JP2001348215A - カーボンナノチューブおよび／またはフラーレンの製造方法、並びにその製造装置 - Google Patents
カーボンナノチューブおよび／またはフラーレンの製造方法、並びにその製造装置Info
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- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/842—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure for carbon nanotubes or fullerenes
- Y10S977/844—Growth by vaporization or dissociation of carbon source using a high-energy heat source, e.g. electric arc, laser, plasma, e-beam
Abstract
(57)【要約】
【課題】 純度の高いナノチューブやフラーレンを高い
製造効率で、連続的に製造し得る製造方法および製造装
置の提供。 【解決手段】 系内を１．３Ｐａ以下に減圧し、少なく
とも含炭素液状物質を供給して系内を１．３ｋＰａ〜９
３．３ｋＰａとし、アーク放電を行い、該アーク放電に
より発生する放電プラズマ中に含炭素液状物質を供給
し、該含炭素液状物質を分解等して、カーボンナノチュ
ーブおよび／またはフラーレンを生成させることを特徴
とするカーボンナノチューブ等の製造方法である。ま
た、少なくとも、真空チャンバー１０内にアーク放電を
行って放電プラズマを発生させる一対の電極１１ａ、１
１ｂが設けられ、かつ、前記真空チャンバー１０内にキ
ャリアーガスを供給し得るガス供給手段１７と、前記放
電プラズマ中に導入管１５から含炭素液状物質を供給し
得る原料供給手段１６と、を具備することを特徴とする
カーボンナノチューブ等の製造装置である。
製造効率で、連続的に製造し得る製造方法および製造装
置の提供。 【解決手段】 系内を１．３Ｐａ以下に減圧し、少なく
とも含炭素液状物質を供給して系内を１．３ｋＰａ〜９
３．３ｋＰａとし、アーク放電を行い、該アーク放電に
より発生する放電プラズマ中に含炭素液状物質を供給
し、該含炭素液状物質を分解等して、カーボンナノチュ
ーブおよび／またはフラーレンを生成させることを特徴
とするカーボンナノチューブ等の製造方法である。ま
た、少なくとも、真空チャンバー１０内にアーク放電を
行って放電プラズマを発生させる一対の電極１１ａ、１
１ｂが設けられ、かつ、前記真空チャンバー１０内にキ
ャリアーガスを供給し得るガス供給手段１７と、前記放
電プラズマ中に導入管１５から含炭素液状物質を供給し
得る原料供給手段１６と、を具備することを特徴とする
カーボンナノチューブ等の製造装置である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、カーボンナノチューブ
および／またはフラーレンの製造方法、並びにその製造
装置に関する。
および／またはフラーレンの製造方法、並びにその製造
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】１９８５年に発見されたＣ60を代表とす
るフラーレンや１９９１年に発見されたカーボンナノチ
ューブは、それまでの炭素物質とは異なる特異な電子物
性を示すため、グラファイト、アモルファスカーボン、
ダイヤモンドとは異なる新しい炭素の同素体として注目
を集めている。
るフラーレンや１９９１年に発見されたカーボンナノチ
ューブは、それまでの炭素物質とは異なる特異な電子物
性を示すため、グラファイト、アモルファスカーボン、
ダイヤモンドとは異なる新しい炭素の同素体として注目
を集めている。
【０００３】例えば、Ｃ60やＣ70に代表されるフラーレ
ンは、それら以外にも多数の種類があり、多数の炭素原
子が球状の籠型に配置されて一つの分子を構成してい
る。またフラーレンは、ベンゼン等の有機溶媒に可溶な
ため取り扱い性がよく、超伝導体や半導体としての性質
だけでなく、高い光官能効果を示すので、電子写真感光
材料としての応用も考えられている。さらに、フラーレ
ンの内部に異種の元素をドープしたり、外部に多種の化
学官能基を付与することで、機能性材料として有効な物
性が発現する。
ンは、それら以外にも多数の種類があり、多数の炭素原
子が球状の籠型に配置されて一つの分子を構成してい
る。またフラーレンは、ベンゼン等の有機溶媒に可溶な
ため取り扱い性がよく、超伝導体や半導体としての性質
だけでなく、高い光官能効果を示すので、電子写真感光
材料としての応用も考えられている。さらに、フラーレ
ンの内部に異種の元素をドープしたり、外部に多種の化
学官能基を付与することで、機能性材料として有効な物
性が発現する。
【０００４】一方、カーボンナノチューブ（以下、単に
「ナノチューブ」ということがある）は、フラーレンと
同様、炭素のみを構成元素とした新しい材料であり、光
官能効果、半導体材料等としての機能を有することが発
見され、電子工業の各分野における活用が望まれてい
る。特に、ナノチューブは、わずかに原子配列の仕方
（カイラリティ）が変化することで、半導体にも、導体
にもなり得ることから、ナノメーターサイズの低次元電
気伝導材料やスイッチング素子としての期待も高い。ま
た、電界放出型の電子源や水素貯蔵材料としても注目さ
れているほか、トンネル電子顕微鏡や原子間力顕微鏡の
探針としての利用も試みられている。
「ナノチューブ」ということがある）は、フラーレンと
同様、炭素のみを構成元素とした新しい材料であり、光
官能効果、半導体材料等としての機能を有することが発
見され、電子工業の各分野における活用が望まれてい
る。特に、ナノチューブは、わずかに原子配列の仕方
（カイラリティ）が変化することで、半導体にも、導体
にもなり得ることから、ナノメーターサイズの低次元電
気伝導材料やスイッチング素子としての期待も高い。ま
た、電界放出型の電子源や水素貯蔵材料としても注目さ
れているほか、トンネル電子顕微鏡や原子間力顕微鏡の
探針としての利用も試みられている。
【０００５】従来、フラーレンやナノチューブは、レー
ザーアブレーション法、アセチレンガスを用いた化学気
相成長法（ＣＶＤ法）、炭素棒電極を原料としたアーク
放電による方法等で製造されてきた。フラーレンやナノ
チューブがアーク放電やレーザーアブレーション法等の
方法で生成される科学的根拠については、現在でも不明
である。
ザーアブレーション法、アセチレンガスを用いた化学気
相成長法（ＣＶＤ法）、炭素棒電極を原料としたアーク
放電による方法等で製造されてきた。フラーレンやナノ
チューブがアーク放電やレーザーアブレーション法等の
方法で生成される科学的根拠については、現在でも不明
である。
【０００６】フラーレンやカーボンナノチューブの製造
に関しては、大量合成を目的に種々の方法が検討されて
きた。初期において考案された抵抗加熱法は、希ガス中
で２本のグラファイトの先端を接触させ、数十Ａから数
百Ａの電流を通電させることにより、グラファイトを加
熱、蒸発させるものであった。しかし、この方法では、
グラム単位の試料を得ることは非常に困難であるため、
現在ではほとんど用いられていない。
に関しては、大量合成を目的に種々の方法が検討されて
きた。初期において考案された抵抗加熱法は、希ガス中
で２本のグラファイトの先端を接触させ、数十Ａから数
百Ａの電流を通電させることにより、グラファイトを加
熱、蒸発させるものであった。しかし、この方法では、
グラム単位の試料を得ることは非常に困難であるため、
現在ではほとんど用いられていない。
【０００７】レーザーアブレーション法とは、グラファ
イトにＹＡＧレーザーのようなパルスレーザーを照射
し、グラファイト表面でプラズマを発生させ、煤を生じ
させる方法である。この方法の特徴は、後述のアーク放
電法に比べ、Ｃ60フラーレンの生成効率が高く、また、
純度の高いナノチューブやフラーレンが得られることに
ある。
イトにＹＡＧレーザーのようなパルスレーザーを照射
し、グラファイト表面でプラズマを発生させ、煤を生じ
させる方法である。この方法の特徴は、後述のアーク放
電法に比べ、Ｃ60フラーレンの生成効率が高く、また、
純度の高いナノチューブやフラーレンが得られることに
ある。
【０００８】化学気相成長法では、原料としてアセチレ
ンガスやメタンガスを用い、原料ガスの化学分解反応に
より、高純度のナノチューブやフラーレンが製造でき
る。最近では、フッ素化合物を化学処理し、電子線照射
等により効率良くナノチューブを製造する方法も発見さ
れている。
ンガスやメタンガスを用い、原料ガスの化学分解反応に
より、高純度のナノチューブやフラーレンが製造でき
る。最近では、フッ素化合物を化学処理し、電子線照射
等により効率良くナノチューブを製造する方法も発見さ
れている。
【０００９】化学気相成長法における化学反応は、原料
の熱分解過程に依存しているので、純度の高いナノチュ
ーブを製造することが可能である。また、原料がガスな
ので、原料の連続投入も可能である。しかし、化学気相
成長法は熱平衡反応なので、成長速度が極めて遅いとい
う問題がある。またフッ素化合物を原料とした化学気相
成長法は、高い製造効率を有し、かつ、その技術は多重
壁のナノチューブを製造することにおいて有効である
が、電子素子として有望視されている単一壁のナノチュ
ーブの製造には不向きである。
の熱分解過程に依存しているので、純度の高いナノチュ
ーブを製造することが可能である。また、原料がガスな
ので、原料の連続投入も可能である。しかし、化学気相
成長法は熱平衡反応なので、成長速度が極めて遅いとい
う問題がある。またフッ素化合物を原料とした化学気相
成長法は、高い製造効率を有し、かつ、その技術は多重
壁のナノチューブを製造することにおいて有効である
が、電子素子として有望視されている単一壁のナノチュ
ーブの製造には不向きである。
【００１０】アーク放電法とは、グラファイト棒を陰極
と陽極に用い、ＨｅやＡｒ等の希ガス中で、印加電圧を
数十Ｖとし、電極間に数十Ａの電流を流すことで、アー
ク放電を起こし、その結果、陽極先端部は約４０００℃
程度まで温度が上昇し、陽極の先端部が蒸発して、ナノ
チューブやフラーレンを含有する煤が陰極や装置の内壁
に堆積するというものである。ナノチューブやフラーレ
ンはその煤の中に数％程度の割合で含まれている。フラ
ーレンはベンゼン等の有機溶媒に溶かし、液体クロマト
グラフ法で煤から分離して精製する。ナノチューブは分
子サイズが大きいので、溶解可能な有機溶媒は存在せ
ず、煤から超音波法や熱処理法等により分離して精製す
る。また陽極にＮｉ化合物や鉄化合物を含有させると、
触媒作用が発現し、単一壁のナノチューブを効率良く製
造することができる。
と陽極に用い、ＨｅやＡｒ等の希ガス中で、印加電圧を
数十Ｖとし、電極間に数十Ａの電流を流すことで、アー
ク放電を起こし、その結果、陽極先端部は約４０００℃
程度まで温度が上昇し、陽極の先端部が蒸発して、ナノ
チューブやフラーレンを含有する煤が陰極や装置の内壁
に堆積するというものである。ナノチューブやフラーレ
ンはその煤の中に数％程度の割合で含まれている。フラ
ーレンはベンゼン等の有機溶媒に溶かし、液体クロマト
グラフ法で煤から分離して精製する。ナノチューブは分
子サイズが大きいので、溶解可能な有機溶媒は存在せ
ず、煤から超音波法や熱処理法等により分離して精製す
る。また陽極にＮｉ化合物や鉄化合物を含有させると、
触媒作用が発現し、単一壁のナノチューブを効率良く製
造することができる。
【００１１】上記アーク放電法において、グラファイト
棒を電極として用いると、アークプラズマ中に多量に存
在する電子やイオンが陽極側のグラファイト棒に衝突す
る。その結果、グラファイト棒の先端の温度は約４００
０℃まで上昇し、炭素のイオンや中性粒子が多量に放出
される。これらが、陰極やチャンバーに付着したり、陽
極側に再付着する過程で、フラーレンやナノチューブが
生成されると考えられている。しかし、アークプラズマ
中では、励起されたイオンや電子との衝突により、複雑
な化学反応が多様に起きているので、炭素イオンの量や
運動エネルギーを安定に制御することが難しく、フラー
レン、ナノチューブとともに多量のアモルファスカーボ
ン粒子およびグラファイト粒子が生成し、それらの混在
した煤となってしまう。しかも、煤中のナノチューブや
フラーレンの濃度は極めて低く、数％以下である。
棒を電極として用いると、アークプラズマ中に多量に存
在する電子やイオンが陽極側のグラファイト棒に衝突す
る。その結果、グラファイト棒の先端の温度は約４００
０℃まで上昇し、炭素のイオンや中性粒子が多量に放出
される。これらが、陰極やチャンバーに付着したり、陽
極側に再付着する過程で、フラーレンやナノチューブが
生成されると考えられている。しかし、アークプラズマ
中では、励起されたイオンや電子との衝突により、複雑
な化学反応が多様に起きているので、炭素イオンの量や
運動エネルギーを安定に制御することが難しく、フラー
レン、ナノチューブとともに多量のアモルファスカーボ
ン粒子およびグラファイト粒子が生成し、それらの混在
した煤となってしまう。しかも、煤中のナノチューブや
フラーレンの濃度は極めて低く、数％以下である。
【００１２】従って、煤からナノチューブやフラーレン
を分離精製すると、結果的に、きわめて少ない量のナノ
チューブやフラーレンしか得られない。フラーレンはベ
ンゼン等の有機溶媒に溶けるので、高純度の精製が容易
である。しかしながら、ナノチューブは化学処理や超音
波振動法で分離精製しても、アモルファスカーボンやグ
ラファイト粒子を完全に取り除くことは不可能であり、
高い濃度での単離はできない。従って、従来のアーク放
電法では、一度に製造できるナノチューブおよびフラー
レンの量は極めて少なく、製造効率は著しく低い。かか
る状況から、フラーレンおよびカーボンナノチューブの
大量生産が望まれている。
を分離精製すると、結果的に、きわめて少ない量のナノ
チューブやフラーレンしか得られない。フラーレンはベ
ンゼン等の有機溶媒に溶けるので、高純度の精製が容易
である。しかしながら、ナノチューブは化学処理や超音
波振動法で分離精製しても、アモルファスカーボンやグ
ラファイト粒子を完全に取り除くことは不可能であり、
高い濃度での単離はできない。従って、従来のアーク放
電法では、一度に製造できるナノチューブおよびフラー
レンの量は極めて少なく、製造効率は著しく低い。かか
る状況から、フラーレンおよびカーボンナノチューブの
大量生産が望まれている。
【００１３】一般に、アーク放電法にてカーボンナノチ
ューブやフラーレンを製造する際には、電極としてグラ
ファイトが使用されるが、この電極がアーク放電によ
り、ＣやＣ2などのカーボン種を含むプラズマを発生さ
せる。このカーボン種がフラーレンやカーボンナノチュ
ーブのソースとなっていることは明らかである。従っ
て、カーボンナノチューブやフラーレンを大量合成する
には、このソースを大量に供給すれば、それに応じた量
の炭素物質を製造することができるはずである。しか
し、従来は、ソースの供給は電極自体のみであったた
め、放電時間が長くなるにつれ陽極電極が短くなってし
まう。大量合成をしようとすれば、グラファイト電極を
安定的に、かつ、連続的に供給しなければならなく、そ
のための装置を実現しようとすると複雑な機構になる
か、あるいは大型な装置にならざるを得ない。
ューブやフラーレンを製造する際には、電極としてグラ
ファイトが使用されるが、この電極がアーク放電によ
り、ＣやＣ2などのカーボン種を含むプラズマを発生さ
せる。このカーボン種がフラーレンやカーボンナノチュ
ーブのソースとなっていることは明らかである。従っ
て、カーボンナノチューブやフラーレンを大量合成する
には、このソースを大量に供給すれば、それに応じた量
の炭素物質を製造することができるはずである。しか
し、従来は、ソースの供給は電極自体のみであったた
め、放電時間が長くなるにつれ陽極電極が短くなってし
まう。大量合成をしようとすれば、グラファイト電極を
安定的に、かつ、連続的に供給しなければならなく、そ
のための装置を実現しようとすると複雑な機構になる
か、あるいは大型な装置にならざるを得ない。
【００１４】このことはグラファイトをターゲットとし
たレーザーアブレーション法でも同様で、ナノチューブ
やフラーレンの含有率は多少高くなる傾向にあるもの
の、アーク放電法と同様に、煤の大量合成は困難であ
る。
たレーザーアブレーション法でも同様で、ナノチューブ
やフラーレンの含有率は多少高くなる傾向にあるもの
の、アーク放電法と同様に、煤の大量合成は困難であ
る。
【００１５】従って、従来の製造方法では、製造効率が
低く、得られる煤に含まれるナノチューブやフラーレン
の純度が低いことに課題がある。特に、数ｎｍオーダー
の電子スイッチング素子を実現する材料として期待され
ているナノチューブを効率良く製造するには、純度の高
いナノチューブを多量に製造できる工業的製造方法およ
び製造装置が必要とされている。
低く、得られる煤に含まれるナノチューブやフラーレン
の純度が低いことに課題がある。特に、数ｎｍオーダー
の電子スイッチング素子を実現する材料として期待され
ているナノチューブを効率良く製造するには、純度の高
いナノチューブを多量に製造できる工業的製造方法およ
び製造装置が必要とされている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、アモルファスカーボンやグラファイト粒子等の不純
物濃度が低く、純度の高いナノチューブやフラーレンを
高い製造効率で、連続的に製造し得る製造方法および製
造装置を提供することである。
は、アモルファスカーボンやグラファイト粒子等の不純
物濃度が低く、純度の高いナノチューブやフラーレンを
高い製造効率で、連続的に製造し得る製造方法および製
造装置を提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、鋭意研
究の結果、本発明者らは、炭素源として含炭素液状物質
を使用し、含炭素液状物質を放電プラズマ中に供給する
装置を使用すると、高純度および高収率でナノチューブ
およびフラーレンが得られることを発見し、本発明を完
成した。すなわち、本発明は、
究の結果、本発明者らは、炭素源として含炭素液状物質
を使用し、含炭素液状物質を放電プラズマ中に供給する
装置を使用すると、高純度および高収率でナノチューブ
およびフラーレンが得られることを発見し、本発明を完
成した。すなわち、本発明は、
【００１８】＜１＞ 系内を１．３Ｐａ以下に減圧し、
少なくとも含炭素液状物質を供給して系内を１．３ｋＰ
ａ〜９３．３ｋＰａとし、アーク放電を行い、該アーク
放電により発生する放電プラズマ中に含炭素液状物質を
供給し、該含炭素液状物質を分解もしくは励起して、カ
ーボンナノチューブおよび／またはフラーレンを生成さ
せることを特徴とするカーボンナノチューブおよび／ま
たはフラーレンの製造方法である。
少なくとも含炭素液状物質を供給して系内を１．３ｋＰ
ａ〜９３．３ｋＰａとし、アーク放電を行い、該アーク
放電により発生する放電プラズマ中に含炭素液状物質を
供給し、該含炭素液状物質を分解もしくは励起して、カ
ーボンナノチューブおよび／またはフラーレンを生成さ
せることを特徴とするカーボンナノチューブおよび／ま
たはフラーレンの製造方法である。
【００１９】＜２＞ 前記含炭素液状物質が、有機溶媒
であることを特徴とする＜１＞に記載のカーボンナノチ
ューブおよび／またはフラーレンの製造方法である。
であることを特徴とする＜１＞に記載のカーボンナノチ
ューブおよび／またはフラーレンの製造方法である。
【００２０】＜３＞ 前記含炭素液状物質が、石油系液
体、鉱物油および脂肪酸エステルのいずれかであること
を特徴とする＜１＞に記載のカーボンナノチューブおよ
び／またはフラーレンの製造方法である。
体、鉱物油および脂肪酸エステルのいずれかであること
を特徴とする＜１＞に記載のカーボンナノチューブおよ
び／またはフラーレンの製造方法である。
【００２１】また、本発明は、 ＜４＞ 少なくとも、真空チャンバー内にアーク放電を
行って放電プラズマを発生させる一対の電極が設けら
れ、かつ、前記真空チャンバー内にキャリアーガスを供
給し得るガス供給手段と、前記放電プラズマ中に導入管
から含炭素液状物質を供給し得る原料供給手段と、を具
備することを特徴とするカーボンナノチューブおよび／
またはフラーレンの製造装置である。
行って放電プラズマを発生させる一対の電極が設けら
れ、かつ、前記真空チャンバー内にキャリアーガスを供
給し得るガス供給手段と、前記放電プラズマ中に導入管
から含炭素液状物質を供給し得る原料供給手段と、を具
備することを特徴とするカーボンナノチューブおよび／
またはフラーレンの製造装置である。
【００２２】＜５＞ 前記原料供給手段が含炭素液状物
質を霧状に供給し得ることを特徴とする＜４＞に記載の
カーボンナノチューブおよび／またはフラーレンの製造
装置である。
質を霧状に供給し得ることを特徴とする＜４＞に記載の
カーボンナノチューブおよび／またはフラーレンの製造
装置である。
【００２３】＜６＞ さらに、前記一対の電極間の距離
を調整し得る間隙調整手段を具備することを特徴とする
＜４＞または＜５＞に記載のカーボンナノチューブおよ
び／またはフラーレンの製造装置である。
を調整し得る間隙調整手段を具備することを特徴とする
＜４＞または＜５＞に記載のカーボンナノチューブおよ
び／またはフラーレンの製造装置である。
【００２４】＜７＞ 前記一対の電極のうち、少なくと
も一方の電極を冷却し得る冷却手段が設けられているこ
とを特徴とする＜４＞〜＜６＞のいずれかに記載のカー
ボンナノチューブおよび／またはフラーレンの製造装置
である。
も一方の電極を冷却し得る冷却手段が設けられているこ
とを特徴とする＜４＞〜＜６＞のいずれかに記載のカー
ボンナノチューブおよび／またはフラーレンの製造装置
である。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明のナノチューブおよ
び／またはフラーレンの製造方法とその製造方法に使用
される製造装置について、図１を参照して説明する。
び／またはフラーレンの製造方法とその製造方法に使用
される製造装置について、図１を参照して説明する。
【００２６】≪１．ナノチューブおよび／またはフラー
レンの製造装置≫本発明のナノチューブおよび／または
フラーレンの製造装置は、図１に示すように、少なくと
も、真空チャンバー１０内にアーク放電を行って放電プ
ラズマを発生させる一対の電極１１ａ、１１ｂが設けら
れ、前記真空チャンバー内にキャリアーガスを供給し得
るガス供給手段１７と、前記放電プラズマ中に含炭素液
状物質を供給し得る導入管１５を具備した原料供給手段
１６と、からなる。
レンの製造装置≫本発明のナノチューブおよび／または
フラーレンの製造装置は、図１に示すように、少なくと
も、真空チャンバー１０内にアーク放電を行って放電プ
ラズマを発生させる一対の電極１１ａ、１１ｂが設けら
れ、前記真空チャンバー内にキャリアーガスを供給し得
るガス供給手段１７と、前記放電プラズマ中に含炭素液
状物質を供給し得る導入管１５を具備した原料供給手段
１６と、からなる。
【００２７】真空チャンバー１０は、ステンレス等の金
属製であるのことが好ましい。真空チャンバー１０に
は、系内を減圧するためのロータリーポンプ１４および
圧力測定のための圧力計（図示せず）が設置されてい
る。また、真空チャンバー１０内に設けられる電極１１
ａおよび１１ｂは、直流または交流電圧を印加するため
に電源１８と接続されている。電極１１ａおよび１１ｂ
は、図面上、左右に対向して配置されている。なお、安
定して放電プラズマを発生させることできれば、電極の
配置はこれに限定されるものではない。
属製であるのことが好ましい。真空チャンバー１０に
は、系内を減圧するためのロータリーポンプ１４および
圧力測定のための圧力計（図示せず）が設置されてい
る。また、真空チャンバー１０内に設けられる電極１１
ａおよび１１ｂは、直流または交流電圧を印加するため
に電源１８と接続されている。電極１１ａおよび１１ｂ
は、図面上、左右に対向して配置されている。なお、安
定して放電プラズマを発生させることできれば、電極の
配置はこれに限定されるものではない。
【００２８】電極材料としては、カーボン、鉄、銅、ス
テンレス、ニッケル、タングステン、タンタル、モリブ
デン等のいずれかを使用するのが好ましいが、高温のア
ーク放電を起こすために、高融点のカーボン、タングス
テンを使用するのがより好ましい。また、カーボンを電
極とした場合、電極に、ニッケル、イットリウム、カー
ボン粉末等の公知の触媒を含有させると、これらの作用
により、単一壁ナノチューブの生成を促進させることが
できる。なお、上記触媒を電極に含有させる方法として
は、電極に１以上の穴を設けて触媒を充填する方法や電
極作製時に触媒を混合する方法等が挙げられる。
テンレス、ニッケル、タングステン、タンタル、モリブ
デン等のいずれかを使用するのが好ましいが、高温のア
ーク放電を起こすために、高融点のカーボン、タングス
テンを使用するのがより好ましい。また、カーボンを電
極とした場合、電極に、ニッケル、イットリウム、カー
ボン粉末等の公知の触媒を含有させると、これらの作用
により、単一壁ナノチューブの生成を促進させることが
できる。なお、上記触媒を電極に含有させる方法として
は、電極に１以上の穴を設けて触媒を充填する方法や電
極作製時に触媒を混合する方法等が挙げられる。
【００２９】電極１１ａ、１１ｂには、これらを冷却し
得る冷却手段（図示せず）が設けられているのが好まし
い。冷却手段を設ける場合には、熱伝導率の高い銅を電
極材料として使用するのが好ましい。かかる冷却手段を
設けると、電極が冷却されてその温度が一定に保たれ、
アーク放電を安定して発生させることができる。冷却手
段を設ける電極としては陽極（交流の場合は径の小さい
電極、以下同様）、陰極（交流の場合は径の大きい電
極、以下同様）のいずれでもよい。陽極に冷却手段を設
けると陽極の過熱を抑制でき、陰極に設けると析出する
ナノチューブやフラーレンのグラファイト化を防ぐこと
ができる。冷却手段による冷却方法としては、電極を支
持する支持体に、銅等からなる水冷パイプを巻きつけて
冷却する方法や少なくとも一方の電極にキャリアーガス
を吹き付ける方法等を挙げることができる。
得る冷却手段（図示せず）が設けられているのが好まし
い。冷却手段を設ける場合には、熱伝導率の高い銅を電
極材料として使用するのが好ましい。かかる冷却手段を
設けると、電極が冷却されてその温度が一定に保たれ、
アーク放電を安定して発生させることができる。冷却手
段を設ける電極としては陽極（交流の場合は径の小さい
電極、以下同様）、陰極（交流の場合は径の大きい電
極、以下同様）のいずれでもよい。陽極に冷却手段を設
けると陽極の過熱を抑制でき、陰極に設けると析出する
ナノチューブやフラーレンのグラファイト化を防ぐこと
ができる。冷却手段による冷却方法としては、電極を支
持する支持体に、銅等からなる水冷パイプを巻きつけて
冷却する方法や少なくとも一方の電極にキャリアーガス
を吹き付ける方法等を挙げることができる。
【００３０】直流および交流のいずれを使用した場合
も、一方の電極が他方の電極より小径であることが好ま
しい。特に、直流の場合は、陽極が陰極より小径である
ことが好ましい。図１においては、電極１１ａが電極１
１ｂより小径となっている。また電極１１ａ、１１ｂの
電極面（放電面）を平行とすると、安定なアーク放電の
発生が可能となり、気相でフラーレン等の成長をさらに
促進させることができる。
も、一方の電極が他方の電極より小径であることが好ま
しい。特に、直流の場合は、陽極が陰極より小径である
ことが好ましい。図１においては、電極１１ａが電極１
１ｂより小径となっている。また電極１１ａ、１１ｂの
電極面（放電面）を平行とすると、安定なアーク放電の
発生が可能となり、気相でフラーレン等の成長をさらに
促進させることができる。
【００３１】電極１１ａは可動装置（間隙調整手段）１
３に支持されている。可動装置１３により、電極１１ａ
は、その軸方向に移動が可能となっており、アーク放電
時の電極１１ａ、１１ｂ間の距離（電極間距離）を容易
に調整することができる。したがって、可動装置１３に
より、放電中に電極１１ａが消耗しても、電極間距離を
一定に保つことができる。なお、図面上、可動装置１３
は電極１１ａ側に配されているが、電極１１ｂ側に配し
ても、電極１１ａおよび１１ｂ双方に配しても構わな
い。但し、電極１１ａが消耗した際、電極１１ａ、１１
ｂの間隙の位置を変えることなく電極間距離を調整し得
る点で、可動装置１３は電極１１ａ側に配されているの
が好ましい。
３に支持されている。可動装置１３により、電極１１ａ
は、その軸方向に移動が可能となっており、アーク放電
時の電極１１ａ、１１ｂ間の距離（電極間距離）を容易
に調整することができる。したがって、可動装置１３に
より、放電中に電極１１ａが消耗しても、電極間距離を
一定に保つことができる。なお、図面上、可動装置１３
は電極１１ａ側に配されているが、電極１１ｂ側に配し
ても、電極１１ａおよび１１ｂ双方に配しても構わな
い。但し、電極１１ａが消耗した際、電極１１ａ、１１
ｂの間隙の位置を変えることなく電極間距離を調整し得
る点で、可動装置１３は電極１１ａ側に配されているの
が好ましい。
【００３２】本発明の製造装置には、含炭素液状物質を
真空チャンバー１０内の放電プラズマ中に導入するため
の導入管１５が設けられており、導入管１５の含炭素液
状物質の噴霧口１５’は、電極間の中央であって、発生
する放電プラズマにできるだけ近い位置に設けるのが好
ましい。この導入管１５は電極間で発生する放電プラズ
マ中に含炭素液状物質を供給するために用いられる。導
入管１５から含炭素液状物質が霧状（ミスト状）に供給
されることで、放電プラズマ中に効率良く含炭素液状物
質が供給され、これが炭素源となってフラーレンやナノ
チューブが生成される。従って、このような装置を使用
すれば、従来のカーボン電極間でのみ生成するナノチュ
ーブやフラーレンよりもその収量を向上させることがで
きる。
真空チャンバー１０内の放電プラズマ中に導入するため
の導入管１５が設けられており、導入管１５の含炭素液
状物質の噴霧口１５’は、電極間の中央であって、発生
する放電プラズマにできるだけ近い位置に設けるのが好
ましい。この導入管１５は電極間で発生する放電プラズ
マ中に含炭素液状物質を供給するために用いられる。導
入管１５から含炭素液状物質が霧状（ミスト状）に供給
されることで、放電プラズマ中に効率良く含炭素液状物
質が供給され、これが炭素源となってフラーレンやナノ
チューブが生成される。従って、このような装置を使用
すれば、従来のカーボン電極間でのみ生成するナノチュ
ーブやフラーレンよりもその収量を向上させることがで
きる。
【００３３】導入管１５の噴霧口１５’側と反対側の端
部は枝分かれしており、枝分かれの一方は、含炭素液状
物質が充填されている原料供給手段１６に接続され、他
の一方は、キャリアーガスボンベ１７と接続されてい
る。但し、キャリアーガスボンベ１７は導入管１５と別
系統で真空チャンバー１０と連結していてもよい。ま
た、原料供給手段１６はヒーター１９を設けた構成とし
てもよい。原料供給手段１６にヒーター１９を設けれ
ば、液体原料を加熱し気化させて、含炭素液状物質をチ
ャンバー内に導入することも可能となる。このような構
成としても、含炭素液状物質が放電プラズマ中に、高濃
度の気体状態で供給されるので、効率良くナノチューブ
やフラーレンを生成させることができる。
部は枝分かれしており、枝分かれの一方は、含炭素液状
物質が充填されている原料供給手段１６に接続され、他
の一方は、キャリアーガスボンベ１７と接続されてい
る。但し、キャリアーガスボンベ１７は導入管１５と別
系統で真空チャンバー１０と連結していてもよい。ま
た、原料供給手段１６はヒーター１９を設けた構成とし
てもよい。原料供給手段１６にヒーター１９を設けれ
ば、液体原料を加熱し気化させて、含炭素液状物質をチ
ャンバー内に導入することも可能となる。このような構
成としても、含炭素液状物質が放電プラズマ中に、高濃
度の気体状態で供給されるので、効率良くナノチューブ
やフラーレンを生成させることができる。
【００３４】≪２．ナノチューブおよび／またはフラー
レンの製造方法≫本発明のナノチューブおよび／または
フラーレンの製造方法は、系内を１．３Ｐａ以下に減圧
し、少なくとも含炭素液状物質を供給して系内を１．３
ｋＰａ〜９３．３ｋＰａとし、アーク放電を行い、該ア
ーク放電により発生する放電プラズマ中に前記含炭素液
状物質を供給し、該含炭素液状物質を分解もしくは励起
して、カーボンナノチューブおよび／またはフラーレン
を生成させるものである。
レンの製造方法≫本発明のナノチューブおよび／または
フラーレンの製造方法は、系内を１．３Ｐａ以下に減圧
し、少なくとも含炭素液状物質を供給して系内を１．３
ｋＰａ〜９３．３ｋＰａとし、アーク放電を行い、該ア
ーク放電により発生する放電プラズマ中に前記含炭素液
状物質を供給し、該含炭素液状物質を分解もしくは励起
して、カーボンナノチューブおよび／またはフラーレン
を生成させるものである。
【００３５】以下、図１を参照して、本発明のナノチュ
ーブおよび／またはフラーレンの製造方法について説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ーブおよび／またはフラーレンの製造方法について説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３６】まず、ロータリーポンプ１４を使用して、
真空チャンバー１０内を１．３Ｐａ（１０-2Ｔｏｒｒ）
以下まで減圧する。キャリアーガスボンベ１７からキャ
リア気体として、ヘリウム、アルゴン、水素、窒素、酸
素、二酸化炭素のうちいずれかを導入管１５を通じて真
空チャンバー１０内に導入し、再び、１．３Ｐａ以下ま
で減圧して真空チャンバー１０内に大気が残留しないよ
うにする。このような減圧、キャリアーガス置換、減圧
からなる工程を必要に応じて複数回行う。
真空チャンバー１０内を１．３Ｐａ（１０-2Ｔｏｒｒ）
以下まで減圧する。キャリアーガスボンベ１７からキャ
リア気体として、ヘリウム、アルゴン、水素、窒素、酸
素、二酸化炭素のうちいずれかを導入管１５を通じて真
空チャンバー１０内に導入し、再び、１．３Ｐａ以下ま
で減圧して真空チャンバー１０内に大気が残留しないよ
うにする。このような減圧、キャリアーガス置換、減圧
からなる工程を必要に応じて複数回行う。
【００３７】含炭素液状物質が充填された原料供給手段
１６から、導入管１５を通じて真空チャンバー１０内に
含炭素液状物質を必要に応じてキャリアーガスととも
に、圧力が１．３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）〜９３．１ｋ
Ｐａ（７００Ｔｏｒｒ）、好ましくは、３９．９ｋＰａ
（３００Ｔｏｒｒ）〜７９．８ｋＰａ（６００Ｔｏｒ
ｒ）になるまで供給し、かかる範囲で製造時の圧力を一
定とする。
１６から、導入管１５を通じて真空チャンバー１０内に
含炭素液状物質を必要に応じてキャリアーガスととも
に、圧力が１．３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）〜９３．１ｋ
Ｐａ（７００Ｔｏｒｒ）、好ましくは、３９．９ｋＰａ
（３００Ｔｏｒｒ）〜７９．８ｋＰａ（６００Ｔｏｒ
ｒ）になるまで供給し、かかる範囲で製造時の圧力を一
定とする。
【００３８】前記含炭素液状物質としては、有機溶媒や
石油系液体、鉱物油または脂肪酸エステル等を使用する
のが好ましい。有機溶媒としては、常温（１５℃）で液
体であり、１５０℃以下で気化しやすいものが好まし
く、具体的には、アセトン等のケトン類；メタノール、
エタノール、ブタノール、プロパノール等のアルコール
類；ペンタン、ヘキサン、オクタン等の液状パラフィン
炭化水素類；ベンゼン、クロロベンゼン等の芳香族炭化
水素類；メチルエーテル、エチルエーテル、テトラヒド
ロフラン等のエーテル類；アセトニトリル、クロロフォ
ルム、塩化エチレン、塩化メチレン、メチルイソブチル
ケトン、メチルエチルケトン、等が挙げられる。
石油系液体、鉱物油または脂肪酸エステル等を使用する
のが好ましい。有機溶媒としては、常温（１５℃）で液
体であり、１５０℃以下で気化しやすいものが好まし
く、具体的には、アセトン等のケトン類；メタノール、
エタノール、ブタノール、プロパノール等のアルコール
類；ペンタン、ヘキサン、オクタン等の液状パラフィン
炭化水素類；ベンゼン、クロロベンゼン等の芳香族炭化
水素類；メチルエーテル、エチルエーテル、テトラヒド
ロフラン等のエーテル類；アセトニトリル、クロロフォ
ルム、塩化エチレン、塩化メチレン、メチルイソブチル
ケトン、メチルエチルケトン、等が挙げられる。
【００３９】石油系液体としては、ケロシン、ガソリ
ン、重油、ナフサ類、アイソパー類等；鉱物油として
は、ギヤー油、タービン油、マシン油、切削油等；脂肪
酸エステルとしては、オリーブ油、椰子油、サラダ油、
ニシン油等の動植物油等；がそれぞれ挙げられる。
ン、重油、ナフサ類、アイソパー類等；鉱物油として
は、ギヤー油、タービン油、マシン油、切削油等；脂肪
酸エステルとしては、オリーブ油、椰子油、サラダ油、
ニシン油等の動植物油等；がそれぞれ挙げられる。
【００４０】また上述した含炭素液状物質に触媒とし
て、鉄化合物、ニッケル化合物、イットリウム化合物等
を溶解および／または分散させることで、原料を持続的
に投入しても、単一壁ナノチューブの製造を容易に実現
させることができる。鉄化合物としてはフェロセン、ニ
ッケル化合物としてはニッケロセン、イットリウム化合
物としては硝酸イットリウム、を使用するのが好まし
い。
て、鉄化合物、ニッケル化合物、イットリウム化合物等
を溶解および／または分散させることで、原料を持続的
に投入しても、単一壁ナノチューブの製造を容易に実現
させることができる。鉄化合物としてはフェロセン、ニ
ッケル化合物としてはニッケロセン、イットリウム化合
物としては硝酸イットリウム、を使用するのが好まし
い。
【００４１】含炭素液状物質を導入後、電極１１ａ、１
１ｂに電圧を印加してアーク放電を行う。アーク放電を
行うには、電極間に交流もしくは直流の電圧を印加し、
１０Ａ〜１０００Ａの電流、好ましくは２０Ａ〜１００
Ａの電流を流す。アーク放電時は、電流値が一定になる
ように、電圧もしくは電極間距離を変化させる。電圧は
１０〜４０Ｖが好ましく、２０〜３０Ｖがより好まし
い。一方、電極間距離は０．１〜１０ｍｍとするのが好
ましく、１〜５ｍｍがより好ましい。
１ｂに電圧を印加してアーク放電を行う。アーク放電を
行うには、電極間に交流もしくは直流の電圧を印加し、
１０Ａ〜１０００Ａの電流、好ましくは２０Ａ〜１００
Ａの電流を流す。アーク放電時は、電流値が一定になる
ように、電圧もしくは電極間距離を変化させる。電圧は
１０〜４０Ｖが好ましく、２０〜３０Ｖがより好まし
い。一方、電極間距離は０．１〜１０ｍｍとするのが好
ましく、１〜５ｍｍがより好ましい。
【００４２】また、アーク放電を行う前に、コンタクト
アーク処理を行ってもよい。コンタクトアーク処理と
は、電極同士を接触させておき、電圧を印加してから、
可動装置１３により一定の電極間距離まで電極１１ａ、
１１ｂを離して、放電プラズマを発生させる処理をい
う。かかる処理により、安定した放電プラズマが容易、
かつ、迅速に得られる。
アーク処理を行ってもよい。コンタクトアーク処理と
は、電極同士を接触させておき、電圧を印加してから、
可動装置１３により一定の電極間距離まで電極１１ａ、
１１ｂを離して、放電プラズマを発生させる処理をい
う。かかる処理により、安定した放電プラズマが容易、
かつ、迅速に得られる。
【００４３】放電プラズマ中に供給された含炭素液状物
質は、分解もしくは励起されて、その一部はナノチュー
ブやフラーレンとして電極１１ｂもしくは真空チャンバ
ー１０の内壁面に生成される。
質は、分解もしくは励起されて、その一部はナノチュー
ブやフラーレンとして電極１１ｂもしくは真空チャンバ
ー１０の内壁面に生成される。
【００４４】以上から、本発明のナノチューブおよび／
またはフラーレンの製造方法は、含炭素液状物質を導入
管１５を通じて、好ましくは霧状（ミスト状）に噴霧し
てアーク放電プラズマ中に供給し、ナノチューブやフラ
ーレンの気相成長を促進するものである。このような方
法によれば、原料を連続的に供給することができ、ナノ
チューブやフラーレンの連続製造が可能となる。
またはフラーレンの製造方法は、含炭素液状物質を導入
管１５を通じて、好ましくは霧状（ミスト状）に噴霧し
てアーク放電プラズマ中に供給し、ナノチューブやフラ
ーレンの気相成長を促進するものである。このような方
法によれば、原料を連続的に供給することができ、ナノ
チューブやフラーレンの連続製造が可能となる。
【００４５】さらに、原料となる液体の種類も上述のよ
うな炭素を含有する含炭素液状物質であればよいので原
料の選択幅が広く、生産における経済性や耐環境性を向
上させることが容易である。また原料の不純物濃度を低
下させることで、製造するナノチューブやフラーレンの
純度をさらに向上させることができる。
うな炭素を含有する含炭素液状物質であればよいので原
料の選択幅が広く、生産における経済性や耐環境性を向
上させることが容易である。また原料の不純物濃度を低
下させることで、製造するナノチューブやフラーレンの
純度をさらに向上させることができる。
【００４６】本発明のナノチューブおよび／またはフラ
ーレンの製造装置もしくは製造方法であれば、液体の含
炭素液状物質を使用し、放電プラズマ中に噴霧すること
で、炭素を含む化合物を多量に導入することが可能にな
り、非常に速い成長速度を実現することができる。
ーレンの製造装置もしくは製造方法であれば、液体の含
炭素液状物質を使用し、放電プラズマ中に噴霧すること
で、炭素を含む化合物を多量に導入することが可能にな
り、非常に速い成長速度を実現することができる。
【００４７】本発明の製造方法によれば、ナノチューブ
およびフラーレンを同時に製造することが可能である
が、放電時の系内の圧力を制御することで選択的にナノ
チューブまたはフラーレンを割合的に多く製造すること
ができる。すなわち、圧力を高くすることでナノチュー
ブを、圧力を低くすることでフラーレンを、割合的によ
り多く製造することができる。
およびフラーレンを同時に製造することが可能である
が、放電時の系内の圧力を制御することで選択的にナノ
チューブまたはフラーレンを割合的に多く製造すること
ができる。すなわち、圧力を高くすることでナノチュー
ブを、圧力を低くすることでフラーレンを、割合的によ
り多く製造することができる。
【００４８】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこ
れらの例に制限されるものではない。
れらの例に制限されるものではない。
【００４９】（実施例１）図１に示す装置を使用して、
含炭素液状物質としてアセトンを用い、ナノチューブお
よびフラーレンを製造した。電極１１ａおよび１１ｂに
はそれぞれ外径５ｍｍおよび１５ｍｍのグラファイト棒
を用いた。電源１８は交流電源とした。
含炭素液状物質としてアセトンを用い、ナノチューブお
よびフラーレンを製造した。電極１１ａおよび１１ｂに
はそれぞれ外径５ｍｍおよび１５ｍｍのグラファイト棒
を用いた。電源１８は交流電源とした。
【００５０】真空チャンバー１０内をロータリーポンプ
１４により１．３Ｐａ（１０-2Ｔｏｒｒ）以下に減圧
し、その後、Ｈｅを導入し、容器内をＨｅ置換した。こ
の工程を３回繰り返し、最終的に１．３Ｐａに減圧し
た。その後、アセトンを導入管１５を通して真空チャン
バー１０内に供給し、製造時の圧力を６６．５ｋＰａ
（５００Ｔｏｒｒ）とした。
１４により１．３Ｐａ（１０-2Ｔｏｒｒ）以下に減圧
し、その後、Ｈｅを導入し、容器内をＨｅ置換した。こ
の工程を３回繰り返し、最終的に１．３Ｐａに減圧し
た。その後、アセトンを導入管１５を通して真空チャン
バー１０内に供給し、製造時の圧力を６６．５ｋＰａ
（５００Ｔｏｒｒ）とした。
【００５１】コンタクトアーク処理を行って電極１１
ａ、１１ｂ間にアーク放電を発生させてから、可動装置
１３により電極間を２ｍｍ程度離した。含炭素液状物質
を供給しながら圧力を６６．５ｋＰａに維持して４０秒
間アーク放電を行った後、容器内を大気圧に戻し、電極
に付着している炭素物質を取り出した。なお、放電時に
印可した電圧は、周波数５０Ｈｚ、電圧２００Ｖの交流
であり、７０Ａの電流が流れた。アーク放電時の含炭素
液状物質の供給量は２００ｍｌ／ｍｉｎとした。
ａ、１１ｂ間にアーク放電を発生させてから、可動装置
１３により電極間を２ｍｍ程度離した。含炭素液状物質
を供給しながら圧力を６６．５ｋＰａに維持して４０秒
間アーク放電を行った後、容器内を大気圧に戻し、電極
に付着している炭素物質を取り出した。なお、放電時に
印可した電圧は、周波数５０Ｈｚ、電圧２００Ｖの交流
であり、７０Ａの電流が流れた。アーク放電時の含炭素
液状物質の供給量は２００ｍｌ／ｍｉｎとした。
【００５２】電極１１ｂ（外径１５ｍｍの電極）に付着
した炭素物質の重さは１８４ｍｇであった。生成した炭
素物質をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、日立Ｓ−４５０
０）で観察した結果を図２に示す。
した炭素物質の重さは１８４ｍｇであった。生成した炭
素物質をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡、日立Ｓ−４５０
０）で観察した結果を図２に示す。
【００５３】図２のＳＥＭ写真（１００００倍）からわ
かるように、ナノチューブが多く生成し、不純物が極め
て少ないことが確認された。このＳＥＭ写真から得られ
た炭素物質中のナノチューブの純度を見積もると、７０
％〜９０％であることがわかった。またＴＥＭ（透過型
電子顕微鏡、日立Ｈ−９０００）観察より、１０ｎｍ〜
５０ｎｍの多層カーボンナノチューブが生成しているの
が確認された。
かるように、ナノチューブが多く生成し、不純物が極め
て少ないことが確認された。このＳＥＭ写真から得られ
た炭素物質中のナノチューブの純度を見積もると、７０
％〜９０％であることがわかった。またＴＥＭ（透過型
電子顕微鏡、日立Ｈ−９０００）観察より、１０ｎｍ〜
５０ｎｍの多層カーボンナノチューブが生成しているの
が確認された。
【００５４】なお、上記ナノチューブの純度は、任意の
場所（電極上の堆積物）から採取した炭素物質のＳＥＭ
写真の複数枚から、ナノチューブと、フラーレンおよび
その他の物質（グラファイトやアモルファスカーボン
等）と、の面積比を算出し、これを体積比にして求めた
（以下の実施例および比較例についても同様）。
場所（電極上の堆積物）から採取した炭素物質のＳＥＭ
写真の複数枚から、ナノチューブと、フラーレンおよび
その他の物質（グラファイトやアモルファスカーボン
等）と、の面積比を算出し、これを体積比にして求めた
（以下の実施例および比較例についても同様）。
【００５５】（実施例２）電極１１ａ（外径５ｍｍの電
極）を陽極とし、直流電源（電圧２００Ｖ、電流７０
Ａ）を使用した以外は実施例１と同様にして、ナノチュ
ーブおよびフラーレンを製造した。放電後の外径１５ｍ
ｍの電極に付着した炭素物質の重さは１．３８５ｇであ
った。また、ナノチューブの純度は７５〜９０％であっ
た。
極）を陽極とし、直流電源（電圧２００Ｖ、電流７０
Ａ）を使用した以外は実施例１と同様にして、ナノチュ
ーブおよびフラーレンを製造した。放電後の外径１５ｍ
ｍの電極に付着した炭素物質の重さは１．３８５ｇであ
った。また、ナノチューブの純度は７５〜９０％であっ
た。
【００５６】上記条件で作製した際の真空チャンバー１
０の内壁面に付着した炭素物質を回収し、ベンゼンで抽
出したところ、フラーレンが得られた。なお、真空チャ
ンバー１０内の圧力を１．３ｋＰａ〜９３．１ｋＰａの
間において変化させて実験したところ、いずれの圧力で
もナノチューブとフラーレンとが生成した。
０の内壁面に付着した炭素物質を回収し、ベンゼンで抽
出したところ、フラーレンが得られた。なお、真空チャ
ンバー１０内の圧力を１．３ｋＰａ〜９３．１ｋＰａの
間において変化させて実験したところ、いずれの圧力で
もナノチューブとフラーレンとが生成した。
【００５７】（実施例３）電極１１ａ（外径５ｍｍの電
極）を陽極とし、電極１１ａの電極面に２ｍｍ径の円柱
状の穴を開けて、そこにＮｉ粉末３重量部、Ｙ粉末１重
量部およびカーボン粉末２重量部からなる混合粉末を充
填した以外は、実施例２と同様の条件でナノチューブお
よびフラーレンを製造した。その結果、炭素物質が３１
２ｍｇ得られ、ＴＥＭ観察より、直径１ｎｍ〜２ｎｍの
単層カーボンナノチューブが生成していることが確認さ
れた。また、ナノチューブの純度は６０〜８５％であっ
た。
極）を陽極とし、電極１１ａの電極面に２ｍｍ径の円柱
状の穴を開けて、そこにＮｉ粉末３重量部、Ｙ粉末１重
量部およびカーボン粉末２重量部からなる混合粉末を充
填した以外は、実施例２と同様の条件でナノチューブお
よびフラーレンを製造した。その結果、炭素物質が３１
２ｍｇ得られ、ＴＥＭ観察より、直径１ｎｍ〜２ｎｍの
単層カーボンナノチューブが生成していることが確認さ
れた。また、ナノチューブの純度は６０〜８５％であっ
た。
【００５８】（実施例４）含炭素液状物質にケロシンを
使用した以外は実施例１と同様にしてナノチューブおよ
びフラーレンを製造した。放電後の電極１１ｂ（外径１
５ｍｍの電極）に付着した炭素物質の重さは２１７ｍｇ
であった。また、ナノチューブの純度は６０〜８０％で
あった。得られた炭素物質をＳＥＭ観察およびＴＥＭ観
察した結果、多層カーボンナノチューブの生成が確認さ
れた。
使用した以外は実施例１と同様にしてナノチューブおよ
びフラーレンを製造した。放電後の電極１１ｂ（外径１
５ｍｍの電極）に付着した炭素物質の重さは２１７ｍｇ
であった。また、ナノチューブの純度は６０〜８０％で
あった。得られた炭素物質をＳＥＭ観察およびＴＥＭ観
察した結果、多層カーボンナノチューブの生成が確認さ
れた。
【００５９】（比較例１）含炭素液状物質を使用しない
代わりに、ヘリウムガスを真空チャンバー１０内に供給
し、製造時の圧力を６６．５ｋＰａとした以外は、実施
例１と同様にしてナノチューブおよびフラーレンを製造
した。放電後の電極１１ｂ（外径１５ｍｍの電極）に付
着した炭素物質は９．４ｍｇであった。得られた炭素物
質についてＳＥＭ観察を行った。図３のＳＥＭ写真（１
３０００倍）から明らかなように、グラファイトやアモ
ルファスカーボン等、ナノチューブやフラーレン以外の
物質が多く生成しているのが確認された。ナノチューブ
の純度は４５〜６０％であった。
代わりに、ヘリウムガスを真空チャンバー１０内に供給
し、製造時の圧力を６６．５ｋＰａとした以外は、実施
例１と同様にしてナノチューブおよびフラーレンを製造
した。放電後の電極１１ｂ（外径１５ｍｍの電極）に付
着した炭素物質は９．４ｍｇであった。得られた炭素物
質についてＳＥＭ観察を行った。図３のＳＥＭ写真（１
３０００倍）から明らかなように、グラファイトやアモ
ルファスカーボン等、ナノチューブやフラーレン以外の
物質が多く生成しているのが確認された。ナノチューブ
の純度は４５〜６０％であった。
【００６０】以上、実施例１〜４および比較例の結果か
ら、本発明の製造装置および製造方法を使用すれば、生
成する炭素物質の量が向上するだけでなく、ナノチュー
ブの純度が向上することがわかる。また、実施例３に示
すように、製造時に触媒成分を共存させると、単層カー
ボンナノチューブが選択的に得られることがわかる。
ら、本発明の製造装置および製造方法を使用すれば、生
成する炭素物質の量が向上するだけでなく、ナノチュー
ブの純度が向上することがわかる。また、実施例３に示
すように、製造時に触媒成分を共存させると、単層カー
ボンナノチューブが選択的に得られることがわかる。
【００６１】
【発明の効果】以上のように、本発明の製造方法および
製造装置によれば、純度の高いカーボンナノチューブお
よび／またはフラーレンを大量生産することができるの
で、工業的有用性は極めて高い。
製造装置によれば、純度の高いカーボンナノチューブお
よび／またはフラーレンを大量生産することができるの
で、工業的有用性は極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の製造装置の一実施例を示す概略図で
ある。
ある。
【図２】 本実施例により得られた炭素物質のＳＥＭ写
真である。
真である。
【図３】 比較例により得られた炭素物質のＳＥＭ写真
である。
である。
１０・・・真空チャンバー １１ａ、１１ｂ・・・電極 １３・・・可動装置 １４・・・ロータリーポンプ １５・・・導入管 １５’・・・噴霧口 １６・・・原料供給手段 １７・・・ガスボンベ １８・・・電源 １９・・・ヒーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡邊 浩之 神奈川県南足柄市竹松1600番地 富士ゼロ ックス株式会社内 (72)発明者 清水 正昭 神奈川県足柄上郡中井町境430グリーンテ クなかい 富士ゼロックス株式会社内 Ｆターム(参考） 4G046 CA01 CA02 CB01 CB08 CB09 CC02 CC06 CC09
Claims (7)
- 【請求項１】 系内を１．３Ｐａ以下に減圧し、少なく
とも含炭素液状物質を供給して系内を１．３ｋＰａ〜９
３．３ｋＰａとし、アーク放電を行い、該アーク放電に
より発生する放電プラズマ中に含炭素液状物質を供給
し、該含炭素液状物質を分解もしくは励起して、カーボ
ンナノチューブおよび／またはフラーレンを生成させる
ことを特徴とするカーボンナノチューブおよび／または
フラーレンの製造方法。 - 【請求項２】 前記含炭素液状物質が、有機溶媒である
ことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチュー
ブおよび／またはフラーレンの製造方法。 - 【請求項３】 前記含炭素液状物質が、石油系液体、鉱
物油および脂肪酸エステルのいずれかであることを特徴
とする請求項１に記載のカーボンナノチューブおよび／
またはフラーレンの製造方法。 - 【請求項４】 少なくとも、真空チャンバー内にアーク
放電を行って放電プラズマを発生させる一対の電極が設
けられ、かつ、前記真空チャンバー内にキャリアーガス
を供給し得るガス供給手段と、前記放電プラズマ中に導
入管から含炭素液状物質を供給し得る原料供給手段と、
を具備することを特徴とするカーボンナノチューブおよ
び／またはフラーレンの製造装置。 - 【請求項５】 前記原料供給手段が含炭素液状物質を霧
状に供給し得ることを特徴とする請求項４に記載のカー
ボンナノチューブおよび／またはフラーレンの製造装
置。 - 【請求項６】 さらに、前記一対の電極間の距離を調整
し得る間隙調整手段を具備することを特徴とする請求項
４または５に記載のカーボンナノチューブおよび／また
はフラーレンの製造装置。 - 【請求項７】 前記一対の電極のうち、少なくとも一方
の電極を冷却し得る冷却手段が設けられていることを特
徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のカーボンナノ
チューブおよび／またはフラーレンの製造装置。
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| JP2000163489A JP2001348215A (ja) | 2000-05-31 | 2000-05-31 | カーボンナノチューブおよび／またはフラーレンの製造方法、並びにその製造装置 |
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