carbon particles containing graphite carbon and diamond are obtained as the residue.
  • a liquid-tight container for example, a bag made of an olefin-based synthetic resin such as polyethylene or polypropylene.
  • the residue obtained in the detonation process may include debris of the container, or blasting debris such as conductors / wires as impurities.
  • this recovery step for example, if classification and purification treatment is performed, the carbon particles can be obtained in the form of a dry powder having a desired particle size.
  • the sieve passing part is recovered.
  • the residue on the sieve is classified again after crushing. Water is separated from the finally obtained sieve passage to obtain a dry powder.
  • the sieve openings may be adjusted as appropriate, separation and purification treatments may be repeated, and the sieve passage having a sieve opening corresponding to the desired particle size may be used as the product.
  • the water containing the residue is recovered and settled. After removing the coarse rubble, the supernatant liquid is recovered as a waste liquid, and the precipitate is classified with a sieve or the like to obtain a sieve passing part. Since some of the generated carbon is attached to the rubble, the residue on the sieve is crushed and separated by ultrasonic vibration or the like, and classified again with a sieve or the like.
  • the residue on the sieve of about 30 ⁇ m is often the debris of the explosion container 20 or the blasting debris such as conductors / wires.
  • the recovered product is separated from water by centrifugation or the like and dried to obtain a carbon particle powder having a desired particle size.
  • the acrylic resin when used as the explosion container 20, the acrylic resin may be mixed.
  • the acrylic resin may be removed by elution treatment with, for example, acetone.
  • the metal such as iron may be removed by treatment with hot concentrated nitric acid.
  • the obtained powder is nanoscale carbon particles containing a large amount of graphitic carbon in addition to nanodiamond. However, depending on the application, it is required to make use of the excellent characteristics of diamond.
  • the carbon particles of the present invention are obtained by the production method as described above.
  • the mass of graphitic carbon is G and the mass of diamond is D
  • the mass ratio G / D is 2.5 or more.
  • the carbon particles of the present invention can be defined by the content ratio of the carbon component in mass ratio.
  • the carbon particles are decomposed to the atomic level when the raw material is detonated, and carbon atoms released without being oxidized are aggregated into a solid state and generated.
  • the raw material is brought into a high temperature and high pressure state due to a decomposition reaction, but immediately expands and is cooled.
  • the process from high temperature and high pressure to vacuum cooling occurs in a much shorter time than normal combustion or deflagration, which is an explosion phenomenon slower than detonation, so there is no time for the agglomerated carbon to grow greatly. Scale carbon particles are produced.
  • nanoscale carbon particles other than diamond are produced.
  • the carbon particles contain a large amount of nanoscale graphitic carbon (hereinafter referred to as “nanographite”).
  • the content ratio of nanodiamond and nanographite can be controlled by the pressure at the time of detonation of the raw material. That is, the content ratio of nanographite can be increased by using a raw material that is not a high-performance explosive.
  • the pressure at the time of detonation of the raw material is lower than that of the high-performance explosive, it may be difficult to detonate the raw material, or a phenomenon may occur where the detonation is interrupted halfway. That is, this indicates that it is difficult to stably detonate the source material alone.
  • nanoscale carbon particles such as diamond, graphite, fine carbon nanotubes, and fullerene are produced. Presumed.
  • FIG. 2 The observation result of the lattice image in the transmission electron microscope (TEM) photograph of the below-mentioned carbon particle is shown in FIG.
  • TEM transmission electron microscope
  • the diamond shown in the same field of view has a D 111 plane, and the measurement result of the lattice spacing was 2.11 ⁇ .
  • the lattice spacing of the D ⁇ 111 plane is said to be 2.06 ⁇ , and the difference ratio is 2.4%.
  • the measurement result of the observed interplanar spacing was 3.46 mm.
  • the interval between the 002 planes of the hexagonal graphite (powder diffraction method) stack is said to be 3.37 mm, and the ratio of the difference is also 2.4%. Therefore, the observed interlaminar spacing was almost the same as that of the graphite laminate. Therefore, it is considered that the laminated nanoscale carbon particles are graphitic carbon (nanographite) and occupy a major proportion of the carbon particles.
  • X-ray diffraction data can identify nanodiamonds, but for nanoscale carbon particles, what substances are contained in addition to nanographite and fine multi-walled carbon nanotubes that give a peak around 26 °? Is not clear. Fine single-walled (single) carbon nanotubes and various fullerenes are not involved in the peak near 26 °, and thus the quantitative result based on the peak near 26 ° does not include the amount produced. Furthermore, it is expected that the peak near 26 ° also includes nanoscale carbon particles whose structure of the laminate (graphite) is changed to, for example, a turbulent structure by detonation. It cannot be denied that the mixed peak due to these deformed nanoscale carbon particles acts in the direction of widening the peak width around 26 °.
  • the nanodiamond and nanographite produced based on this production method have a mass ratio within a certain range. Therefore, even if all the carbon other than diamond is converted into graphitic carbon, it is not expected to cause a large error. Therefore, it is presumed that there is little carbon having a structure other than diamond and graphitic carbon, so the carbonaceous material other than diamond was made graphite carbon and the ratio was obtained.
  • the present invention includes graphite carbon and diamond, and the carbon particles are characterized by a high content of graphite carbon compared to conventional products (when using explosive raw materials). Stipulated. Specifically, when the mass of graphitic carbon is G and the mass of diamond is D, the mass ratio G / D is 2.5 or more, preferably 3 or more, more preferably 3.5 or more, and still more preferably. Is 4 or more. The upper limit of the mass ratio G / D is not particularly limited, but is preferably 100 or less, more preferably 50 or less, and even more preferably 20 or less, considering that diamond is included.
  • the carbon particles of the present invention contain graphitic carbon and diamond, they can be used for tools, antiwear agents, lubricants, etc. by taking advantage of diamond's excellent properties such as abrasiveness, durability, and wear resistance.
  • it is useful for fiber materials, resin coatings that provide functionality, drug delivery systems, electronic device covers, batteries, taking advantage of the superior properties of graphite carbon such as conductivity, water repellency, and biocompatibility. It is useful for applications such as electrode materials, conductive films, reinforced rubber / water-repellent rubber, catalysts, adsorbents and the like.
  • diamond refined by removing graphite-like carbon or the like from carbon particles containing diamond separately produced in the present invention with perchloric acid was used.
  • the calibration curve is obtained from the ratio between the integrated intensity of the diffraction peak and the integrated intensity of the diffraction peak at the (220) plane and (311) plane of the silicon crystal added to each sample using five standard samples. Four inspections were made for diamond. The reason why the two peaks of the silicon crystal are used is to suppress the influence of the orientation of the powder silicon.
  • the five standard samples are obtained by mixing silicon crystals so that diamond is 0% by mass, 25% by mass, 50% by mass, 75% by mass and 100% by mass.
  • a calibration curve for diamond was obtained by plotting the ordinate on the diamond concentration and the abscissa on the diamond / silicon peak area intensity ratio D220 / (Si220 + Si311).
  • the obtained calibration curves are shown in FIG.
  • the mass ratio G / D was calculated by dividing the obtained diamond content by the estimated graphite content. It was found that diamond and graphitic carbon were the main components. Carbon with other structures was not clearly seen.
  • -X-ray diffractometer name Rigaku horizontal X-ray diffractometer SmartLab ⁇ Measuring method: ⁇ -2 ⁇ ⁇ X-ray source: Cu-K ⁇ ray ⁇ Excitation voltage-current: 45 kV-200 mA ⁇ Divergent slit: 2/3 ° ⁇ Scatter slit: 2/3 ° -Light receiving slit: 0.6 mm.
  • DNT (industrial grade) was melted and formed into a cylindrical shape having a diameter of 10 cm and a height of 48 cm.
  • the obtained molded body had a mass of 5.52 kg and a density of 1.46 g / cm 3 .
  • a 75% hydrazine hydrate solution of 2.50 kg of hydrazine nitrate was prepared in small portions.
  • detonation reaction was performed using an explosion device as shown in FIG.
  • the molded body as the raw material 10 was placed in the center of the explosion container 20 having an inner diameter of 12 cm and a height of 50 cm, and the liquid explosive as the explosive substance 12 was filled around it.
  • An explosive 22 (SEP), explosive wire, and No. 6 electric detonator 24 were attached to the top of the explosion container 20, covered, and stored in a liquid-tight polyethylene bag.
  • a container having a capacity of 100 L was used as the cooling container 30.
  • the explosion container 20 was installed in the cooling container 30. At this time, the outer base of the explosion container 20 was adjusted to be 15 cm in height from the inner bottom of the cooling container 30 by using the iron mount 34 and the iron holed disc 36.
  • the explosive material 12 was detonated by detonating the explosive wire with the detonator. Then, about 120 L of water containing the residue was collected from the chamber and settled and separated to remove coarse rubble. At this time, since the supernatant liquid was strongly alkaline, the pH was adjusted to weak acidity by adding citric acid. The supernatant liquid that became weakly acidic was recovered as a waste liquid as it was. The precipitate was classified with a sieve having an opening of 100 ⁇ m / 16 ⁇ m using a vibrating sieve device (“KG-700-2W” manufactured by KOWA). The portion passing through the 16 ⁇ m sieve was recovered as it was.
  • KG-700-2W manufactured by KOWA
  • the residue on the sieve is crushed for about 5 minutes with an ultrasonic vibration device (Crest “4G-250-3-TSA”) to separate carbon from the rubble surface, and then the vibration sieve device (KOWA “KG” -700-2W "), and classified again with a sieve having an aperture of 100 ⁇ m / 32 ⁇ m / 16 ⁇ m, and a portion passing through the sieve was recovered.
  • Each sieve passage was left in an 80 ° C. drier (“OF-450S” manufactured by ASONE) for 24 hours to evaporate the moisture, and then dried powder.
  • Example 2 In this experimental example, the amount of explosive hydrazine-based liquid explosive used was changed from 2.50 kg to 2.49 kg, the cooling container 100L capacity was changed to 200L capacity, coolant In the same manner as in Experimental Example 1, except that the amount of distilled water used was changed from 120 L to 220 L, carbon particles of 534 g of 16 ⁇ m sieve passage, 1315 g of 32 ⁇ m sieve passage and 485 g of 100 ⁇ m sieve passage (total 2334 g) Got. Table 2 below shows the experimental contents, the amount of recovered carbon particles, and the yield in this experimental example.
  • Example 3 In this experimental example, the amount of DNT used as a raw material was changed from 5.52 kg to 5.46 kg, a 100 L capacity container as a cooling container was changed to a 200 L capacity container, and distilled water as a coolant. The amount of oxygen used was changed from 120 L to 220 L, the amount of oxygen gas remaining in the chamber (calculated value) was changed from 279.9 g to 191.0 g, and citric acid was not added to the supernatant. In the same manner as in Experimental Example 1, 164 g of a 16 ⁇ m sieve passage, 801 g of a 32 ⁇ m sieve passage, and 680 g of a 100 ⁇ m sieve passage (680 g in total) were obtained. Table 2 below shows the experimental contents, the amount of recovered carbon particles, and the yield in this experimental example.
  • D is the crystallite size ( ⁇ )
  • ⁇ is the wavelength of the X-ray tube (in the example, 1.5418 ⁇ of the Cu-K ⁇ ray)
  • ⁇ is the spread of diffracted X-rays by the crystallite
  • ⁇ is the diffraction angle (Rad)
  • K is a Scherrer constant and is set to 0.9 (BD Karity (author), Gentaro Matsumura (translation), "X-ray diffraction theory (new edition)", Agne Jofusha; March 1999 Moon).
  • the measured diffracted X-rays are subjected to smoothing, background removal, and K ⁇ 2 removal, followed by a peak around 26 ° (generally called G002) and a peak around 43 ° (generally called D111).
  • the half-value width was determined and this was defined as the diffraction ⁇ -ray width ⁇ exp.
  • 10 mass% of Si powder (StanSil-G03A manufactured by Osaka Yakuken Co., Ltd., center particle size of 5.2 ⁇ m) was added, and the half-value width of a peak around 47 ° (generally referred to as Si220) of the diffraction X-ray was changed to ⁇ i. It was.
  • Rigaku horizontal X-ray diffractometer SmartLab which is the same apparatus as the above ⁇ XRD quantification method> was used.
  • Table 4 below shows the crystallite size estimated from the X-ray diffraction data obtained by actually measuring the carbon particles obtained in Experimental Examples 1 to 3.
  • the crystallite size of diamond is considered to be 2 to 5 nm.
  • the crystallite size of the diamond obtained from the diffracted X-ray width of the diamond by the Serrer's equation is almost the same as the result of TEM observation described later.
  • the particle size of primary particles observed in a transmission electron microscope (TEM) photograph of carbon particles described later is about several to 20 nm, but the crystallite size estimated from the X-ray diffraction data is the minimum shown in the photograph. It is presumed that particles having a particle size are expressed.
  • TEM transmission electron microscope
  • the present invention makes a great contribution in various fields related to applications utilizing its excellent characteristics in order to enable stable production of carbon particles at a low production cost.

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Abstract

　本発明の製造方法においては、爆轟法により炭素粒子を製造するにあたり、２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物を含む原料物質の周囲に爆速６３００ｍ／ｓ以上の爆発性物質を配置し、前記爆発性物質を爆轟させる。本発明の製造方法によれば、非火薬系原料を用いた爆轟法により、ナノスケールのグラファイト質の炭素とダイヤモンドとを含む炭素粒子を製造できる。また、得られた炭素粒子は、グラファイト質の炭素の質量をＧ、ダイヤモンドの質量をＤとするとき、その質量比Ｇ／Ｄが２．５以上である。

Description

爆轟法による炭素粒子の製造方法
　本発明は、爆轟法による炭素粒子の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物を含む原料物質（以下「非火薬系原料」という）を用いた爆轟法により、グラファイト質の炭素とダイヤモンドとを含む炭素粒子を製造する方法に関するものである。
　ナノスケールのダイヤモンド（以下「ナノダイヤモンド」という）は、高い硬度や極めて低い摩擦係数など、数多くの優れた特性を有するため、様々な分野で、すでに利用されており、また、極めて有望な新素材として、応用展開が検討されている。
　ナノダイヤモンドは、例えば、爆薬の爆轟反応を利用して合成できることが知られている。この合成法は、炭素源である３個以上のニトロ基を有する芳香族化合物を含む原料物質（以下「火薬系原料」という）のみで爆轟を行い、爆轟反応により火薬系原料を構成する分子から分解・遊離した炭素原子が爆轟時の高温・高圧下でダイヤモンドとして生成されるというものであり、爆轟法と呼ばれている（例えば、非特許文献１を参照）。
　従来、爆轟法によるナノダイヤモンドの製造は、例えば、ロシアやウクライナなどの東欧、米国、中国などで行われてきた。これらの国々では、炭素源である火薬系原料として、軍事用の廃棄火薬が安価に入手できることから、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、あるいはＴＮＴとヘキソーゲン（ＲＤＸ：トリメチレントリニトロアミン）またはオクトーゲン（ＨＭＸ：シクロテトラメチレンテトラニトラミン）との混合爆薬などが用いられてきた。なお、本発明において、爆薬とは、爆轟反応を行うことができる物質のことを指し、火薬系原料も非火薬系原料も爆薬に含まれる。また、爆発性物質とは、急激な燃焼反応をもたらす物質を指し、常温・常圧で固体状のものと液体状のものがあるが、本明細書中で特に注記がない場合は、常温・常圧で流動性をもたない固体状の爆発性物質を指す。
　ナノダイヤモンドの需要量は、その応用展開に伴って、今後ますます増加すると予想されている。ところが、軍事用の廃棄火薬を用いた製造では、生産量に限りがある。それゆえ、将来的に、国際市場において、供給量が不足する可能性がある。そこで、国内生産が期待されているが、本発明者らの事前評価によれば、一般に、上記のような火薬系原料が高価であるため、生産コストが高くなり、経済的に採算が取れないことが判明した。
　ところで、爆轟法で製造されたナノダイヤモンドは、ダイヤモンド構造を有しない炭素分であるナノスケールのグラファイト質の炭素（以下「ナノグラファイト」という）を主とする炭素不純物を含んでいる。
　これまで、炭素不純物は、ナノダイヤモンドの優れた特性を活用するうえで望ましくない存在であると考えられてきた。それゆえ、従来技術では、様々な精製方法や化学的処理により、ナノグラファイト等の炭素不純物を可能な限り除去して、ナノダイヤモンドとすることに主眼が置かれてきた（例えば、特許文献１，２を参照）。しかし、ナノグラファイトはナノダイヤモンドと比較して、硬度が低い、電気伝導度が高い等の異なった物性に加え、炭素以外の異種原子もしくは官能基をより多く結合させる事ができるので新たな機能を持たせることができるなどの特長を有している。そのため、ナノグラファイト単独で用いる、あるいはナノダイヤモンドとの混合物として用いることにより、多様な特性を持たせ得る有望な新規材料として注目されている。
日本国特許第４２４５３１０号公報 日本国特許第５１５５９７５号公報
角舘洋三（著），「２・３．動的高圧力（爆轟法）」，ダイヤモンド工業協会（編），「ダイヤモンド技術総覧」，エヌジーティー，２００７年１月，ｐｐ．２８－３３
　本発明の目的は、安価で、かつ安定した供給が可能である非火薬系原料を用いた爆轟法により、ナノスケールのグラファイト質の炭素とダイヤモンドとを含む炭素粒子を製造できる方法を提供することにある。
　本発明者らは、非火薬系原料を用いた爆轟法により得られる炭素粒子は、ナノスケールのグラファイト質の炭素とダイヤモンドとを含む新規な炭素材料（以下「炭素粒子」という）であることを見出し、本発明を完成した。
　ナノダイヤモンドあるいはナノグラファイトは、原料物質が爆轟を起こすことにより原子レベルにまで分解され、酸化されずに遊離した炭素原子が固体状態に凝集して生成される。爆轟時には、分解反応により原料物質は高温高圧の状態になるが、直ちに膨張して冷却される。この高温高圧状態から減圧冷却に至る過程は、通常の燃焼や、爆轟よりも遅い爆発現象である爆燃よりも非常に短い時間で起きるため、凝集した炭素が大きく成長する時間はなく、ナノスケールの炭素粒子が生成される。原料物質として、典型的な爆轟を起こすとして知られている高性能爆薬（例えばＴＮＴとＲＤＸの混合爆薬）を使用した場合には、爆轟時の圧力は非常に高くなるため、炭素の熱力学的平衡相図から容易に予想されるように、生成された炭素粒子にはダイヤモンド（ナノダイヤモンド）が多く含まれることになる。したがって、ナノグラファイトの割合が多い炭素粒子を効率的に製造するには、爆轟時の圧力が高性能爆薬よりは低い適正な値になり、かつ遊離した炭素が酸化されないような組成を有する原料物質を選定することが重要である。
　また、原料物質の爆轟時の圧力が高性能爆薬より低いことは、原料物質を爆轟させることが難しい、あるいは爆轟させても途中で中断するような現象が起きる可能性があることを示している。そのため、以下に示すように、原料物質の周囲に爆轟を起こす爆発性物質を配置して原料物質に安定に爆轟を起こさせる工夫が必要である。
　すなわち、本発明は、爆轟法により炭素粒子を製造する方法であって、原料物質として２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物を含むものを使用し、原料物質の周囲に爆速６３００ｍ／ｓ以上の爆発性物質を配置することにより、前記爆発性物質を安定に爆轟させることを特徴とする製造方法を提供する。
　本発明の製造方法において、前記原料物質は、好ましくは、ジニトロトルエン、ジニトロベンゼンおよびジニトロキシレンよりなる群から選択される少なくとも１種の非火薬系原料を含む。前記爆発性物質は、常温・常圧で流動性を有する液体（以下「液体爆薬」という）とすることができる。液体爆薬を用いれば、固体状の爆発性物質を用いた場合に比べて、形状の自由度が高く、大型化が容易であり、操作性や安全性を向上させることができる。前記爆発性物質は、構成元素に炭素を含まない爆発性物質であってもよい。また、前記液体（液体爆薬）は、ヒドラジンと硝酸ヒドラジンの混合物、ヒドラジンと硝酸アンモニウムの混合物、ニトロメタンおよびヒドラジンとニトロメタンの混合物よりなる群から選択される少なくとも１種を含むものであってもよい。
　本発明の製造方法において、前記原料物質と前記爆発性物質とをチャンバー内に装填した状態で、および／または、前記チャンバー内で前記原料物質と前記爆発性物質との周囲に冷却材を配置した状態で、爆轟を行うことが好ましい。このとき、前記チャンバー内の雰囲気が酸素ガスを含まなければ、および／または、前記冷却材が実質的に酸素やオゾンなどの酸化性物質を発生しない物質であれば、酸化反応を抑制できるため、原料物質中の炭素から炭素粒子を回収できる質量比率での割合（具体的には、原料物質に対する炭素粒子の質量比率である「収率」）が向上する。
　本発明の製造方法は、前記爆轟工程で得られた残渣から炭素粒子を回収する工程をさらに含むことができる。この回収工程において、例えば、分級・精製処理を行えば、炭素粒子を所望の粒径を有する粉末の形態で得ることができる。なお、これら各好ましい実施形態は、それらの任意の二つ以上を組み合わせてもよい。
　また、本発明は、上記のような製造方法により得られる炭素粒子を提供する。この炭素粒子は、グラファイト質の炭素とダイヤモンドとを含み、従来品（火薬系原料を用いた場合）に比べて、グラファイト質の炭素の含有割合が高い。
　本発明によれば、安価な非火薬系原料を用いた爆轟法により、安定した爆轟を起こすことができ、グラファイト質の炭素とダイヤモンドとを含む炭素粒子を製造することができる。また、火薬系原料を用いた従来品に比べて、グラファイト質の炭素を多く含み、表面性状の異なる炭素粒子を得ることができる。
図１は、本発明の製造方法に用いる爆発装置の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、実験例３で得られた炭素粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。 図３は、実験例３で得られた炭素粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真である。 図４は、実験例３で得られた炭素粒子のＸ線回折チャートである。 図５は、炭素粒子のダイヤモンド含有割合を求める際に用いた検量線を示すグラフである。
≪炭素粒子の製造方法≫
　本発明の製造方法は、爆轟法により、グラファイト質の炭素とダイヤモンドとを含む炭素粒子を製造する方法であって、２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物を含む原料物質の周囲に爆速６３００ｍ／ｓ以上の爆発性物質を配置する工程と、前記爆発性物質を爆轟させる工程とを含む。
　本発明の製造方法では、まず、２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物を含む原料物質の周囲に爆速６３００ｍ／ｓ以上の爆発性物質を配置する。２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物は、爆轟法の炭素源である原料物質に含まれる非火薬系原料である。爆速６３００ｍ／ｓ以上の爆発性物質は、原料物質から炭素粒子を生成させるために安定した爆轟を起こさせる物質である。なお、爆発性物質を構成する分子が炭素原子を含む場合には、当該爆発性物質が原料物質と共に炭素源となることがある。
　２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物とは、ベンゼン、ナフタレン、アントラセンなどの芳香環の０、１または２個の水素原子がニトロ基で置換された構造を有する化合物である。前記芳香族化合物は、ニトロ基以外の置換基を有していてもよく、その置換基としては、アルキル基、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、アミノ基、ハロゲン基などが挙げられる。なお、ニトロ基や置換基の位置関係により、位置異性体が存在する場合があるが、その位置異性体のいずれもが本発明の製造方法に使用可能である。例えば、前記芳香族化合物がニトロトルエンであれば、その位置異性体は、２－、３－および４－ニトロトルエンの３種類である。前記芳香族化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、アントラセン、ニトロベンゼン、ニトロトルエン、ニトロキシレン、ニトロナフタレン、ニトロアントラセン、ジニトロベンゼン、ジニトロトルエン、ジニトロキシレン、ジニトロナフタレン、ジニトロアントラセンなどが挙げられる。これらの芳香族化合物のうち、入手が容易であり、また、融点が低く、成型が容易であることから、ジニトロトルエン（ＤＮＴ）、ジニトロベンゼン（ＤＮＢ）、ジニトロキシレン（ＤＮＸ）などが好ましい。前記芳香族化合物は、単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
　原料物質は、非火薬系原料である２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物に加えて、火薬系原料を含有していてもよい。火薬系原料とは、例えば、３個以上のニトロ基を有する化合物であって、一般的に、爆発の用途に供せられるニトロ化合物である。前記ニトロ化合物としては、トリニトロトルエン（ＴＮＴ）、ヘキソーゲン（ＲＤＸ；シクロトリメチレントリニトロアミン）、オクトーゲン（ＨＭＸ；シクロテトラメチレンテトラニトラミン）、四硝酸ペンタエリスリトール（ＰＥＴＮ）、テトリル（テトラニトロメチルアニリン）などが挙げられる。前記ニトロ化合物は、単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
　原料物質における２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物の含有割合は、原料物質の合計質量に対して、通常、５０質量％以上、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、さらに好ましは９５質量％以上である。安価な非火薬系原料である２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物を高い割合で含有させれば、高価な火薬系原料である３個以上のニトロ基を有する化合物の含有割合を減らせることから、２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物の含有割合は、最も好ましくは１００質量％を上限とするが、その上限は、好ましくは９９質量％もしくは９８質量％程度であってもよい。
　周囲に配置する爆発性物質の爆速は、原料物質の爆速よりも高くする必要がある。たとえば、原料物質の一例であるＤＮＴ（真密度：１．５２ｇ／ｃｍ３、融点：６７～７０℃）は安定して爆轟させるのが難しいが、爆轟させることができた場合の爆速は６０００ｍ／ｓ程度と予想される。そのため、爆発性物質の爆速は、これ以上としなければならない。それゆえ、本発明では、爆発性物質の爆速を６３００ｍ／ｓ以上と規定する。なお、代表的な爆発性物質の爆速は、通常、１００００ｍ／ｓ以下である。したがって、本発明における爆発性物質の爆速を１００００ｍ／ｓ以下と規定し得る。なお、爆速とは、爆発性物質が爆轟を起こした場合における爆轟の伝搬速度であり、ドートリッシュ法、イオンギャップ法、光ファイバ法などで測定されている。本発明で規定する爆速については、ＬＡＳＬ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｄａｔｅ，ｅｄ．Ｇｉｂｂｓ，Ｔ．Ｒ．ａｎｄ Ｐｒｏｐｏｌａｔｏ，Ａ．，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ Ｐｒｅｓｓ，Ｂｅｒｋｅｌｅｙ，Ｌｏｓ Ａｎｇｅｌｓ，Ｌｏｎｄｏｎ，１９８０を参照されたい。また、ＤＮＴの爆速については、コンバスチョン・アンド・フレームズ（Combustion and Flames），１４巻（１９７０年）１４５頁を参照されたい。ニトロメタンの爆速については、日下部・藤原，「液体爆薬の爆ごうに関する研究（第１報）」，工業火薬協会誌，４０巻，２号（１９７９年）１０９頁を参照されたい。ＮＨ＋ＨＨ（硝酸ヒドラジン（Ｈ２Ｎ－ＮＨ２・ＨＮＯ３）と抱水ヒドラジン（Ｈ２Ｎ－ＮＨ２・Ｈ２Ｏ））の爆速については、日下部ら，「液体爆薬の爆ごうに関する研究（第３報）」工業火薬協会誌，４１巻，１号（１９８０年）２３頁を参照されたい。代表的な爆発性物質の爆速を下記表１に示す。表１の爆発性物質は安定して爆轟できる物質を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　前記爆発性物質としては、ＴＮＴ、ＲＤＸ、ＨＭＸ、ＰＥＴＮ、テトリル、ＲＤＸとＴＮＴとを主成分とする混合爆薬（例えば、コンポジションＢ）、ＨＭＸとＴＮＴとを主成分とする混合爆薬（例えば、オクトール）などが挙げられる。
　前記爆発性物質として、液体爆薬を用いることもできる。爆発性物質に液体を用いれば、固体を用いた場合に比べて、形状の自由度が高く、大型化が容易であり、操作性や安全性を向上させることができる。液体爆薬としては、ヒドラジン（その水和物である抱水ヒドラジンを含む）と硝酸ヒドラジンの混合物、ヒドラジンと硝酸アンモニウムの混合物、ヒドラジンと硝酸ヒドラジンと硝酸アンモニウムの混合物、ニトロメタンおよびヒドラジンとニトロメタンの混合物などが挙げられる。
　前記爆発性物質のうち、固体状のものとしては融点が低いので、成型が容易なＴＮＴ、あるいはＴＮＴを主成分として含む、コンポジションＢなどが好ましい。前記爆発性物質は、単独で用いても、２種以上を併用してもよい。代表的な爆発性物質の性質を前記表１に示す。
　原料物質や爆発性物質の使用量は、炭素粒子の所望量に応じて、それぞれ適宜調整すればよく、特に限定されないが、その比率（爆発性物質／原料物質）は、質量比で、好ましくは０．１以上、より好ましくは０．２以上であり、また、好ましくは１以下、より好ましくは０．９以下、さらに好ましくは０．８以下である。使用量の比率が０．１未満であると、炭素粒子を生成するのに充分な爆轟反応を行うことができないため、収率が低下することがある。逆に、使用量の比率が１を超えると、必要以上に爆発性物質を用いることになるため、生産コストが上昇することがある。
　以下、図面を参照しながら、本発明の製造方法を実施する形態について、詳しく説明する。図１は、本発明の製造方法に用いる爆発装置の一例を模式的に示す断面図である。図１に示す爆発装置は、単なる例示であって、本発明を限定することを意図するものではない。
　まず、原料物質１０の周囲に爆発性物質１２を配置する。原料物質１０の周囲に爆発性物質１２を配置する際には、爆発性物質１２の爆轟により生じる衝撃波に伴う高温高圧が原料物質１０に対して、できるだけ均一に加わるように、すなわち爆発形状の対称性が担保されるように、原料物質１０と爆発性物質１２とを対称的に配置することが好ましい。そこで、例えば、原料物質１０および爆発性物質１２がいずれも固体である場合には、原料物質１０および爆発性物質１２を、例えば、円筒状の割型に溶填、圧填などして、同心円柱状の成型体を作製すればよい。原料物質１０が固体であり、爆発性物質１２が液体爆薬である場合には、原料物質１０を溶填、圧填などして、円柱状の成型体を作製し、前記成型体を円筒状の容器の内側中央部に軸方向を揃えて設置した後、その周囲に液体爆薬を注入すればよい。原料物質１０が液体であり、爆発性物質１２が固体である場合には、爆発性物質１２を溶填、圧填などして同心中空円柱状の成型体を作製し、その中空部に原料物質１０を注入すればよい。以下では、原料物質１０と爆発性物質１２とを収容する容器２０を「爆発容器」という。爆発容器２０としては、金属などの不純物混入を防止できることから、例えば、アクリル樹脂などの合成樹脂製の容器を用いることが好ましい。
　本発明の製造方法では、次いで、爆発性物質１２を爆轟させて原料物質１０から炭素粒子を生成させる。爆発性物質１２の爆轟反応により生じる衝撃波が原料物質１０に向かって伝搬し、この衝撃波により原料物質１０が圧縮されて爆轟を起こし、原料物質１０を構成する有機分子から分解・遊離した炭素原子がナノグラファイト質の炭素とナノダイヤモンドとを含む炭素粒子に変化する。
　爆轟は、開放系または密閉系のいずれで行ってもよいが、残渣が広範囲に飛散することを防止できることから、密閉系、例えば、前記原料物質と前記爆発性物質とを、例えば、金属製のチャンバー内に装填した状態（例えば、前記原料物質と前記爆発性物質との成型体を、あるいは、前記原料物質と前記爆発性物質とを収納した爆発容器をチャンバー内に懸架した状態）で、行うことが好ましい。以下では、爆轟を行うのに用いるチャンバーを「爆発チャンバー」という。爆轟に際して、爆発チャンバー内の雰囲気が実質的に酸素を含まないようにすれば、炭素分の酸化反応を抑制できるため、収率を向上することができる。このような雰囲気を得るには、例えば、窒素ガスやアルゴンガス、炭酸ガスなどの不活性ガスで置換するか、あるいは、－０．１～－０．０１ＭＰａＧ（圧力単位の後に付した記号「Ｇ」は、ゲージ圧であることを示す；以下同様）程度まで真空引きするか、あるいは、真空引きして大気（酸素）を放出した後に、前記のような不活性ガスを＋０．０００～＋０．００１ＭＰａＧ程度の弱正圧まで充填すればよい。なお、チャンバーは、金属製に限定されるものではなく、例えば、コンクリート製であってもよい。また、チャンバーを用いずに、地下を掘削した土塁や坑道の内部で爆轟させてもよい。
　また、生成したダイヤモンドを急冷して、グラファイト質の炭素への相転移を防止できることから、爆発チャンバー内で前記原料物質と前記爆発性物質との周囲に冷却材を配置することが好ましい。このように冷却材を配置するには、例えば、前記成型体や爆発容器２０を冷却容器３０内に設置し、冷却容器３０と前記成型体や爆発容器２０との間隙に冷却材３２を充填すればよい。このとき、冷却材３２が実質的に酸素やオゾンなどの酸化性物質を発生しない物質であれば、炭素分の酸化反応を抑制できるため、収率が向上する。このような冷却材を得るには、例えば、冷却材３２に溶存する酸素ガスを除去するか、あるいは、酸素やオゾンなどの酸化性物質を発生する構成元素を含まない冷却材３２を用いればよい。冷却材３２としては、水、ハロゲン化アルキル（例えば、フロン類、四塩化炭素）などが挙げられるが、環境に対する悪影響がほとんどないことから、水が特に好ましい。
　爆発性物質１２は、通常、雷管や導爆線を用いて起爆するが、より確実に爆轟を起こさせるために、爆発性物質１２と雷管や導爆線との間に伝爆薬（例えば、コンポジションＣ－４、コンポジションＣ－４、旭化成ケミカルズ製ＳＥＰなど）を介在させてもよい。この場合、前記成型体や爆発容器２０に伝爆薬２２と雷管や導爆線２４とを取り付けた後、例えば、爆発チャンバー内に装填する。なお、冷却材３２を用いる場合には、前記成型体や爆発容器２０を液密性の容器（例えば、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系合成樹脂を原材料とする袋）に収納して、例えば、爆発容器２０に冷却材３２が浸入しないようにすることが好ましい。このように設定した後、爆発性物質１２を起爆して爆轟させれば、その残渣として、グラファイト質の炭素とダイヤモンドとを含む炭素粒子が得られる。
　本発明の製造方法では、爆轟工程で得られた残渣が、不純物として、前記容器の残骸や導線・ワイヤなどの爆破瓦礫を含むことがある。そのような場合には、爆轟工程で得られた残渣から瓦礫を除去して、炭素粒子を回収する工程を設けることが好ましい。この回収工程において、例えば、分級・精製処理を行えば、炭素粒子を所望の粒径を有する乾燥粉末の形態で得ることができる。
　典型的には、まず、得られた残渣から粗大な瓦礫を除去した後、篩などで分級し、篩通過分と篩上残分とに分離し、篩通過分を回収する。篩上残分は、解砕した後、再度、分級する。最終的に得られた篩通過分から水を分離して、乾燥粉末とする。このとき、篩の目開きを適宜調整して、分離・精製処理を繰り返し、所望の粒径に対応する目開きを有する篩の篩通過分を製品とすればよい。
　さらに詳しくは、例えば、冷却材３２として水を用いて、爆発チャンバー内で爆轟を行った場合には、残渣を含む水を回収し、沈降分離する。粗大な瓦礫を除去した後、上澄み液を廃液として回収し、沈殿物を篩などで分級して、篩通過分を得る。生成した炭素分は、瓦礫に付着しているものもあるため、篩上残分を超音波振動などにより、解砕分離し、再度、篩などで分級する。通常、３０μｍ程度の篩上残分は、爆発容器２０の残骸や導線・ワイヤなどの爆破瓦礫であることが多いため、回収後に産業廃棄物として処分し、３０μｍ程度の篩通過分を最終製品として回収することが好ましい。回収品は、遠心分離等により水分を分離し、乾燥して、所望の粒径を有する炭素粒子粉末を得る。
　なお、例えば、爆発容器２０として、アクリル樹脂の容器を用いた場合には、アクリル樹脂が混入していることがある。この場合には、例えばアセトンでアクリル樹脂を溶出処理してアクリル樹脂を除去すればよい。
　また、用途によっては、鉄などの金属が混入すると、望ましくない場合がある。このような場合には、例えば熱濃硝酸で処理して鉄などの金属を除去すればよい。
　得られた粉末は、ナノダイヤモンドに加えグラファイト質の炭素を多く含むナノスケールの炭素粒子である。しかし、用途によっては、ダイヤモンドの優れた特性を活かすことが求められる。
　≪炭素粒子≫
　本発明の炭素粒子は、上記のような製造方法により得られ、グラファイト質の炭素の質量をＧ、ダイヤモンドの質量をＤとするとき、その質量比Ｇ／Ｄが２．５以上である。以下、本発明の炭素粒子を特徴付ける組成および物性について、詳しく説明する。
　本発明の炭素粒子は、まず、炭素成分の質量比率での含有割合により規定することができる。炭素粒子は、原料物質が爆轟を起こすことにより原子レベルにまで分解され、酸化されずに遊離した炭素原子が固体状態に凝集して生成される。爆轟時には、分解反応により原料物質は高温高圧の状態になるが、直ちに膨張して冷却される。この高温高圧の状態から減圧冷却に至る過程は、通常の燃焼や、爆轟よりも遅い爆発現象である爆燃よりも非常に短い時間で起きるため、凝集した炭素が大きく成長する時間はなく、ナノスケールの炭素粒子が生成される。
　原料物質として、爆轟を起こすことが知られている前述のＲＤＸやＨＭＸなどの典型的な高性能爆薬を用いた場合には、爆轟時の圧力が非常に高くなるため、炭素の熱力学的平衡相図から容易に予想されるように、生成された炭素粒子には、ナノダイヤモンドが多く含まれることになる。
　他方、高性能爆薬ではない原料物質を用いた場合には、爆轟時の圧力が高くならないため、ダイヤモンド合成には至らず、ダイヤモンド以外のナノスケールの炭素粒子となる。この炭素粒子には、ナノスケールのグラファイト質の炭素（以下「ナノグラファイト」という）が多く含まれることになる。
　したがって、ナノダイヤモンドとナノグラファイトとの含有割合は、原料物質の爆轟時の圧力により制御することができる。すなわち、高性能爆薬ではない原料物質を用いることで、ナノグラファイトの含有割合を増やすことができる。しかし、原料物質の爆轟時の圧力が高性能爆薬より低いと、原料物質を爆轟させることが難しいか、あるいは爆轟させても途中で中断するような現象が起きる可能性がある。すなわち、このことは、原料物質を単独で安定に爆轟させることが難しいことを示している。そのため、原料物質の爆轟時の圧力が低い場合には、原料物質の周囲に爆轟を起こす爆発性物質を配置して原料物質に確実に爆轟を起こさせる工夫が必要である。また、いずれの場合でも、遊離した炭素が酸化されないような組成を有する原料物質を選定することが重要である。
　さらに、遊離した炭素を酸化してＣＯやＣＯ２などのガスとする酸素ガスやオゾンなどの酸化性物質を爆轟系内からできる限り取り除くことが望ましい。
　また、火薬類や２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物を含む原料物質を爆轟させた場合、ダイヤモンド、グラファイト、微細なカーボンナノチューブ、フラーレンなどのあらゆる種類のナノスケールの炭素粒子が生成すると推定される。
　文献（Satoshi Tomita et al., “Diamond nanoparticles to carbon onions transformation: X-ray diffraction studies”, Carbon 40, pp.1469-1474 (2002), Dilip K. Singh et al, “Diameter dependence of interwall separation and strain in multiwalled carbon nanotubes probed by X-ray diffraction and Raman scattering studies”,Diamond & Related Materials 19, pp.1281-1288(2010)など）、および、後述するこれまで取得した爆轟ナノダイヤモンドのＸ線回折データの結果などから、Ｃｕ（Ｋα）管球で計測したＸ線回折データの回折角２θが２４～２６°付近のピーク（以下「２６°付近のピーク」という）は、主として積層ｓｐ２炭素構造からなるナノ炭素物質に起因するものと推定される。また、２層・３層など（マルチ）のカーボンナノチューブについても、この領域にピークが出現する。
　後述の炭素粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真での格子像の観察結果を図２に示す。図２では、丸い球形のものと積層（グラファイト）状のものの２種類の格子像の形状が観察された。これらは両者共にナノスケールであり、存在している量から共に主成分の炭素の粒子であると考えられる。ここで観察された炭素の粒子は、ナノダイヤモンドとグラファイト質の炭素と予想されるため、これらの格子間隔と積層の面間隔を測定して比較した。なお、ＴＥＭのスケールバー（５ｎｍ、１０ｎｍ）および倍率はＳｉ単結晶にＳｉＧｅ多層膜をつけたものを標準試料として用いており、高倍率ではＳｉ １１１面間隔３．１３５５Åを基準に校正している。この校正作業は毎月の精度管理により５％以内であることが確認されている。
　図２で同じ視野に写っているダイヤモンドはＤ １１１面が観察されており、格子間隔の計測結果は２．１１Åであった。一般にはＤ １１１面の格子間隔は２．０６Åと言われており、その差の比率は２．４％である。一方、観察された積層の面間隔の計測結果は３．４６Åであった。六方晶系グラファイト（粉末回折法）の積層の００２面間隔は３．３７Åと言われており、その差の比率は同じく２．４％である。そのため、観察された積層の面間隔は、グラファイトの積層の面間隔とほぼ一致した。従って、この積層状のナノスケールの炭素粒子はグラファイト質の炭素（ナノグラファイト）であり、炭素粒子の主要な割合を占めていると考えている。
　Ｘ線回折データでは、ナノダイヤモンドを確認することができるが、ナノスケールの炭素粒子については、２６°付近のピークをもたらすナノグラファイトと微細なマルチのカーボンナノチューブ以外に、どんな物質が含まれているかは明らかではない。微細な単層（シングル）のカーボンナノチューブや各種フラーレンは、２６°付近のピークに関与しないため、２６°付近のピークによる定量結果には、生成量が含まれていないことになる。さらに２６°付近のピークにも爆轟により積層（グラファイト）の構造が例えば乱層構造に変化したようなナノスケールの炭素粒子も含まれていることが予想される。これらの変形したナノスケールの炭素粒子による混在ピークが２６°付近のピーク幅を広げる方向に作用していることも否定はできない。
　しかし、ＴＥＭ写真から微細な単層（シングル）のカーボンナノチューブ、各種フラーレンなどは生成量が少ないことが判っている。すなわち、爆轟法により炭素粒子を製造する場合、２６°付近のピークで表現されないナノスケールの炭素粒子の生成量は、ある一定の低い質量比率の割合の範囲に収まることが予想されるため、ダイヤモンド以外の炭素を全てグラファイト質炭素としても大きな誤差にはならないと予想される。また、他の構造の炭素は少ないと推定される。
　前述の背景から、製法を特定して原料物質と液体の爆発性物質の種類・量および構成を決めれば、この製法に基づいて製造されるナノダイヤモンドとナノグラファイトは、ある一定の範囲の質量比率の割合に収まることが予想されるため、ダイヤモンド以外の炭素を全てグラファイト質炭素としても大きな誤差にはならないと予想される。そのため、ダイヤモンドとグラファイト質の炭素以外の構造の炭素は少ないと推定されるので、ダイヤモンド以外の炭素質をグラファイト質の炭素とし、その割合を求めた。
　前述の背景から、本発明では、グラファイト質の炭素とダイヤモンドとを含み、従来品（火薬系原料を用いた場合）に比べて、グラファイト質の炭素の含有割合が高いという特徴により、炭素粒子を規定した。具体的には、グラファイト質の炭素の質量をＧ、ダイヤモンドの質量をＤとするとき、その質量比Ｇ／Ｄが２．５以上、好ましくは３以上、より好ましくは３．５以上、さらに好ましくは４以上である。質量比Ｇ／Ｄは、その上限が特に限定されないが、ダイヤモンドを含むことを考慮すれば、好ましくは１００以下、より好ましくは５０以下、さらに好ましくは２０以下である。
　なお、質量比Ｇ／Ｄは、下記の実施例に記載された方法で求めたものである。
　本発明の炭素粒子は、グラファイト質の炭素とダイヤモンドとを含むことから、ダイヤモンドの研磨性、耐久性、耐摩耗性などの優れた特性を活かして、工具や耐摩耗剤、潤滑剤などの用途に有用であり、また、グラファイト質の炭素の導電性、撥水性、生体適合性などの優れた特性を活かして、繊維材料、機能性を付与する樹脂コーティング、ドラッグデリバリーシステム、電子素子カバー、電池の電極材、導電性フィルム、強化ゴム・撥水性ゴム、触媒、吸着剤などの用途に有用である。
　以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
　まず、本発明の炭素粒子を評価する方法について説明する。
　＜ＸＲＤ定量法＞
　Ｘ線回折（ＸＲＤ）の測定結果から、２θ＝７５°付近に現れるダイヤモンドの（２２０）面での回折ピークについて、積分強度を求め、予め作成した各々の検量線を用いて、ダイヤモンドの含有割合を求めた。
　ダイヤモンドを定量するための基準物質として、本発明で別途製造したダイヤモンドを含む炭素粒子からグラファイト質の炭素などを過塩素酸で除去して精製したダイヤモンドを用いた。
　内部標準として、全炭素量に対して１０質量％のシリコン粉末（大阪薬研製Ｓｔａｎｓｉｌ－Ｇ０３Ａ、Ｄ５０＝５．２μｍ）を添加した。
　検量線は、５つの標準試料を用いて、上記回折ピークの積分強度と、各々の試料に添加したシリコン結晶の（２２０）面および（３１１）面での回折ピークの積分強度との比率から、４点検量して、ダイヤモンド用を作成した。シリコン結晶の２つのピークを用いたのは、粉末シリコンの配向の影響を抑えるためである。
　５つの標準試料は、ダイヤモンドが０質量％、２５質量％、５０質量％、７５質量および１００質量％となるようにシリコン結晶を混合したものである。
　ダイヤモンド用の検量線は、縦軸をダイヤの濃度、横軸をダイヤとシリコンのピーク面積強度比Ｄ２２０／(Ｓｉ２２０＋Ｓｉ３１１)としてプロットすることによって得た。最小二乗法による直線近似により、濃度Ｙと強度比Ｘの関係式はＹ＝１１７．１Ｘとなった。得られた検量線をそれぞれ図５に示す。
　得られたダイヤモンド含有割合を推定したグラファイト含有割合で除して、質量比Ｇ／Ｄを算出した。ダイヤモンドとグラファイト質の炭素が主成分であることが分かった。それ以外の構造の炭素は明らかには見られなかった。
　Ｘ線回折の測定条件を以下に示す。
・Ｘ線回折装置の装置名：リガク製水平型X線回折装置ＳｍａｒｔＬａｂ
・測定方法：θ－２θ
・Ｘ線源：Ｃｕ－Ｋα線
・励起電圧－電流：４５ｋＶ－２００ｍＡ
・発散スリット：２／３°
・散乱スリット：２／３°
・受光スリット：０．６ｍｍ。
　＜透過型電子顕微鏡観察＞
　透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の測定結果から、本発明の製造方法で得られた炭素粒子は、ナノスケールのダイヤモンドとグラファイトであることを観察した。そのため、ダイヤモンドと積層構造をもったグラファイト質の炭素の格子像が観察できるＣＣＤカメラと撮影倍率を有するＴＥＭを用いた。
ＴＥＭの測定条件を以下に示す。
・ＴＥＭの装置名：日本電子製透過型電子顕微鏡ＪＥＭ－ＡＲＭ２００Ｆ
・測定方法：懸濁法(分散溶媒：メタノール)
・加速電圧：２００ｋＶ
・ＣＣＤカメラ：Ｇａｔａｎ製ＵｌｔｒａＳｃａｎ
・撮影倍率：３０万倍、８０万倍
・写真倍率： ２２０万倍、５９０万倍（Ａ４サイズに印刷時）
　次に、本発明の製造方法により炭素粒子を製造した実験例について説明する。
　≪実験例１≫
　本実験例では、原料物質としてジニトロトルエン（ＤＮＴ）を用いて、かつ、爆発性物質としてヒドラジン系液体爆薬を用いて、爆轟法により炭素粒子を製造した。
　まず、ＤＮＴ（工業級）を溶填して直径１０ｃｍ、高さ４８ｃｍの円柱状に成型した。得られた成型体の質量は５．５２ｋｇ、密度は１．４６ｇ／ｃｍ３であった。また、２．５０ｋｇの硝酸ヒドラジンの７５％抱水ヒドラジン溶液を小分けして調製した。
　次に、図１に示すような爆発装置を用いて、爆轟反応を行った。原料物質１０としての前記成型体を内径１２ｃｍ、高さ５０ｃｍの爆発容器２０の中央部に設置し、その周囲に爆発性物質１２としての前記液体爆薬を充填した。爆発容器２０の頂部に伝爆薬２２（ＳＥＰ）、導爆線および６号電気雷管２４を装着し、蓋をした後、液密性のポリエチレン袋に収納した。容量１００Ｌの容器を冷却容器３０として用いた。爆発容器２０を冷却容器３０内に設置した。このとき、鉄製の架台３４と鉄製の穴あき円板３６とを用いて、爆発容器２０の外底面が冷却容器３０の内底面から高さ１５ｃｍに位置するように調整した。そして、冷却容器３０とポリエチレン袋に冷却材３２として蒸留水１２０Ｌを入れて冷却容器３０と爆発容器２０との間隙に冷却材３２を充填し、蓋をした後、ワイヤースリングを用いて、内容積３０ｍ３ の爆発チャンバー内に、その天井から懸架した。前記爆発チャンバー内は、大気圧から真空引きし、チャンバー内に残留する酸素ガスの量（計算値）を２７９．９ｇとした。
　このように設定した後、前記導爆線を前記雷管で起爆することにより、爆発性物質１２を爆轟させた。そして、前記チャンバー内から残渣を含む水約１２０Ｌを回収し、沈降分離して粗大な瓦礫を除去した。このとき、上澄み液は、強アルカリ性であるため、クエン酸を添加して弱酸性にｐＨ調整した。弱酸性になった上澄み液は、そのまま廃液として回収した。沈殿物は、振動篩装置（ＫＯＷＡ製「ＫＧ－７００－２Ｗ」）を用いて、目開き１００μｍ／１６μｍの篩で分級した。１６μｍ篩通過分は、そのまま回収した。篩上残分は、超音波振動装置（クレスト製「４Ｇ－２５０－３－ＴＳＡ」）で約５分間解砕して、瓦礫表面から炭素分を分離した後、振動篩装置（ＫＯＷＡ製「ＫＧ－７００－２Ｗ」）を用いて、目開き１００μｍ／３２μｍ／１６μｍの篩で再度分級し、篩通過分を回収した。なお、各篩通過分は、８０℃の乾燥機（アズワン製「ＯＦ－４５０Ｓ」）内に２４時間放置して、水分を蒸発させた後、乾燥粉末とした。
　かくして、１６μｍ篩通過分５８４ｇ、３２μｍ篩通過分９０７ｇおよび１００μｍ篩通過分５５７ｇとして、合計２０４８ｇの炭素粒子を得た。本実験例における実験内容、炭素粒子の回収量および収率を下記表２に示す。
　≪実験例２≫
　本実験例では、爆発性物質であるヒドラジン系液体爆薬の使用量を２．５０ｋｇから２．４９ｋｇに変更したこと、冷却容器である容量１００Ｌの容器を容量２００Ｌの容器に変更したこと、冷却材である蒸留水の使用量を１２０Ｌから２２０Ｌに変更したこと以外は、実験例１と同様にして、１６μｍ篩通過分５３４ｇ、３２μｍ篩通過分１３１５ｇおよび１００μｍ篩通過分４８５ｇの炭素粒子（合計２３３４ｇ）を得た。本実験例における実験内容、炭素粒子の回収量および収率を下記表２に示す。
　≪実験例３≫
　本実験例では、原料物質であるＤＮＴの使用量を５．５２ｋｇから５．４６ｋｇに変更したこと、冷却容器である容量１００Ｌの容器を容量２００Ｌの容器に変更したこと、冷却材である蒸留水の使用量を１２０Ｌから２２０Ｌに変更したこと、チャンバー内に残留する酸素ガス量（計算値）を２７９．９ｇから１９１．０ｇとしたこと、上澄み液にクエン酸を添加しなかったこと以外は、実験例１と同様にして、１６μｍ篩通過分１６４ｇ、３２μｍ篩通過分８０１ｇ、および１００μｍ篩通過分６８０ｇの炭素粒子（合計１６４５ｇ）を得た。本実験例における実験内容、炭素粒子の回収量および収率を下記表２に示す。
　得られた炭素粒子のうち、１６μｍ篩通過分の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を図３に示し、１００μｍ篩通過分のＸ線回折チャートを図４に示す。図３からは、粒径約７．０ｎｍの炭素粒子（左上の写真）と、粒径約１７．５ｎｍの炭素粒子（右上の写真）とを観察できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　実験例１～３で得られた炭素粒子のうち、１６μｍ篩通過分について、上で説明したＸＲＤ定量法により、炭素粒子におけるダイヤモンドの含有割合（Ｄ：但し、炭素粒子を１００質量％とする）を求め、グラファイト質炭素の含有割合（Ｇ）はダイヤモンド以外の炭素粒子であると推定し、それらから質量比Ｇ／Ｄを算出した。その結果を下記表３(ａ)に示す。また、質量比Ｇ／Ｄを他の市販品と比較した結果を下記表３(ｂ)に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表３(ａ)から、原料物質として安価な非火薬系原料であるＤＮＴを用いても、また、爆発性物質として液体爆薬を用いても、爆轟法によりナノダイヤモンドを合成できることがわかる。しかも、本発明の製造方法によれば、火薬系原料（例えば、ＴＮＴ）を単独で用いた従来の場合（非特許文献１の表２に記載されたＴＮＴを単独で用いた場合）に比べて、ナノダイヤモンドの含有割合が向上することがわかる。
　また、結晶子サイズは、Ｘ線回折データからＳｃｈｅｒｒｅｒの式：Ｄ＝Ｋλ／βｃｏｓθを用いて求めることができるとされている。ここで、Ｄは結晶子サイズ（Å）、λはＸ線管球の波長（実施例では、Ｃｕ－Ｋα線の１．５４１８Å）、βは結晶子による回折Ｘ線の拡がり、θは回折角（ｒａｄ）、ＫはＳｃｈｅｒｒｅｒ定数であり０．９とした（Ｂ．Ｄ．カリティ（著），松村源太郎（訳），「X線回折要論（新版）」，アグネ承風社；１９９９年３月）。βは、実測した回折Ｘ線の幅βｅｘｐおよび装置による回折Ｘ線の拡がりβｉを用いて、β＝（βｅｘｐ２－βｉ２）１／２から求めた。
　実測した回折Ｘ線は、スムージング、バックグランド除去およびＫα２除去を行った後、２６°付近のピーク（一般的に、Ｇ００２と呼ばれる）および４３°付近のピーク（一般的に、Ｄ１１１と呼ばれる）の半値幅を求め、これを回折Ｘ線の幅βｅｘｐとした。また、Ｓｉ粉末（大阪薬研製ＳｔａｎＳｉｌ－Ｇ０３Ａ、中心粒径５．２μｍ）を１０質量％添加し、その回折Ｘ線の４７°付近のピーク（一般的に、Ｓｉ２２０と呼ばれる）の半値幅をβｉとした。なお、Ｘ線回折装置の装置としては、前述＜ＸＲＤ定量法＞と同じ装置であるリガク製水平型Ｘ線回折装置ＳｍａｒｔＬａｂを用いた。
　実験例１～３で得られた炭素粒子を実測したＸ線回折データから推定した結晶子サイズを下記表４に示す。その結果、ダイヤモンドの結晶子サイズは２～５ｎｍであると考えられる。すなわち、ダイヤモンドの回折Ｘ線幅からＳｈｅｒｒｅｒの式より求めたダイヤモンドの結晶子サイズは後述するＴＥＭ観察の結果とほぼ一致している。
　なお、この手法により結晶子サイズを推定する際には、面間隔が一定で結晶子サイズのみが異なることを前提にしている。しかし、グラファイト質の炭素は、グラファイトの六角網面は平行に積層しているが、その向きには規則性が見られない、いわゆる乱層構造であることが分かっている。そのため、様々な変形物が関与する２６°付近の混在ピークから求めた結晶子サイズは正確でないことが予想される。そのため、この手法により推定されたグラファイト質の炭素の結晶子サイズは参考データとする。
　また、後述の炭素粒子の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真で観察される一次粒子の粒径は数～２０ｎｍ程度であるが、Ｘ線回折データから推定した結晶子サイズは、写真で示される最小粒子径の粒子が表現されたものであると推定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　≪実験結果のまとめ≫
　本実験例１～３における実験内容、炭素粒子の回収量、収率、炭素粒子中のダイヤモンドとグラファイト質の炭素の割合、X線回折線の線幅より求めたダイヤモンド結晶子サイズ、および透過電子顕微鏡写真より概略求めたダイヤモンドとグラファイト質の炭素の結晶子サイズを表５に示す。この結果から、ナノサイズのダイヤモンドとグラファイト質の炭素を含む炭素粒子が製造できたことが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を離れることなく様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。
　なお、本出願は、２０１３年１２月２７日付けで出願された日本特許出願（特願２０１３－２７３４６８）に基づいており、その全体が引用により援用される。
　本発明は、炭素粒子を安定して低い生産コストで製造することを可能にするため、その優れた特性を活かした用途に関連する様々な分野で多大の貢献をなすものである。
１０ 原料物質
１２ 爆発性物質
２０ 爆発容器
２２ 伝爆薬
２４ 雷管や導爆線
３０ 冷却容器
３２ 冷却材
３４ 架台
３６ 穴あき円板

Claims (10)

  1. 　爆轟法により炭素粒子を製造する方法であって、２個以下のニトロ基を有する芳香族化合物を含む原料物質の周囲に爆速６３００ｍ／ｓ以上の爆発性物質を配置する工程と、前記爆発性物質を爆轟させる工程とを含むことを特徴とする製造方法。
  2. 　前記原料物質がジニトロトルエン、ジニトロベンゼンおよびジニトロキシレンよりなる群から選択される少なくとも１種を含む請求項１に記載の製造方法。
  3. 　前記爆発性物質が常温・常圧で液体である請求項１に記載の製造方法。
  4. 　前記液体がヒドラジンと硝酸ヒドラジンの混合物、ヒドラジンと硝酸アンモニウムの混合物、ニトロメタンおよびヒドラジンとニトロメタンの混合物よりなる群から選択される少なくとも１種を含む請求項３に記載の製造方法。
  5. 　前記原料物質と前記爆発性物質とをチャンバー内に装填した状態で前記爆轟を行う請求項１に記載の製造方法。
  6. 　前記チャンバー内の雰囲気が実質的に酸素ガスを含まない請求項５に記載の製造方法。
  7. 　前記チャンバー内で前記原料物質と前記爆発性物質との周囲に冷却材を配置する請求項５に記載の製造方法。
  8. 　前記冷却材が実質的に酸化性物質を発生しない物質である請求項７に記載の製造方法。
  9. 　前記爆轟工程で得られた残渣から炭素粒子を回収する工程をさらに含む請求項１に記載の製造方法。
  10. 　請求項１～９のいずれか１項に記載の製造方法により得られ、グラファイト質の炭素の質量をＧ、ダイヤモンドの質量をＤとするとき、その質量比Ｇ／Ｄが２．５以上であることを特徴とする炭素粒子。
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