JP2002097009A - ハイブリッド単層カーボンナノチューブ - Google Patents
ハイブリッド単層カーボンナノチューブInfo
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/158—Carbon nanotubes
- C01B32/16—Preparation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2202/00—Structure or properties of carbon nanotubes
- C01B2202/02—Single-walled nanotubes
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 円筒内空隙に様々な物質を内包することがで
き、情報通信ならびに化学工業等の広い分野で使用され
る可能性を秘めた新しいハイブリッド単層カーボンナノ
チューブを提供する。 【解決手段】 単層カーボンナノチューブの円筒内空隙
に金属、有機分子、有機金属化合物、磁性体、半導体、
錯体、気体、無機固体化合物等のうちいずれか１種また
は２種以上の異物質が内包されてなるハイブリッド単層
カーボンナノチューブとする。金属としては、鉛、錫、
銅等、有機物としてはナフタレン、アントラセン等、磁
性体としてはサマリウム、鉄等、気体として酸化炭素
等、があげられる。
き、情報通信ならびに化学工業等の広い分野で使用され
る可能性を秘めた新しいハイブリッド単層カーボンナノ
チューブを提供する。 【解決手段】 単層カーボンナノチューブの円筒内空隙
に金属、有機分子、有機金属化合物、磁性体、半導体、
錯体、気体、無機固体化合物等のうちいずれか１種また
は２種以上の異物質が内包されてなるハイブリッド単層
カーボンナノチューブとする。金属としては、鉛、錫、
銅等、有機物としてはナフタレン、アントラセン等、磁
性体としてはサマリウム、鉄等、気体として酸化炭素
等、があげられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、ハイブリ
ッド単層カーボンナノチューブに関するものである。さ
らに詳しくは、この出願の発明は、円筒内空隙に様々な
物質を内包することができ、情報通信ならびに化学工業
等の広い分野で使用される可能性を秘めた新しいハイブ
リッド単層カーボンナノチューブに関するものである。
ッド単層カーボンナノチューブに関するものである。さ
らに詳しくは、この出願の発明は、円筒内空隙に様々な
物質を内包することができ、情報通信ならびに化学工業
等の広い分野で使用される可能性を秘めた新しいハイブ
リッド単層カーボンナノチューブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】カーボンナノチューブは、エ
ネルギー分野を始め、情報通信、航空・宇宙、生体・医
療等の幅広い分野で、次世代の高機能材料として注目さ
れている物質である。このカーボンナノチューブには、
チューブを形成するグラファイトシートが一層である、
いわゆる単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）と、グ
ラファイトシートの円筒が多数入れ子状に重なった多層
カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）とがある。カーボン
ナノチューブの持つ電子放出機能、水素吸蔵機能、磁気
機能等を効率よく応用するための研究および開発におい
ては、カーボンナノチューブの構造の単純化とその特異
な性質から、主にＳＷＮＴが用いられている。そして近
年では、ＳＷＮＴを様々に加工することで、化学的また
は物理的に修飾された新しいナノ複合材料を創製するこ
となどが議論されている。
ネルギー分野を始め、情報通信、航空・宇宙、生体・医
療等の幅広い分野で、次世代の高機能材料として注目さ
れている物質である。このカーボンナノチューブには、
チューブを形成するグラファイトシートが一層である、
いわゆる単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮＴ）と、グ
ラファイトシートの円筒が多数入れ子状に重なった多層
カーボンナノチューブ（ＭＷＮＴ）とがある。カーボン
ナノチューブの持つ電子放出機能、水素吸蔵機能、磁気
機能等を効率よく応用するための研究および開発におい
ては、カーボンナノチューブの構造の単純化とその特異
な性質から、主にＳＷＮＴが用いられている。そして近
年では、ＳＷＮＴを様々に加工することで、化学的また
は物理的に修飾された新しいナノ複合材料を創製するこ
となどが議論されている。
【０００３】具体的には、ＳＷＮＴ自体の電気的、機械
的特徴を全く違ったものに改変できる可能性から、ＳＷ
ＮＴの円筒内空隙に様々な原子や分子等を導入すること
が議論され、その研究が進められている。そして、ＳＷ
ＮＴの円筒内空隙にＣ60分子が内包されたＣ60＠ＳＷＮ
Ｔ（記号＠は一般に内包を意味する）が既に発見されて
いる。また、この出願の発明者らによって異物質を内包
した多層カーボンナノチューブとその製法については提
案（特願平４−３４１７４７）されている。
的特徴を全く違ったものに改変できる可能性から、ＳＷ
ＮＴの円筒内空隙に様々な原子や分子等を導入すること
が議論され、その研究が進められている。そして、ＳＷ
ＮＴの円筒内空隙にＣ60分子が内包されたＣ60＠ＳＷＮ
Ｔ（記号＠は一般に内包を意味する）が既に発見されて
いる。また、この出願の発明者らによって異物質を内包
した多層カーボンナノチューブとその製法については提
案（特願平４−３４１７４７）されている。
【０００４】しかしながら、ＳＷＮＴを基本とし、その
円筒内空隙に様々な物質を内包させた新材料およびその
製造技術については未だ知られていないのが現状であ
る。
円筒内空隙に様々な物質を内包させた新材料およびその
製造技術については未だ知られていないのが現状であ
る。
【０００５】そこで、この出願の発明は、以上の通りの
事情に鑑みてなされたものであり、円筒内空隙に様々な
物質を内包することができ、情報通信ならびに化学工業
等の広い分野で使用される可能性を秘めた新しいハイブ
リッド単層カーボンナノチューブを提供することを課題
としている。
事情に鑑みてなされたものであり、円筒内空隙に様々な
物質を内包することができ、情報通信ならびに化学工業
等の広い分野で使用される可能性を秘めた新しいハイブ
リッド単層カーボンナノチューブを提供することを課題
としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、この出願の発明
は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発
明を提供する。
は、上記の課題を解決するものとして、以下の通りの発
明を提供する。
【０００７】すなわち、まず第１には、この出願の発明
は、単層カーボンナノチューブの円筒内空隙に異物質が
内包されてなることを特徴とするハイブリッド単層カー
ボンナノチューブを提供する。
は、単層カーボンナノチューブの円筒内空隙に異物質が
内包されてなることを特徴とするハイブリッド単層カー
ボンナノチューブを提供する。
【０００８】そして第２には、この出願の発明は、上記
第１の発明について、内包される異物質が、金属、有機
分子、有機金属化合物、磁性体、半導体、超伝導体、錯
体、気体、無機固体化合物のいずれか１種または２種以
上であることを特徴とするのハイブリッド単層カーボン
ナノチューブを、第３には、内包される異物質が、金属
内包フラーレンであることを特徴とするハイブリッド単
層カーボンナノチューブを、第４には、内包される異物
質が、有毒ガスであることを特徴とするハイブリッド単
層カーボンナノチューブなどもその態様として提供す
る。
第１の発明について、内包される異物質が、金属、有機
分子、有機金属化合物、磁性体、半導体、超伝導体、錯
体、気体、無機固体化合物のいずれか１種または２種以
上であることを特徴とするのハイブリッド単層カーボン
ナノチューブを、第３には、内包される異物質が、金属
内包フラーレンであることを特徴とするハイブリッド単
層カーボンナノチューブを、第４には、内包される異物
質が、有毒ガスであることを特徴とするハイブリッド単
層カーボンナノチューブなどもその態様として提供す
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】この出願の発明は、上記の通りの
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
特徴を持つものであるが、以下にその実施の形態につい
て説明する。
【００１０】まず、この出願の発明が提供するハイブリ
ッド単層カーボンナノチューブは、ＳＷＮＴの円筒内空
隙に異物質を内包させてなることを特徴としている。
ッド単層カーボンナノチューブは、ＳＷＮＴの円筒内空
隙に異物質を内包させてなることを特徴としている。
【００１１】内包される物質としては、金属、有機分
子、有機金属化合物、磁性体、半導体、超伝導体、錯
体、気体、無機固体化合物等のうちのいずれか１種また
は２種以上を選択する事ができる。
子、有機金属化合物、磁性体、半導体、超伝導体、錯
体、気体、無機固体化合物等のうちのいずれか１種また
は２種以上を選択する事ができる。
【００１２】たとえば、金属としては、鉛，錫，銅，イ
ンジウム，水銀，アルカリ金属，遷移金属等の各種金属
およびその化合物を、有機分子としてはナフタレン，ア
ントラセン，フェナントレン，ピレン，ペリレン等の芳
香族化合物や有機分子半導体及びシアニン色素，ベ−タ
カロチン等の有機色素分子等を、また、フラーレン，ス
ーパーフラーレン等の炭素クラスターやそれらが金属原
子を内包した金属内包フラーレン、さらにはフェロセン
等に代表される有機金属化合物等を用いる事ができる。
また、磁性体としてはサマリウム，ガドリニウム，ラン
タン，鉄，コバルト，ニッケル等の元素及びその混合物
等を、半導体としてはシリコン，ゲルマニウム，砒化ガ
リウム，セレン化亜鉛，硫化亜鉛等を、超伝導体として
は鉛，錫，ガリウム等の元素を、そして、有機金属錯体
や無機金属錯体、水素，ホウ素，窒素，酸素等を用いる
ことができる。また気体としては酸化炭素，一酸化窒
素，不活性ガスあるいは有毒ガス等の気体や、シラン，
ジシラン，ゲルマン，ジクロルシラン，アルシン，フォ
スフィン，セレン化水素，硫化水素，トリエチルガリウ
ム，ジメチル亜鉛，ヘキサフルオロタングステンなど，
所望する元素の水素化物，塩化物，弗化物，アルコキシ
化合物，アルキル化合物並びにその組み合わせからなる
ガス状物質等も用いる事ができる。
ンジウム，水銀，アルカリ金属，遷移金属等の各種金属
およびその化合物を、有機分子としてはナフタレン，ア
ントラセン，フェナントレン，ピレン，ペリレン等の芳
香族化合物や有機分子半導体及びシアニン色素，ベ−タ
カロチン等の有機色素分子等を、また、フラーレン，ス
ーパーフラーレン等の炭素クラスターやそれらが金属原
子を内包した金属内包フラーレン、さらにはフェロセン
等に代表される有機金属化合物等を用いる事ができる。
また、磁性体としてはサマリウム，ガドリニウム，ラン
タン，鉄，コバルト，ニッケル等の元素及びその混合物
等を、半導体としてはシリコン，ゲルマニウム，砒化ガ
リウム，セレン化亜鉛，硫化亜鉛等を、超伝導体として
は鉛，錫，ガリウム等の元素を、そして、有機金属錯体
や無機金属錯体、水素，ホウ素，窒素，酸素等を用いる
ことができる。また気体としては酸化炭素，一酸化窒
素，不活性ガスあるいは有毒ガス等の気体や、シラン，
ジシラン，ゲルマン，ジクロルシラン，アルシン，フォ
スフィン，セレン化水素，硫化水素，トリエチルガリウ
ム，ジメチル亜鉛，ヘキサフルオロタングステンなど，
所望する元素の水素化物，塩化物，弗化物，アルコキシ
化合物，アルキル化合物並びにその組み合わせからなる
ガス状物質等も用いる事ができる。
【００１３】以上の物質のうち、金属内包フラーレン
は、Ｃ60分子とは異なって狭いバンドギャップを有する
半導体であり、そのバンドギャップは内包する金属原子
の数によって様々な値をとることが知られている。この
ような金属内包フラーレンをＳＷＮＴに内包させること
ができれば、複合材料としてより興味深いものが提供さ
れることになる。
は、Ｃ60分子とは異なって狭いバンドギャップを有する
半導体であり、そのバンドギャップは内包する金属原子
の数によって様々な値をとることが知られている。この
ような金属内包フラーレンをＳＷＮＴに内包させること
ができれば、複合材料としてより興味深いものが提供さ
れることになる。
【００１４】この出願の発明のハイブリッド単層カーボ
ンナノチューブは、ＳＷＮＴの円筒内空隙に、以上のよ
うな異物質がさやの中の豆のような状態で配置する構造
となっている。この異物質は、ＳＷＮＴ内に比較的安定
に配置していることから、従来空気中では不安定であっ
たものでも安定に保存あるいは利用できる可能性が高
く、有害なものを無害にして保存あるいは利用できる可
能性もある。
ンナノチューブは、ＳＷＮＴの円筒内空隙に、以上のよ
うな異物質がさやの中の豆のような状態で配置する構造
となっている。この異物質は、ＳＷＮＴ内に比較的安定
に配置していることから、従来空気中では不安定であっ
たものでも安定に保存あるいは利用できる可能性が高
く、有害なものを無害にして保存あるいは利用できる可
能性もある。
【００１５】以下、添付した図面に沿って実施例を示
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
し、この発明の実施の形態についてさらに詳しく説明す
る。
【００１６】
【実施例】（実施例１）出発物質であるＧｄ＠Ｃ82とＳ
ＷＮＴをガラスアンプルに入れて密封し、５００℃で２
４時間保持し、反応生成物としてこの出願の発明の（Ｇ
ｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴを得た。
ＷＮＴをガラスアンプルに入れて密封し、５００℃で２
４時間保持し、反応生成物としてこの出願の発明の（Ｇ
ｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴを得た。
【００１７】得られた（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴを試
料とし、電子エネルギー損失分光計を備えた高分解能透
過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）により観察を行った。試
料は、超音波にかけてヘキサン中に分散させ、その懸濁
液を電子顕微鏡のマイクログリッドに滴下して、１２０
ｋＶの設定で像観察を、１１７ｋＶの設定で分光測定を
行なった。 ＜Ａ＞ 図１（ａ）（ｂ）に、（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷ
ＮＴのＨＲＴＥＭ像を例示した。また、図１（ｃ）に
は、（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴの構造モデルを例示し
た。
料とし、電子エネルギー損失分光計を備えた高分解能透
過型電子顕微鏡（ＨＲＴＥＭ）により観察を行った。試
料は、超音波にかけてヘキサン中に分散させ、その懸濁
液を電子顕微鏡のマイクログリッドに滴下して、１２０
ｋＶの設定で像観察を、１１７ｋＶの設定で分光測定を
行なった。 ＜Ａ＞ 図１（ａ）（ｂ）に、（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷ
ＮＴのＨＲＴＥＭ像を例示した。また、図１（ｃ）に
は、（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴの構造モデルを例示し
た。
【００１８】図１（ａ）より、ＳＷＡＮＴｓ内にはＧｄ
＠Ｃ82が鎖状に一列に並んでいることがわかった。鎖状
に連なった金属内包フラーレンをさらに内包した状態の
ＳＷＮＴの直径は、１．４〜１．５ｎｍであった。
＠Ｃ82が鎖状に一列に並んでいることがわかった。鎖状
に連なった金属内包フラーレンをさらに内包した状態の
ＳＷＮＴの直径は、１．４〜１．５ｎｍであった。
【００１９】また、図１（ａ）に見られるように、ほと
んどのＣ82分子殻の内側に暗い部分が見られた。この暗
部は、フラーレンケージ内に何も内包していないＣ60分
子の場合には観察されないことから、Ｃ82分子に内包さ
れたＧｄ原子に相当するといえる。このことから、Ｇｄ
＠Ｃ82分子が分解あるいは反応することなく、そのまま
ＳＷＮＴに内包されていることがわかった。
んどのＣ82分子殻の内側に暗い部分が見られた。この暗
部は、フラーレンケージ内に何も内包していないＣ60分
子の場合には観察されないことから、Ｃ82分子に内包さ
れたＧｄ原子に相当するといえる。このことから、Ｇｄ
＠Ｃ82分子が分解あるいは反応することなく、そのまま
ＳＷＮＴに内包されていることがわかった。
【００２０】ＳＷＮＴに内包されたフラーレンケージ内
のＧｄ原子は、フラーレンケージであるＣ82分子の中心
からずれた場所に位置していた。そして、フラーレンケ
ージに内包される金属原子が一定位置に見えるというこ
とから、ＳＷＮＴに内包されたフラーレンケージが室温
では回転していないということも確認された。
のＧｄ原子は、フラーレンケージであるＣ82分子の中心
からずれた場所に位置していた。そして、フラーレンケ
ージに内包される金属原子が一定位置に見えるというこ
とから、ＳＷＮＴに内包されたフラーレンケージが室温
では回転していないということも確認された。
【００２１】図１（ｂ）に示したように、束状のＳＷＮ
Ｔも多く得られ、そのチューブ同士の中心間距離（図１
（ｃ）中のｄに相当）の平均は１．６４ｎｍ以下であっ
た。 ＜Ｂ＞ 図２（ａ）に、数百のＳＷＮＴからなる束状の
（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴのＨＲＴＥＭ像を示した。
円筒内空隙が空のＳＷＮＴの束も存在したが、ほとんど
全ての束状のＳＷＮＴが円筒内空隙いっぱいにＧｄ＠Ｃ
82を内包していることが確認された。これらは、たとえ
ば図２（ｂ）に例示した、束状のＳＷＮＴの電子回折パ
ターンによっても証明された。
Ｔも多く得られ、そのチューブ同士の中心間距離（図１
（ｃ）中のｄに相当）の平均は１．６４ｎｍ以下であっ
た。 ＜Ｂ＞ 図２（ａ）に、数百のＳＷＮＴからなる束状の
（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴのＨＲＴＥＭ像を示した。
円筒内空隙が空のＳＷＮＴの束も存在したが、ほとんど
全ての束状のＳＷＮＴが円筒内空隙いっぱいにＧｄ＠Ｃ
82を内包していることが確認された。これらは、たとえ
ば図２（ｂ）に例示した、束状のＳＷＮＴの電子回折パ
ターンによっても証明された。
【００２２】また、図２（ｂ）の電子回折像からは、ナ
ノチューブ束の軸に対して垂直に縞模様をつくる鋭い線
が観察できるが、これは隣接するＧｄ＠Ｃ82分子同士の
分子間距離に一致し、Ｇｄ＠Ｃ82分子同士の分子間距離
がそれぞれのＳＷＮＴ束で均一であることが確認され
た。このことは、図２（ｃ）に示したように、ＨＲＴＥ
Ｍ像をフーリエ変換して解析することによっても確認さ
れた。双方のパターンに見られるリングは、グラファイ
ト（１００）面からの反射（〜０．２１４ｎｍ）に対応
している。束状ＳＷＮＴの軸に対して垂直に並んだ点
は、六方最密充填しているＳＷＮＴの中心間距離（ｄ）
に対応している。
ノチューブ束の軸に対して垂直に縞模様をつくる鋭い線
が観察できるが、これは隣接するＧｄ＠Ｃ82分子同士の
分子間距離に一致し、Ｇｄ＠Ｃ82分子同士の分子間距離
がそれぞれのＳＷＮＴ束で均一であることが確認され
た。このことは、図２（ｃ）に示したように、ＨＲＴＥ
Ｍ像をフーリエ変換して解析することによっても確認さ
れた。双方のパターンに見られるリングは、グラファイ
ト（１００）面からの反射（〜０．２１４ｎｍ）に対応
している。束状ＳＷＮＴの軸に対して垂直に並んだ点
は、六方最密充填しているＳＷＮＴの中心間距離（ｄ）
に対応している。
【００２３】ＳＷＮＴ内のＧｄ＠Ｃ82分子は一定の分子
間距離をおいて配置していることから、ＳＷＮＴに内包
されている鎖状のＧｄ＠Ｃ82は一次元結晶とみなすこと
ができる。その原子間距離（ａ）を測定すると、１．１
０±０．０３ｎｍであった。シンクロトロンＸ線回折分
析の結果からＣ2V型分子対称性を持つとされる三次元分
子結晶の原子間距離（たとえば、Ｓｃ内包フラーレンＳ
ｃ＠Ｃ82のとき１．１２４ｎｍ）とほぼ一致するか、や
や小さいことが確認された。なお、同様に一次元結晶と
みなすことができるＳＷＮＴ中のＣ60やＣ70について
は、それぞれ〜０．９７ｎｍと、〜１．０２ｎｍであっ
た。 ＜Ｃ＞ ＳＷＮＴ束の中心に位置するＳＷＮＴにも、周
辺に位置するＳＷＮＴと同様にＧｄ＠Ｃ82が導入されて
いることが確認された。このことは他の全ての内包物質
についても確認された。束の外側のＳＷＮＴから中心側
のＳＷＮＴへ内包物質が拡散していくことは考えにくい
ことから、内包物質の導入は、おそらくキャップのとれ
たＳＷＮＴ端部で起こるものと考えられる。 ＜Ｄ＞ 数束の（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴを電子エネ
ルギー損失分光法により分析した結果を図３（ａ）に示
した。図３（ａ）には、ＧｄのＮ（４ｄ）吸収端（〜１
４５ｅＶ）とカーボンのＫ（１ｓ）吸収端（〜２８５ｅ
Ｖ）が確認された。カーボンのＫ（１ｓ）吸収端は、フ
ラーレンとＳＷＮＴの両方のカーボンに起因するため、
２９９ｅＶ付近にシャープなπ*結合のピークとσ*結合
のブロードなピークを示した。
間距離をおいて配置していることから、ＳＷＮＴに内包
されている鎖状のＧｄ＠Ｃ82は一次元結晶とみなすこと
ができる。その原子間距離（ａ）を測定すると、１．１
０±０．０３ｎｍであった。シンクロトロンＸ線回折分
析の結果からＣ2V型分子対称性を持つとされる三次元分
子結晶の原子間距離（たとえば、Ｓｃ内包フラーレンＳ
ｃ＠Ｃ82のとき１．１２４ｎｍ）とほぼ一致するか、や
や小さいことが確認された。なお、同様に一次元結晶と
みなすことができるＳＷＮＴ中のＣ60やＣ70について
は、それぞれ〜０．９７ｎｍと、〜１．０２ｎｍであっ
た。 ＜Ｃ＞ ＳＷＮＴ束の中心に位置するＳＷＮＴにも、周
辺に位置するＳＷＮＴと同様にＧｄ＠Ｃ82が導入されて
いることが確認された。このことは他の全ての内包物質
についても確認された。束の外側のＳＷＮＴから中心側
のＳＷＮＴへ内包物質が拡散していくことは考えにくい
ことから、内包物質の導入は、おそらくキャップのとれ
たＳＷＮＴ端部で起こるものと考えられる。 ＜Ｄ＞ 数束の（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴを電子エネ
ルギー損失分光法により分析した結果を図３（ａ）に示
した。図３（ａ）には、ＧｄのＮ（４ｄ）吸収端（〜１
４５ｅＶ）とカーボンのＫ（１ｓ）吸収端（〜２８５ｅ
Ｖ）が確認された。カーボンのＫ（１ｓ）吸収端は、フ
ラーレンとＳＷＮＴの両方のカーボンに起因するため、
２９９ｅＶ付近にシャープなπ*結合のピークとσ*結合
のブロードなピークを示した。
【００２４】このＮ（４ｄ）とＫ（１ｓ）の２つの吸収
端を適当な散乱断面図を用いて平均化したところ、Ｇｄ
とＣの原子比（Ｇｄ／Ｃ）がおよそ０．００２５（±
０．０００４７）であることがわかった。この値は、上
記の観察結果からわかったように、直径１．４ｎｍのＳ
ＷＮＴに原子間距離１．１ｎｍでＧｄ＠Ｃ82が配置して
いる（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴについて得た計算値で
ある０．００３７ととても近い値である。そしてこのこ
とから、この観察で用いた（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴ
束におけるＧｄ＠Ｃ82の充填率はほぼ６８％であること
が推定された。
端を適当な散乱断面図を用いて平均化したところ、Ｇｄ
とＣの原子比（Ｇｄ／Ｃ）がおよそ０．００２５（±
０．０００４７）であることがわかった。この値は、上
記の観察結果からわかったように、直径１．４ｎｍのＳ
ＷＮＴに原子間距離１．１ｎｍでＧｄ＠Ｃ82が配置して
いる（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴについて得た計算値で
ある０．００３７ととても近い値である。そしてこのこ
とから、この観察で用いた（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴ
束におけるＧｄ＠Ｃ82の充填率はほぼ６８％であること
が推定された。
【００２５】図３（ｂ）に、上記と同じ試料から得られ
たＧｄのＭ（３ｄ）吸収端を示した。一般に、価電子状
態の同定にランタノイド系金属のＭ（３ｄ）ピーク位置
を利用することができ、その結果から電荷の移動量を知
ることができる。図４（ｂ）から、（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠
ＳＷＮＴのＭ5およびＭ4吸収端で最も高いピーク位置
は、それぞれ１１８４ｅＶと１２１４ｅＶであった。こ
れらのピーク位置は、参考スペクトルであるＧｄ2Ｏ3の
ピーク位置と完全に一致することから、（Ｇｄ＠Ｃ82）
n＠ＳＷＮＴに内包されたＧｄ原子は３価の状態である
ことが証明された。一方で、Ｇｄ3+＠Ｃ82 3-バルク結晶
に内包されたＧｄ原子がＧｄ2Ｏ3のＧｄ原子と同じスピ
ン状態（8Ｓ7/2）であることは既に確認されている。こ
れらのことから、Ｇｄ＠Ｃ82に内包されたＧｄ原子の原
子価状態は、ＳＷＮＴに内包される前後で変化せず、た
とえば（Ｇｄ3+＠Ｃ82 3-）n＠ＳＷＮＴの状態であるこ
とがわかる。 ＜Ｅ＞ 現在になっても（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴ内
のＣ82フラーレンゲージの原子価状態は明らかにされて
はいないが、上記の結果からは、Ｇｄ原子からフラーレ
ンケージもしくはＳＷＮＴへの電荷移動の可能性が示唆
された。また、ＴＥＭ観察において、たとえば（Ｃ60）
n＠ＳＷＮＴや（Ｃ70）n＠ＳＷＮＴ等のように金属を内
包していないフラーレンを内包したＳＷＮＴよりも、
（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴの方が電子線照射により壊
れやすいことがわかった。これらは、金属内包フラーレ
ンを内包するナノチューブの化学的特性についての重要
な発見である。 （実施例２）内包される異物質として、Ｓｍ＠Ｃ82，Ｓ
ｃ2＠Ｃ84，Ｌａ2＠Ｃ80，Ｓｃ3Ｎ＠Ｃ68等の金属内包
フラーレンや、Ｃ70，Ｃ76，Ｃ80，Ｃ82，Ｃ84等の中空
フラーレン、フェロセン等の各種の物質を用いた場合で
も、同様にこれらの異物質を内包したハイブリッドカー
ボンナノチューブが得られることが確認された。
たＧｄのＭ（３ｄ）吸収端を示した。一般に、価電子状
態の同定にランタノイド系金属のＭ（３ｄ）ピーク位置
を利用することができ、その結果から電荷の移動量を知
ることができる。図４（ｂ）から、（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠
ＳＷＮＴのＭ5およびＭ4吸収端で最も高いピーク位置
は、それぞれ１１８４ｅＶと１２１４ｅＶであった。こ
れらのピーク位置は、参考スペクトルであるＧｄ2Ｏ3の
ピーク位置と完全に一致することから、（Ｇｄ＠Ｃ82）
n＠ＳＷＮＴに内包されたＧｄ原子は３価の状態である
ことが証明された。一方で、Ｇｄ3+＠Ｃ82 3-バルク結晶
に内包されたＧｄ原子がＧｄ2Ｏ3のＧｄ原子と同じスピ
ン状態（8Ｓ7/2）であることは既に確認されている。こ
れらのことから、Ｇｄ＠Ｃ82に内包されたＧｄ原子の原
子価状態は、ＳＷＮＴに内包される前後で変化せず、た
とえば（Ｇｄ3+＠Ｃ82 3-）n＠ＳＷＮＴの状態であるこ
とがわかる。 ＜Ｅ＞ 現在になっても（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴ内
のＣ82フラーレンゲージの原子価状態は明らかにされて
はいないが、上記の結果からは、Ｇｄ原子からフラーレ
ンケージもしくはＳＷＮＴへの電荷移動の可能性が示唆
された。また、ＴＥＭ観察において、たとえば（Ｃ60）
n＠ＳＷＮＴや（Ｃ70）n＠ＳＷＮＴ等のように金属を内
包していないフラーレンを内包したＳＷＮＴよりも、
（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴの方が電子線照射により壊
れやすいことがわかった。これらは、金属内包フラーレ
ンを内包するナノチューブの化学的特性についての重要
な発見である。 （実施例２）内包される異物質として、Ｓｍ＠Ｃ82，Ｓ
ｃ2＠Ｃ84，Ｌａ2＠Ｃ80，Ｓｃ3Ｎ＠Ｃ68等の金属内包
フラーレンや、Ｃ70，Ｃ76，Ｃ80，Ｃ82，Ｃ84等の中空
フラーレン、フェロセン等の各種の物質を用いた場合で
も、同様にこれらの異物質を内包したハイブリッドカー
ボンナノチューブが得られることが確認された。
【００２６】もちろん、この発明は以上の例に限定され
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。
るものではなく、細部については様々な態様が可能であ
ることは言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、円筒内空隙に様々な物質を内包することができ、
情報通信ならびに化学工業等の広い分野で使用される可
能性を秘めた新しいハイブリッド単層カーボンナノチュ
ーブが提供される。
って、円筒内空隙に様々な物質を内包することができ、
情報通信ならびに化学工業等の広い分野で使用される可
能性を秘めた新しいハイブリッド単層カーボンナノチュ
ーブが提供される。
【図１】（ａ）は単離された（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮ
Ｔの、（ｂ）は束状の（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴのＨ
ＲＴＥＭ像を例示した図である。（ｃ）は、金属内包フ
ラーレンを内包したＳＷＮＴである（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠
ＳＷＮＴの構造式を例示した概略図である。
Ｔの、（ｂ）は束状の（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴのＨ
ＲＴＥＭ像を例示した図である。（ｃ）は、金属内包フ
ラーレンを内包したＳＷＮＴである（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠
ＳＷＮＴの構造式を例示した概略図である。
【図２】（ａ）は、数百のＳＷＮＴからなる束状ＳＷＮ
ＴのＨＲＴＥＭ像を例示した図である。（ｂ）は、束状
のＳＷＮＴの電子回折パターンを例示した図である。
（ｃ）は、ＨＲＴＥＭ像（ａ）をフーリエ変換した図を
例示した。
ＴのＨＲＴＥＭ像を例示した図である。（ｂ）は、束状
のＳＷＮＴの電子回折パターンを例示した図である。
（ｃ）は、ＨＲＴＥＭ像（ａ）をフーリエ変換した図を
例示した。
【図３】（ａ）は、数束の（Ｇｄ＠Ｃ82）n＠ＳＷＮＴ
を電子エネルギー損失分光法により得たスペクトルのＧ
ｄのＮ（４ｄ）吸収端（〜１４５ｅＶ）とカーボンのＫ
（１ｓ）吸収端（〜２８５ｅＶ）を例示した。（ｂ）
は、（ａ）と同じ試料から得られたＧｄのＭ（３ｄ）吸
収端を示した。
を電子エネルギー損失分光法により得たスペクトルのＧ
ｄのＮ（４ｄ）吸収端（〜１４５ｅＶ）とカーボンのＫ
（１ｓ）吸収端（〜２８５ｅＶ）を例示した。（ｂ）
は、（ａ）と同じ試料から得られたＧｄのＭ（３ｄ）吸
収端を示した。
フロントページの続き (72)発明者 坂東 俊治 愛知県日進市赤池５−1305 アクトピア赤 池ＩＩ−201 (72)発明者 末永 和知 愛知県名古屋市天白区中平１−603 アム ール中平601 (72)発明者 平原 佳織 愛知県日進市梅森台１−45 コーポ梅五 203 (72)発明者 岡崎 俊也 愛知県名古屋市昭和区神村町１−31−１ ユーハウスドーム四ツ谷1004 (72)発明者 篠原 久典 愛知県名古屋市天白区植田本町３−917 Ｆターム(参考） 4G046 BC00 CB01 5G301 CD10
Claims (4)
- 【請求項１】 単層カーボンナノチューブの円筒内空隙
に異物質が内包されてなることを特徴とするハイブリッ
ド単層カーボンナノチューブ。 - 【請求項２】 内包される異物質が、炭素クラスター、
金属、有機分子、有機金属化合物、磁性体、半導体、超
伝導体、錯体、気体、無機固体化合物のいずれか１種ま
たは２種以上であることを特徴とする請求項１記載のハ
イブリッド単層カーボンナノチューブ。 - 【請求項３】 内包される異物質が、金属内包フラーレ
ンであることを特徴とする請求項１または２記載のハイ
ブリッド単層カーボンナノチューブ。 - 【請求項４】 内包される異物質が、有毒ガスであるこ
とを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド単
層カーボンナノチューブ。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2000286108A JP2002097009A (ja) | 2000-09-20 | 2000-09-20 | ハイブリッド単層カーボンナノチューブ |
| PCT/JP2001/008194 WO2002024572A1 (fr) | 2000-09-20 | 2001-09-20 | Nanotube hybride de carbone mono-paroi |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000286108A JP2002097009A (ja) | 2000-09-20 | 2000-09-20 | ハイブリッド単層カーボンナノチューブ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002097009A true JP2002097009A (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=18770077
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000286108A Pending JP2002097009A (ja) | 2000-09-20 | 2000-09-20 | ハイブリッド単層カーボンナノチューブ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| WO (1) | WO2002024572A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2002068332A1 (fr) * | 2001-02-27 | 2002-09-06 | Japan Science And Technology Corporation | Procede de fabrication de nanotubes de carbone hybride |
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| JP2005041716A (ja) * | 2003-07-23 | 2005-02-17 | Japan Science & Technology Agency | ゲスト分子の単層カーボンナノチューブへの内方のためのナノ抽出法ならびにナノ凝縮法 |
| JP2005332991A (ja) * | 2004-05-20 | 2005-12-02 | Univ Nagoya | カーボンナノチューブ発光素子 |
| JP2007084393A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | カロテノイド内包構造体 |
| KR100726965B1 (ko) | 2005-09-26 | 2007-06-14 | 한국과학기술연구원 | 하이브리드 충진제, 이를 이용한 고유전 고분자 복합체, 및 그 제조방법 |
| US7291318B2 (en) | 2002-10-22 | 2007-11-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Methods for manufacturing multi-wall carbon nanotubes |
| JP2008300271A (ja) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Nippon Oil Corp | リチウムイオン貯蔵体及びリチウムイオン貯蔵方法 |
| JP2020528876A (ja) * | 2017-06-13 | 2020-10-01 | イエダ リサーチ アンド ディベロップメント カンパニー リミテッド | 小分子系自立フィルムおよびハイブリッド材料 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2001008164A1 (en) | 1999-07-26 | 2001-02-01 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Single-walled nanotubes having filled lumens and methods for producing the same |
| CA2604886A1 (en) | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Drexel University | Functional nanoparticle filled carbon nanotubes and methods of their production |
| CN1326770C (zh) * | 2005-07-14 | 2007-07-18 | 上海交通大学 | 表面连接有磁性纳米粒子的碳纳米管及其制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH06227806A (ja) * | 1992-12-22 | 1994-08-16 | Nec Corp | 異物質内包カーボンナノチューブとその製造方法 |
| US5346683A (en) * | 1993-03-26 | 1994-09-13 | Gas Research Institute | Uncapped and thinned carbon nanotubes and process |
| JPH0748110A (ja) * | 1993-06-03 | 1995-02-21 | Nec Corp | カーボン・ナノチューブの精製法 |
| JPH07172807A (ja) * | 1993-12-21 | 1995-07-11 | Nec Corp | カーボンナノチューブの加工方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US5641466A (en) * | 1993-06-03 | 1997-06-24 | Nec Corporation | Method of purifying carbon nanotubes |
-
2000
- 2000-09-20 JP JP2000286108A patent/JP2002097009A/ja active Pending
-
2001
- 2001-09-20 WO PCT/JP2001/008194 patent/WO2002024572A1/ja active Application Filing
Patent Citations (4)
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| JP2007084393A (ja) * | 2005-09-26 | 2007-04-05 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | カロテノイド内包構造体 |
| KR100726965B1 (ko) | 2005-09-26 | 2007-06-14 | 한국과학기술연구원 | 하이브리드 충진제, 이를 이용한 고유전 고분자 복합체, 및 그 제조방법 |
| JP2008300271A (ja) * | 2007-06-01 | 2008-12-11 | Nippon Oil Corp | リチウムイオン貯蔵体及びリチウムイオン貯蔵方法 |
| JP2020528876A (ja) * | 2017-06-13 | 2020-10-01 | イエダ リサーチ アンド ディベロップメント カンパニー リミテッド | 小分子系自立フィルムおよびハイブリッド材料 |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2002024572A1 (fr) | 2002-03-28 |
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