JP2002255522A - Method and apparatus for producing carbonaceous material - Google Patents
Method and apparatus for producing carbonaceous materialInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は炭素質材料の製造方法及
び製造装置に関し、特にアーク放電を利用して単層カー
ボンナノチューブ等を製造する炭素質材料の製造方法及
び製造装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for producing a carbonaceous material, and more particularly to a method and an apparatus for producing a carbonaceous material for producing single-walled carbon nanotubes and the like by utilizing arc discharge.
【０００２】[0002]
【従来の技術】カーボンナノチューブは、１９９１年
に、Ｓ．Ｉｉｊｉｍａ，Ｎａｔｕｒｅ，Ｖｏｌ．３５４
（１９９１）５６で飯島により初めて報告された新しい
材料である。特に、単層カーボンナノチューブ（ＳＷＮ
Ｔ）は、螺旋の巻き方、いわゆるカイラリティ（ｃｈｉ
ｒａｌｉｔｙ）により、電子物性が金属的性質から半導
体的性質まで変化することが理論的に分かっており、次
世代の電子材料として有望視され、ナノエレクトロニク
ス材、電界電子放出エミッタ、高指向性放射源、軟Ｘ線
源、一次元伝導材、高熱伝導材、水素貯蔵材等への応用
が考えられている。又、表面の官能基化、金属被覆、異
物質内包により、カーボンナノチューブの応用範囲は更
に広がると思われる。2. Description of the Related Art In 1991, carbon nanotubes were manufactured by S.A. Iijima, Nature, Vol. 354
(1991) 56, a new material first reported by Iijima. In particular, single-walled carbon nanotubes (SWN
T) is a method of winding a spiral, so-called chirality (chi)
It is theoretically known that the electronic properties change from metallic to semiconducting properties due to R.Rality), and it is expected to be a next-generation electronic material. Nanoelectronic materials, field emission emitters, and highly directional radiation sources , Soft X-ray sources, one-dimensional conductive materials, high thermal conductive materials, hydrogen storage materials, etc. Also, the functionalization of the surface, metal coating, and inclusion of foreign substances are expected to further expand the application range of carbon nanotubes.
【０００３】単層カーボンナノチューブをはじめとする
炭素質材料を製造する方法としては、炭素棒を電極とし
アーク放電を利用した、いわゆるアーク放電法により大
量合成する方法が従来より提案されている。この方法で
は、対向配置されたアノードとカソードとからなるアー
ク放電部においてアーク放電を発生させることによって
炭素質材料が生成される。[0003] As a method for producing a carbonaceous material such as single-walled carbon nanotubes, a method of synthesizing a large amount by a so-called arc discharge method using a carbon rod as an electrode and utilizing arc discharge has been conventionally proposed. According to this method, a carbonaceous material is generated by generating an arc discharge in an arc discharge portion including an anode and a cathode that are arranged to face each other.
【０００４】アーク放電法を行う炭素質材料の製造装置
の一例を図６に示す。製造装置１０１には筒状の反応管
１１１が設けられており、反応管１１１の内部には、ア
ノード１１３とカソード１１４とが僅かな隙間を隔てて
対向配置されている。アノード１１３は正極側の電流導
入端子１４２に電気的に接続されており、カソード１１
４は負極側の電流導入端子１４１に電気的に接続されて
いる。これら２つの電流導入端子１４１、１４２は、反
応管１１１の外部に設けられた電流供給部１１２に電気
的に接続されており、アノード１１３、カソード１１４
に電圧を印加可能に構成されている。アノード１１３と
カソード１１４とが互いに対向する先端間でアーク放電
部が規定される。アーク放電部は、反応管１１１の軸方
向の略中央に位置しており、アーク放電部に対応する位
置であって反応管１１１の外側には、アーク放電部を加
熱するための電気炉１２４が設けられている。FIG. 6 shows an example of an apparatus for producing a carbonaceous material using an arc discharge method. The production apparatus 101 is provided with a tubular reaction tube 111, and an anode 113 and a cathode 114 are arranged inside the reaction tube 111 so as to face each other with a slight gap. The anode 113 is electrically connected to the current introduction terminal 142 on the positive electrode side, and is connected to the cathode 11
Reference numeral 4 is electrically connected to the current introduction terminal 141 on the negative electrode side. These two current introduction terminals 141 and 142 are electrically connected to a current supply unit 112 provided outside the reaction tube 111, and include an anode 113 and a cathode 114.
Is configured to be able to apply a voltage. An arc discharge portion is defined between the tips of the anode 113 and the cathode 114 facing each other. The arc discharge unit is located substantially at the center of the reaction tube 111 in the axial direction, and an electric furnace 124 for heating the arc discharge unit is provided at a position corresponding to the arc discharge unit and outside the reaction tube 111. Is provided.
【０００５】アノード１１３は、鉄、コバルト、ニッケ
ル、ランタン等の触媒をなす金属を添加したカーボンか
らなる炭素電極である。触媒は、アーク放電によって単
層カーボンナノチューブ等の炭素質材料を製造する際に
用いられる。カソード１１４は、触媒を含まない純粋炭
素電極である。The anode 113 is a carbon electrode made of carbon to which a metal serving as a catalyst such as iron, cobalt, nickel, and lanthanum is added. The catalyst is used when producing carbonaceous materials such as single-walled carbon nanotubes by arc discharge. Cathode 114 is a pure carbon electrode containing no catalyst.
【０００６】反応管１１１の両端には、反応管１１１の
端部を覆う蓋体１１１Ｃ、１１１Ｄがそれぞれ設けられ
ており、反応管１１１内を大気から遮断可能に構成され
ている。蓋体１１１Ｃには、反応管１１１の軸方向に貫
通し反応管１１１内部と外部とを連通する貫通孔１１１
ａが形成されており、この貫通孔１１１ａには、不活性
ガス注入器１４３がホース１１７を介して接続されてい
る。不活性ガス注入器１４３は、ＨｅやＡｒ等の不活性
ガスを反応管１１１内部に供給可能に構成されている。
また、ホース１１７の一部には、フローメータ１１８が
設けられており、反応管１１１内部に注入される不活性
ガスの流速を可変としている。At both ends of the reaction tube 111, lids 111C and 111D are provided to cover the ends of the reaction tube 111, respectively, so that the inside of the reaction tube 111 can be shielded from the atmosphere. The cover 111C has a through hole 111 penetrating in the axial direction of the reaction tube 111 and communicating the inside and outside of the reaction tube 111.
The inert gas injector 143 is connected to the through hole 111a via a hose 117. The inert gas injector 143 is configured to supply an inert gas such as He or Ar into the reaction tube 111.
In addition, a flow meter 118 is provided in a part of the hose 117 so that the flow rate of the inert gas injected into the reaction tube 111 is variable.
【０００７】蓋体１１１Ｄの周面には、蓋体１１１Ｄの
周面から半径方向に貫通し反応管１１１内部と外部とを
連通する貫通孔１１１ｂが形成されている。貫通孔１１
１ｂには、ポンプ１２１がホース１１９を介して接続さ
れている。ポンプ１２１は、反応管１１１内部に存在す
る気体を負圧にて反応管１１１外部に排出可能に構成さ
れている。又、ホース１１９の一部には、フローメータ
１２０が設けられており、反応管１１１内部から排出さ
れる不活性ガス等の流速を可変としている。[0007] A through hole 111b is formed in the peripheral surface of the lid 111D and penetrates radially from the peripheral surface of the lid 111D to communicate the inside and outside of the reaction tube 111. Through hole 11
A pump 121 is connected to 1b via a hose 119. The pump 121 is configured to be able to discharge gas existing inside the reaction tube 111 to the outside of the reaction tube 111 at a negative pressure. Further, a flow meter 120 is provided in a part of the hose 119, and the flow rate of the inert gas or the like discharged from the inside of the reaction tube 111 is made variable.
【０００８】又、蓋体１１１Ｄには、反応管１１１の軸
方向に貫通する貫通孔１１１ｃが形成されており、貫通
孔１１１ｃには二重管１２２が貫通した状態で設けられ
ている。従って、二重管１２２の一部は、反応管１１１
内部に位置している。二重管１２２の一端であって二重
管１２２内に位置している側の端部には、アーク放電部
で生成された炭素質材料を捕獲するための捕獲器１２３
が設けられている。捕獲器１２３の内部は、二重管１２
２の外管の内周と内管の外周とで画成される空間に連通
する空間と、二重管１２２の内管の内周により画成され
る空間に連通する空間とが形成されている。これら２の
空間は互いに連通している。この構成により、二重管１
２２の端部であって捕獲器１２３が設けられていない側
から、内管の内周により画成させる空間に冷却水が注入
されると、冷却水は、内管の内周により画成される空間
を通過して捕獲器１２３内に到達し、捕獲器１２３を冷
却し、二重管１２２の外管の内周と内管の外周とで画成
される空間へ流込み、二重管１２２の他端から排出され
るように構成される。The lid 111D is formed with a through hole 111c penetrating in the axial direction of the reaction tube 111, and a double tube 122 is provided through the through hole 111c. Therefore, a part of the double tube 122 is
Located inside. At one end of the double tube 122 on the side located inside the double tube 122, a trap 123 for trapping the carbonaceous material generated in the arc discharge part is provided.
Is provided. The inside of the trap 123 is a double tube 12
2, a space communicating with a space defined by the inner circumference of the outer pipe and the outer circumference of the inner pipe, and a space communicating with the space defined by the inner circumference of the inner pipe of the double pipe 122 are formed. I have. These two spaces communicate with each other. With this configuration, the double pipe 1
When cooling water is injected into the space defined by the inner periphery of the inner tube from the end of the end 22 where the trap 123 is not provided, the cooling water is defined by the inner periphery of the inner tube. After reaching the inside of the trap 123 after passing through the space, the trap 123 is cooled and flows into the space defined by the inner periphery of the outer tube and the outer periphery of the inner tube of the double tube 122. 122 is configured to be discharged from the other end.
【０００９】次に、単層カーボンナノチューブ等の炭素
質材料を製造する方法について説明する。アノード１１
３は、カーボンを粉状に粉砕し、粉状のカーボンに鉄、
ニッケル、コバルト、ランタン等の触媒の粉体を混ぜた
ものを、アノード１１３の形状に成形し、更に、焼成、
加工することによって製造される。カソード１１４は、
カーボンがそのままカソード１１４の形状に成形される
ことにより製造される。次に、アノード１１３とカソー
ド１１４とを、炭素質材料の製造装置１０１にセット
し、一旦、反応管１１１内部を真空にする。その後、不
活性ガス注入器１４３によって不活性ガスを反応管１１
１内部に供給しポンプ１２１によって反応管１１１の内
の不活性ガスを排出している状態下、即ち、アーク放電
部にガス流が流れている状態下でアーク放電を行い、ア
ーク放電部においてアノード１１３を構成するカーボン
を材料として触媒の触媒作用により単層カーボンナノチ
ューブ等の炭素質材料が生成される。より詳細には、ア
ーク放電部では、アノード１１３から金属と炭素とが同
時に蒸発し、蒸発した炭素は煤として出現する。得られ
た煤には、単層カーボンナノチューブの他、黒鉛、アモ
ルファスカーボン、触媒金属、触媒金属の酸化物などが
混在している。アーク反応部で生成された単層カーボン
ナノチューブ等の炭素質材料を含む煤は、供給された不
活性ガスの流れにより、下流側に設けられた捕獲器１２
３へと搬送される。Next, a method for producing a carbonaceous material such as a single-walled carbon nanotube will be described. Anode 11
3 is to pulverize carbon into powder, iron into powder carbon,
A mixture of a powder of a catalyst such as nickel, cobalt, and lanthanum is formed into a shape of the anode 113, and further fired.
It is manufactured by processing. The cathode 114 is
It is manufactured by directly forming carbon into the shape of the cathode 114. Next, the anode 113 and the cathode 114 are set in the carbonaceous material manufacturing apparatus 101, and the inside of the reaction tube 111 is once evacuated. After that, the inert gas is injected into the reaction tube 11 by the inert gas injector 143.
1 to perform arc discharge in a state in which the inert gas in the reaction tube 111 is discharged by the pump 121 by the pump 121, that is, in a state in which the gas flow is flowing in the arc discharge part. A carbonaceous material such as a single-walled carbon nanotube is produced by the catalytic action of the catalyst using the carbon constituting the material 113 as a material. More specifically, in the arc discharge unit, metal and carbon evaporate simultaneously from the anode 113, and the evaporated carbon appears as soot. The obtained soot contains, in addition to single-walled carbon nanotubes, graphite, amorphous carbon, a catalyst metal, an oxide of a catalyst metal, and the like. The soot containing the carbonaceous material such as the single-walled carbon nanotubes generated in the arc reaction section is supplied to the trap 12 provided on the downstream side by the flow of the supplied inert gas.
3.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の炭素質
材料の製造方法及び製造装置１０１では、アーク放電部
で生成された炭素質材料の一部は、捕獲器１２３で捕獲
されるのであるが、反応管１１１内が高温になっている
ため、反応管１１１内の対流によって生成した炭素質材
料の大半は、反応管１１１の内周面の鉛直方向上側の一
部であってアーク放電部よりも下流の位置に付着してし
まい、捕獲器１２３で炭素質材料を効率よく捕獲するこ
とができなかった。However, in the conventional method and apparatus 101 for producing a carbonaceous material, a part of the carbonaceous material generated in the arc discharge section is captured by the trap 123. Since the inside of the reaction tube 111 is at a high temperature, most of the carbonaceous material generated by the convection in the reaction tube 111 is a part of the inner peripheral surface of the reaction tube 111 on the upper side in the vertical direction, and Also adhered to the downstream position, and the capturing device 123 could not efficiently capture the carbonaceous material.
【００１１】又、本願出願人は、炭素質材料の原料とし
て有機ガスを用い、不活性ガスに代えて有機ガスを供給
することを検討しているが、この場合、反応管内部に設
けられるアーク放電部の位置によって、原料ガスの濃度
勾配に偏りが生じ、この濃度勾配の偏りにより不均一な
放電を誘発してしまい、安定した炭素質材料の生成が阻
害されてしまうという問題が生じる。[0011] The applicant of the present invention has been studying the use of an organic gas as a raw material of a carbonaceous material and supplying an organic gas instead of an inert gas. In this case, an arc provided inside the reaction tube is used. Depending on the position of the discharge part, the concentration gradient of the raw material gas is biased, and the bias of the concentration gradient induces non-uniform discharge, which hinders the stable production of carbonaceous material.
【００１２】そこで本発明は、アーク放電部で生成した
炭素質材料を捕獲器で効率よく捕獲することができ、安
定した炭素質材料の生成を行うことができる炭素質材料
の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。Therefore, the present invention provides a method and an apparatus for manufacturing a carbonaceous material, which can efficiently capture a carbonaceous material generated in an arc discharge section with a trap and can stably generate a carbonaceous material. The purpose is to provide.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、炭素質材料生成室を画成する反応管内
に、炭素系素材で構成されたアノードと該アノードと対
向し炭素系素材で構成されたカソードとを備えるアーク
放電部とを配置し、該アーク放電部でのアーク放電によ
り生成された炭素質素材を所定方向に搬送するために、
該所定方向に関して該アーク放電部の上流側から該アー
ク放電部に向って該反応管内にガスを供給する炭素質材
料の製造方法において、アーク放電の際に、該ガスを該
アーク放電部の周囲であって該アノードと該カソードと
を結ぶ方向に進む螺旋流にて供給する炭素質材料の製造
方法を提供している。In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides, in a reaction tube defining a carbonaceous material producing chamber, an anode composed of a carbon-based material and a carbon-based material opposed to the anode. Arranged with an arc discharge unit having a cathode composed of a material, and in order to transport the carbonaceous material generated by the arc discharge in the arc discharge unit in a predetermined direction,
In the method for producing a carbonaceous material for supplying a gas into the reaction tube from the upstream side of the arc discharge part toward the arc discharge part with respect to the predetermined direction, the gas is discharged around the arc discharge part during arc discharge. The present invention also provides a method for producing a carbonaceous material supplied by a spiral flow that proceeds in a direction connecting the anode and the cathode.
【００１４】ここで、該ガスは有機ガスであることが好
ましい。Here, the gas is preferably an organic gas.
【００１５】又、該ガスは触媒ガスであることが好まし
い。Further, the gas is preferably a catalyst gas.
【００１６】又、該アノードは、触媒を含有しない炭素
系材料で構成されていることが好ましい。The anode is preferably made of a carbon-based material containing no catalyst.
【００１７】又、該ガスは有機ガスと触媒ガスとの混合
ガスであることが好ましい。The gas is preferably a mixed gas of an organic gas and a catalyst gas.
【００１８】又、該アノードは、触媒を含有しない炭素
系材料で構成されていることが好ましい。The anode is preferably made of a carbon-based material that does not contain a catalyst.
【００１９】又、複数の種類の異なる該ガスを、それぞ
れ別個に独立して該反応管内に供給し、該反応管内で混
合させて混合ガスの螺旋流としたことが好ましい。It is preferable that a plurality of different gases are separately and independently supplied into the reaction tube and mixed in the reaction tube to form a spiral flow of the mixed gas.
【００２０】本発明は、更に、炭素質材料生成室を画成
する反応管と、該反応管内に配置され炭素系素材で構成
されたアノードと、該反応管内に該アノードと対向して
設けられ炭素系素材で構成されたカソードとを有するア
ーク放電部と、該アノード及びカソード間にアーク放電
を発生させるために、該アノード及び該カソードに接続
された電流供給部と、該アーク放電部でのアーク放電に
より生成された炭素質素材を所定方向に搬送するため
に、該反応管に接続されて該アーク放電部の該所定方向
に関して上流側から該アーク放電部に向ってガスを供給
するガス供給管とが設けられた炭素質材料の製造装置に
おいて、該反応管は断面が略円形であり、該ガス供給管
は、該反応管の略接線方向に延びて設けられ、該反応管
内で螺旋流を生成する炭素質材料の製造装置を提供して
いる。The present invention further provides a reaction tube defining a carbonaceous material producing chamber, an anode disposed in the reaction tube and made of a carbon-based material, and provided in the reaction tube so as to face the anode. An arc discharge unit having a cathode made of a carbon-based material, a current supply unit connected to the anode and the cathode to generate an arc discharge between the anode and the cathode, A gas supply connected to the reaction tube to supply a gas from an upstream side of the arc discharge unit toward the arc discharge unit with respect to the predetermined direction in order to transport the carbonaceous material generated by the arc discharge in a predetermined direction. In the apparatus for producing a carbonaceous material provided with a tube, the reaction tube has a substantially circular cross section, and the gas supply tube is provided so as to extend substantially in a tangential direction of the reaction tube. Generate It provides an apparatus for manufacturing a carbonaceous material.
【００２１】ここで、該ガスは有機ガスであることが好
ましい。Here, the gas is preferably an organic gas.
【００２２】又、該ガスは有機ガスと触媒ガスとの混合
ガスであることが好ましい。The gas is preferably a mixed gas of an organic gas and a catalyst gas.
【００２３】又、該アノードは、触媒を含有しない炭素
系材料で構成されていることが好ましい。Further, it is preferable that the anode is made of a carbon-based material containing no catalyst.
【００２４】又、該ガスは触媒ガスであることが好まし
い。Further, the gas is preferably a catalyst gas.
【００２５】又、該アノードは、触媒を含有しない炭素
系材料で構成されていることが好ましい。Further, it is preferable that the anode is made of a carbon-based material containing no catalyst.
【００２６】又、該ガス供給管は、該反応管の略接線方
向に連通接続され第１のガスを該反応管内に供給する第
１管と、該第１管とは別の位置に該反応管の略接線方向
に連通接続され第２のガスを該反応管内に供給する第２
管との少なくとも２本で構成されることが好ましい。The gas supply pipe is connected to the reaction pipe in a direction substantially tangential to the reaction pipe to supply a first gas into the reaction pipe, and the gas supply pipe is located at a position different from the first pipe. A second gas which is connected in a substantially tangential direction of the tube and supplies a second gas into the reaction tube;
It is preferable to be composed of at least two tubes.
【００２７】又、該第１のガスを該第１管内において第
１の速度で流すための第１フローメータが該第１管に接
続され、該第２のガスを第２の管内において第１の速度
とは異なる第２の速度で流すための第２のフローメータ
が該第２管に接続されていることが好ましい。Also, a first flow meter for flowing the first gas at a first speed in the first pipe is connected to the first pipe, and the first gas flows through the first pipe in the second pipe. Preferably, a second flow meter for flowing at a second speed different from the second speed is connected to the second pipe.
【００２８】又、該第１のガスは、有機ガスであること
が好ましい。The first gas is preferably an organic gas.
【００２９】又、該第２のガスは、触媒ガスであること
が好ましい。The second gas is preferably a catalyst gas.
【００３０】又、該アーク放電部で生成される炭素質材
料を捕獲するために反応管内に配置された捕獲器を有
し、該ガス供給管は、該アーク放電部から該捕獲器へと
向かう方向に対して鋭角に延びて該反応管に接続されて
いることが好ましい。In addition, a trap is provided in the reaction tube for trapping the carbonaceous material generated in the arc discharge part, and the gas supply pipe is directed from the arc discharge part to the trap. It is preferable to extend at an acute angle to the direction and to be connected to the reaction tube.
【００３１】又、該反応管内に、該反応管よりも径の小
さい内管が該反応管と同軸的に配置され、該内管は、少
なくとも該ガス供給管が接続されている位置に設けられ
ていることが好ましい。An inner tube smaller in diameter than the reaction tube is coaxially arranged in the reaction tube, and the inner tube is provided at least at a position where the gas supply tube is connected. Is preferred.
【００３２】[0032]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態による炭素質
材料の製造方法及び製造装置について図１乃至図３に基
づき説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method and an apparatus for manufacturing a carbonaceous material according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【００３３】炭素質材料の製造装置１は、主として単層
カーボンナノチューブを製造する。図１に示されるよう
に、炭素質材料の製造装置１は、略筒状の反応管１１及
び電流供給部１２を有し、反応管１１は、略筒状をした
左側反応管１１Ａと右側反応管１１Ｂとの２つの部分か
ら構成されている。従って、反応管１１は、左側反応管
１１Ａと右側反応管１１Ｂとに分離可能に構成されてお
り、後述の捕獲器２３から単層カーボンナノチューブを
取出しやすい構造となっている。反応管１１は石英から
なり、耐熱性に優れ、化学的に安定な性質を持つ。The apparatus 1 for producing a carbonaceous material mainly produces single-walled carbon nanotubes. As shown in FIG. 1, the apparatus 1 for producing a carbonaceous material includes a substantially tubular reaction tube 11 and a current supply unit 12, and the reaction tube 11 is formed into a substantially tubular left reaction tube 11A and a right reaction tube 11A. It is composed of two parts with a tube 11B. Therefore, the reaction tube 11 is configured to be separable into the left reaction tube 11A and the right reaction tube 11B, and has a structure in which single-walled carbon nanotubes can be easily taken out from the trap 23 described later. The reaction tube 11 is made of quartz, has excellent heat resistance, and has chemically stable properties.
【００３４】左側反応管１１Ａの内部には、棒状のアノ
ード１３とカソード１４とが設けられている。アノード
１３及びカソード１４は、純粋なカーボンにより構成さ
れている。アノード１３、カソード１４の直径は、それ
ぞれ１０ｍｍ、１５ｍｍである。アノード１３とカソー
ド１４とは同一線上に配置されており、アノード１３の
一端１３Ａとカソード１４の一端１４Ａとは、僅かな隙
間を隔てて対向配置されている。アノード１３の他端１
３Ｂは、電流供給部１２の正極に電気的に接続されてお
り、カソード１４の他端１４Ｂは、電流供給部１２の負
極に電気的に接続されており、アノード１３、カソード
１４に電流を供給することによって、アノード１３の一
端１３Ａとカソード１４の一端１４Ａとの間にアーク放
電を発生可能に構成されている。図示せぬ切換スイッチ
により、電極の極性を逆にすることもできるように構成
されており、アノード１３の位置とカソード１４の位置
とを逆にしてアーク放電を発生させることもできるよう
に構成されている。アノード１３とカソード１４とが互
いに対向する先端間でアーク放電部が規定される。アー
ク放電部は、左側反応管１１Ａの軸方向の略中央に位置
している。A rod-shaped anode 13 and a cathode 14 are provided inside the left reaction tube 11A. The anode 13 and the cathode 14 are made of pure carbon. The diameters of the anode 13 and the cathode 14 are 10 mm and 15 mm, respectively. The anode 13 and the cathode 14 are arranged on the same line, and one end 13A of the anode 13 and one end 14A of the cathode 14 are opposed to each other with a slight gap. The other end 1 of the anode 13
3B is electrically connected to the positive electrode of the current supply unit 12, and the other end 14B of the cathode 14 is electrically connected to the negative electrode of the current supply unit 12 to supply current to the anode 13 and the cathode 14. By doing so, an arc discharge can be generated between one end 13A of the anode 13 and one end 14A of the cathode 14. The configuration is such that the polarity of the electrodes can be reversed by a changeover switch (not shown), and the position of the anode 13 and the position of the cathode 14 can be reversed to generate arc discharge. ing. An arc discharge portion is defined between the tips where the anode 13 and the cathode 14 face each other. The arc discharge unit is located at substantially the center of the left reaction tube 11A in the axial direction.
【００３５】アノード１３は、単層カーボンナノチュー
ブ等の炭素質材料の製造する際に炭素質材料の原料とし
て用いられるため消耗する。この消耗により、アノード
１３とカソード１４との間の隙間が広がることによりア
ーク放電が生じなくなってしまうことを防止するため、
アノード１３とカソード１４との間の隙間は、常に一定
に保たれるように構成されている。即ち、アノード１３
の他端１３Ｂは、直線運動導入機構１６によって支持さ
れており、アノード１３をアノード１３の長手方向に移
動可能としている。カソード１４の他端１４Ｂは、カソ
ード１４を移動不能に支持する支持部材１５によって支
持されている。The anode 13 is consumed because it is used as a raw material of a carbonaceous material when producing a carbonaceous material such as a single-walled carbon nanotube. In order to prevent arc discharge from being generated due to widening of a gap between the anode 13 and the cathode 14 due to this consumption,
The gap between the anode 13 and the cathode 14 is configured to be always kept constant. That is, the anode 13
Is supported by a linear motion introducing mechanism 16 to enable the anode 13 to move in the longitudinal direction of the anode 13. The other end 14B of the cathode 14 is supported by a support member 15 that supports the cathode 14 immovably.
【００３６】反応管１１の両端は、反応管１１の端部を
覆う蓋体１１Ｃ、１１Ｄがそれぞれ設けられており、反
応管１１内を大気から遮断する。反応管１１の両端は円
形をしているため、反応管１１の両端を覆う蓋体１１
Ｃ、１１Ｄの形状も円形をしている。反応管１１の一部
であって、蓋体１１Ｃからアーク放電部の方へ少し寄っ
た位置には、ガスを反応管内に供給するための供給管１
７が設けられており、供給管１７の内部は反応管１１の
内部に連通している。At both ends of the reaction tube 11, lids 11C and 11D for covering the ends of the reaction tube 11 are provided, respectively, to shield the inside of the reaction tube 11 from the atmosphere. Since both ends of the reaction tube 11 are circular, the lid 11 covering both ends of the reaction tube 11
The shapes of C and 11D are also circular. A supply pipe 1 for supplying gas into the reaction tube, which is a part of the reaction tube 11 and is slightly shifted from the lid 11C toward the arc discharge unit.
The inside of the supply pipe 17 communicates with the inside of the reaction tube 11.
【００３７】供給管１７は、図２に示されるように、左
側反応管１１Ａの周面の接線方向に延出して設けられて
いる。従って、左側反応管１１Ａ内に供給されるガス
も、反応管１１の接線方向から供給される。このため、
供給されたガスは、図２に矢印で示されるように、反応
管１１内で螺旋流となり、螺旋流のままアーク放電部に
供給されるように構成されている。As shown in FIG. 2, the supply pipe 17 is provided so as to extend tangentially to the peripheral surface of the left reaction tube 11A. Therefore, the gas supplied into the left reaction tube 11A is also supplied from the tangential direction of the reaction tube 11. For this reason,
The supplied gas forms a spiral flow in the reaction tube 11 as shown by an arrow in FIG. 2 and is configured to be supplied to the arc discharge unit as the spiral flow.
【００３８】供給管１７の一部には、流量制御手段たる
供給管フローメータ１８（図１）が設けられており、反
応管１１と接続されている供給管１７の一端に対する他
端には、図示せぬガス供給部が設けられている。図示せ
ぬガス供給部は、不活性ガス、又は触媒ガスと有機ガス
との混合ガスを選択的に供給可能に構成されている。触
媒ガスとしては、具体的には昇華した状態のフェロセン
が使用される。不活性ガスとしては、ヘリウムガスが使
用される。有機ガスは、アノードをなすカーボンと共
に、生成される単層カーボンナノチューブ等の炭素質材
料の原料をなし、メタンガス単体が使用される。供給管
フローメータ１８は、供給管１７内を流れ反応管１１内
に供給される混合ガスの流速を調節可能に構成されてい
る。反応管１１内のガスの最大流量は５Ｌ／ｍｉｎであ
る。A part of the supply pipe 17 is provided with a supply pipe flow meter 18 (FIG. 1) as a flow control means. A gas supply unit (not shown) is provided. The gas supply unit (not shown) is configured to be able to selectively supply an inert gas or a mixed gas of a catalyst gas and an organic gas. As the catalyst gas, specifically, ferrocene in a sublimated state is used. Helium gas is used as the inert gas. The organic gas forms a raw material of a carbonaceous material such as a single-walled carbon nanotube to be generated together with carbon forming the anode, and methane gas alone is used. The supply pipe flow meter 18 is configured so that the flow rate of the mixed gas flowing through the supply pipe 17 and supplied into the reaction tube 11 can be adjusted. The maximum flow rate of the gas in the reaction tube 11 is 5 L / min.
【００３９】左側反応管１１Ａ内のアーク放電部に、生
成される炭素質材料の原料たる有機ガスが供給されるた
め、アノードが炭素質材料の原料として用いられる比率
が低くなり、アノードの消耗を大幅に減じることができ
る。又、反応管１１内のアーク放電部に触媒ガスが供給
されるため、触媒とカーボンと混合してアノードを構成
する必要がなくなり、アノード製造の手間とコストとを
低減することができ、単層カーボンナノチューブ等の炭
素質材料を安価で容易に製造することができる。Since the organic gas as the raw material of the carbonaceous material to be generated is supplied to the arc discharge part in the left reaction tube 11A, the ratio of the anode used as the raw material of the carbonaceous material is reduced, and the consumption of the anode is reduced. It can be greatly reduced. In addition, since the catalyst gas is supplied to the arc discharge portion in the reaction tube 11, it is not necessary to mix the catalyst and carbon to form the anode, and it is possible to reduce the labor and cost of manufacturing the anode. Carbonaceous materials such as carbon nanotubes can be easily manufactured at low cost.
【００４０】又、螺旋流のままアーク放電部にガスが供
給されるため、アーク放電部において触媒ガスや有機ガ
スが均一に供給され、均一な放電を得ることができ、安
定した質の炭素質材料の生成を確保することができる。Further, since the gas is supplied to the arc discharge portion in a spiral flow, the catalyst gas and the organic gas are uniformly supplied in the arc discharge portion, and a uniform discharge can be obtained, and a stable carbonaceous material can be obtained. Material generation can be ensured.
【００４１】右側反応管１１Ｂの一部であって蓋体１１
Ｄからアーク放電部の方へ少し寄った位置には、反応管
内からガスを排出するための排出管１９が設けられてお
り、排出管１９の内部は反応管１１の内部に連通してい
る。排出管１９の一部には、排出管フローメータ２０が
設けられており、反応管１１と接続されている排出管１
９の一端に対する他端には、ポンプ２１が設けられてい
る。ポンプ２１は、負圧によって反応管１１内部のガス
を吸引することによって、反応管１１内部のガスを反応
管１１内部から排出可能に構成されている。排出管フロ
ーメータ２０は、ポンプ２１による吸引力を調節可能に
構成されている。A part of the right reaction tube 11B and the lid 11
A discharge pipe 19 for discharging gas from the inside of the reaction tube is provided at a position slightly closer to the arc discharge portion from D, and the inside of the discharge tube 19 communicates with the inside of the reaction tube 11. A discharge pipe flow meter 20 is provided at a part of the discharge pipe 19, and the discharge pipe 1 connected to the reaction pipe 11 is provided.
A pump 21 is provided at the other end of one end 9. The pump 21 is configured to be able to discharge the gas inside the reaction tube 11 from the inside of the reaction tube 11 by sucking the gas inside the reaction tube 11 by negative pressure. The discharge pipe flow meter 20 is configured so that the suction force of the pump 21 can be adjusted.
【００４２】円形をした蓋体１１Ｄの中央には、反応管
１１の軸方向、即ち、アーク放電部に向かって延出する
棒状の捕獲器支持部材２２が設けられている。蓋体１１
Ｄと接続されている捕獲器支持部材２２の一端に対する
他端には、アーク放電部で生成された単層カーボンナノ
チューブ等を含む炭素質材料を捕獲するための捕獲器２
３が設けられている。捕獲器２３は、黒鉛ロッドからな
り、円柱形状をし、その長手方向の一端が捕獲器支持部
材２２に接続されている。捕獲器２３は、右側反応管１
１Ｂ内部であって右側反応管１１Ｂの軸方向の略中央か
らアーク放電部寄りの所定の位置までの部分に位置して
いる。この位置は、供給管１７から供給されるガスの流
れに着目すれば、アーク放電部よりも下流側であり、こ
れに対して供給管１７の設けられている位置は、アーク
放電部よりも上流側である。アーク放電部で生成される
炭素質材料には、Ｗｅｂ状サンプル、アモルファス状カ
ーボン、黒鉛、触媒が含まれるが、この順に密度が大き
くなる。この密度の違いに着目し、ガスの流量を適当な
値とすることにより、下流側に設けられた捕獲器２３で
Ｗｅｂ状サンプルのみを選択的に得ることができるよう
に構成されている。捕獲器２３に捕獲された単層カーボ
ンナノチューブを取出す際には、左側反応管１１Ａと右
側反応管１１Ｂとを分割して取り出すことができるよう
に構成されている。At the center of the circular lid 11D, there is provided a rod-shaped catcher supporting member 22 extending in the axial direction of the reaction tube 11, that is, toward the arc discharge portion. Lid 11
The other end of the catcher supporting member 22 connected to D is provided with a trap 2 for trapping a carbonaceous material including single-walled carbon nanotubes and the like generated in the arc discharge section.
3 are provided. The trap 23 is made of a graphite rod, has a cylindrical shape, and has one end in the longitudinal direction connected to the trap support member 22. The trap 23 is provided in the right reaction tube 1.
1B, it is located at a portion from a substantially center in the axial direction of the right reaction tube 11B to a predetermined position near the arc discharge portion. This position is on the downstream side of the arc discharge unit when focusing on the flow of the gas supplied from the supply pipe 17, whereas the position where the supply pipe 17 is provided is upstream of the arc discharge unit. Side. The carbonaceous material generated in the arc discharge section includes a web-like sample, amorphous carbon, graphite, and a catalyst, and the density increases in this order. Focusing on this difference in density, by setting the gas flow rate to an appropriate value, it is configured such that only the web-shaped sample can be selectively obtained by the trap 23 provided on the downstream side. When taking out the single-walled carbon nanotubes captured by the capture device 23, the left reaction tube 11A and the right reaction tube 11B can be separated and taken out.
【００４３】右側反応管１１Ｂ内部の捕獲器２３に捕獲
された炭素質材料を加熱するために、捕獲器２３が設け
られている位置に対して、右側反応管１１Ｂの外周を巻
回するようにＲＦヒーター２４が設けられている。捕獲
された炭素質材料を、捕獲器２３に捕獲されたままの状
態で、ＲＦヒーター２４により加熱することができるた
め、得られた炭素質材料を大気に曝すことなく精製処理
することができる。このため、触媒に含まれるＦｅ等の
不純物を酸化することなく除去することことができ、且
つ、結晶性の悪い単層カーボンナノチューブを再配列し
結晶性の良い単層カーボンナノチューブとすることがで
き、炭素質材料中の単層カーボンナノチューブの比率
を、効率よく高めることができる。In order to heat the carbonaceous material trapped in the trap 23 inside the right reaction tube 11B, the outer periphery of the right reaction tube 11B is wound around the position where the trap 23 is provided. An RF heater 24 is provided. Since the captured carbonaceous material can be heated by the RF heater 24 in a state of being captured by the capture device 23, the obtained carbonaceous material can be purified without being exposed to the atmosphere. Therefore, impurities such as Fe contained in the catalyst can be removed without being oxidized, and single-walled carbon nanotubes having poor crystallinity can be rearranged to obtain single-walled carbon nanotubes having good crystallinity. In addition, the ratio of the single-walled carbon nanotube in the carbonaceous material can be efficiently increased.
【００４４】反応管１１の径は、図１及び図３に示され
るように、全ての部分において均一となってはおらず、
部分的に径の小さい縮径部１１Ｅを有している。即ち、
反応管１１の左端部からアーク放電部に向かって供給管
１７の設けられている位置を過ぎた辺りまでは、径の大
きい大径部１１Ｆが同一径で続いているが、この位置か
ら、径の小さな縮径部１１Ｅとなりアーク放電部に至
り、ガスの流れ方向下流側の捕獲器２３が設けられてい
る直前まで縮径部１１Ｅは続く。縮径部１１Ｅとなって
いる部分はその区間内で同一径である。捕獲器２３の直
前から再び反応管１１の左端部と同一の大径部１１Ｇと
なり、排出管１９の設けられている位置を過ぎて反応管
１１の右端部へと至る。この大径部１１Ｇも区間内では
同一径である。縮径部１１Ｅの径は、３０ｍｍであり、
大径部１１Ｆ、１１Ｇの径は５０ｍｍである。このよう
に、大径部１１Ｆ、１１Ｇ、縮径部１１Ｅは、反応管内
の雰囲気ガスの対流を防止できる程度に小さく構成され
ている。As shown in FIGS. 1 and 3, the diameter of the reaction tube 11 is not uniform in all portions.
It has a reduced diameter portion 11E with a small diameter. That is,
From the left end of the reaction tube 11 toward the arc discharge portion, past a position where the supply tube 17 is provided, a large-diameter portion 11F having a large diameter continues with the same diameter. It becomes a small-diameter portion 11E and reaches the arc discharge portion, and the small-diameter portion 11E continues until immediately before the trap 23 on the downstream side in the gas flow direction is provided. The portion serving as the reduced diameter portion 11E has the same diameter in that section. Immediately before the trap 23, the large-diameter portion 11G becomes the same as the left end of the reaction tube 11 again, and reaches the right end of the reaction tube 11 past the position where the discharge tube 19 is provided. This large diameter portion 11G also has the same diameter in the section. The diameter of the reduced diameter portion 11E is 30 mm,
The diameters of the large diameter portions 11F and 11G are 50 mm. As described above, the large-diameter portions 11F and 11G and the reduced-diameter portion 11E are configured to be small enough to prevent convection of the atmosphere gas in the reaction tube.
【００４５】又、アーク放電部の位置において反応管１
１の径が細い縮径部１１Ｅとなっており、縮径部１１Ｅ
の断面積が、供給管１７の設けられている大径部１１Ｆ
の断面積よりも小さいため、原料ガスたる有機ガスを図
３の矢印に示されるように、効率的にアーク放電部に収
束させることができ、安定した原料ガスの供給を行うこ
とができる。このため、アーク放電部で有機ガスが希薄
になることを防ぐことができ、安定した放電が可能とな
り、安定して炭素質材料を生成することができる。The reaction tube 1 is located at the position of the arc discharge section.
1 is a small-diameter portion 11E.
The cross-sectional area of the large-diameter portion 11F provided with the supply pipe 17 is
3, the organic gas as the source gas can be efficiently converged to the arc discharge portion as shown by the arrow in FIG. 3, and a stable supply of the source gas can be performed. For this reason, it is possible to prevent the organic gas from being diluted in the arc discharge portion, and it is possible to perform stable discharge, and to stably generate a carbonaceous material.
【００４６】又、アーク放電部を過ぎて捕獲器２３の直
前まで縮径部１１Ｅとなっているため、反応管１１内を
流れるガス流速を高めることができ、アーク放電部と捕
獲器２３との間の反応管１１の内周面部分に、生成した
炭素質材料が付着してしまうのを極力防ぐことができ、
効率よく捕獲器２３にて炭素質材料を捕獲することがで
きる。Further, since the diameter is reduced to 11E immediately before the trap 23 after passing through the arc discharge part, the flow velocity of the gas flowing in the reaction tube 11 can be increased, and the distance between the arc discharge part and the trap 23 can be increased. The generated carbonaceous material can be prevented from adhering to the inner peripheral surface portion of the reaction tube 11 as much as possible,
The carbonaceous material can be efficiently captured by the capture device 23.
【００４７】又、捕獲器２３の直前の位置において大径
部１１Ｇとなっており、捕獲器２３の周囲を流れるガス
の流速を低下させることができるため、生成した炭素質
材料が捕獲器２３に捕獲されずに通過してしまうのを極
力防ぐことができる。The large-diameter portion 11G is formed immediately before the trap 23, and the flow velocity of the gas flowing around the trap 23 can be reduced. It is possible to prevent passing without being captured as much as possible.
【００４８】次に、単層カーボンナノチューブ等の炭素
質材料の製造方法について説明する。炭素質材料の製造
に先立ち、先ず、アノード１３が製造される。即ち、カ
ーボン塊を棒状に削り、アノード１３、カソード１４の
それぞれの形状とする。Next, a method for producing a carbonaceous material such as a single-walled carbon nanotube will be described. Prior to the production of the carbonaceous material, first, the anode 13 is produced. That is, the carbon lump is cut into a rod shape to obtain the respective shapes of the anode 13 and the cathode 14.
【００４９】次に、アノード１３、カソード１４を直線
運動導入機構１６、支持部材１５にそれぞれセットし、
一旦、反応管１１内を１０−１Ｐａ以下に真空引きす
る。そして、反応管１１内部に、図示せぬガス供給部か
ら供給管を介して不活性ガスを供給し、反応管１１内を
約６６．７ｋＰａ（５００Ｔｏｒｒ）にする。その後、
不活性ガスの供給を止め、アーク放電部においてアーク
放電を発生させ、図示せぬガス供給部から触媒ガスと有
機ガスとの混合ガスを供給し、これと同時に、ポンプ２
１を動作させて反応管１１内のガスを排出し、反応管１
１内にガスの流れを生じさせる。混合ガス中の触媒ガス
の比率は、触媒ガスが５０ｗｔ％である。この間、反応
管１１内の気圧は約６６．７ｋＰａに保たれ、アーク放
電を行う時間は３０分間である。このときガスは、供給
管１７から左側反応管１１Ａの内周面接線方向に供給さ
れるため、反応管１１内部、特にアーク放電部において
螺旋流となっている。又、アーク放電部の位置において
は反応管１１の径が小さい縮径部１１Ｅとなっているた
め、原料ガスたる有機ガスと触媒ガスとの混合ガスを効
率的にアーク放電部に収束させている。この状態で、単
層カーボンナノチューブ等を含む炭素質材料がアーク放
電部において生成され、有機ガスと触媒ガスとの混合ガ
スの流れによって捕獲器２３へと搬送される。Next, the anode 13 and the cathode 14 are set on the linear motion introducing mechanism 16 and the support member 15, respectively.
The inside of the reaction tube 11 is once evacuated to 10 -1 Pa or less. Then, an inert gas is supplied into the reaction tube 11 from a gas supply unit (not shown) via a supply tube, and the inside of the reaction tube 11 is set to about 66.7 kPa (500 Torr). afterwards,
The supply of the inert gas is stopped, an arc discharge is generated in the arc discharge unit, and a mixed gas of the catalyst gas and the organic gas is supplied from a gas supply unit (not shown).
1 to discharge the gas in the reaction tube 11 and
A flow of gas is created in 1. As for the ratio of the catalyst gas in the mixed gas, the catalyst gas is 50 wt%. During this time, the pressure in the reaction tube 11 is maintained at about 66.7 kPa, and the time for performing arc discharge is 30 minutes. At this time, since the gas is supplied from the supply pipe 17 in a tangential direction to the inner peripheral surface of the left reaction tube 11A, a spiral flow is formed inside the reaction tube 11, especially in the arc discharge part. Further, since the diameter of the reaction tube 11 is a small diameter portion 11E at the position of the arc discharge portion, the mixed gas of the organic gas and the catalyst gas as the raw material gas is efficiently converged to the arc discharge portion. . In this state, a carbonaceous material including single-walled carbon nanotubes and the like is generated in the arc discharge unit, and is conveyed to the trap 23 by the flow of the mixed gas of the organic gas and the catalyst gas.
【００５０】アーク放電が終了した後に、反応管１１内
を１０−１Ｐａ以下に真空引きし、この状態で、捕獲器
２３によって捕獲された炭素質材料を、ＲＦヒーター２
４によって加熱する。加熱温度、時間は、１１００℃で
３０分間である。以上の製造工程によって、純度の高い
単層カーボンナノチューブが、高効率で製造される。After the arc discharge is completed, the inside of the reaction tube 11 is evacuated to 10 -1 Pa or less, and in this state, the carbonaceous material captured by the trap 23 is removed by the RF heater 2.
Heat with 4. The heating temperature and time are 1100 ° C. for 30 minutes. Through the above manufacturing steps, high-purity single-walled carbon nanotubes are manufactured with high efficiency.
【００５１】次に、本発明による炭素質材料の製造方法
及び製造装置について実験を行った。実験は、本実施の
形態による炭素質材料の製造装置と比較例とを比較する
ことにより行った。比較例では、有機ガスと触媒ガスと
の混合ガスを供給する供給管１７が反応管１１の接線方
向に延びた状態で設けられておらず、従来の炭素質材料
の製造装置と同様に、蓋体１１Ｃから反応管１１の軸方
向であって反応管１１から離間する方向に延びた状態で
設けられている。このこと以外は、本実施の形態による
炭素質材料の製造装置と同一である。従って、比較例の
装置では、炭素質材料の製造方法については、アーク放
電部に向かって供給されるガスが、アーク放電部の周囲
であってアノードとカソードが配置されている直線の方
向、即ち、アノードとカソードとを結ぶ方向に進む螺旋
流となっておらず、アノードとカソードとを結ぶ方向に
進む直線的な流れとなっていること以外は、本実施の形
態による製造方法と同一である。実験の条件、即ち、ア
ーク放電を発生する時間、アノード及びカソードの径、
アノード及びカソードに印加する電圧、電流、反応管内
の気圧等の条件は、本実施の形態による炭素質材料の製
造装置及び製造方法の条件と同一である。Next, an experiment was conducted on the method and apparatus for producing a carbonaceous material according to the present invention. The experiment was performed by comparing the carbonaceous material manufacturing apparatus according to the present embodiment with a comparative example. In the comparative example, the supply pipe 17 for supplying the mixed gas of the organic gas and the catalyst gas is not provided so as to extend in the tangential direction of the reaction pipe 11, and the lid is provided similarly to the conventional carbonaceous material manufacturing apparatus. It is provided so as to extend from the body 11C in the axial direction of the reaction tube 11 and in a direction away from the reaction tube 11. Except for this, the apparatus is the same as the apparatus for manufacturing a carbonaceous material according to the present embodiment. Therefore, in the apparatus of the comparative example, regarding the method for producing the carbonaceous material, the gas supplied toward the arc discharge unit is in the direction of a straight line around the arc discharge unit and in which the anode and the cathode are arranged, that is, Is the same as the manufacturing method according to the present embodiment, except that the flow is not a spiral flow traveling in the direction connecting the anode and the cathode, but is a linear flow traveling in the direction connecting the anode and the cathode. . Experimental conditions, i.e., time to generate arc discharge, diameter of anode and cathode,
The conditions such as the voltage and current applied to the anode and the cathode, the pressure in the reaction tube, and the like are the same as those of the apparatus and method for manufacturing a carbonaceous material according to the present embodiment.
【００５２】本実施の形態による炭素質材料の製造方法
及び製造装置で実験を行った場合には、反応管１１の内
周面の鉛直方向上側の一部であってアーク放電部よりも
ガスの流れの下流側の位置には、アーク放電部で生成さ
れた炭素質材料がほとんど付着しておらず捕獲器２３に
捕獲されていた。捕獲された炭素質材料中には、単層カ
ーボンナノチューブが多量に含まれており、単層カーボ
ンナノチューブの出来損ないである不定形炭素、具体的
には、アモルファス状カーボン、多層カーボンナノチュ
ーブ、フラーレンの一部が欠損したもの、単層カーボン
ナノチューブの一部が欠損したもの等はほとんど含まれ
ていなかった。When an experiment was conducted with the method and the apparatus for manufacturing a carbonaceous material according to the present embodiment, a part of the inner peripheral surface of the reaction tube 11 on the upper side in the vertical direction and the gas was more discharged than the arc discharge part. At the position on the downstream side of the flow, the carbonaceous material generated in the arc discharge part hardly adhered and was captured by the trap 23. The captured carbonaceous material contains a large amount of single-walled carbon nanotubes. Almost no single-walled carbon nanotubes, such as those with a missing portion, or some of the single-walled carbon nanotubes, were included.
【００５３】一方、比較例では、反応管１１の内周面の
鉛直方向上側の一部であってアーク放電部よりもガスの
流れの下流側の位置には、多量の炭素質材料が付着して
いるのが観察された。又、捕獲器２３に捕獲された炭素
質材料中には、単層カーボンナノチューブが少量は含ま
れているものの、ほとんどが不定形炭素であることが観
察された。On the other hand, in the comparative example, a large amount of the carbonaceous material adhered to a portion of the inner peripheral surface of the reaction tube 11 on the upper side in the vertical direction and downstream of the arc discharge portion in the gas flow. Was observed. It was also observed that the carbonaceous material captured by the trap 23 contained a small amount of single-walled carbon nanotubes, but was mostly amorphous carbon.
【００５４】以上の実験結果より、有機ガスと触媒ガス
との混合ガスを供給する供給管１７が反応管１１の接線
方向に延びて設けられ、アーク放電部に向かって供給さ
れる混合ガスが、アノードとカソードとを結ぶ方向に進
む螺旋流となっていることにより、アーク放電部で生成
した炭素質材料を容易に捕獲器で捕獲できることが分か
る。又、アーク放電部に有機ガスを均一に供給できるよ
うになるため、単層カーボンナノチューブを効率的に生
成できることが分かる。From the above experimental results, the supply pipe 17 for supplying the mixed gas of the organic gas and the catalyst gas is provided to extend in the tangential direction of the reaction tube 11, and the mixed gas supplied toward the arc discharge part is It can be seen that the spiral flow that proceeds in the direction connecting the anode and the cathode makes it possible to easily capture the carbonaceous material generated in the arc discharge portion by the capture device. In addition, since the organic gas can be uniformly supplied to the arc discharge part, it can be seen that single-walled carbon nanotubes can be efficiently generated.
【００５５】本発明による炭素質材料の製造方法及び製
造装置は上述した実施の形態に限定されず、特許請求の
範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。
例えば、本実施の形態では、触媒ガスと有機ガスとの混
合ガスとしたが、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスと触媒ガス
との混合ガスとしてもよく、触媒ガスと有機ガスと不活
性ガスとの混合ガスとしてもよい。The method and apparatus for producing a carbonaceous material according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications and improvements can be made within the scope of the claims.
For example, in the present embodiment, a mixed gas of a catalyst gas and an organic gas is used. However, a mixed gas of an inert gas such as He or Ar and a catalyst gas may be used. May be used as a mixed gas.
【００５６】又、触媒ガスとして、フェロセンを昇華さ
せたものを用いたが、フェロセンに代えてフェロセン以
外の他のメタロセン、即ち、フェロセン中のＦｅに代え
てＮｉを有するニッケロセンや、Ｆｅに代えてＣｏを有
するコバルトセン（Ｂｉｓ（ｃｙｃｌｏｐｅｎｔａｄｉ
ｅｎｙｌ）ｃｏｂａｌｔ）等を用いてもよく、又、これ
らを混合したもの、例えば、フェロセンとニッケロセン
とを混合したもの等を用いてもよい。As the catalyst gas, one obtained by sublimating ferrocene was used. However, other metallocenes other than ferrocene instead of ferrocene, that is, nickelocene having Ni instead of Fe in ferrocene, and nickellocene instead of Fe Cos-containing cobalt sen (Bis (cyclopentadi)
(enyl) cobalt) or the like, or a mixture thereof, for example, a mixture of ferrocene and nickelocene may be used.
【００５７】又、アノード１３、カソード１４は純粋な
カーボンにより構成されたが、予めＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ等
の触媒を含有しているような材料を用いてアノードを製
造する場合には、これらの触媒をカーボンロッドからわ
ざわざ除去する必要はなく、そのまま使用してよい。The anode 13 and the cathode 14 are made of pure carbon. However, when an anode is manufactured using a material containing a catalyst such as Fe, Ni, Co, etc. It is not necessary to remove the catalyst from the carbon rod, and the catalyst may be used as it is.
【００５８】又、反応管内に供給される有機ガスとして
は、メタンガス単体を用いたが、メタン、エタン、ブタ
ン等のアルカン類のガスの単体または混合物でもよい。
これらが特に好ましいが、これらに代えて、アルケン
類、アルキン類、芳香族等の有機ガスの単体又は混合物
を用いることができる。As the organic gas supplied into the reaction tube, methane gas alone was used, but alkane gas such as methane, ethane and butane may be used alone or in a mixture.
These are particularly preferred, but instead of these, simple substances or mixtures of organic gases such as alkenes, alkynes and aromatics can be used.
【００５９】又、不活性ガスとしては、ヘリウムガスに
代えてアルゴンガス、ネオンガス等を用いてもよい。As the inert gas, argon gas, neon gas or the like may be used instead of helium gas.
【００６０】又、混合ガスの比率は、触媒ガスを５０ｗ
ｔ％としたが、４〜５０％の範囲内であればよい。The ratio of the mixed gas is such that the catalyst gas is 50 watts.
Although t% was set, it may be in the range of 4 to 50%.
【００６１】又、反応管１１は石英により構成された
が、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、タンタル、モリブデ
ン等により構成されてもよい。即ち、溶接可能であり、
耐熱性が高く、化学的に安定であり、高周波の影響を受
けない物質であればよい。又、反応管１１の一部であっ
てアーク放電部周辺の位置のみをこれらの物質で構成す
るようにしてもよい。Although the reaction tube 11 is made of quartz, it may be made of SUS304, SUS316, tantalum, molybdenum or the like. That is, it is weldable,
Any substance that has high heat resistance, is chemically stable, and is not affected by high frequency may be used. Further, only a part of the reaction tube 11 and around the arc discharge part may be made of these substances.
【００６２】又、ＲＦヒーター２４に代えて電気炉又は
赤外炉を設けて、捕獲器２３に捕獲された単層カーボン
ナノチューブを含む炭素質材料の加熱を行ってもよい。Further, an electric furnace or an infrared furnace may be provided instead of the RF heater 24 to heat the carbonaceous material including the single-walled carbon nanotubes captured by the trap 23.
【００６３】又、ＲＦヒーター２４による加熱をアーク
放電が終了してから行ったが、アーク放電を行うのと同
時に加熱してもよい。このようにすることによって、単
層カーボンナノチューブ等の炭素質材料を短時間で製造
することができる。Although the heating by the RF heater 24 is performed after the arc discharge is completed, the heating may be performed simultaneously with the arc discharge. By doing so, a carbonaceous material such as a single-walled carbon nanotube can be manufactured in a short time.
【００６４】又、アーク放電が行われているときの反応
管１１内の気圧を６６．７ｋＰａ（５００Ｔｏｒｒ）と
したが、約１３．３〜３３３．３ｋＰａ（１００〜２５
００Ｔｏｒｒ）の範囲内であればよい。The pressure in the reaction tube 11 during arc discharge is set to 66.7 kPa (500 Torr), but it is about 13.3 to 333.3 kPa (100 to 25 kPa).
00 Torr).
【００６５】又、ガスを供給する供給管１７を反応管１
１に１つだけ設けたが、図５に示されるように、複数接
線方向に設けてもよい。この場合でも、供給管を、アー
ク放電部よりもガスの流れ方向上流側の位置に設ける。
さらに、複数の種類の異なるガスを、それぞれ別個に独
立して各供給管から反応管内に供給するようにして、反
応管内で複数のガスを混合するようにしてもよい。又、
各供給管にはそれぞれフローメータを設けて、各供給管
から供給されるガスの流速をそれぞれ速度ｖ１、速度ｖ
２として異なるようにすれば、反応管内で発生する混合
ガスの螺旋流を強力にすることができ、第１の管で第１
のガスを、第２管で第２のガスを流すといったことが可
能となるので、両者の配合の制御が容易となるばかり
か、反応管にガスを導入する前に第１のガスと第２のガ
スとを混合させておくという手間を省略できる。更に、
第１のガスと第２のガスとが混ざり易くなり、混合ガス
の均質性を高めることができる。The supply pipe 17 for supplying gas is connected to the reaction tube 1.
Although only one is provided for each one, as shown in FIG. 5, a plurality of tangential directions may be provided. Also in this case, the supply pipe is provided at a position upstream of the arc discharge part in the gas flow direction.
Further, a plurality of different gases may be separately and independently supplied from each supply pipe into the reaction tube, and the plurality of gases may be mixed in the reaction tube. or,
Each supply pipe is provided with a flow meter, and the flow rate of the gas supplied from each supply pipe is set to a velocity v1, a velocity v, respectively.
If it is made different as 2, the helical flow of the mixed gas generated in the reaction tube can be increased,
Can flow the second gas through the second pipe, so that the control of the blending of both can be facilitated, and the first gas and the second gas can be mixed before the gas is introduced into the reaction tube. And the trouble of mixing the same gas. Furthermore,
The first gas and the second gas are easily mixed, and the homogeneity of the mixed gas can be improved.
【００６６】又、ガスを供給する供給管１７は、反応管
１７の周面の接線方向に延出して設けられていたが、こ
のことに加えて、アーク放電部から捕獲器へと向かう方
向に対して鋭角に延びて反応管に接続されるようにして
もよい。このようにすれば、反応管内で発生する混合ガ
スの螺旋流の、下流方向への流速を速くすることができ
る。The supply pipe 17 for supplying gas is provided so as to extend tangentially to the peripheral surface of the reaction pipe 17. In addition to this, in addition to the above, the supply pipe 17 extends from the arc discharge part to the trap. It may be configured to extend at an acute angle with respect to the reaction tube. By doing so, the flow velocity of the spiral flow of the mixed gas generated in the reaction tube in the downstream direction can be increased.
【００６７】又、上述した混合ガスの螺旋流をより良好
に形成するために、反応管よりも径の小さい内管が、反
応管内に反応管と同軸的に配置されていてもよい。この
内管は、少なくとも供給管が設けられている位置に設け
られる。Further, in order to better form the above-mentioned spiral flow of the mixed gas, an inner tube having a smaller diameter than the reaction tube may be arranged coaxially with the reaction tube in the reaction tube. The inner pipe is provided at least at a position where the supply pipe is provided.
【００６８】又、反応管１１の縮径部１１Ｅを、アーク
放電部の位置から捕獲器２３の直前までの位置とした
が、アーク放電部の位置のみを縮径部としてもよい。Although the reduced diameter portion 11E of the reaction tube 11 is located from the position of the arc discharge portion to immediately before the trap 23, only the position of the arc discharge portion may be the reduced diameter portion.
【００６９】又、反応管１１の一部であって捕獲器２３
の周辺を大径部１１Ｇとしたが、この部分も縮径部とし
て、縮径部１１Ｅを右側反応管１１Ｂ全体に延長するよ
うな形状にしてもよい。The trap 23 is a part of the reaction tube 11.
Is a large-diameter portion 11G, but this portion may also be a reduced-diameter portion so that the reduced-diameter portion 11E extends to the entire right reaction tube 11B.
【００７０】又、捕獲器２３に捕獲された炭素質材料の
加熱を真空下で行ったが、減圧下で行ってもよく、又、
真空下、減圧下以外の状態で行ってもよい。Although the heating of the carbonaceous material captured by the capturing device 23 is performed under vacuum, the heating may be performed under reduced pressure.
It may be carried out in a state other than under vacuum or reduced pressure.
【００７１】又、反応管１１のアーク放電部近傍には、
アーク放電の状態を監視するための窓を設けてもよい。In the vicinity of the arc discharge portion of the reaction tube 11,
A window for monitoring the state of the arc discharge may be provided.
【００７２】又、反応管１１に縮径部１１Ｅを設けた
が、縮径部を設けなくてもよい。Further, although the reduced diameter portion 11E is provided in the reaction tube 11, the reduced diameter portion may not be provided.
【００７３】又、本実施の形態による炭素質材料の製造
装置は、ＲＦヒーター２４を有していたが、ＲＦヒータ
ー２４を設けずに、捕獲器及び捕獲器支持部材に冷却機
構を設けてもよい。冷却機構を設けることにより、捕獲
器に捕獲された炭素質材料を短時間で冷却することがで
きるため、炭素質材料の生成後、直ぐに炭素質材料を反
応管内から取出すことができる。Although the apparatus for manufacturing a carbonaceous material according to the present embodiment has the RF heater 24, the cooling mechanism may be provided in the trap and the trap supporting member without the RF heater 24. Good. By providing the cooling mechanism, the carbonaceous material captured by the trap can be cooled in a short time, so that the carbonaceous material can be taken out of the reaction tube immediately after the carbonaceous material is generated.
【００７４】具体的には、図４に示されるように、反応
管１１の他端に設けられた蓋体１１Ｄ′には、反応管１
１の軸方向に貫通する貫通孔が形成されており、貫通孔
には、二重管をなす捕獲器支持部材２５が貫通した状態
で設けられている。従って、捕獲器支持部材２５の一部
は、反応管１１内部に位置している。捕獲器支持部材２
５の一端であって反応管１１内に位置している側の端部
には、捕獲器２６が設けられている。捕獲器２６の内部
は、捕獲器支持部材２５の外管の内周と内管の外周とで
画成される空間に連通する空間と、捕獲器支持部材２５
の内管の内周により画成される空間に連通する空間とが
形成されている。これら２の空間は互いに連通してい
る。この構成により、捕獲器支持部材２５の端部であっ
て捕獲器２６が設けられていない側から、内管の内周に
より画成させる空間に冷却水が注入されると、冷却水
は、内管の内周により画成される空間を通過して捕獲器
２６内に到達し、捕獲器を冷却し、捕獲器支持部材２５
の外管の内周と内管の外周とで画成される空間へ流込
み、捕獲器支持部材２５の他端から排出されるように構
成される。Specifically, as shown in FIG. 4, a lid 11D 'provided at the other end of the reaction tube 11 is
One through-hole is formed to penetrate in the axial direction. The through-hole is provided with a catcher supporting member 25 forming a double pipe so as to penetrate therethrough. Therefore, a part of the trap support member 25 is located inside the reaction tube 11. Catcher support member 2
A catcher 26 is provided at one end of 5 on the side located inside the reaction tube 11. The inside of the catcher 26 has a space communicating with a space defined by the inner periphery of the outer tube and the outer periphery of the inner tube of the catcher support member 25,
And a space communicating with a space defined by the inner circumference of the inner tube. These two spaces communicate with each other. With this configuration, when the cooling water is injected into the space defined by the inner circumference of the inner tube from the end of the capturing device supporting member 25 on the side where the capturing device 26 is not provided, the cooling water After passing through the space defined by the inner circumference of the tube and into the trap 26, the trap is cooled and the trap support member 25 is cooled.
Is configured to flow into a space defined by the inner periphery of the outer tube and the outer periphery of the inner tube, and to be discharged from the other end of the catcher support member 25.
【００７５】又、アーク放電部に触媒ガスと有機ガスと
の混合ガスを供給するようにしたが、この混合ガスに代
えて、不活性ガスのみを供給するようにしてもよい。但
し、この場合には、アノードを、従来の炭素質材料の製
造装置のアノード１１３と同様に、触媒を混入させた炭
素電極とする必要がある。Although the mixed gas of the catalyst gas and the organic gas is supplied to the arc discharge section, only the inert gas may be supplied instead of the mixed gas. However, in this case, the anode needs to be a carbon electrode mixed with a catalyst, similarly to the anode 113 of the conventional carbonaceous material manufacturing apparatus.
【００７６】[0076]
【発明の効果】請求項１記載の炭素質材料の製造方法に
よれば、アーク放電の際に、ガスをアーク放電部の周囲
であってアノードとカソードとを結ぶ方向に進む螺旋流
にて供給するため、アーク放電部に均一にガスを供給す
ることができ、又、アーク放電部で生成された炭素質材
料をアーク放電部の下流側に設けられた捕獲器に効率よ
く搬送することができる。According to the method for producing a carbonaceous material according to the first aspect of the present invention, at the time of arc discharge, the gas is supplied in a spiral flow around the arc discharge portion and traveling in a direction connecting the anode and the cathode. Therefore, the gas can be uniformly supplied to the arc discharge unit, and the carbonaceous material generated in the arc discharge unit can be efficiently transported to the trap provided on the downstream side of the arc discharge unit. .
【００７７】請求項２記載の炭素質材料の製造方法によ
れば、ガスは有機ガスであるため、アーク放電による炭
素の消費が有機ガスによって補われるので、アノードの
消費量が減り、長期に亘ってのアーク放電が可能とな
る。According to the method for producing a carbonaceous material according to the second aspect, since the gas is an organic gas, the consumption of carbon by arc discharge is supplemented by the organic gas, so that the consumption of the anode is reduced, and the gas is consumed for a long time. All arc discharges are possible.
【００７８】請求項３記載の炭素質材料の製造方法によ
れば、ガスは触媒ガスであるため、アノードを触媒を含
有させずに製造することができる。よって、従来のよう
に粉砕カーボンと粉体状の触媒とを混合、成形、焼成、
加工してアノードを製造するという手間が大幅に縮減さ
れ、これらの製造が簡単となる。According to the method for producing a carbonaceous material according to the third aspect, since the gas is a catalyst gas, the anode can be produced without containing a catalyst. Therefore, as in the conventional case, the powdered catalyst is mixed with pulverized carbon, molded, fired,
The effort of processing and producing the anode is greatly reduced and their production is simplified.
【００７９】請求項４、６記載の炭素質材料の製造方法
によれば、アノードは触媒を含有しない炭素系材料で構
成されているので、アノードを触媒を含有しない炭素質
材料のみ、例えばグラファイト棒等で製造することがで
きる。According to the method for producing a carbonaceous material according to claims 4 and 6, since the anode is made of a carbon-based material containing no catalyst, only the carbonaceous material containing no catalyst, such as a graphite rod, is used. Etc. can be manufactured.
【００８０】請求項５記載の炭素質材料の製造方法によ
れば、ガスは有機ガスと触媒ガスとの混合ガスであるた
め、アーク放電による炭素の消費が有機ガスによって補
われるので、アノードの消費量が減り、長期に亘っての
アーク放電が可能となり、且つ、アノードを触媒を含有
させずに製造することができる。According to the method of manufacturing a carbonaceous material according to the fifth aspect, since the gas is a mixed gas of an organic gas and a catalyst gas, the consumption of carbon by arc discharge is supplemented by the organic gas. The amount can be reduced, the arc discharge can be performed for a long time, and the anode can be manufactured without containing a catalyst.
【００８１】請求項７記載の炭素質材料の製造方法によ
れば、複数の種類の異なるガスを、それぞれ別個に独立
して反応管内に供給し、反応管内で混合させて混合ガス
の螺旋流としたため、複数の種類の異なるガスを予め混
合する工程を省くことができる。According to the method for producing a carbonaceous material according to the seventh aspect, a plurality of different gases are separately and independently supplied into the reaction tube and mixed in the reaction tube to form a spiral flow of the mixed gas. Therefore, the step of mixing a plurality of different gases in advance can be omitted.
【００８２】請求項８記載の炭素質材料の製造装置によ
れば、反応管は断面が略円形であり、ガス供給管は、反
応管の略接線方向に延びて設けられ、反応管内で螺旋流
を生成するため、アーク放電部に均一にガスを供給する
ことができ、又、アーク放電部で生成された炭素質材料
をアーク放電部の下流側に設けられた捕獲器に効率よく
搬送することができる。According to the apparatus for producing a carbonaceous material according to claim 8, the reaction tube has a substantially circular cross section, and the gas supply tube is provided to extend substantially in a tangential direction of the reaction tube. Gas can be uniformly supplied to the arc discharge part, and the carbonaceous material generated in the arc discharge part can be efficiently transported to the trap provided downstream of the arc discharge part. Can be.
【００８３】請求項９記載の炭素質材料の製造装置によ
れば、ガスは有機ガスであるため、アーク放電による炭
素の消費が有機ガスによって補われるので、アノードの
消費量が減り、長期に亘ってのアーク放電が可能とな
る。According to the apparatus for manufacturing a carbonaceous material according to the ninth aspect, since the gas is an organic gas, the consumption of carbon due to arc discharge is supplemented by the organic gas. All arc discharges are possible.
【００８４】請求項１０記載の炭素質材料の製造装置に
よれば、ガスは有機ガスと触媒ガスとの混合ガスである
ため、アーク放電による炭素の消費が有機ガスによって
補われるので、アノードの消費量が減り、長期に亘って
のアーク放電が可能となり、且つ、アノードを触媒を含
有させずに製造することができる。According to the apparatus for manufacturing a carbonaceous material according to the tenth aspect, since the gas is a mixed gas of an organic gas and a catalyst gas, the consumption of carbon by arc discharge is supplemented by the organic gas. The amount can be reduced, the arc discharge can be performed for a long time, and the anode can be manufactured without containing a catalyst.
【００８５】請求項１１、１３記載の炭素質材料の製造
装置によれば、アノードは触媒を含有しない炭素系材料
で構成されているので、アノードを触媒を含有しない炭
素質材料のみ、例えばグラファイト棒等で製造すること
ができる。According to the apparatus for producing a carbonaceous material according to the eleventh and thirteenth aspects, since the anode is made of a carbon-based material containing no catalyst, only the carbonaceous material containing no catalyst, such as a graphite rod, is used. Etc. can be manufactured.
【００８６】請求項１２記載の炭素質材料の製造装置に
よれば、ガスは触媒ガスであるため、アノードを触媒を
含有させずに製造することができる。よって、従来のよ
うに粉砕カーボンと粉体状の触媒とを混合、成形、焼
成、加工してアノードを製造するという手間が大幅に縮
減され、これらの製造が簡単となる。According to the twelfth aspect of the present invention, since the gas is a catalyst gas, the anode can be manufactured without containing a catalyst. Therefore, the time and effort of mixing, molding, calcining, and processing the pulverized carbon and the powdered catalyst to produce the anode as in the conventional art is greatly reduced, and the production thereof is simplified.
【００８７】請求項１４記載の炭素質材料の製造装置に
よれば、ガス供給管は、少なくとも第１管と第２管とに
より複数設けられているので、反応管内で発生する混合
ガスの螺旋流が強力となる。また、第１管で第１のガス
を、第２管で第２のガスを流すので、両者の配合の制御
が容易となるばかりか、反応管にガスを導入する前に第
１のガスと第２のガスとを混合させておくという手間を
省略できる。According to the apparatus for producing a carbonaceous material of the present invention, since a plurality of gas supply pipes are provided by at least the first pipe and the second pipe, the spiral flow of the mixed gas generated in the reaction pipe is provided. Becomes powerful. In addition, since the first gas flows through the first tube and the second gas flows through the second tube, not only is it easy to control the mixing of the two, but also the first gas and the first gas are introduced before the gas is introduced into the reaction tube. The trouble of mixing with the second gas can be omitted.
【００８８】請求項１５記載の炭素質材料の製造装置に
よれば、反応管内に導入された第１のガスの流速と第２
のガスの流速とを異なるようにすることができるので、
反応管内で発生した螺旋流において、第１のガスと第２
のガスとが混ざり易くなり、混合ガスの均質性を高める
ことができる。According to the apparatus for producing a carbonaceous material according to the fifteenth aspect, the flow rate of the first gas and the second
Gas flow velocity can be different,
In the spiral flow generated in the reaction tube, the first gas and the second gas
And the mixed gas can be easily mixed, and the homogeneity of the mixed gas can be improved.
【００８９】請求項１６記載の炭素質材料の製造装置に
よれば、第１のガスは有機ガスであるため、有機ガスと
他のガスとの混合を容易にすることができる。According to the apparatus for producing a carbonaceous material according to the sixteenth aspect, since the first gas is an organic gas, it is possible to easily mix the organic gas with another gas.
【００９０】請求項１７記載の炭素質材料の製造装置に
よれば、第２のガスは触媒ガスであるため、触媒ガスと
他のガスとの混合を容易にすることができる。According to the apparatus for manufacturing a carbonaceous material according to claim 17, since the second gas is a catalyst gas, it is possible to easily mix the catalyst gas with another gas.
【００９１】請求項１８記載の炭素質材料の製造装置に
よれば、ガス供給管がアーク放電部から捕獲器へと向か
う方向に対して鋭角に延びて反応管に接続されているた
め、反応管内で発生する混合ガスの螺旋流の、下流方向
への流速が速くなる。According to the apparatus for producing a carbonaceous material according to the eighteenth aspect, the gas supply pipe extends at an acute angle with respect to the direction from the arc discharge portion to the trap and is connected to the reaction tube. The spiral flow of the mixed gas generated in the step (1) increases the flow velocity in the downstream direction.
【００９２】請求項１９記載の炭素質材料の製造装置に
よれば、反応管内に、反応管よりも径の小さい内管が反
応管と同軸的に配置され、内管は、少なくともガス供給
管が接続されている位置に設けられているため、より強
力な螺旋流を提供することができる。According to the apparatus for manufacturing a carbonaceous material according to the nineteenth aspect, the inner tube having a smaller diameter than the reaction tube is disposed coaxially with the reaction tube, and the inner tube has at least a gas supply tube. Since it is provided at the connected position, a stronger spiral flow can be provided.
【図１】本発明の実施の形態による炭素質材料の製造装
置を示す概略図。FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus for producing a carbonaceous material according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態による炭素質材料の製造装
置の反応管の、供給管が設けられた部分を示す概略図。FIG. 2 is a schematic diagram showing a portion of a reaction tube of the apparatus for producing a carbonaceous material according to an embodiment of the present invention, where a supply tube is provided.
【図３】本発明の実施の形態による炭素質材料の製造装
置の反応管の、縮径部を示す概略図。FIG. 3 is a schematic diagram showing a reduced diameter portion of a reaction tube of the apparatus for producing a carbonaceous material according to the embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の形態の変形例を示す概略図。FIG. 4 is a schematic diagram showing a modification of the embodiment of the present invention.
【図５】本発明の実施の形態の変形例の反応管の、供給
管が設けられた部分を示す概略図。FIG. 5 is a schematic diagram showing a portion of a reaction tube according to a modification of the embodiment of the present invention, where a supply tube is provided.
【図６】従来の炭素質材料の製造装置を示す概略図。FIG. 6 is a schematic view showing a conventional carbonaceous material manufacturing apparatus.
１ 炭素質材料の製造装置 １１ 反応管 １２ 電流供給部 １３ アノード １４ カソード １７ 供給管 １８ 供給管フローメータ ２３ 捕獲器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Production apparatus of carbonaceous material 11 Reaction tube 12 Current supply part 13 Anode 14 Cathode 17 Supply pipe 18 Supply pipe flow meter 23 Capturer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 筒井 栄光 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 平野 英孝 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4G046 CA01 CA02 CB01 CC08 CC09 CC10 4G069 AA06 BA27B BC66B BC67B BC68B CD10 DA01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Eiko Tsutsui 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Inside Sony Corporation (72) Inventor Hidetaka Hirano 6-35, Kita-Shinagawa, Shinagawa-ku, Tokyo Sony Corporation F term (reference) 4G046 CA01 CA02 CB01 CC08 CC09 CC10 4G069 AA06 BA27B BC66B BC67B BC68B CD10 DA01
Claims (19)
に、炭素系素材で構成されたアノードと該アノードと対
向し炭素系素材で構成されたカソードとを備えるアーク
放電部とを配置し、 該アーク放電部でのアーク放電により生成された炭素質
素材を所定方向に搬送するために、該所定方向に関して
該アーク放電部の上流側から該アーク放電部に向って該
反応管内にガスを供給する炭素質材料の製造方法におい
て、 アーク放電の際に、該ガスを該アーク放電部の周囲であ
って該アノードと該カソードとを結ぶ方向に進む螺旋流
にて供給することを特徴とする炭素質材料の製造方法。1. An arc discharge unit having an anode made of a carbon-based material and an anode facing the anode and having a cathode made of a carbon-based material is disposed in a reaction tube defining a carbonaceous material generation chamber. In order to transport the carbonaceous material generated by the arc discharge in the arc discharge section in a predetermined direction, a gas is introduced into the reaction tube from the upstream side of the arc discharge section toward the arc discharge section with respect to the predetermined direction. In the method for producing a carbonaceous material to be supplied, at the time of arc discharge, the gas is supplied in a spiral flow around the arc discharge portion and traveling in a direction connecting the anode and the cathode. Manufacturing method of carbonaceous material.
る請求項１記載の炭素質材料の製造方法。2. The method according to claim 1, wherein the gas is an organic gas.
る請求項１記載の炭素質材料の製造方法。3. The method for producing a carbonaceous material according to claim 1, wherein said gas is a catalyst gas.
材料で構成されていることを特徴とする請求項３記載の
炭素質材料の製造方法。4. The method for producing a carbonaceous material according to claim 3, wherein said anode is made of a carbon-based material containing no catalyst.
スであることを特徴とする請求項１記載の炭素質材料の
製造方法。5. The method according to claim 1, wherein the gas is a mixed gas of an organic gas and a catalyst gas.
材料で構成されていることを特徴とする請求項５記載の
炭素質材料の製造方法。6. The method for producing a carbonaceous material according to claim 5, wherein said anode is made of a carbon-based material containing no catalyst.
別個に独立して該反応管内に供給し、該反応管内で混合
させて混合ガスの螺旋流としたことを特徴とする請求項
１に記載の製造方法。7. The method according to claim 1, wherein a plurality of different gases are separately and independently supplied into the reaction tube and mixed in the reaction tube to form a spiral flow of the mixed gas. The manufacturing method as described.
と、該反応管内に該アノードと対向して設けられ炭素系
素材で構成されたカソードとを有するアーク放電部と、 該アノード及びカソード間にアーク放電を発生させるた
めに、該アノード及び該カソードに接続された電流供給
部と、 該アーク放電部でのアーク放電により生成された炭素質
素材を所定方向に搬送するために、該反応管に接続され
て該アーク放電部の該所定方向に関して上流側から該ア
ーク放電部に向ってガスを供給するガス供給管とが設け
られた炭素質材料の製造装置において、 該反応管は断面が略円形であり、 該ガス供給管は、該反応管の略接線方向に延びて設けら
れ、該反応管内で螺旋流を生成することを特徴とする炭
素質材料の製造装置。8. A reaction tube that defines a carbonaceous material production chamber, an anode disposed in the reaction tube and made of a carbon-based material, and a carbon-based material provided in the reaction tube so as to face the anode. An arc discharge unit having a configured cathode; a current supply unit connected to the anode and the cathode to generate an arc discharge between the anode and the cathode; and an electric current generated by the arc discharge in the arc discharge unit. A gas supply pipe connected to the reaction tube for supplying a gas from an upstream side of the arc discharge section toward the arc discharge section with respect to the predetermined direction, in order to transfer the carbonaceous material in the predetermined direction. In the apparatus for producing a carbonaceous material obtained, the reaction tube may have a substantially circular cross section, and the gas supply tube may be provided to extend substantially in a tangential direction of the reaction tube to generate a spiral flow in the reaction tube. Features Apparatus for manufacturing a carbonaceous material.
る請求項８記載の炭素質材料の製造装置。9. The apparatus according to claim 8, wherein the gas is an organic gas.
ガスであることを特徴とする請求項８記載の炭素質材料
の製造装置。10. The apparatus according to claim 8, wherein the gas is a mixed gas of an organic gas and a catalyst gas.
系材料で構成されていることを特徴とする請求項１０記
載の炭素質材料の製造装置。11. The apparatus for producing a carbonaceous material according to claim 10, wherein said anode is made of a carbon-based material containing no catalyst.
する請求項８記載の炭素質材料の製造装置。12. The apparatus according to claim 8, wherein the gas is a catalyst gas.
系材料で構成されていることを特徴とする請求項１２記
載の炭素質材料の製造装置。13. The apparatus for producing a carbonaceous material according to claim 12, wherein the anode is made of a carbon-based material containing no catalyst.
向に連通接続され第１のガスを該反応管内に供給する第
１管と、該第１管とは別の位置に該反応管の略接線方向
に連通接続され第２のガスを該反応管内に供給する第２
管との少なくとも２本で構成されることを特徴とする請
求項８記載の炭素質材料の製造装置。14. The gas supply pipe is connected in a substantially tangential direction to the reaction pipe to supply a first gas into the reaction pipe, and the reaction pipe is located at a position different from the first pipe. A second gas which is connected in a substantially tangential direction of the tube and supplies a second gas into the reaction tube;
9. The apparatus for producing a carbonaceous material according to claim 8, wherein the apparatus comprises at least two tubes.
１の速度で流すための第１フローメータが該第１管に接
続され、該第２のガスを第２の管内において第１の速度
とは異なる第２の速度で流すための第２のフローメータ
が該第２管に接続されていることを特徴とする請求項１
４記載の炭素質材料の製造装置。15. A first flow meter for flowing said first gas at a first speed in said first tube is connected to said first tube, and said first gas flows through said first gas in said second tube. A second flow meter for flowing at a second speed different from the second speed is connected to the second pipe.
4. The apparatus for producing a carbonaceous material according to 4.
を特徴とする請求項１４記載の炭素質材料の製造装置。16. The apparatus according to claim 14, wherein the first gas is an organic gas.
を特徴とする請求項１４記載の炭素質材料の製造装置。17. The apparatus according to claim 14, wherein the second gas is a catalyst gas.
料を捕獲するために反応管内に配置された捕獲器を有
し、 該ガス供給管は、該アーク放電部から該捕獲器へと向か
う方向に対して鋭角に延びて該反応管に接続されている
ことを特徴とする請求項８に記載の炭素質材料の製造装
置。18. A trap disposed in a reaction tube for capturing carbonaceous material generated in the arc discharge part, wherein the gas supply pipe is directed from the arc discharge part to the trap. The apparatus for producing a carbonaceous material according to claim 8, wherein the apparatus extends at an acute angle to the direction and is connected to the reaction tube.
さい内管が該反応管と同軸的に配置され、該内管は、少
なくとも該ガス供給管が接続されている位置に設けられ
ていることを特徴とする請求項８記載の炭素質材料の製
造装置。19. An inner tube having a smaller diameter than the reaction tube is coaxially arranged in the reaction tube, and the inner tube is provided at least at a position where the gas supply tube is connected. The apparatus for producing a carbonaceous material according to claim 8, wherein:
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|---|---|---|---|---|
| JP2002255521A (en) * | 2001-03-01 | 2002-09-11 | Sony Corp | Method and apparatus for producing carbonaceous material |
| CN103101902A (en) * | 2013-01-28 | 2013-05-15 | 深圳青铜剑电力电子科技有限公司 | Preparation equipment of nano material |
| JP2015096848A (en) * | 2013-10-07 | 2015-05-21 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | Carbon soot generator and carbon soot generation method |
| KR102107167B1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-05-06 | 이한성 | Device for nanotube synthesis |
| JP2021533076A (en) * | 2019-06-19 | 2021-12-02 | ジィァンシー コパー テクノロジー リサーチ インスティテュート カンパニー リミテッドJiangxi Copper Technology Research Institute Co., Ltd. | Carbon nanotube manufacturing equipment and method |
-
2001
- 2001-03-01 JP JP2001056328A patent/JP2002255522A/en active Pending
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| JP2021533076A (en) * | 2019-06-19 | 2021-12-02 | ジィァンシー コパー テクノロジー リサーチ インスティテュート カンパニー リミテッドJiangxi Copper Technology Research Institute Co., Ltd. | Carbon nanotube manufacturing equipment and method |
| JP7178494B2 (en) | 2019-06-19 | 2022-11-25 | ジィァンシー コパー テクノロジー リサーチ インスティテュート カンパニー リミテッド | Method for producing carbon nanotubes |
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