JP2002515847A - Carbon fibers formed from single-walled carbon nanotubes - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 単層カーボンナノチューブおよび無定形炭素汚染物質を含む混合物の精製法が開示される。該方法は、無定形炭素を除くのに十分な酸化条件下で該混合物を加熱した後、少なくとも約８０重量％の単層カーボンナノチューブを含む生成物を回収する工程を包含する。長さが約５ないし５００ｎｍの管状炭素分子の製造法も開示される。該方法は、単層ナノチューブ含有材料を切断して長さが５−５００ｎｍの範囲の管状炭素分子混合物を作り、そして実質的に等しい長さの分子の一部を単離する工程を包含する。このナノチューブは、単数又は複数で送電ケーブル、太陽電池、電池に、アンテナ、モレキュラーエレクトロニクス、プローブおよびマニプレーターとして、ならびに複合材料に用いることができる。 (57) Abstract: A method for purifying a mixture comprising single-walled carbon nanotubes and amorphous carbon contaminants is disclosed. The method includes heating the mixture under oxidizing conditions sufficient to remove amorphous carbon and then recovering a product comprising at least about 80% by weight of single-walled carbon nanotubes. Also disclosed is a method of making tubular carbon molecules of about 5 to 500 nm in length. The method involves cutting the single-walled nanotube-containing material to form a mixture of tubular carbon molecules in the range of 5-500 nm in length, and isolating portions of molecules of substantially equal length. The nanotubes can be used singly or in multiples in transmission cables, solar cells, batteries, as antennas, molecular electronics, probes and manipulators, and in composite materials.

Description

【発明の詳細な説明】 単層カーボンナノチューブ類から形成された炭素繊維類発明の背景 フラーレン類は、六角形及び五角形で配置されたsp²混成炭素のみから成る閉じ たかご形分子である。フラーレン類（例えば、Ｃ₆₀）は、蒸気化した炭素から凝 縮により産出された閉じた球状のかご類として最初に同定された。 フラーレンチューブ類は、蒸気化した炭素から球状のフラーレン類を製造する 炭素アーク法における陽極上の炭素堆積物中に産出される。エッベセン（Ebbese n）ら[エッベセンＩ（Ebbesen I）]、「カーボンナノチューブの大規模合成（La rgc-Scale Synthesis of Carbon Nanotubes）」、ネイチャー（Nature）、第３ ５８巻、第２２０頁（１９９２年７月１６日）及びエッベセン（Ebbesen）ら[エ ッベセンII（Ebbcscn II）]、「カーボンナノチューブ（Carbon Nanotubes） 」、材料科学の年間レヴュー（Annual Review of Materials Science）、第２４ 巻、第２３５頁（１９９４年）。かかるチューブ類は、本明明細書においてカー ボンナノチューブ類として言及される。これらの方法により製造したカーボンナ ノチューブ類の多くは、多層（multi-wall）ナノチューブであった。即ち、カー ボンナノチューブ類は共軸円筒に類似していた。七層迄を有するカーボンナノチ ューブ類が先行技術、エベッセンII；飯島ら、「グラファイト炭素の螺旋マクロ 細管（Helical Microtubulcs of Graphitic Carbon)」、ネイチャー（Nature） 、第３５４巻、第５６頁（１９９１年１１月７日に記載されている。 単層カーボンナノチューブ類は、フラーレンの製造に使用される種類の直流ア ーク放電装置中で、炭素と少量パーセントのVIII族遷移金属を同時にアーク放電 装置の陽極から蒸発させて製造された。飯島ら、「１ナノメートル直径の単殻カ ーボンナノチューブ」（Shingle-Shell Carbon Nanotubes of 1nm Diameter）、 ネイチャー（Nature）、第３６３巻、第６０３頁（１９９３年）；ベチューン（ Bethune）ら、「単一原子層壁を有するカーボンナノチューブのコバルト触媒に よる成長（Cobalt Catalyzed Growth of Carbon Nanotubes with Single Atomic Llyer Walls）」、ネイチャー（Nature）、第６３巻、第６０５頁（１９９３年 ）；アジャヤン（Ajayan）ら、「コバルト触媒による単殻カーボンナノチューブ の合成中 の成長形態（Growth Morphologies During Cobalt Catalyzed Single-Shell Car bon Nanotube Synthesis）、ケム・フィジ・レット（Chem.Phys.Lett.）、第２ １５巻、第５０９頁（１９９３年）；ズー（zhou）ら、「YC₂粒子からラジカル により成長する単壁カーボンナノチューブ（Single-Walled Carbon Nanotubes G rowing Radically From YC₂Particles）」、アプル・フィジ・レット（Appl.Phy s.Lett）、第６５巻、第１５９３頁（１９９４年）；セラフィン（Seraphin）ら 、「単壁チューブ及びナノ結晶の炭素クラスターへの封入(Single-Walled Tubes and Encapsulation of Nanocrystals Into Carbon Clusters）、エレクトロケ ム・ソック（Electrochem．Soc.）、第１４２巻、第２９０頁（１９９５年）； 斉藤ら、「金属及び炭化物を閉じ込めるカーボンナノカプセル（Carbon Nanocap sules Encaging Metals and Carbides）」、ジェイ・フィジ・ケム・ソリッズ（ J．Phys．Chem．Solids）、第５４巻、第１８４９頁（１９９３年）；及び斉藤 ら、「蒸発源近くで凝縮した小粒子の形成を経る単層カーボンナノチューブの押 出し」（Extmsion of Single-Wall Carbon Nanotubes Via Formation of Small Particles Condensed Near an Evaporation Source）、ケム・フィジ・レット（ Chem.Phys.Lett.）、第２３６巻、第４１９頁（１９９５年）を参照。かかる遷 移金属の混合物を使用するアーク放電装置での単層カーボンナノチューブの収率 を有意に高めることができることも知られている。ランベール（Lambert）ら、 「単殻カーボンナノチューブ単離方向への改良条件（Improving Conditions Tow ards Isolating Single-Shell Carbon Nanotubes）、ケム・フィズ・レット（Ch em．Phys．Lett.）、第２２６巻、第３６４頁（１９９４年）参照。 このアーク放電方法は単層ナノチューブ類を産出することができるが、ナノチ ューブ類の収率は低く、また該チューブ類は、混合物中の個々のチューブ間で構 造及び大きさの注目に値する変動を示す。個々のカーボンナノチューブは他の反 応生成物から分離し精製することが困難である。 単層ナノチューブ類の改良製造法は、ここにに参照例としてそのまま包含され る米国合衆国特許出願第０８/６８７,６６５号名称「単層カーボンナノチューブ 類よりなるロープ類（Ropes of Single-Walled Carbon Nanotubes）」に記載さ れている。この方法は、とりわけ遷移金属、好ましくはニッケル、コバルト又は その 混合でドープしたグラファイト基質のレーザー蒸気化を使用して凝縮した炭素の 少なくとも５０％の収率で単層カーボンナノチューブ類を産出するものである。 この方法にり産出された単層ナノチューブ類は、平行に配列し、ファンデルワー ルス力で結合して三角格子中に緊密に充填された１０乃至１,０００の単層カー ボンナノチューブ類から成る「ロープ」と名づけられるクラスターとなる傾向が ある。この方法により産出されたナノチューブ類は、一つの構造が優勢となる傾 向はあるが構造が変動する。 レーザー蒸気化方法は改良単層ナノチューブ配合物を産出するが、生成物は未 だ不均一であり、またナノチューブ類は余りにも絡んでいるため、その可能な用 途は多くは望めない。更に、炭素蒸気化は高エネルギープロセスであり、本来高 価につく。そのため、より高い純度及び均一性の単層カーボンナノチューブ類を 製造する改良方法の必要が残されている。更に、もし単層カーボンナノチューブ が巨視的成分として入手可能でさえあれば、多くの実用的材料はその物性を利用 することができるであろう。しかし、かかる成分は現在迄製造されていない。発明の要約 従って、本発明の目的は、安価な炭素原料を使用して、適度の温度で単層(sin gle-wall)カーボンナノチューブ類から多量の連続した巨視的炭素繊維を高収率 、単一工程で製造する方法を提供することである。 本発明の別の目的は、かかる方法により製造された巨視的炭素繊維を提供する ことである。 本発明の目的はまた、巨視的炭素繊維の連続的成長における鋳型として使用す るための精製した単層カーボンナノチューブ類の分子配列を提供することである 。 本発明の他の目的は、（例えば、炭素の蒸発による）単層カーボンナノチュー ブ類の製造法で形成した非晶質炭素及び他の反応生成物から単層カーボンナノチ ューブ類を精製する方法を提供することである。 本発明の目的はまた、実質的に非晶質炭素を含まず、一種以上の官能基で任意 に誘導体化した新しい部類の管状炭素分子を提供することである。 本発明の目的はまた、本発明の炭素繊維類、ナノチューブ分子配列類及び管状 炭素分子類を使用する多くのデバイスを提供することである。 本発明の目的は、カーボンナノチューブ類を含む複合材料を提供することであ る。 本発明の別の目的は、離層抵抗を有する複合材料を提供することである。 単層カーボンナノチューブ類及び非晶質炭素汚染物を含む混合物の精製方法が 開示されている。本方法は非晶質炭素を除去するに十分な酸化条件下で該混合物 を加熱する工程及びそれに続く、少なくとも約８０重量％の単層カーボンナノチ ューブ類を含む生成物を回収する工程を含む。 別の実施態様において、長さ約５乃至５００ナノメートルの管状炭素分子を製 造する方法が開示されている。本方法は、単層カーボンナノチューブを含有する 物質を切断して長さが５乃至５００ナノメートルの範囲を有する管状炭素混合物 を形成する工程及び実質的に等しい長さの分子画分を単離する工程を含む。開示 したナノチューブ類は単独でまたは複数で、電力伝送ケーブル、太陽電池、電池 に、アンテナ、分子エレクトロニクス、探針及びマニプレーターとして或いは複 合物中に使用することができる。 別の実施態様において、管状炭素分子類の巨視的分子配列を形成する方法が開 示されている。本方法は、５０乃至５００ナノメートルの範囲にある実質的に同 種の長さの少なくとも約１０⁶の管状炭素分子類を用意する工程；該管状炭素分 子類の少なくとも一端部に結合部分を導入する工程；該結合部分が付着する物質 で被覆した支持体を用意する工程；及び結合部分を含有する該管状炭素分子類と 該支持体とを接触させる工程を含む。 別の実施態様において、管状炭素分子類の巨視的分子配列を形成する別の方法 が開示されている。先ず、マイクロウエル（micowell）のノナスケール配列を支 持体上に準備する。次に、金属触媒を各マイクロウエルに蒸着させる。次に、炭 化水素又は一酸化炭素の原料ガスの流れを、各マイクロウエルから単層カーボン ナノチューブ類を成長させる条件下で該支持体に向ける。 別の実施態様において、管状炭素分子類の巨視的分子配列を形成する更に別の 方法が開示されている。この方法は、精製されてはいるが絡まった比較的無端の 単層カーボンナノチューブ物質を含む表面を準備する工程；短い長さの壊れたナ ノチューブ類を該表面から突出させるに十分な酸化条件に該表面を付す工程；及 び電界を該表面に与え、表面から該ナノチューブを突出させ、通常は表面に対し て垂直に配向して整列させ、ファンデルワールス相互作用力により凝集させて配 列とする工程を含む。 別の実施態様において、一般的には平行に配列した少なくとも１０⁶の単層ナ ノチューブを含有する巨視的炭素繊維を連続的に成長させる方法が開示されてい る。本方法によると、一般的には平行に配向し且つ約５０乃至５００ナノメート ルの範囲の実質的に同種の長さを有する少なくとも１０⁶の管状炭素分子の巨視 的分子配列が提供される。半球状のフラーレンキャップが該配列の管状炭素分子 類の上方端部から取り除かれている。該配列の管状炭素分子類の上方端部を次に 触媒の金属と接触させる。該配列の端部を約５００℃乃至１,３００℃の範囲に 加熱するために、局限したエネルギーを端部へ与えながらガス状の炭素源を該端 部へ供給する。成長する炭素繊維は連続的に回収される。 別の実施態様において、一般的には平行に配向し、約５乃至約５００ナノメー トルの範囲の実質的な同種の長さを有する少なくとも１０⁶の単層カーボンナノ チューブを含有する巨視的分子配列が開示されている。 別の実施態様において、少なくとも約８０重量％の単層カーボンナノチューブ 類を含有する組成物が開示されている。 更に別の実施態様において、一般的には平行に配向した少なくとも１０⁶の単 層カーボンナノチューブ類を含有する巨視的炭素繊維が開示されれいる。 別の実施態様において、単層カーボンナノチューブ類の開放端部に蒸着した触 媒金属を有する少なくとも１０⁶の単層カーボンナノチューブ類を含有する巨視 的分子鋳型から連続巨視的炭素繊維を形成する装置が開示されている。本装置は 、成長且つアニール域において鋳型中のナノチューブ類の開放端部のみを局限的 に約５００℃乃至１,３００℃の範囲の温度に加熱する手段を含む。本装置はま た、鋳型中のナノチューブ類の加熱された開放端部に直接隣接する成長兼アニー ル域へ炭素含有原料ガスを供給するための手段を含む。更に本装置はまた、成長 兼アニール域の繊維の成長端部を維持しながら、成長兼アニール域から成長炭素 繊維を連続的に取り出す手段を含む。 別の実施態様において、ナノチューブ類を含有する複合材料が開示されている 。 本複合材料はマトリックスと該マトリックス中に埋封されたカーボンナノチュー ブを含む。 別の実施態様において、カーボンナノチューブ物質を含む複合材料を製造する 方法が開示されている。本方法は繊維状材料の集合体を準備する工程；ナノチュ ーブ物質を該繊維状材料へ添加する工程；及びマトリックス材料の前駆体を該カ ーボンナノチューブ材料及び繊維状材料へ添加する工程を含有する。 別の実施態様において、自然に形成する誘導体化した単層ナノチューブ分子の 三次元構造体が開示されている。本構造体は一つに集合して三次元構造体となる 多数の誘導体を有するいくつかの成分分子を含む。 前記目的及び当業者に明らかな他の目的は、本明細書及び請求項に記載した本発 明により達成される。図面の簡単な説明 図１は本発明を実施するための装置の略図であり； 図２は複合棒材ターゲを蒸気化するための二つの異なるレーザーパルスを使用 する本発明を実施するための装置の略図であり； 図３Ａは本発明による精製した単層カーボンナノチューブの透過型電子顕微鏡 法（TEM）のスペクトルであり； 図３Ｂは本発明による精製した単層カーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡 法(SEM)のスペクトルであり； 図３Ｃは本発明による精製した単層カーボンナノチューブのラマンスペクトル であり； 図４は本発明による均一な単層カーボンナノチューブ分子配列の一部を模式的 に表すものであり； 図５は本発明による不均一な単層カーボンナノチューブ分子配列の一部を模式 的に表すものであり； 図６は本発明による繊維成長室装置を模式的に表すものであり； 図７は本発明による繊維圧力均等化兼収集域を模式的に表すものであり； 図８は本発明による複合配列であり； 図９は本発明による複合配列であり； 図１０は本発明による電力伝送ケーブルであり； 図１１は本発明による双安定性の非揮発性ナノスケール記憶デバイスを模式的 に表すものであり； 図１２は図１１のメモリービットの各双安定状態に対応するエネルギーウエル （Well）を表わすグラフであり； 図１３は本発明によるリチウムイオン二次電池を模式的に表わすものであり； 図１４は本発明によるリチウムイオン電池の陽極であり； 図１５Ａは単層カーボンナノチューブ類の中倍率透過型電子顕微鏡画像であり ； 図１５Ｂは隣接単層カーボンナノチューブ類の高倍率画像であり； 図１５Ｃは隣接単層カーボンナノチューブ類の高倍率画像であり； 図１５Ｄは隣接単層カーボンナノチューブ類の高倍率画像であり； 図１５Ｅは７本の隣接単層カーボンナノチューブの断面の高倍率画像であり； 図１６Ａは粗単層フラーレンナノチューブフェルトの走査型電子顕微鏡（SEM ）画像であり； 図１６Ｂは精製後の図１６の単層フラーレンナノチューブフェルト物質のSEM 画像であり； 図１６Ｃは単層フラーレンナノチューブフェルトの引き裂き後に得られた単層 ナノチューブロープ繊維類の実質的な整列のSEM画像であり； 図１７は高度に配向した熱分解グラファイト上に堆積した切断フラーレンナノ チューブの原子間力顕微鏡(AFM)画像であり； 図１８Ａは切断ナノチューブ懸濁液の電界流れ分別[field flow fractionatio n(FFF)]のグラフであり； 図１８Ｂは三つの収集物についてAFMで測定したフラーレンナノチューブ長の 分布を表わし；そして 図１９は二つの１０ナノメートルの金球につながれたフラーレンナノチューブ 「パイプ」のＡＦＭ画像を示す。好ましい実施様態の詳細な説明 炭素は、正にその本質により、高温蒸気から自己集合して完全な球状の閉鎖かご 体（Ｃ₆₀がその原型である）を形成する傾向を有するのみならず（遷移金属触媒 の助けにより）集合して両端部を半フラーレンドームで完全に封鎖し得る完全な 単層円筒状チューブとなる傾向を有する。炭素の一元的単結晶として考えられる これらのチューブ類は垂れ下がる結合を有しない真のフラーレン分子である。 本発明の単層カーボンナノチューブ類は多層（multi-wall）カーボンナノチュ ーブ類よりはるかに欠陥のないものとなるらしい。単層カーボンナノチューブは 不飽和炭素原子価間に橋を形成することにより欠陥を償うための隣接層（neighb oring walls）を有しないが、単層カーボンチューブにおける欠点は、多層カー ボンナノチューブが時折欠陥を復活させ得るため、多層カーボンナノチューブに 於ける欠陥よりもより少ないものであるらしい。単層カーボンナノチューブは欠 陥が殆どないため、より強力で、より導電性であり、従って類似の直径を有する 多層カーボンナノチューブより一層有用である。 カーボンナノチューブ類、特に本発明の単層カーボンナノチューブ類は、該カ ーボンナノチューブの導電性率及び大きさが小さいため集積回路等のマイクロデ バイスの、或いはコンピューターに使用される半導体チップの電気コネクターの 製造に有用である。該カーボンチューブ類は光周波数アンテナとして、走査型ト ンネル顕微鏡法（STM）及びAFMに使用されている走査型探針顕微鏡法の探針とし て有用である。該カーボンナノチューブ類は、自動車用タイヤのカーボンブラッ クの代わりに、或いはそれとともに使用してもよい。該カーボンナノチューブ類 はまた、水素添加、改質及び分解触媒等の産業及び化学プロセスで使用される触 媒の支持体として有用である。 本発明により製造された単層カーボンナノチューブより成るロープ類は金属性 である。即ち、本ロープは比較的低抵抗で電荷を伝導する。ロープは、例えば、 導電性塗料また重合体塗料の添加剤として、或いはSTMの探針先端としての用途 を含む電気導体を必要とする任意の用途に有用である。 カーボンナノチューブ類を定義する場合、認められている命名法系を使用する ことが助けとなる。本明細書において、エム・エス・ドレッセルハウス（M．S． Dresselhaus）、ジィー・ドレッセルハウス（G．Dressel haus）及びピー・シィ ー・エクルント（P.C.Eklund）著、「フラーレン類及びカーボンナノチューブ類 の科 学」（Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes）、第１９章、特に第７５ ６頁乃至第７６０頁（１９９６）、アカデミック プレス（Academic Press）、 ５２５Ｂストリート、シュート１９００、サンディエゴ、カリフォルニア９２１ ０１、米国合衆国又はシーハーバードライブ、オルランド、フロリダ３２８７７ 、米国合衆国（ISBN ０−１２−２２１８２０−５）に記載され、参照例として ここに包含されるカーボンナノチューブ命名法を使用する。単層円筒状フラーレ ン類は、二重指数（double index）（n，m）により互いに区別される。このn及 びmは、六角形「亀甲型」グラファイトの単一ストリップを円筒表面に巻き付け 両端部を封鎖したとき完全な円筒となるような切断方法を記載する整数である。 この二つの指数が同一（m=n）であるとき、得られるチューブは、チューブ軸に 対して垂直にチューブを切断すると、六角形に側辺のみが露出してチューブ端部 の周囲をかこむ型がn回繰り返されたアームチェアのアームと座席に類似してい るため、「アームチェア」（又はn,n)型を呈していると言われている。アームチ ェア型チューブは単層カーボンナノチューブが金属性であるため、単層カーボン ナノチューブの好ましい形であり、また非常に高い電気及び熱導伝性を有する。 更に、単層カーボンナノチューブは全て非常に高い引張り強度を有する。 ここに記載した二重レーザーパルスの特徴は、（１０，１０）型単層カーボン ナノチューブを豊富に産出する。該（１０，１０）型単層カーボンナノチューブ は１３.８オングストローム±０.３オングストローム或いは１３.８オングスト ローム±０.２オングストロームの近似チューブ直径を有する。 本発明は、炭素及び一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属を含有する、或いは それらから本質的になる、或いはそれらよりなるターゲット物質をレーザービー ムが蒸発化する単層カーボンナノチューブ類の製造方法を提供する。該ターゲッ トからの該蒸気が、主たる成分である単層カーボンナノチューブでありしかもそ のうち、（１０，１０）型チューブ類が優勢なカーボンナノチューブを形成する 。本方法はまた、ロープ類として配列した、即ち、単層カーボンナノチューブが 互いに平行に並ぶものとして配列した単層カーボンナノチューブを有意量で産出 する。該（１０，１０）型チューブが、また各ロープに於いて見られる優勢なチ ューブである。本レーザー蒸発法はカーボンチューブ類の製造法であるアーク 放電法に対していくつかの利点を有する。即ち、レーザー蒸発法は、単層カーボ ンナノチューブの成長を助ける条件の制御をはるかに高程度に行うことを可能と し、また連続操作を可能とし、更に単層カーボンナノチューブをより良い収率で より良い品質のものを産出する。ここに記載したごとく、該蒸発法はまた、より 長いカーボンナノチューブ類及びより長いロープ類を産出するために使用するこ とができる。 カーボンナノチューブ類は、単一単層カーボンナノチューブに関しては約０. ６ナノメートル乃至３ナノメートル、５ナノメートル、１０ナノメートル、３０ ナノメートル、６０ナノメートル迄の、また単層又は多層カーボンナノチューブ 類に関しては１００ナノメートル迄の範囲の直径を有する。該カーボンナノチュ ーブは、長さが５０ナノメートル乃至１ミリメートル、１センチメートル、３セ ンチメートル、５センチメートル以上の範囲にある。本発明により産出した生成 物中の単層カーボンナノチューブ類の収率は異常に高い。蒸発物質の１０重量％ を超える、３０重量％を超える、更に５０重量％を超える単層カーボンナノチュ ーブの収率も本発明に関しては可能である。 更に記載されるごとく、一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属は、カーボンナ ノチューブ及び又はロープ類の長さの成長を触媒する。該一種以上のVI族又はVI II族の遷移金属はまた、単層カーボンナノチューブ類及び単層カーボンナノチュ ーブのロープ類を高収率で産出する。カーボンナノチューブ及び又はロープの成 長が達成される機構は完全には解明されていない。しかし、該一種以上のVI族又 はVIII族の遷移金属がカーボンナノチューブの端部に存在すると、炭素蒸気から の炭素がカーボンナノチューブを形成する固体構造へ付加するのを容易なものと するらしい。発明者等は、この機構が生成物中におけるカーボンナノチューブ及 び/又はロープの高収率で高選択性の主因であると信じており、単に本発明の結 果の説明の道具としてこの機構を用いて本発明を記載する。たとえこの機構が部 分的に或いは全体として正しくないことが証明されたとしても、これらの結果を 達成する本発明はここにまだ充分に記載されている。 本発明の一面は、アニール域においてカーボンナノチューブの活性端部を維持 しながら炭素蒸気をカーボンナノチューブ活性端部へ供給することを含むカーボ ンナノチューブ類及び又はカーボンナノチューブから成るロープ類を製造する方 法を含有する。加熱域に維持された炭素を含むターゲットにレーザービームを当 てる装置により本発明に従って炭素を蒸発させる。類似の装置は文献、例えば、 参照例として本明細書に包含される米国合衆国特許第５,３００,２０３号及びチ ャイ（Chai）等の「金属を内部に有するフラーレン類」（Fullerenes with Meta ls Inside）、ジェイ・フィジ・ケンム（J．Phys．Chem.）、第９５号、第２０ 号、第７５６４頁（１９９１年）に記載されている。 少なくとも一つの活性端部を有するカーボンナノチューブはまた、ターゲット がVI族またはVIII族の遷移金属又は二種以上のVI族又はVIII族の遷移金属を含有 するとき形成される。本明細書において、カーボンナノチューブの「活性端部（ live end）」なる用語は、一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属の原子が位置す るカーボンナノチューブの末端を意味する。カーボンナノチューブの一方又は両 方の端部が活性端部であり得る。活性端部を有するカーボンナノチューブは、最 初に炭素及び一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属を含有するターゲットからの 物質を蒸発させるためにレーザービームを使用することにより、次に該炭素/VI 族又はVIII族の遷移金属蒸気をアニール域に供給することにより、本発明のレー ザー蒸発装置中で産出される。任意的に第二レーザービームを使用してターゲッ トからの炭素の蒸発を助ける。活性端部を有するカーボンナノチューブは該アニ ール域で形成され、蒸気中の炭素をカーボンナノチューブの活性端部へ触媒付加 することにより長さが成長する。付加用の炭素蒸気を次いでカーボンナノチュー ブの活性端に供給しカーボンナノチューブの長さを増加させる。 形成されるカーボンナノチューブは、必ずしも単層カーボンナノチューブとは 限らず、二層、五層或いは十層以上のいくらでも大きな数の層（walls）を有す る多層（multi-wall）カーボンナノチューブ（共軸カーボンナノチューブ類）で あり得る。しかし、好ましくはカーボンナノチューブは単層カーボンナノチュー ブであり、本発明は、多層カーボンナノチューブよりも更に豊富に、時には遥か に豊富に（１０，１０）型単層カーボンナノチューブ類を選択的に産出する方法 を提供する。 カーボンナノチューブの活性端部が最初に形成されるアニール域は、５００℃ 乃至１,５００℃、より好ましくは１,０００℃乃至１,４００℃、最も好ましく は１,１００℃乃至１,３００℃に維持されるべきである。活性端部を有するカー ボンナノチューブ類がアニール域で捕捉維持され、（VI族又はVIII族の遷移金属 蒸気を更に加える必要なく）更に炭素の付加により長さを成長させる本発明の実 施態様において、該アニール域は、より低い温度、即ち４００℃乃至１,５００ ℃、好ましくは４００℃乃至１,２００℃、最も好ましくは、５００℃乃至７０ ０℃でよい。該アニール域の圧力は、５０乃至２,０００トル、より好ましくは １００乃至８００トル、最も好ましくは３００乃至６００トルに維持されるべき である。該アニール域の雰囲気は炭素を含有する。通常、該アニール域の雰囲気 はまた、炭素蒸気をアニール帯から清掃して収集域へ送るガスを含有する。カー ボンナノチューブの形成を妨げない任意のガスが清掃ガスとして働くが、好まし くは清掃ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン 或いはこれらのガスの二種以上の混合物等の不活性ガスである。ヘリウムとアル ゴンが最も好ましい。流動不活性ガスを使用すると、温度制御ができそして更に 重要なことであるが、ナノカーボンの活性端部へ炭素を運ぶことができる。本発 明のいくつかの実施態様において、他の物質、例えば、一種以上のVI族又はVIII 族の遷移金属を炭素とともに蒸発させると、これらの化合物及びその蒸気もアニ ール帯の雰囲気中に存在する。純料な金属を使用する場合、得られる蒸気はその 金属を含有する。金属酸化物を使用する場合、得られる蒸気はその金属及びイオ ン類或いは酸素の分子を含有する。 カーボンナノチューブの活性端部での該一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属 の触媒活性を殺すか或いは著しく減少させ物質をあまり多く存在させることを避 けるのが重要である。水（H₂O）及び又は酸素（O₂）があまり多く存在すると、 該一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属の触媒活性が殺されるか或いは著しく減 少することが知られている。従って、好ましくは水及び酸素はアニール域から排 除される。普通５重量％未満、より好ましくは１重量％未満の水及び酸素を有す る清掃ガスを使用すれば十分である。最も好ましくは、水及び酸素は０.１重量 ％未満である。 好ましくは、活性端部を有するカーボンナノチューブの形成及びそれに続く炭 素蒸気のカーボンナノチューブへの付加は同一装置内で全て達成される。好まし くは、該装置は炭素及び一種以上のVI族またはVIII族の遷移金属を含有するター ゲットに照射するレーザーを含有し、該ターゲット及びアニール域は適切な温度 に、例えば、該アニール域を炉中に保持することにより維持する。レーザービー ムは炭素及び一種以上のVI族及びVIII族の遷移金属を含有するターゲットに突き 当たるように照射され、該ターゲットは適切な温度に維持された炉中に保持され ている石英チューブの内部に搭載されている。上に注記したごとく、該炉温度は 最も好ましくは１,１００℃乃至１,３００℃の範囲である。チューブは必ずしも 石英チューブである必要はなく、温度（１,０００℃乃至１,５００℃）に耐える 任意の材料でできていてもよい。石英に加えアルミナ及びタングステンがチュー ブの作製のために使用できるであろう。 第二のレーザーをまたターゲットに照射する場合、改良された結果が得られ、 また両方のレーザーは、時間を調節し、時間を分離してレーザーエネルギーのパ ルスを送出する。例えば、第一のレーザーはターゲットの表面から物質を蒸発さ せるに十分なパルス強度を送出する。典型的には、第一レーザーからのパルスは 約１０ナノ秒（ns）続く。第一のパルスを停止後、第二のレーザーからのパルス がターゲットまたは第一のパルスにより発生した炭素蒸気又はプラズマに突き当 たり、ターゲット表面から物質をより均一に且つ連続して蒸発させる。第二レー ザーのパルスは強度が第一レーザーのパルスと同一であっても或いはより弱いも のであってもよいが、第二レーザーからパルスは典型的には第一レーザーからの パルスよりも強力であり、典型的には第一パルスの終了後約２０乃至６０ナノ秒 、好ましくは４０乃至５５ナノ秒遅れて送出される。 該第一及び第二レーザーの典型的な仕様例を実施例１及び３にそれぞれ示す。 概略の手引としては、該第一のレーザーは、波長が１１乃至０.１マイクロメー トル、エネルギーが０.０５乃至１ジュール、繰返し周波数が０.０１乃至１,０ ００ヘルツ（Hz）と変化し得る。該第一レーザーのパルス時間は１０^-13乃至１ ０^-6秒と変化し得る。該第二のレーザーは、波長が１１乃至０.１マイクロメー トル、エネルギーが０.０５乃至１ジュール、繰返し周波数が０.０１乃至１,０ ００ヘルツと変化し得る。該第二レーザーパルスの継続時間は１０^-13秒乃至１ ０^-6 秒と変化し得る。該第二レーザーパルスの開始は該第一レーザーパルスの終了か ら約１０乃至１００ナノ秒隔てられるべきである。該第二パルスの供給レーザー が紫外線（UV）レーザー（例えば、エキシマーレーザー）の場合は、時間遅延は より長く、１乃至１０ミリ秒である。しかし該第二パルスが可視又は赤外（IR） レーザーより発せられる場合は、該第一パルスにより発生したプラズマ中の電子 への吸収が好ましい。この場合、パルス間の最適時間遅延は約２０乃至６０ナノ 秒、より好ましくは４０乃至５５ナノ秒、最も好ましくは４０乃至５０ナノ秒で ある。該第一及び第二のレーザーについてのこれらの範囲は、約０.３乃至１０ ナノメートルのターゲット複合棒のスポットに集束するビームに対するものであ る。該第一及び第二レーザーのパルス間の時間遅延は、パルスレーザーを使用す る分野で知られているコンピューター制御により達成される。発明者等は、１１ メリーランドドライブ、ロックポート、イリノイ６０４４１、米国合衆国（11 M aryland Drive，Lockport，IL 60441，U.S.A.）のカイネテックス システムズ コーポレーション（Kinetics Systems Corporation）社製の調時パルス発生機及 び７００チェスナット リッジ ロード、チェスナット リッジ ロード、ニューヨ ーク１０９７７−６４９９、米国合衆国(700 Chesnut Ridge Road，Chestnut Ri dge,New York 10977-6499，U.S.A.）のルコイ リサーチ システムズ（LeCoy Res earch Systems）社製のナノパルサー（nanopulscer）とともにルコイリサーチ システムズ社製カマック クレート（CAMAC crate）を使用した。より大きなター ゲットへスケールアップするには多重第一レーザー類及び多重第二レーザー類が 必要となるか或いはより強力なレーザーが使用される。多重レーザー類の主たる 特徴は、第一レーザーがターゲット表面からの物質を等しく融蝕して蒸気又はプ ラズマとし、第二レーザーが第一パルスにより発生した蒸気またはプラズマプル ーム（plume）中の融蝕された物質へ十分なエネルギーを堆積させ、該物質が原 子又は小さな分子（一分子につき十個の炭素原子未満）へと蒸発することを確実 にするというものである。該第二レーザーパルスが該第一パルス後あまりにも早 く到達すると、第一パルスにより発生したプラズマがあまりにも濃厚であるため 第二パルスが該プラズマにより反射する。第二レーザーパルスが第一パルス後あ まりにも遅く到達すると、第一パルスにより発生したプラズマ及び又は融蝕され た物 質がターゲットの表面に突き当たる。しかし第二レーザーパルスがプラズマ及び 又は融蝕された物質が形成された直後、調時して到達すると、ここに記載したご とく、該プラズマ及び又は融蝕された物質は第二レーザーパルスからエネルギー を吸収する。一連の第一レーザーパルスから第二レーザーパルスへの連続は、第 一及び第二レーザーパルスと同じ繰返し周波数、即ち０.０１乃至１,０００ヘル ツで繰り返されることにも留意すべきである。 実施例記載のレーザーに加えて、本発明に於いて有用な他のレーザーの例とし て、XeF（波長３６５ナノメートル）レーザー、XeCl（波長３０８ナノメートル ）レーザー、KrF（波長２４８ナノメートル）及びArF（波長１９３ナノメートル ）レーザーが含まれる。 任意的ではあるが好ましくは、清掃ガスをターゲットの上流のチューブに導入 し、該ガスはターゲットからの蒸気を運びながらターゲットを通過して下流へ流 れる。石英チューブは、炭素及び一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属が炭素タ ーゲットの下流の点であるが石英チューブの加熱されている部分でカーボンナノ チューブを形成する条件に保たれているべきである。アニール域で生成するカー ボンナノチューブの収集は、石英チューブの先の下流端部の内部に冷却した捕集 器を維持することにより容易なものとなる。例えば、カーボンナノチューブを、 石英チューブの中央に搭載された水冷金属構造体上で収集することができる。カ ーボンナノチューブは条件さえ適切であれば、好ましくは水冷捕集器上に集積す る。 VI族又はVIII族の遷移金属はいかなるものでも本発明の該一種以上のVI族又は VIII族の遷移金属として使用し得る。VI族の遷移金属は、クロム（Cr）、モリブ デン（Mo）及びタングステン（Ｗ）である。VIII族の遷移金属は、鉄（Fe）、コ バルト（co）、ニッケル（Ni）、ルテニウム（Ru）、ロジウム（Rh）、パラジウ ム（pd）、オスミウム（Os）、イリジウム（Ir）及びプラチナ（Pt）である。好 ましくは、該一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属は、鉄、コバルト、ルテニウ ム、ニッケル及びプラチナよりなる群から選択される。より好ましくは、コバル トとニッケルの混合物又はコバルトとプラチナの混合が使用される。本発明に有 用な該一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属は、純金属、 金属酸化物、金属炭化物、金属の硝酸塩或いは他のVI族又はVIII族の遷移金属を 含有する化合物として使用することができる。好ましくは、該一種以上のVI族又 はVIII族の遷移金属は、純金属、金属酸化物又は金属の硝酸塩として使用される 。炭素と組み合わされ、活性端部を有するカーボンナノチューブの産出を容易な ものとする該一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属の量は、０.１乃至１０原子 ％（atom per cent）、より好ましくは０.５乃至５原子％、最も好ましくは、０ .５乃至１.５原子％である。本明細書において、「原子％（atom per cent）」 なる用語は存在する原子の総数に基づく特定化した原子の１００分率を意味する 。例えば、ニッケルと炭素の１原子％混合物とは、ニッケルと炭素原子の総数中 、１％がニッケルである（残りの９９％が炭素である）ことを意味する。二種以 上のVI族又はVIII族の遷移金属の混合物を使用する場合、各金属は金属混合物の １乃至９９原子％、好ましくは金属混合物の１０乃至９０原子％、最も好ましく は金属混合物の２０乃至８０原子％である。二種のVI族又はVIII族の遷移金属を 使用する場合、各金属は最も好ましくは金属混合物の３０乃至７０原子％である 。三種のVI族又はVIII族の遷移金属を使用する場合、各金属は最も好ましくは金 属混合物の２０乃至４０原子％である 本明細書に記載したごとく、該一種以上VI族又はVIII族の遷移金属はレーザー により蒸発用のターゲットを形成するために炭素と組合わされる。ターゲットの 残りの部分は炭素であり、グラファイト型、フラーレン型の炭素、ダイヤモンド 型の炭素或いは重合体又は炭化水素、これらの二種以上の混合物等の化合物とし て炭素を含むことができる。 炭素は該一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属と特定の比率で混合され、次い でレーザー蒸発法において結合され炭素及び該一種以上のVI族又はVIII族の遷移 金属を含有するターゲットを形成する。ターゲットは炭素及び該一種以上のVI族 又はVIII族の遷移金属をカーボンセメントと室温で均一に混合し、次いで混合物 を型に入れる。型中の該混合物を圧縮し約１３０℃で約４乃至５時間加熱する。 その間カーボンセメントのエポキシ樹脂は硬化する。使用される圧縮圧は、グラ ファイト、一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属及びカーボンセメントの混合物 を圧縮して、構造的一体性を維持するよう空隙を有しない成形体とするに 十分なものであるべきである。次いで成形体をアルゴン流の雰囲気下でゆっくり と８１０℃迄約８時間加熱することにより炭化する。引き続き、成形炭化したタ ーゲットを、炭素及び該一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属を含有する蒸気を 発生させるためにターゲットとして使用する前に、アルゴン流下で約１,２００ ℃へ約１２時間加熱する。 本発明は、炉中蒸発の断面図である図１を参照することにより更に理解される 。ターゲット１０は、チューブ１２中に位置する。ターゲット１０は炭素を含有 し、また一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属を含有し得る。チューブ１２は絶 縁体１６及び加熱要素域１８を含有する炉１４中に位置する。炉中の対応部分は 、絶縁体１６’及び加熱要素域１８’により示される。チューブ１２は、ターゲ ット１０が加熱要素域１８中に存在するよう位置する。 図１はまた、チューブ１２の下流端部２４でチューブ１２中に搭載された水冷 捕集器２０を示す。アルゴン又はヘリューム等の不活性ガスは、その流れがチュ ーブ１２の上流端部２２から下流端部２４へ向かうように、チューブ１２の上流 端部２２へ導入される。レーザービーム２６はターゲット１０に集束する（図示 されていない）レーザーにより送出される。運転の際は、炉１４は所望の温度、 好ましくは１１００℃乃至１３００℃、通常約１２００℃に加熱される。アルゴ ンは清掃ガスとして上流端部２２に導入される。該アルゴンは、任意に所望の温 度、即ち、炉１４の温度とほぼ同じ温度に予備加熱してもよい。レーザービーム ２６はターゲット１０に突き当りターゲット１０中の物質を蒸発させる。ターゲ ット１０からの蒸気は流動アルゴン流により下流端部２４へと運ばれる。ターゲ ットが炭素のみよりなる場合、形成された蒸気は炭素蒸気である。ターゲットの 一部として一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属が含まれる場合、蒸気は炭素及 び一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属を含むものとなる。 炉から熱及び流動アルゴンは、チューブ中にアニール域として一つの領域を維 持する。図１中２８で記された部分のチューブ中の体積がアニール域であって、 そこでは炭素蒸気が凝縮し始め、次いで実際に凝縮してカーボンナノチューブを 形成する。水冷捕集器２０は、７００℃以下の温度、好ましくは５００℃以下の 温度にその表面が維持されアニール域で形成したカーボンナノチューブを捕集す る。 本発明の一実施態様において、活性端部を有するカーボンナノチューブをチュ ーブ１２のアニール域部に設けられたタングステンワイヤ上に捕捉または載架す ることができる。本実施態様において、一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属を 有する蒸気を産出し続けることは必ずしも必要ではない。この場合、ターゲット １０を炭素は含有するがVI族又はVIII族の遷移金属は含有しないターゲットへ変 換することもでき、炭素がカーボンナノチューブの活性端部へ付加される。 本発明の他の実施態様において、該ターゲットが一種以上のVI族又はVIII族の 遷移金属を含有する場合、レーザービーム２６により形成された蒸気は炭素及び 該一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属を含有する。その蒸気はカーボンナノチ ューブをアニール域で形成し、次いでそのカーボンナノチューブは水冷捕集器２ ６上、好ましくは水冷捕集器２６の先端３０で堆積する。蒸気中に炭素とともに 蒸気中に一種以上のVI族又はVIII族の遷移金属が存在すると、ある種のフラーレ ン類及びグラファイトもまた通常は形成するが、フラーレン類に代わってカーボ ンナノチューブ類が優先的に形成する。アニール域において蒸気中の炭素は、カ ーボンナノチューブの活性端部に存在する該一種以上のVI族又はVIII族の遷移金 属の触媒効果により、選択的に該カーボンナノチューブの活性端部に付加する。 図２はカーボンナノチューブをより長くするために使用することのできる本発 明の任意の実施態様を示すもので、ターゲット１０の下流ではあるがアニール域 中に、チューブ１２の直径方向に亙りタングステンワイヤ３２を張ってある。レ ーザービームのパルスが炭素/VI族又はVIII族遷移金属蒸気を形成するターゲッ ト１０に突き当った後に、活性端部を有するカーボンナノチューブが蒸気中に形 成する。そのいくつかのカーボンナノチューブがタングステンワイヤ上に捕捉さ れ、活性端部はチューブ１２の下流端部２４へと向けられる。追加の炭素蒸気が 該カーボンナノチューブを成長させる。装置のアニール域長のカーボンナノチュ ーブを本実施態様において製造することができる。本態様において、活性端部を 有するカーボンナノチューブの初期形成後、その時点で蒸気が炭素のみを含む必 要があるため、炭素のみのターゲットに交換することも可能である。 図２はまた、第二のレーザービーム３４がターゲット１０に当るときのその部 分を示す。実際に、レーザービーム２６及び第二レーザービーム３４は、ターゲ ット１０の同一表面に向けられるものであるが、ここに記載されるごとく異なる 時間に該表面に当る。 該レーザーまたはそれと第二レーザーとを停止することも可能である。活性端 部を有する単層カーボンナノチューブが一度形成すると、該活性端部はより低い 温度で且つ他の炭素源で単層カーボンナノチューブの成長を触媒する。該炭素源 はフラーレン類に切り換えられ、清掃ガスの流れにより活性端部へ運ぶことがで きる。該炭素源は、清掃ガスにより運ばれるグラファイト粒子でもよい。該炭素 源は、チューブ１２に導入され、清掃ガスにより活性端部へ運ばれ活性端部を通 り過ぎる炭化水素、炭化水素ガス又はその混合物であってもよい。有用な炭化水 素類には、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレン、ベンゼ ン、トルエン、或いは他のパラフィン系、オレフィン系、環状または芳香族炭化 水素、或いは他の炭化水素が含まれる。 本実施態様におけるアニール域の温度は、活性端部を有する単層カーボンナノ チューブを最初に形成するために必要なアニール域の温度よりは低くすることが できる。アニール域の温度は、４００ないし１,５００℃、好ましくは４００乃 至１,２００℃、最も好ましくは５００乃至７００℃の範囲である。VI族又はVII I族の遷移金属がこれらのより低い温度でナノチューブへの炭素の付加を触媒す るために、これらの低温が実行可能となる。 ロープ中の単層カーボンナノチューブは１３.８オングストローム±０.２オン グストロームの直径を有することが測定により示されている。（１０，１０）型 単層カーボンナノチューブは約１３.６オングストロームの計算値直径を有し、 ロープ中の単層カーボンナノチューブは測定により主に（１０，１０）型チュー ブであることが証明されている。各ロープ中の単層カーボンナノチューブの数は 約５乃至５,０００、好ましくは約１０乃至１,０００或いは約５０乃至１,００ ０、最も好ましくは約１００乃至５００と変化する。ロープ類の直径は、約２０ 乃至２００オングストローム、より好ましくは約５０乃至２００オングストロー ムの範囲である。本発明により製造されるロープ類において（１０，１０）単層 カー ボンナノチューブがチューブの主たる部分を占める。１０％を超える、３０％を 超える、５０％を超える、７５％を超える、更に９０％を超える（１０，１０） 型単層カーボンナノチューブを有するロープ類が製造されている。５０％を超え る、７５％を超える、更に９０％を超えるアームチェア型（n,n）単層カーボン ナノチューブもまた本発明により製造され、本発明の一部をなしている。各ロー プ中の単層カーボンナノチューブは配列して格子定数が約１７オングストローム の２−Ｄ三角格子を有するロープを形成している。長さ０.１乃至１０或いは１ ００或いは１,０００ミクロンのロープ類が本発明により製造された。本発明に より製造されたロープ類の抵抗率はロープが金属性であることを証明する２７℃ で０.３４乃至１マイクロオーム/メートルと測定された。 上記ロープ類から成るフェルトも製造することができる。生成物質は、ここに 於いて「フェルト」として言及されているロープ類のもつれた収集体が一つに固 まってマット状になって収集される。発明方法により収集されたフェルト物質は 取り扱いに耐える充分な強度を有し、導電性であることが測定されている。１０ ミリメートル平方、１００ミリメートル平方或いは１,０００ミリメートル平方 以上のフェルト類が発明方法により形成される。 炉中レーザー蒸発法により製造された単層カーボンナノチューブ類の一つの利 点はその清浄度にある。典型的なアーク放電法により製造された単層カーボンナ ノチューブ類は、非晶質炭素の厚い層で覆われており、そのためレーザー蒸発法 により製造された単層カーボンナノチューブの清浄な束と比較して有用性には多 分限界があろう。本発明の他の利点及び特徴はその開示により明らかである。本 発明はまた、グオウ（Guo）等の「レーザー蒸発法による単層カーボンナノチュ ーブの触媒成長（Catalytic Growth Of Single-Walled Nanotubes By LaserVapo rization）」、ケム・フィジ・レット（Chem．Phys．Lett.）第２４３巻、第４ ９乃至第５４頁（１９９５年）を参照することにより理解される。 二重パルスレーザーにより達成される利点は、炭素及び金属を確実に最適アニ ール条件を経過させることである。該二重レーザーパルス法は、時間を使用して 融蝕された物質の更に完全な蒸発から融蝕を分離することによりこれを達成する 。これらの同一最適条件は、ここに参考例とし組み入れられる１９９５年７月７ 日 付米国合衆国特許出願第０８/４８３，０４５号に記載された炭素及び金属を蒸 発させる太陽エネルギーの使用により達成される。該出願第０８/４８３,０４５ 号に記載された金属の代わりに任意のVI族またはVIII族遷移金属を組み合わせる ことにより本願の単層カーボンナノチューブ類及びロープ類が製造される。単層ナノチューブの精製 前記方法のいずれかにより得た物質中のカーボンナノチューブは本発明の方法 に従って精製することができる。少なくとも単層ナノチューブ（SWNT）の一部分 を含む混合物は、例えば、飯島ら或いはベチュン（Bethune）らにより記載され ているごとく製造することができるかもしれない。しかし、相対的に高い収率で 単層カーボンナノチューブを産出する製造方法が好ましい。特に、米国合衆国特 許出願第０８/６８７,６６５号に開示されているごときレーザー産出法は７０％ まで或いはそれ以上の単層ナノチューブを産出することができ、該単層ナノチュ ーブはアームチェア構造が主たるものである。 単層カーボンナノチューブを含む混合物を作製する典型的な製造法の生成物は 、非晶質炭素の堆積物、グラファイト、金属化合物（例えば、酸化物）、球状フ ラーレン類、触媒粒子（しばしば炭素又はフラーレン類で被覆されている）及び 多分多層カーボンナノチューブを含む絡み合ったフェルトである。該単層カーボ ンナノチューブは本質的に平行なナノチューブからなる「ロープ（ropes）」又 は束となって凝集している。 単層カーボンナノチューブを高い比率で有する物質をここに記載したごとく精 製すると、産出された配合物は単層ナノチューブが豊富になり、その結果該単層 ナノチューブは実質的に他の物質を含まない。特に、単層ナノチューブは、精製 配合物中の物質の少なくとも８０％、好ましくは少なくとも９０％、より好まし くは少なくとも９５％、そして最も好ましくは９９％を超える。 本発明の精製方法は非晶質炭素堆積物及び他の汚染物質を除去するために酸化 条件下で単層ナノチューブ含有フェルトを加熱することを含む。本精製方法の好 ましい態様において、フェルトを硝酸、過酸化水素と硫酸の混合物或いは過マン ガン酸カリ等の無機酸化剤の水溶液中で加熱する。好ましくは、単層ナノチュー ブ含有フェルトを、実際的な時間枠内で非晶質炭素堆積物を溶蝕し去るに充分な 濃度ではあるが単層カーボンナノチューブを有意な程度に溶蝕する程高くはない 濃度の酸化酸溶液中で還流する。２.０乃至２.６モル濃度の硝酸がよいことが判 明した。大気圧下では、かかる酸水溶液の還流温度は約１２０℃である。 好ましい方法において、ナノチューブ含有フェルトを２.６モル濃度の硝酸溶 液中２４時間還流することができる。精製したナノチューブは、例えば、ミリポ ア タイプ エルエス（Millipore Type LS）のごとき５ミクロン孔径のテフロン フィルターで濾過することにより該酸化酸から回収することができる。好ましく は、前記濾過に次いで同一濃度の新しい硝酸溶液中で第二の２４時間還流を行う 。 酸性酸化条件下で還流を行うと、ナノチューブのいくつかはエステル化反応、 言い換えればナノチューブの汚染を起こす結果となる。この汚染エステル物質は 、鹸化により、例えば、室温エタノール中での飽和水酸化ナトリウム溶液を使用 することにより除去することができる。酸化酸処理で産出される任意のエステル 結合重合体の鹸化に適した他の条件は当業者であれば容易に明らかであろう。典 型的には、ナノチューブ配合物は鹸化工程後中和される。６モル濃度の塩酸水溶 液中で１２時間ナノチューブの還流を行うことが中和に適していることが判明し たが、他の適切な条件は当業者には明らかであろう。 酸化及び任意の鹸化及び中和後、精製したナノチューブは、沈降又は濾過によ り、単層ナノチューブのロープ又は束から成る精製した繊維の薄いマット、以下 「バッキーペーパー（bucky paper）」として言及される形で回収することがで きる。典型的な例において、５ミクロンの孔径を有するテフロン膜で精製中和し たナノチューブを濾過して、約１００ミクロン厚の精製ナノチューブの黒いマッ トを得た。「バッキーペーパー」のナノチューブは種々の長さから成り、個々の ナノチューブ或いは１０³迄の単層ナノチューブの束又はロープ、或いは個々の 単層ナノチューブと種々の厚さから成るロープの混合物で構成されている。代わ りに、「バッキーペーパー」は、以下に記載されるごとく分別により長さ又は直 径及び又は分子構造が均一なナノチューブから成っていてもよい。 精製したナノチューブ又は「バッキーペーパー」は、例えば、水素ガス雰囲気 中８５０℃で焼き固ベーキングすることにより最終的に乾燥し、乾燥精製ナノチ ューブ配合物を産出する。 米国合衆国特許出願第０８/６８７，６６５号の二重レーザー方法により製造 したレーザー産出単層ナノチューブ物質を、２.６モル濃度の硝酸水溶液中で、 一度溶媒を交換して還流し、次いでエタノール中の飽和水酸化ナトリウム中、室 温で１２時間超音波による分解を行い、更に６モル濃度の塩酸水溶液で１２時間 中和し、該水性媒体を除去して８５０℃の水素ガス雰囲気中下１気圧の水素ガス （１インチの石英チューブ中流速１ないし１０センチメートル/秒）中で２時間 ベーキングを行ったとき、詳明なTEM、SEM及びラマンスペクトルによる分析の結 果、純度は９９％を超えており、主な不純物はわずかな炭素封入ニッケル/コバ ルト粒子であった。（図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃ参照）。 別の実施態様において、わずかに塩基性（例えば、PHが約８ないし１２）の溶 液を鹸化工程で使用することもできる。２.６モル濃度の硝酸中での最初の洗浄 で粗物質中の非晶質炭素を、周縁に種々の官能基、特にカルボン酸基を有するよ り大きな多環芳香族炭化水素と同様にフルボ酸やフミン酸のごとき種々の大きさ の結合多環化合物に変換する。該塩基溶液は殆どの多環化合物をイオン化し、水 溶液により溶解しやすくする。好ましい方法において、ナノチューブ含有フェル トを２乃至５モル濃度の硝酸中約１１０℃乃至１２５℃で６乃至１５時間還流す る。精製したナノチューブは濾過し、３ミクロン孔径を有するティーエスティー ピー イソポア（TSTP Isopore）フィルター上で１０ミリモル濃度の水酸化ナト リウム溶液で洗浄する。次に、濾過したナノチューブを硫酸/硝酸溶液中６０℃ で３０分攪拌することにより磨いた。好ましい実施態様において、該溶液は容量 比３対１の濃硫酸と硝酸の混合物である。この工程において、硝酸処理中産出さ れた全ての残存物質をチューブ類から本質的に除去する。 磨きが完了すると、四倍水希釈し、ナノチューブを再び３ミクロン孔径のTSTP Isoporcフィルター上で濾過する。再びナノチューブを１０ミリモル濃度の水酸 化ナトリウム溶液で洗浄する。ナノチューブが乾燥すると再び懸濁するのが困難 であるため、最後にナノチューブは水中に保存する。 特別の用途に対しては更に条件を最適化することができるが、酸化酸中での還 流によるこの基本的対処法が成功したことが示されている。本方法の精製により 、触媒用、複合材料の成分用、或いは円筒状炭素分子及び単層ナノチューブ分子 の 連続巨視的炭素繊維の製造における出発物質用の単層ナノチューブが産出される 。単層カーボンナノチューブ分子 先行技術の方法により製造された単層ナノチューブはあまりに長く且つ絡みあ っているためそれを精製又は操作することが大変困難である。しかし本発明は、 単層ナノチューブをもはや絡み合うことのない程度の短い長さに切断し、アニー ルして開放端部を閉じることに備えるものである。短い閉じた円筒状のカーボン ナノチューブはDNAの区分又は重合体の大きさによる分類のために使用される技 法に類似した技法を用いて非常に容易に精製することができる。従って、本発明 は真の新しい部類の円筒状カーボンナノチューブを効果的に提供するものである 。 短いカーボンナノチューブの均一な集合物の調製は、ナノチューブを切断し、 アニールし（再び閉じ）、続いて分別することにより達成される。切断及びアニ ール工程は、精製したナノチューブの「バッキーペーパー」、ナノチューブの精 製前のフェルト或いは単層ナノチューブを含有する任意の物質に対して行われる 。切断及びアニールをフェルトについて行う場合、好ましくは、非晶質炭素を除 去するための酸化精製及び任意の鹸化に続いて行う。好ましくは、切断工程用の 出発物質は実質的に他の物質を含有しない精製した単層ナノチューブである。 短いナノチューブの切断は、意図する使用を容易にする一定の長さに切断する か、或いは一定の範囲の長さのものを選択するかのいずれも可能である。個々の 円筒状分子自体に関係する用途（例えば、誘導体、量子デバイス中のナノスケー ルの導体、即ち分子配線）には、長さは正にチューブの直径より大きく、チュー ブの直径の約１,０００倍迄である。典型的な円筒状分子は約５乃至１,０００ナ ノメートル又はそれより長い範囲にある。以下に記載されるごとく、単層ナノチ ューブの炭素繊維の成長に有用な鋳型を作成するためには、約５０乃至５００ナ ノメートルの長さが好ましい。 残存断片の構造に実質的に影響を与えないで所望のナノチューブの分子の長さ を達成する任意の切断方法が採用可能である。好ましい切断方法は高度の質量イ オン（mass ions）の照射を採用する。この方法において、試料に、例えばサイ クロトロンからの高速イオンビームを約０.１乃至１０ギガ電子ボルトのエネル ギ ーで照射する。好ましい高質量イオンは、ビスマス、金、ウラン等の約１５０原 子質量単位を超えるものを含む。 好ましくは、均一の長さを有する個々の単層ナノチューブの集団の調製は、不 均一な「バッキーペーパー」を出発物とし、該「ペーパー」中のナノチューブを 金（Au⁺³³）高速イオンビームを使用して切断を行う。この代表的な手順におい て、「バッキーペーパー」（厚さ約１００ミクロン）に約１０¹²までの高速イオ ン/センチメートル平方を照射し、ナノチューブの長さに沿って平均１００ナノ メートル毎に、「ペーパー」中のナノチューブに激しい損傷を供える。高速イオ ン、試料を貫通する１０乃至１００ナノメートルの「弾丸貫通孔」に類似する方 法で「バッキーペーパー」に損傷を創出する。次いで損傷したナノチューブを、 イオン損傷が発生した点でチューブの熱溶封によりアニールし（閉じ）、多数の より短いナノチューブを産出することができる。これらの束のレベルで産出され たより短い円筒状の分子は、約１００ナノメートル付近の長さのピークを有する 不規則な切断サイズの分布を持つ。適切なアニール条件はフラーレン技術分野で はよく知られており、例えば、真空又は不活性ガス中１２００℃で１時間チュー ブをベーキングするものである 単層ナノチューブはまた、製造中故意に該単層ナノチューブの構造中に欠陥生 生原子を含有させることにより切断してより短い円筒状の分子とすることができ る。これらの欠陥は化学的に創出して（例えば、酸化的に攻撃して）ナノチュー ブを切断し、より小さな切断とすることができる。例えば、初めの炭素蒸発源中 に炭素原子１０００当り１硼素を含有させることにより化学的攻撃に対しては内 臓の弱点を有する単層ナノチューブを製造することができる。 切断はまた、液体又は溶融炭化水素等の適当な媒体中の単層ナノチューブ懸濁 液を超音波により分解することによって達成することができる。適切な音響エネ ルギーを生じる任意の装置が使用できる。この種の一つの好ましい液体は１,２ −ジクロロエタンである。この種の一つの装置は、コウルーパーマー社（Cole-P armer，Inc.）製コンパクトクリーナー（ワンパイント）[Compact Cleaner(One Pint)]である。この型は４０キロヘルツで作動し、２０ワットの出力を有する。 超音波分解切断法は、充分なエネルギー入力で且つ初めの懸濁液中に存在するチ ューブ、ロープ又はケーブルの長さを実質的に減少させるに十分な時間連続的に 行うべきである。出発物質の性質及び求める長さの減少度により典型的には約１ ０分乃至約２４時間が用いられる。 別の実施態様において、気泡崩壊[（bubble collapse）（５,０００℃以下で 且つ約１,０００atm以下）]で創出される高温高圧によるか或いは超音波化学に より産出される遊離基の攻撃によりロープ長に沿って欠陥を発生させるために、 超音波分解を使用することができる。これらの欠陥は、硫酸/硝酸溶液により攻 撃され、ナノチューブを汚れなく切断し、更に下に横たわる損傷及び切断用のチ ューブを露出する。酸がチューブを攻撃すると、チューブは完全に切り開かれ、 徐々に溶蝕し返し始め、開口端部は温和な温度で再び閉じることができなくなる 。好ましい方法において、ナノチューブを、４０乃至４５℃の硫酸/硝酸溶液中 ２４時間攪拌しながら、浴超音波分解を行う。次いで、該硫酸/硝酸溶液中４０ 乃至４５℃で２時間超音波分解なしで攪拌する。これは超音波分解により発生し た全ての欠陥を、それ以上の欠陥を発生することなく該硫酸/硝酸溶液で攻撃す るものである。次いで、ナノチューブを水で４倍希釈し、O.1ミクロン孔径のブ イシーティーピー（VCTP）フィルターを使用して濾過する。次に、ナノチューブ を濾過し、該VCTPフィルター上で１０ミリモル濃度の水酸化ナトリウム溶液で洗 浄する。ナノチューブは、硫酸/硝酸溶液中で７０℃で３０分攪拌することによ り磨かれる。磨かれたナノチューブは水で４倍希釈し、０.１ミクロン孔径のVCT Pフィルターを使用して濾過し、次いで濾過し、０.１ミクロン孔径のVCTPフィル ター上で１０ミリモル濃度の水酸化ナトリウムで洗浄後、水中に保存する。 例えば、高濃度の硝酸を使用する酸化溶蝕方法はまた、単層ナノチューブを切 断してより短い長さにすることに使用できる。例えば、濃硝酸中数時間乃至１日 又は２日間単層ナノチューブを還流すると有意に短い単層ナノチューブとなる。 この機構による切断速度は、チューブの螺旋度(helicity)に依存する。この事実 を利用すると、型による、即ち（n，m）型から（n，n）型のチューブの分離が容 易となる。 長さ分布は、酸への露出時間に従って系統的に短くなる。例えば、容量比３対 １の濃硫酸/硝酸溶液中７０℃でのナノチューブの平均切断は約１００ナノメー トル/時の速度で短くなる。容量比４対１の硫酸/３０％水性過酸化水素（「ピラ ニア」）混合物中７０℃で、短縮速度はほぼ２００ナノメートル/時である。溶 蝕速度は、ナノチューブのカイラル指数（n，m）、即ちジグザグ（zigzag）型チ ューブ（m=o）から化学的に区別される全てのアームチエア（arm-chair）型チュ ーブ（m=x）に対して鋭敏であり、中間螺旋角（n≠m）のナノチューブに対して はさほど鋭敏はない。 本工程により、清浄したナノチューブは５０乃至５００ナノメートル、好まし くは１００乃至３００ナノメートルの長さに切断される。得られた断片はトリト スコンシン、米国合衆国（Aldrich，Milwaukee，WI，U.S.A.）]等の界面活性剤 と混合すると、水中コロイド懸濁液を形成する。この黒色の懸濁液は、電界流動 分別を使用した長さによる選別等種々の操作及びグラファイト上への電着とそれ に続くAFM画像化が可能である。 別の実施態様において、単層ナノチューブは電子ビーム切断装置を使用して公 知の方法で切断することができる。 前記切断技法を組合わせて用いることもできる。 単層ナノチューブの均一集団は、アニール後の不均一ナノチューブ集団の分別 により調製することができる。アニールしたナノチューブは、分別用の水性洗剤 溶液又は有機溶媒中に分散させることができる。好ましくは、該チューブをベン ゼン、トルエン、キシレン又は溶融ナフタレン中で超音波分解により分散させる 。この手順の主要な機能は、ファンデルワールス力によりロープ又はマット状に 結合したナノチューブを分離することである。個々のナノチューブへの分離に続 き、ナノチューブは、DNA分別又は重合体分別用手順等の公知の分別手順を使用 して大きさにより分別することができる。分別はまた、アニール前のチューブに 対して、特に開放端部が置換基（カルボキシ基、水酸基等）を有する場合、行う こともでき、大きさ又は種類のいずれかによる分別が容易になる。代わりに、閉 じたチューブを開き、誘導体としてかかる置換基を導入することができる。閉じ たチューブはまた、例えば、可溶部分を端部のキャップに付加することにより誘 導 体化し分別を容易にすることが出来る。 電気泳動は、かかる一つの技法であり単層ナノチューブ分子が容易に陰電荷化 されるのでその分別により適している。異なる構造の種類（例えば、アームチェ ア型及びジグザグ型）を有する単層ナノチューブの異なる分極化及び電気的特性 を利用して種類によるナノチューブを分離することも可能である。種類による分 離はまた、一種類の構造に優先して結合する部分を用いて分子の混合物を誘導体 化することにより容易となり得る。 代表的な一例に於いて、硝酸中４８時間還流して精製したナノチューブから成 る黒色「バッキーペーパー」の１００ミクロン厚のマットに、テキサス エイア ンド エム スーパーコンダクティング サイクロトロン ファシリティ（Texas A& M Superconducting Cyclotron Facility）で（１０¹²までのイオン/センチメー トル平方の正味フラックスの）金（Au⁺³³）イオンの２ギガ電子ボルトのビーム を１００分間照射した。照射した「ペーパー」は真空中１,２００℃で一時間ベ ーキングし、チューブを「弾丸貫通孔」で封止し、次いで超音波を行いながらト ルエン中に分散した。得られた円筒状の分子をSEM、AFM及びTEMにより検査した 。 ここに記載した手順により、円筒部が、巻いて長軸に平行な両端部で結合した グラフェン[graphene（六角形の結合した炭素）]の実質的に無欠陥シートから形 成されている単層ナノチューブである円筒状分子が製造される。該ナノチューブ はフラーレンキャップ（例えば、半球状のもの）を円筒の一方の端部に、他方の 端部に類似のフラーレンキャップを有することができる。一方又は両方の端部は また開いてもよい。ここに記載した方法により調製したこれらの単層ナノチュー ブは実質的に非晶質炭素を含まない。これらの精製ナノチューブは実際に真の新 しい部類の円筒状の分子である。 一般に、これらの分子の長さ、直径及び螺旋度（helicity）は、制御して所望 の任意に値することができる。好ましい長さは１０⁶六角形までであり、好まし い直径は、約５乃至５０六角形周長であり、その好ましい螺旋角は０度乃至３０ 度である。 好ましくは、該円筒分子は、先に検討した方法により製造された物質を精製す ることにより得られる主たるアームチェア（n，n）型配置から成るナノチューブ を切断及びアニールすることにより製造される。これら（n，n）型炭素分子類は ここに記載したごとく精製すると、最初の真の「金属性分子（metallicmolecule s）」である。これらの分子は、炭素分子が高い導電性で且つ大きさが小さいた め、コンピューターに使用される集積回路や半導体チップのごときデバイス用の 電気コネクターの製造に有用である。単層ナノチューブ分子はまた、例えば、共 鳴トンネルダイオードのごとき室温で量子効果が支配する電気デバイスの部品と しても有用である。該金属性炭素分子は、光学的周波数のアンテナ及びSTM及びA FMに使用されるごとき走査型深針（probe）顕微鏡法の深針として有用である。 （m，n）型チューブでm≠5nの場合の半導体単層ナノチューブ構造体類は、適切 にドーピングすると、トランジスターのごときナノスケールの半導体デバイスと して使用することができる。 本発明の円筒状炭素分子はまた、例えば、マイクロウェーブ吸収材料を作成す るための高周波遮蔽用途においても使用することができる。 単層ナノチューブ分子は、フラーレン類として触媒されることが知られている 任意の反応において、その分子の線状配置が提供する付加的利点を有する触媒と して役立ちうる。炭素ナノチューブはまた、水素添加、改質及び分解触媒等の工 業的、化学的方法に使用される触媒の支持体として有用である。単層ナノチュー ブ分子を含む物質はまた、電池及び燃料電池の水素貯蔵デバイスとして有用であ る。 本発明により製造した円筒状炭素分子は、端部が開かれるか或いは半球状フラ ーレンドーム（hemi-filllerene dome）で封止さるその端部で化学的に誘導体化 することができる。フラーレンキャップ構造体類の誘導体化はその構造の公知の 反応性により容易なものとなっている。「フラーレン類の化学(The Chemistry o f Fullerenes）」、アール・テイラー（R.Taylor）編、フラーレン類の上級シリ ーズ（The Advance Series in Fullerenes）第４巻、ワールドサイエンス（Worl d Science）出版社、シンガポール（１９９５年）及びエイ・ヒルシュ（A.Hirsc h）著「フラーレン類の化学（The Chemistry of the Fullerenes）」、ティーメ （Thieme）（１９９４年）を参照。代わりに、単層ナノチューブのフラーレン キャップは、チューブは開くには十分であるが溶蝕し返ししすぎない程度の酸化 条件（例えば、硝酸または酸素/一酸化炭素）に短時間さらすことによりその一 方或いは両方の端部で除去することができ、得られる開いたチューブの端部を、 グラフェンシート端の反応性部位に対する公知の反応機構を使用して誘導体化す ることができる。 一般的に、かかる分子の構造は以下のごとく示される。 下記の定義を本明細書及び請求項において使用する。 本明細書及び請求項において（以下「ここにおいて」と言う。）使用される「 アルキル」なる用語は、線状及び分岐した鎖状基の両方を含み、例えば、メチル 、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、第三級ブチル、イソブチル、ペン チル、ヘキシル、イソヘキシル、ヘプチル、４,４−ジメチルペンチル、オクチ ル、２,２,４−トリメチルペンチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル及 びそれらの種々の分岐した鎖状異性体を含む。該鎖は線状であっても環状であっ ても、また飽和であっても不飽和であっても、例えば、二重結合及び三重結合を 含んでもいてもよい。該アルキル基は、例えば、ハロゲン、酸素、シリル、アミ ノ又は他の許容しうる置換基で中断又は置換されていてもよい。 ここにおいて使用される「アシル」なる用語は、式−COR(式中Ｒは任意の置換 基で、例えば、アルキル、アリール、アラルキル、ハロゲン；置換又は無置換の チオール；置換又は無置換のアミノ、置換又は無置換の酸素、ヒドロキシ又は水 素）のカルボニル基を指す。 ここにおいて使用される「アリール」なる用語は、環の部分に６乃至１４の炭 素原子を含む単環状、二環状或いは三環状芳香族基を指し、例えば、フェニル、 ナフチル、置換フェニル又は置換ナフチルがあり、フェニル又はナフチルの置換 基は、例えば、炭素数１乃至４のアルキル基、ハロゲン、炭素数１乃至４のアル コキシ、ヒドロキシ又はニトロである。 ここに於いて使用される「アラルキル」なる用語は、例えば、ベンジル、パラ ニトロベンジル、フェニルエチル、ジフェニルメチル及びトリフェニルメチル等 のアリール置換基を有する上記アルキル基を指す。 ここにおいて使用する「芳香環又は非芳香環」なる用語は一種以上のヘテロ原 子、例えば、Ｏ，Ｓ、SO₂及びＮで中断された又は中断されていない５乃至８ 員環の芳香又は非芳香環を含むか、或いは該環は、例えば、ハロゲン、アルキル 、アシル、ヒドロキシル、アリール及びアミノで置換されていてもよく、また前 記ヘテロ原子及び置換基もまた、例えば、アルキル、アシル、アリール又はアラ ルキルで置換されていてもよい。 ここにおいて使用される「線状又は環状」なる用語は、例えば、芳香又は非芳 香環により任意に中断されていてもより線状鎖を含む。環状鎖は、例えば、環に 先行又は後行する炭素に結合してもよい芳香又は非芳香環を含む。 ここに於いて使用される「置換アミノ」なる用語は一種以上の置換基、例えば 、アルキル、アシル、アリール、アラルキル、ヒドロキシ及び水素で置換されて いてもよいアミノ基を指す。 ここにおいて使用する「置換チオール」なる用語は、一種以上の置換基、例え ば、アルキル、アシル、アリール、アラルキル、ヒドロキシ及び水素で置換され ていてもよいチオールを指す。 典型的には、開いた端部は約２０までの置換基を含むことができ、閉じた端部 は約３０までの置換基を含んでいてもよい。立体障害のため、一端当り約１２ま での置換基を使用することが好ましい。 上記外部誘導体化に加えて、本発明の単層ナノチューブ分子は内包的に、即ち 、内包フラーレン技術分野で知られているごとく、構造内に一種以上の金属原子 を含有させることにより改変することができる。構造体、例えば、Ｃ₆₀に結合し ない一種以上のより小さい分子を単層ナノチューブ分子に「装填（load）」し、 外部磁場又は外力の影響下で単層ナノ分子内をＣ₆₀「バッキーボール（bucky ba ll）」が前後頻繁に往復するがことく、分子切り換えを行うこともまた可能であ る。 内包円筒状カーボンナノチューブを製造するためには、内部種（例えば、金属 原子又は「バッキーボール」分子）を単層ナノチューブの形成工程中に導入する か或いは円筒状分子の調製後に付加することができる。単層ナノチューブ物質を 形成するために蒸発させる炭素源中への金属類の組み入れは、内包金属フラーレ ン類を製造するための先行技術に記載されている方法で達成される。「バッキー ボール」即ち、球状フラーレン分子は、前記した酸化溶蝕法を用い てチューブの一方の端部又は両方の端部のキャップを除去し、Ｃ₆₀又はＣ₇₀含有 蒸気の存在下、混合物を（例えば、約５００℃乃至約７００℃に）平衡時間中加 熱することにより過剰量の「バッキーボール」分子（例えば、Ｃ₆₀又はＣ₇₀）を 付加することにより本発明の円筒状の炭素分子に積み込むことが好ましい。有意 な（例えば、１％の数１０分の１乃至約５０％まで或いはそれより多い）割合の チューブが本処理中「バッキーボール」分子を捕らえる。チューブ及び「ボール 」の相対的配置を選択すると、本方法は容易なものとなり得る。例えば、Ｃ₆₀及 びＣ₇₀は（１０，１０）型単層ナノチューブ（内径約１ナノメートル）から切り 出した円筒状炭素分子に非常にうまく嵌合する。積込み工程後、「バッキーボー ル」分子を含むチューブは真空下約１,０００℃で加熱することにより閉じる（ アニールで閉鎖する）。「バッキーボール」の封入は顕微鏡による検査、例えば 、TEMにより確認できる。 内包的に積み込められた円筒状炭素分子は、次いで空のチューブ及び任意の残 存積込め物質から、積込められた円筒状分子に導入された新しい物性、例えば、 金属原子が磁性又は常磁性をチューブに付与する場合、或いは「バッキーボール 」が過剰の質量をチューブに付与する場合、その物性を利用して分離することが できる。これらの物性及び他の物性に基づく分離及び精製は当業者には容易に明 らかであろう。 Ｃ₆₀又はＣ₇₀のようなフラーレン分子は、電子的観点より（例えば、ファンデ ルワールス相互作用により）チューブ外で得られるよりもより安定なエネルギー 配置を環境に与えるために、適切に選択された円筒分子[例えば、（１０，１０ ）型単層ナノチューブに基づくもの]の内部に留まる。単層カーボンナノチューブの分子配列 単層ナノチューブ分子の均一集団に対する特に興味ある一つの応用は、個々の ナノチューブ配向に対し実質的に垂直な方向に延びる単層を形成すべく、実質的 に平衡に配向して（例えば、ファンデルワールス力により）凝縮する単層ナノチ ューブより成る実質的に二次元的な配列を産出することである。かかる単層配列 は、「自己集合単層[self-assembled monolayers(SAM)]又はラングミュアーブロ ジェット膜という[Langmuir-Blodgett film（以下「LB膜」という）][ヒル シュ（Hirsch）、第７５頁乃至第７６頁参照]を用いる従来技法により形成する ことができる。かかる単層配列を図式的に図４に示す。この図において、ナノチ ューブ１は反応性被覆３（例えば、金）を有する基質２に結合している。 典型的に、自己集合単層は[金、水銀又はITO（インジウム−錫−酸化物）等の ]金属である基質上に創出される。興味の対象である分子は、ここにおいては単 層ナノチューブ分子であるが、−Ｓ−，−Ｓ−(CH₂)n−NH−，−SiO₃(CH₂)₃NH− 等のリンカー（linker）部分を通して（通常は共有的に）基質に結合している。 該結合部分は最初に基質に、或いは最初に単層ナノチューブ分子（の開いた又は 閉じた端部）に結合して反応性自己集合を提供する。LB膜は二相（例えば、ベン ゼン、トルエン等の）炭化水素と水の界面に形成する。膜の配向は親水部分と親 油部分をそれぞれ対向端部に有する分子又はリンカーを用いることにより達成さ れる。 単層ナノチューブ分子の配列の配置は、その供される用途により均一又は不均 一であり得る。同じ型及び構造の単層ナノチューブ分子を使用すれば図４に示す 種類の均一配列が得られる。異なる単層ナノチューブ分子を使用すれば、ランダ ム又は規則不均一構造が産出される。規則不均一配列の一例を図５に示す。ここ ではチューブ４は（n，n）型、即ち構造において金属性であり、チューブ５は（ m，n）型、即ち絶縁性である。この配置は、前もって遮蔽しておいた反応性基質 の領域を除去した後、逐次反応を用いることにより達成される。 実質的に平行関係にある１０³乃至１０¹⁰又はそれ以上の単層ナノチューブ分 子を含む配列はそれ自体ナノ多孔性（nanoporous）導電性分子膜として、例えば 、リチウムイオン電池等の電池に使用することができる。この膜はまた、（シス −[ビスチアシアナート ビス（４,４'−ジカルボキシ−２,２'−ビピリジンRu(I I))]のごとき光活性分子を付加し或いは付加せずして）米国合衆国特許出願第５ ,０８４,３６５号に示される種類の高度に効率的な電光セルを製造するために使 用することができる。 本発明の単層ナノチューブ分子配列の一つの好ましい用途は、以下に記載する ごとく単層カーボンナノチューブの巨視的炭素繊維の成長用「種（seed）」或い は鋳型を提供することである。この鋳型における巨視的断面の使用は、繊維 の成長中、ナノチューブの活性（開いた）端部を原料にさらし続けさせるために 特に有用である。本発明の鋳型配列は、最初の鋳型上に形成されたまま、或いは その最初の鋳型から切り離して、或いは（ファンデルワールス力が結合させてい るため）基質なしで使用することができ、また繊維形成の条件により適した第二 の基質に移して使用することもできる。 単層ナノチューブ分子配列が下記のごとく巨視的炭素繊維を成長させる種また は鋳型として使用される場合、配列は実質的に二次元的配列として形成する必要 はない。その上方の表面で二次元的配列を与える任意の配列が使用できる。その 好ましい実施態様において、鋳型分子配列は、以下において産出された如く操作 可能な長さの巨視的炭素である。 好ましい鋳型分子配列を形成する任意の方法は、出発物質として精製した「バ ッキーペーパー」を用いることを含む。「バッキーペーパー」の表面を（例えば 、酸素/一酸化炭素により約５００℃で）酸化処理すると、単層ナノチューブの 端部と同様に側面が攻撃され、多くのチューブ及び又はロープの端部が該「ペー パー」の表面から突出する。得られた「バッキーペーパー」を電界中（例えば、 １００ボルト/センチメートル平方）に配置すると、突出するチューブ及び又は ロープは「ペーパー」表面に対し実質的に垂直な方向に配列する。これらのチュ ーブはファンデルワールス力により凝集して分子配列を形成する傾向がある。 代わりに、単層ナノチューブの分子配列は、精製した「バッキーペーパー」出 発物質を「梳り（combing）」により製造することができる。「梳り」は走査型 力顕微鏡[scanning force microscope(SFM)]の片持ばり上の珪素プラミッドのよ うな鋭い巨視的先端を用いてナノチューブを配列させることを含む。詳しくは、 「梳り」とは、SFMの先端を系統的に「バッキーペーパー」へ突込み、引きずっ て行き、そして「バッキーペーパー」から引き上げる工程である。「バッキーペ ーパー」の断片全体は、例えば、（１）系統的にSFMの先端を「バッキーペーパ ー」の断片に突込み、引きずりそしてそれに沿って前進させ、（２）一列が完了 するまで（１）の事象を繰返し、そして（３）別の列に沿って該先端の位置替え をして（１）および（２）を繰り返すことにより梳ることができる。 好ましい梳り方法において、興味の対象とする「バッキーペーパー」の断片は、 或る深さにおいて上記（１）ないし（３）の工程を行い、次いで別の深さにおい て、その全工程を繰返すことに梳りが完了する。例えば、１０ミクロンメートル 平方の「バッキーペーパー」に０.５ミクロンメートルの間隔で２０本の線を引 くことができるリソグラフィーによる行動計画を書き込みそれを従って実施する ものである。この行動計画は、深さを０.５ミクロンメートルづつ増加させてゼ ロから３ミクロンメートルまで７回実施することができる。 大きな配列（即ち、１０⁶を超えるナノチューブ）は、より小さい配列を一つ にすることにより、或いはチューブ及び又はロープの線状の集まりを折りたたむ ことにより（即ち、ｎチューブの集まりを一度折りたたむと２ｎチューブの束と なる）ナノプローブ（nanoprobes）を用いて集合させる。 巨視的配列はまた、ナノスケールのマイクロウェル（microwell）構造体（例 えば、電子ビームリソグラフィー技法で表面に形成された巾１０ナノメートル、 深さ１０ナノメートルの１０⁶を超える長方形の窪み[ウェル（well）]を有する 二酸化珪素被覆シリコンウェハー）を提供することにより形成することもできる 。好ましくは触媒金属クラスター（又は前駆体）を各ウェルに蒸着させ、炭素含 有原料を、ウェルから単層ナノチューブ繊維の成長を開始させるため、以下に記 載する条件下で配列に向ける。予備形成したナノ粒子（nanoparticles）[即ち、 ダイ（Dai）らの「一酸化炭素の金属触媒不均一化反応により製造された単層ナ ノチューブ（Single-Wall Nanotubes Produced by Metal Catalyzed Disproport ionation of Carbon Monoxide）」、ケム・フィズ・レット（Chem.Phys.Lett.） 第２６０巻（１９９６年）、第４７１頁乃至第４７５頁（以下「ダイ」という） に記載されている直径数ナノメートルのもの]の形態の触媒もまたウェルに使用 できる。ウェハー表面に対して実質的に垂直な方向に繊維を配向させるために、 電場をかけることができる単層ナノチューブ分子配列からの連続炭素繊維の成長 本発明は単層ナノチューブ分子配列から連続炭素繊維を任意の所望の長さへ成 長させる方法を提供する。実質的に平行な炭素ナノチューブの凝集体を含有する 炭素繊維は、適切な種分子配列の成長（伸長）により本発明方法に従って 製造することができる。好ましい単層ナノチューブ分子配列は、実質的に均一的 な長さの単層ナノチューブの自己集合単層から上記のごとくして製造される。こ こに於いて使用される「巨視的炭素繊維」なる用語は、物理的に操作し得るに十 分な大きさの直径、典型的には約１ミクロンを超え、好ましくは約１０ミクロン を超える直径を有する繊維を指す。 成長方法における第一工程は、分子配列中の単層ナノチューブの成長端部を開 くものである。これは上記のごとく酸化処理でもって達成される。次に、遷移金 属触媒を開いた端部の種配列に付加する。該遷移金属触媒は、下記の炭素含有原 料を成長端部で好ましい六角形構造に転移し得る高度に移動性の炭素遊離基へ転 換させる任意の遷移金属である。好ましい物質として遷移金属が含まれ、特にVI 族又はVIII族の遷移金属、即ちクロム（Cr）、モリブデン（Mo）、タングステン （Ｗ）、鉄（Fe）、コバルト（Co）、ニッケル（Ni）、ルテニウム（Ru）、ロジ ウム（Rh）、パラジウム（Pd）、オスミウム（Os）、イリジウム（Ir）、及びプ ラチナ（Pt）が含まれる。ランタノイド及びアクチノイドの金属もまた使用する ことができる。好ましいものは鉄、ニッケル、コバルト及びそれらの混合物であ る。最も好ましいものは、ニッケルとコバルトの５０/５０比（重量）の混合物 である。 該触媒は、（単層ナノチューブ分子の直径によるが）約１０金属原子乃至約２ ００金属原子を含有する金属クラスターとして開いた単層ナノチューブ端部に存 在すべきである。典型的には、該触媒金属クラスターが開いたチューブの頂上に 座し、一または二を超えるチューブに亙って橋かけをしない場合、反応は最も効 率よく進行する。チューブの直径の約０.５乃至約１.０倍（例えば、０.５乃至 約１.５ナノメートル）に等しい断面を有する金属クラスターがより好ましい。 該好ましい方法に於いて、触媒は、真空蒸着法により分子配列の開いたチュー ブの端部上で、その場で形成される。分子線エピタキシー（MBE）蒸着において 用いられる装置等の任意の好ましい装置が使用される。かかる一つの装置 ューブの端部の近傍で線材（例えば、ニッケル/一酸化炭素線材或いはニッケル と一酸化炭素の別々の線材）を、一本の線材表面から十分な原子が蒸発する融点 より低い温度（例えば、約９００℃乃至１,３００℃）に単に加熱するだけで金 属の十分な蒸着を行うこともできる。該蒸着は、好ましくは真空中、前もってガ ス放出をして行う。約１０^-6トル乃至１０^-8トルの真空が適している。蒸発温度 は該金属触媒を蒸発させるに十分な高い温度にすべきである。典型的には、好ま しい実施態様であるニッケル/一酸化炭素触媒に対しては１,５００℃乃至２,０ ００℃の範囲の温度が適している。該蒸発方法において、金属は典型的には金属 原子の単層として蒸着される。約１乃至１０の単層が一般的には触媒の必要な量 となる。開いたチューブ頂点への遷移金属クラスターの蒸着はまた、触媒蒸着域 の金属ターゲットのレーザー蒸発によって行うことができる。 開いたチューブ端部での実際の触媒クラスター形成は、チューブ端部を、金属 原子が開いた端部を探し出し集合してクラスターとなることができるような十分 な種の移動を提供ために十分高い温度であるが、チューブの端部を閉じる程には 高くない温度へ加熱することにより行う。典型的には、約５００℃までの温度が 適している。一つの好ましい実施態様であるニッケル/一酸化炭素触媒系に対し ては約４００℃乃至５００℃の範囲の温度が好ましい。 好ましい実施態様において、触媒金属クラスターは、次に続く成長反応の最良 の場所を確保する結合過程（docking process）により開いたナノチューブ上に 蒸着する。本方法に於いて、金属原子は上記のごとく供給されるが条件は還元条 件、例えば、８００℃、水素１０ミリトルで１乃至１０分を提供するように改変 する。これらの条件は、金属原子クラスターが反応部位を求めて系中を移動させ るものである。還元加熱中、触媒物質は最終的には開いた端部を見出しそこへ定 着し、チューブを溶蝕し返し（etch back）始める。還元時間は、触媒粒子がナ ノチューブを見出し溶蝕し返し始めるには十分長くすべきであるが、チューブを 実質的に溶蝕してしまう程には長くすべきではない。前記成長条件への切り換え により、溶蝕し返し工程は反転する。この時点において、触媒粒子は、チューブ の端部で（逆方向工程ではあったが）触媒的に活性であったので、該チューブ端 部に関して最適の場所を占めている。 触媒はまた、成長条件で活性な形に転換する触媒前駆体、例えば、酸化物、 他の塩又はリガンドで安定した金属錯体の形態で供給することができる。例とし て、遷移金属の（第一級、第二級又は第三級）アルキルアミン類錯体を使用する ことができる。同様の、遷移金属酸化物のアルキルアミン錯体も使用することが できる。 代わりの実施態様において、触媒は、ダイ（Dai）に記載されているごとく前 以て形成したナノ粒子（即ち、直径が数ナノメートルの粒子）として供給しても よい。 本発明の方法の次の工程に於いて、開いたチューブ端部に蒸着した触媒を有す る単層ナノチューブ分子配列をチューブの成長（伸長）条件に付す。これは、触 媒を蒸着した同一の装置で行っても、或いはそれと異なる装置で行ってもよい。 本方法を行う装置は、最低限、炭素含有原料源及び連続糸の成長端部が成長する ように維持し且つ蒸気からの炭素が該遷移金属触媒の指示のもとに個々のナノチ ューブ成長端部へ付加することのできるアニール温度を維持する手段を必要とす る。典型的には、該装置はまた、連続的に炭素繊維を収集するための手段を有す る。本方法は、例示の目的でのみ図６及び図７に示される装置に引き当てて記載 する。 単層ナノチューブ配列を成長させ連続糸にするために必要な炭素供給は、ガス 状で入口１１より反応器１０へ行われる。該ガス流は成長配列１２の前面の方へ 向けられるべきである。ガス状炭素含有原料は、上記のごとく、アルキル類、ア シル類、アリール類、アラルキル類等を含む任意の炭化水素又は炭化水素の混合 物でありうる。約１乃至７の炭素原子を有する炭化水素が好ましい。特に好まし いのは、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、アセトン、プロパン、プロピ レン等である。最も好ましいのはエチレンである。一酸化炭素も使用することが でき、いくつかの反応では好ましい。前以て調製したモリブデンを基礎とするナ ノ触媒（nano-catalyst）を一酸化炭素原料とともに使用すると、現場形成触媒 クラスターに対して提案され反応機構とは違なる反応機構に従うと信じられてい る。参照ダイ（Dai）。 原料濃度は、好ましくは反応速度を最大にするように選択され、炭化水素の濃 度が高ければ高い程成長速度は速くなる。一般に、原料物質（例えば、エチ レン）の分圧は０.００１乃至１,０００.０トルの範囲、好ましくは約１.０乃至 １０トルの範囲にありうる。成長速度は、以下に記載するごとく、成長配列の先 端の温度の凾数であり、結果として、成長温度と原料濃度は釣合い所望の成長速 度を提供する。 反応器壁での不必要の熱分解を最小限にすることができるので、炭素原料ガス を予備加熱することは必要ではないが好ましい。成長反応のために供給される唯 一の熱は繊維の成長先端１２へ集中されるべきである。繊維の残部及び反応装置 は室温に保つことができる。熱は任意の好ましい手段により局限して供給するこ とができる。小さい繊維（直径１ミリメートル未満）に対しては成長端部に集束 したレーザー１３（例えば、５１４ナノメートルのアルゴンイオンレーザーのご ときCWレーザー）が好ましい。より大きい繊維に対しては、熱はまた成長繊維先 端に局限したマイクロ波エネルギー又は高周波エネルギーにより供給することが できる。成長先端に集束させることができる他の任意の形の濃縮電磁エネルギー （例えば、太陽エネルギー）が使用できる。しかし、原料ガスにより感知されて 吸収される電磁放射は避けるように注意が払われるべきである。 単層ナノチューブ配列の先端は、成長を引き起こし且つ成長する繊維の欠陥を 効率的にアニールしてその結果成長兼アニール域を該先端で形成するための十分 な温度に加熱すべきである。一般に、この温度の上限は、原料の熱分解及び反応 器の汚れ又は蒸着した金属触媒の蒸発を避ける必要性により支配される。大抵の 原料に対しては、この温度は約１,３００℃未満である。許容し得る温度範囲の 下限は典型的には約５００℃であり、原料及び触媒効率による。約５００℃乃至 約１,２００℃の範囲の温度が好ましい。約７００℃乃至約１,２００℃の範囲の 温度がより好ましい。約９００℃乃至約１,１００℃の範囲の温度が最も好まし い。何故なら、これらの温度で欠陥の最良のアニーリンが起こるからである。ケ ーブルの成長端部での温度は、好ましくは生じた白熱を測定する光高温計により 監視されそしてそれに応答して制御される。可能な汚染の問題のため好ましくは ないが、ある状況下ではアルゴン又はヘリウム等の不活性清掃ガスの使用が可能 である。 一般に、成長室の圧力は１ミリメートル乃至１気圧の範囲にある。全圧は炭素 原料の分圧の１乃至２倍に維持すべきである。真空ポンプ１５を図示されている ごとく備えることができる。原料混合物は成長室へ再循環するのが望ましい。成 長すると繊維は、駆動ロール１７及び遊びロール１８のごとき適当な輸送機構に より成長室１６から取り出すことができる。成長室１６は真空水平送り域（vacu um feed lock zone）１９と直接通じている。 成長室の圧力は、一連の室２０を使用することにより、もし必要ならば該真空 水平送りにおいて大気圧までもっていくことができる。これらの室の各々は、移 動する繊維を囲むゆるいテフロンのＯリングシール２１により分離されている。 ポンプ２２は差圧の均圧化を行う。巻き取りロール２３は連続的に室温の炭素繊 維ケーブルを収集する。本方法の生成物産出量は毎分１０^-3乃至１０¹フィート 以上の範囲にあり得る。本方法により、単層ナノチューブ分子から成る連続炭素 繊維を毎日トンの割合で産出することができる。 繊維の成長は、任意の段階で（特定の繊維長の製造を容易にするためか或いは あまりに多くの欠陥が発生したとき）停止することができる。成長を再開させる ためには、端部を（化学的又は電気化学的）酸化溶蝕により清浄すること（再び 開く）ことができる。触媒粒子は次に開いたチューブ端部で再び形成され成長が 続けられる。 分子配列（鋳型）は成長前又は成長後に、巨視的物理的分離手段、例えば、所 望の長さに繊維をはさみで切断することにより、繊維から取り除いてもよい。繊 維の任意の断片は、同種類の繊維の生産を開始するために、鋳型として使用する ことができる。 本発明の連続炭素繊維はまた、一種以上の別々に調製された分子配列又は鋳型 から成長させることもできる。多配列は単層ナノチューブの種類又は配列の幾何 学的配置に関して同一であっても、或いは異なっていてもよい。引張特性の増進 した大きなケーブル様構造体は、図８に示す多数のより小さな分離した配列から 成長させることができる。前記の遮蔽及び被覆技法に加えて、例えば、図９に示 すごとく、中央の金属性単層ナノチューブの心配列を、心配列の回りを環の配置 で一連のより小さい円形非金属性単層ナノチューブで囲むことによ り複合構造体を調製することも可能である。 本発明により考慮される全ての構造体は、必ずしも二次元的断面が円いか或い は対称的でさえある必要はない。多分子配列種鋳型を、複合繊維のいくつかの部 分で単層ナノチューブの非平行な成長を引き起こさせその結果、例えば、捻じれ た螺旋状のロープを産出するように整列させることさえも可能である。鋳型配列 の形成に関連して上記したごとく、繊維中の単層ナノチューブの整列を助けるた めに、電場の存在下で巨視的炭素繊維を接触的に成長させることも可能である。単層ナノチューブからの炭素繊維の不規則成長 上記した単層ナノチューブの規則的な束の連続的成長は多くの用途に望ましい が、個々のチューブ、ロープ及び又はケーブルを含む単層ナノチューブの不規則 に配向した素材を含有する有用な組成物を製造することも可能である。不規則成 長方法は多量の、即ちトン/日の単層ナノチューブ材料を製造する能力を有する 。 一般に不規則成長方法は、前記したごとき適当な遷移原子触媒とともに供給さ れる複数の単層ナノチューブ種分子を用意すること及び該単層ナノチューブ種分 子を数次数の大きさ、例えば、その初めの長さの１０²乃至１０¹⁰倍以上に延長 させる条件下に付すことを含有する。 該種単層ナノチューブは、例えば、連続繊維又は精製した「バッキーペーパー 」を切断することにより、好ましくは比較的短い長さで前記のごとく製造する。 好ましい実施態様において、種分子は本不規則成長方法により（例えば、切断に より）製造した単層ナノチューブフェルトから最初の一走行後に得ることができ る。長さは均一である必要はなく一般的には約５ナノメートル長乃至１０ミクロ ンメートル長の範囲にある。 これらの単層ナノチューブ分子は、成長反応に参加しない巨視的スケール（ma croscale）又はナノスケールの支持体上に形成される。別の実施態様において、 複数又は単数の単層ナノチューブ構造体は支持体物質兼種として用いることがで きる。例えば、以下に記載する自己集合技法は三次元単層ナノチューブナノ構造 体（nanostmcture）を形成するために使用することができる。これらの 技法により製造されるナノスケールの粉体は、支持体物質が不規則成長方法に参 加できる利点を有する。 支持または未支持の単層ナノチューブ種物質は、単層ナノチューブ分子の端部 を開きそして金属原子クラスターを蒸着させることにより前記したごとき適当な 成長触媒と一つにすることができる。代わりに、成長触媒は、可溶性の、或いは 懸濁した触媒前駆体を含む適当な液体中の種の懸濁液を蒸発させることにより開 いた種分子の一方又は両方の端部に供給することができる。例えば、該液体が水 である場合、硝酸第二鉄、硝酸ニッケル、硝酸コバルト等の可溶性金属塩が触媒 前駆体として用いられる。触媒物質が単層ナノチューブ種分子の開いた端部上に 正しく位置するのを確実にするために、該単層ナノチューブ端部を、触媒ナノ粒 子、或いはより好ましくはリガンドで安定化した触媒ナノ粒子を結合する部分で 以って誘導体化することがいくつかの状況下では必要となる。 不規則成長方法の第一の工程に於いて、付着した触媒を含むか、或いは溶解し た触媒前駆体と会合した種粒子の懸濁液を、混合物が清掃ガス流と接触する蒸発 域中へ注入し、２５０℃乃至５００℃の範囲の温度へ加熱して該液をフラッシュ 蒸発させて連行反応性ナノ粒（即ち、種/触媒）を提供する。任意的に、この連 行粒流を還元工程に付し、更に触媒を（例えば、水素中３００℃乃至５００℃で 加熱して）活性化する。次に、前記連続成長法で用いた種類の炭素質原料ガスを 清掃ガス/活性ナノ粒流中に導入し、そして清掃ガスにより該混合物を成長域へ 運び更に成長域を通過させる。 該成長域の反応条件は前記したものであり、即ち、５００℃乃至１,０００℃ で約１気圧の全圧である。原料ガス（例えば、エチレン又は一酸化炭素）の分圧 は約１乃至１００トルの範囲にある。反応は好ましくは管状反応器で実施し、そ の中を清掃ガス（例えば、アルゴン）が流れる。 成長域は、（１）原料ガスを予備加熱し、（２）清掃ガスを予備加熱し、（３ ）成長域を外部より加熱し、（４）例えば、レーザー又は誘導コイル或いはそれ らの組合わせにより成長域で局限加熱を与えることにより、適切な成長温度に保 つことができる。 本方法で製造した生成物の下流での回収は濾過、遠心分離機による分離等の公 知の手段で行うことができる。精製も前記のごとくして達成することができる。 本不規則方法により作製したフェルトは複合体類、例えば、重合体、エポキシ、 金属、炭素（即ち、炭素/炭素物質）及び磁束ピン止め用の高いT_ζ超伝導体を製 造するために使用することができる。巨視的炭素繊維 ここに記載したごとくに製造した巨視的炭素繊維は、好ましくは一般的には平 行配向した多くの単層ナノチューブの凝集体から成っている。個々のナノチュー ブは、特に非常に近い距離においては他の個々のナノチューブに対して平行配向 から逸脱しているかもしれないが、巨視的距離に亙り、すべてのナノチューブの 平均配向は、一般的には集合体中の全ての他のナノチューブ配向に対して平行で ある（ここに記載した巨視的距離は一般的には１ミクロンを越えるものと考えら れる）。好ましい一形態において、単層ナノチューブ類は正三角格子状に、即ち 最密充填関係で配列している。 本発明の炭素繊維は個々の円筒状の分子より成っており、構造においては全体 又は部分が結晶性であるか、或いは非晶質である。繊維の秩序度は分子配列にお けるチューブの幾何学的関係と成長及びアニール条件の両方に依存している。繊 維は収集前又は収集後に配向又は他の二次処理に付すことができる。この方法に より製造した繊維は、例えば、更に紡糸又は編組してより大きな糸又はケーブル にすることができる。製造したままの繊維は多くの用途に対して十分な大きさの 直径であるとも考えられる。 一般的には、本発明により製造した巨視的炭素繊維は十分な数の実質的に平行 な単層のナノチューブから成り、個々の繊維として実際に取り扱われるには、そ して或いはより大きい連続生成物へ加工するには直径は十分大きい。ナノチュー ブの集団の巨視的性質はこれらのナノチューブでの電流の伝送等の最終用途に対 しても重要である。本発明による巨視的炭素繊維は、好ましくは少なくとも１０⁶ の単層カーボンナノチューブ、より好ましくは少なくとも１０⁹の単層カーボン ナノチューブを含んでいる。集合したナノチューブの数は、炭素アーク又はレー ザー蒸発装置において縮合する炭素蒸気中で単層ナノチューブを形 成する間に自然整列する数（１０³未満）より遥かに大きい。多くの用途に対し て、本発明の巨視的炭素繊維の好ましい直径は約１乃至約１０ミクロンの範囲に ある。いくつかの用途、例えば、電力伝送ケーブルには数センチメートルまでの 繊維直径が要求される。ドーパント、例えば、繊維のチューブ間に物理的に閉じ 込められる例えば、金属類、ハロゲン類、塩化第二鉄等を含有することも可能で ある。 本発明の巨視的炭素繊維は一般的には少なくとも長さが１ミリメートルであり 、正確な長さは繊維が使用される特定の用途に依存する。例えば、本繊維でもっ て強化用の従来のグラファイト炭素繊維を代えるよう設計する場合、本発明によ る繊維長は従来の炭素繊維長に類似している。本発明による巨視的炭素繊維を電 導度用に使用する場合、繊維長は好ましくは電導度が要求される距離に対応する 。典型的には、かかる距離は１乃至１００ミクロン以上或いは１乃至１０ミリメ ートル以上である。巨視的距離に亙る電導度が必要な場合、本発明による巨視的 炭素繊維はメートル以上の位数の長さを有することが好ましい。 本発明の連続炭素繊維がかかる改良された物理的性質を有する一つの理由は、 高い次数の積層体の、即ち１０⁹以上の多くの個々の円筒状分子がともに積層さ れているその構造である。本構造は、遥かに高い屈曲強度、高い耐薬品腐蝕破損 性、より良好な耐摩耗性、より高い弾性及び同類の一体式素材と完全に異なる引 張り破損機構を提供する。本発明の単層炭素ナノチューブ繊維は、低重量で極度 に高い引張り強度（重量は６分の１にすぎないが鋼より１００倍迄も強力）を提 供する。本繊維は銅と類似の導電率を有する。更に繊維の熱伝導率は近似的にダ イヤモンドの熱伝導率である。本発明の炭素繊維はまた、（Ｃ⁶⁰乃至Ｃ⁷⁰のごと き球状フラーレン類よりもよい）高い耐薬品性を有する。一般的に、本発明の欠 陥を有しない連続炭素繊維は、巨視的距離に亙って伸びるほぼ完全な多六角形構 造のために、従来の炭素繊維を超える改良された物性を示す。 特別の実施態様において、本発明による巨視的炭素繊維は、アームチェア型配 向の単層ナノチューブを実質的に含有する領域を有し且つ該領域が少なくとも１ ミクロン、好ましくは少なくとも１００ミクロンの直径を有する自己集合単層を 含有する分子配列から成長したものである。単層が集合する表面に遮蔽 膜を使用することにより、アームチェア構造の単層ナノチューブを含む領域は、 カイラル型又はジグザグ型構造を有するチューブの同軸領域により全側面が完全 に囲まれる。この鋳型からの延長は、半導性又は絶縁性のさやで囲まれた導電性 の心を産出し、各層は本質的に不定長の単分子から成り立っている。同様の方法 で、数層を有する共軸伝送ケーブルを製造することができる。 これらの炭素繊維の応用は、現在グラファイト繊維類及び高強度繊維類が使わ れている応用を含み、例えば、電池及び燃料電池用膜類；化学的フィルター類； 触媒支持体類；水素蓄蔵（吸収材料としてまた高圧容器製造に使用される）；リ チウムイオン電池類；及びコンデンサー膜類があげられる。これらの繊維は（ナ ノチューブの曲げ又は捻れのいずれかに感応する）ナノひずみ（nanostrain）ゲ ージのごとき電気化学デバイスにも使用することができる。本発明の繊維はその まま製品として、或いは公知の繊維技法を使用して加工糸（threads）に紡糸し て又は糸（yarns）に成形して使用することができる。 本発明の炭素繊維技術はまた、ヘキサボロン窒化物格子を用いて新しい複合体 類の部類の製造を容易とする。この物質は硼素及び窒素原子から成る（例えば、 B₃N₂又はC₂BN₃）六角形を有するグラフェン様シートを形成する。窒化硼素先駆 体（例えば、トリクロロボラジン、アンモニアと三塩化硼素との混合物又はジボ ラン）を窒化硼素シートの蒸着用マンドレルとして働く該繊維へ供給することに より、成長炭素繊維への外被覆を提供することも可能である。この外側の窒化硼 素層は本発明の金属性炭素繊維に対して高められた絶縁特性を提供する。熱分解 炭素ポリマー又はポリマーブレンドの外層付与に用いてもよい。本発明の上記方 法に於いて原料を炭化水素から窒化硼素へまた再びそれから炭化水素へと変換す ることにより、全ての炭素格子の領域と窒化硼素格子の領域が交互する個々のナ ノチューブで成る繊維を成長させることが可能である。本発明の別の実施態様に おいて、全窒化硼素繊維の成長は、適当な触媒を頂点に付けた単層ナノチューブ 鋳型配列と供給された窒化硼素とで以って開始することができる。これらのグラ フェン及び窒化硼素系は、大きさがその二つの六形の単位の構造と非常に緊密に 合致するために混合することができる。更に熱膨張係数と引張り特性が緊密に合 致するためそれらは高められた物性を示す。窒 化硼素繊維は強化増強剤として複合体及び炭素繊維の上記した他の多くの用途に 使用することができる。本発明の生産物により可能となったデバイス技術 本発明の円筒状炭素分子、分子配列及び巨視的炭素繊維のユニークな物性は刺 激的なデバイスの製作機会を提供するものである。 １．電力伝送ケーブル 電力伝送線の設計は一般的にはアルミ導体を使用し、それはしばしば補強のた めの鋼ストランド心を有するものである（即ち、いわゆる「ASCR導体」）。この 導体は銅導体より大きな損失を有し、一般的には遮蔽されておらずコロナ放電問 題につながっている。単層ナノチューブ類の大きな（１０⁶を超える）凝集体か ら形成された連続炭素繊維は、ユニークな設計と特性の電力伝送ケーブルを製作 するために使用することができる。かかる一つの設計を図１０に示す。この設計 は、特別高ボルト[extra high voltage(EHV)]（即ち、５００キロワットを超え る、好ましくは１０⁶ボルトを超える）電力伝送が可能で、これまでに得られな かった重量に対する強度（strength-to-weight）特性を有し且つコロナ放電問題 が殆どないか或いは皆無であり、本質的には遮蔽された同軸ケーブルである。 図示した設計は、上記のごとく[例えば、（n，n）型金属性単層ナノチューブ 類から]製作した単層ナノチューブを基礎とする炭素繊維導体の使用を例示する ものであり、中心導体３０と絶縁層３２により分離された同軸外方導体３１から 成るものである。中心導体は電力伝送を行い、その外方層導体は大地にバイヤス が掛けられている。中心導体は固体金属性炭素でありうる。代わりに、中心導体 は、ACSR導体において普通な螺旋状に凝集してもよい金属性炭素繊維ストランド を含有することができる。 該内部導体はまた、上記のごとき金属性炭素繊維で織られた又は編組され、露 出した心空間を囲む環状チューブを含有することができる。該絶縁層は任意の軽 量絶縁物質であり得る。好ましい実施態様のうちで、窒化硼素のストランド束又 は織布層は上記のごとくして製作され、（絶縁性間座を用いて形成した）環状の 空気空間が使用される。 該外方導体層はまた、好ましくは上記したごとく金属性炭素繊維の螺旋状に 巻いたストランドで製作されている。このアース接続した層は本質的にコロナ放 電問題、或いはその放出を減少さすための従来の措置を講じる必要性を除去する ものである。 得られた同軸構造体は、極度に高い重量に対する強度特性を所有し、従来の電 力水準に比較して、より少ない損失でより大きな距離をより高い電力水準を伝送 するために使用することができる。 上記電力ケーブル組立体の一つは、従来の電力伝送システムにおける分離した 位相に対して使用された各導体を置き換えるために使用することができる。金属 性炭素繊維導体と絶縁層を交互に有する多層環状ケーブルを製作することにより 、三位相以上を搬送する単一電力伝送ケーブル提供し、電力線の設置及び維持を 大きく簡素化することも可能である。 ２．太陽電池 米国合衆国特許第５,０８４,３６５号に記載されている（参照例としてそのま 短い炭素ナノチューブ分子の単層分子配列でもって取り換えられたナノ結晶性（ nanocrystalline）二酸化チタンを用いて製作することができる。チューブに突 き当たる光エネルギーはチューブ長に沿って進行する振動電子流へ転換されるた め、光活性染料を用いる必要はない。大きな電荷分離を与える能力（配列チュー ブの長さ）は高度に効率的な電池を創出する。電池の効率を更に高めるために、 配列中の各ナノチューブの端部に付着させた光活性染料（例えば、シス−[ビス チアシアナート ビス（４,４'−ジカルボキシ−２,２'−ビピリジンRu(II)）]を 使用することもまた本発明により意図されている。本発明の別の実施態様におい て、グレーチェルにより記載されている該二酸化チタンナノ構造体は、単層ナノ チューブの配列を集める下に横たわる支持体として役立つことができる。この実 施態様において、単層ナノチューブ類は直接該二酸化チタンに（吸収力により） 付着しているか、或いは先ず誘導体化して結合部分を与え、次に該二酸化チタン 表面に結合する。上記のごとく光活性染料を用い、或いは用いずして使用するこ とができる。 ３．メモリ・デバイス 以上に説明したチューブ状炭素分子の内部に装填物を封入した構造は、ナノス ケールの双安定不揮発性メモリ・デバイスのビット構造を形成するために利用す ることができる。この種のビット構造の１つの実施形態は、チューブ状炭素分子 の中に適当な分子を１個封入してそのチューブ状炭素分子の端部を閉じ、チュー ブ状炭素分子の外部から制御影響力を及ぼすことによって、封入した１個の分子 をチューブ状炭素分子の内部で前後移動させることができるようにしたものであ る。また、もう１つの実施の形態は、比較的長さの短いチューブ状炭素分子の中 に磁性ナノ粒子（例えばNi/Co）を複数個封入するというものであり、これによ って、磁性メモリ・デバイスに用いるナノビットを形成することができる。 図１１に、この種のビット構造の１つの好適な実施形態を示した。このビット 構造において、チューブ状炭素分子４０の物理的寸法は、その中に封入する内部 移動体４１が滑らかに移動できるような大きさであり、即ち、細すぎで内部移動 体４１の移動を妨げることがないような大きさにしてある。内部移動体の選択基 準は、（１）ビットに対する読み書きを行うために用いる読み書きシステムにと って好都合なものであること、それに（２）チューブ状炭素分子の電子構造に適 合したものであること、以上２つがある。 かかるナノビット構造の１つの好適な構成例は、先に説明したプロセスに従っ て(10,10)SWNTから形成した短尺の（例えば、長さ約10〜50nmの）チューブ状炭 素分子の中にＣ₆₀またはＣ₇₀球状フラーレン分子を入れ、そのチューブ状炭素分 子の端部を閉じて球状フラーレン分子を封入したものである。また、この場合に 、封入しようとするＣ₆₀またはＣ₇₀分子（バッキー・ボール）の内面または外面 に適当なドーピングを施しておくのもよい。（10,10）ナノチューブの中にＣ₆₀ バッキー・ボールを入れた場合には、両者の大きさが、略々完全に適合する。こ の組合せについては、もう１つ重要なことがあり、それは、そのナノチューブの 内側の電子環境が、そのバッキー・ボールの電子環境と高度に適合するというこ とである。特に、そのナノチューブの閉じた端部の内側の電子環境が、そのバッ キー・ボールの電子環境とよく適合し、これは、（10,10）ナノチューブのエン ド・キャップ部分の内面の曲率が、Ｃ₆₀バッキー・ボールの外面の曲率に対応し てからである。この構成によれば、ファン・デル・ワールス力による両者間の相 互作用が最適なものとなる。図１２に示すように、ナノチューブのエンド・キャ ップ部分にはまり込んでいるバッキー・ボールを、そこから中間の筒状部分へ取 出すために必要なエネルギの大きさ（バッキー・ボールがエンド・キャップには まり込んでいる状態は、電子的に最も安定した状態である）が閾値となることで 、このビット構造は双安定ビット構造になる。 上述のメモリ・ビットに対する読み書きを行うのに適した、好適な読み書き構 造の一例を図１１に示した。メモリ・ビットへ書込みを行うには、そのメモリ・ ビットへ、ナノ回路素子４２（このナノ回路素子４２はSWNT分子で形成すること が好ましい）を介して、然るべき極性の電圧パルスを印加する。正の電圧パルス を印加するとバッキー・ボールに対して引力が働き、負の電圧パルスを印加する とバッキー・ボールに対して斥力が働く。メモリ・ビットが双安定性を備えてい るため、その電圧パルスを消滅させた後も、バッキー・ボールは、ナノチューブ の両端のうちの、そのとき位置していた側の端部に留まる。これは、ナノチュー ブの両端部分が、エネルギが最低の位置だからである。メモリ・ビットからの読 出しを行うには、別のナノ回路素子４３（このナノ回路素子４３もSWNT分子で形 成することが好ましい）に、バイアス電圧Ｖ_READを印加する。もし、そのときバ ッキー・ボールが、ナノチューブの両端のうちの検出側端部に位置していたなら ば、このバイアス電圧の印加によって付与されるエネルギ・レベルのために、電 流が共鳴トンネル効果により接合部を通過して接地電位４４へ流れる（この電流 の流れは、共鳴トンネル・ダイオードにおける電流の流れと同様にして発生する ）。これによって、そのメモリ・ビットが第１安定状態にあるということが読取 られる。一方、そのときバッキー・ボールが、検出側端部に位置していなかった ならば、バイアス電圧の印加によって付与されるエネルギ・レベルは共鳴点から ずれているため、電流がトンネル効果によって接合部を通過して流れることはな く、それによって、そのメモリ・ビットが、第２安定状態にあるということが読 取られる。尚、当業者には容易に理解されるように、以上に説明したもの以外の 、その他の形態の読み書き構造（例えばマイクロアクチュエータ）を用いること も可能である。 図１２に示したビット素子を、２次元アレイまたは３次元アレイを成すように 配列することによって、メモリ・デバイスを構成することができる。このような メモリ・アレイは、各ビット素子が非常に小さい（例えば、約５nm×25nmとする ことができる）ため、そのビット密度を非常な高密度にすることができ、例えば 1.0テラビット/cm²以上にすることができる（これは、ビット間隔を、例えば7.5 nmにした場合である）。メモリ・デバイスの動作に際してバッキー・ボールが移 動せねばならない距離は僅か数nmである上に、バッキー・ボールの質量は極めて 小さいため、上述のメモリ・デバイスの書込み時間は、約10^-10秒程度になる。 ４．リチウム・イオン電池 本発明は更に、リチウム・イオン二次電池にも関係しており、このリチウム・ イオン二次電子は、多数のSWNT分子を上述した方法で（例えばSAM技法を用いて ）配列してSWNTアレイとしたものを、負極（アノード）材料として使用するもの である。この負極材料は、例えば、多数の（例えば10³個以上の）比較的短尺の ナノチューブ分子を、基板上に埴設した構成とすることができる。また別法とし て、先に説明した微細カーボン・ファイバの端部を、負極の微細多孔性表面とし て利用する構成とすることもできる。 このナノチューブ分子アレイは、端部の開いた開放形チューブ状炭素分子で構 成した分子アレイとすることもでき、また、端部の閉じた閉塞形チューブ状炭素 分子で構成した分子アレイとすることもできる。いずれの場合も、個々のチュー ブ状炭素分子によって、リチウム・イオンをインターカレートする（層間化合物 の形で取り込む）ための構造的に安定した微細孔が提供される。即ち、開放形チ ューブ状炭素分子を使用した分子アレイでは、リチウム・イオンはそのチューブ 状炭素分子の中へ入り込んでインターカレートされ、また、閉塞形チューブ状炭 素分子を使用した分子アレイでは、リチウム・イオンはそのチューブ状炭素分子 のエンド・キャップに形成されている三角形の細孔へ入り込んでインターカレー トされる。このインターカレーションによって形成されるフラーレン層間化合物 （fullerene intercalation compound:FIC）を、例えば、リチウム・イオンを含 有する非プロトン性の有機溶媒電解液、及びLiCoO₂製の正極（カソード）と組合 せることで、優れたリチウム・イオン二次電池を構成し得る。尚、このリチウム ・ イオン二次電池は、１９９６年度、ＩＥＥＥ、ＶＬＳＩ回路シンポジウムにおい て「The Development of Lithium Ion Secondary Batteries」という演題でなさ れた西氏の講演で説明されたタイプの二次電池であり、これを図１３に示した。 同図において、負極５０は、多数のSWMT５１を整列させた分子アレイで構成され ている。この二次電池のその他の構成要素は、正極５２、電解液５３、リチウム ・イオン５４、及び電子５５である。 本発明にかかる分子アレイのFICから成るリチウム収容媒体は、充電容量が大 きく（例えば600mAh/g以上）、充電中の安定性に優れ、しかも優れたサイクル特 性を有するものである。そのため、このリチウム収容媒体を使用することによっ て、高い安全性を有する優れた蓄電池を構成することができる。 上述の負極は、最大電流が大きく、充電容量が大きく、抵抗が小さく、優れた 可逆性を有するものであり、ナノエンジニアリングによって、分子構造上の完全 性を備えた炭素分子で形成される電極である。この負極は、金属材料的特性を有 するフラーレン・ナノチューブ分子を、ネイル・ベッド形のアレイを成すように 整列させて形成したメンブレン（膜体）を備えており、隣り合うナノチューブど うしの間の空間や、各ナノチューブの内部空間である細孔の奥に、リチウム・イ オンが収容されるようにしたものである。また、端部が開いたナノチューブを使 用する場合には、その開いた端部に対して施す化学的修飾処理を最適化すること で、負極と電解液との間の界面の特性を良好なものにすることができる。この修 飾処理によって付加する修飾体は、酸化還元反応が発生する界面を、安定した界 面として提供することのできる有機体とすることが好ましい。また一般的に、修 飾体として使用する有機体は、その構造が、使用している電界液に類似したもの であることが好ましい。この修飾処理に使用するエージェントの好適例はポリ酸 化エチレンであり、また特に、ポリ酸化エチレンのオリゴマーとすることが好ま しい。 電極としての用途には、ナノエンジニアリングを用いて形成したナノチューブ ・メンブレンの電気化学反応が利用される。これに関して重要な点は、ナノチュ ーブ分子の端部や側面部分に対して修飾処理を施すことによって、リチウム・イ オン二次電池に使用する電解液に適合する最適の界面が形成されるようにして いることである。これによって電池の電極にリチウム・イオンが取り付き易くな るため、エネルギ密度を増大させることができる。更に、同様に重要な点として 、これによって、これまで常に悩まされていた、いわゆるSEI（固体−電解液中 間相）問題を克服できるということがある。このSEI問題が発生すると、電極の 容量が著しく低下し、また電極の可逆性が著しく悪化する。 Li⁺は、蓄電池に用いるイオンとして、優れた特性を有するものである。軽量 のカウンター・イオンとしてLi⁺を凌ぐ特性を有するイオンは、プロトン以外に はなく、またLi⁺には、使用する電解質を、非常に多くの種類の固体及び液体の 電解質のうちから選択できるという利点、並びに、正極材料を、これも非常に多 くの種類の材料のうちから選択できるという利点がある。正極材料として使用可 能な材料のうちの主なものは、インターカレーション・サイトが３次元の網状構 造を成している様々な金属酸化物であり、このインターカレーション・サイトと は、電池が放電した状態にあるときにLi⁺が入り込んでいる場所のことをいう。 初期の再充電可能なリチウム電池では、負極材料として金属リチウムを使用して いたが、そのような電池には、以下に列挙する短所が付随していた。 −再充電の際にデンドライトが成長するため、電極を構成しているリチウムが 次第に失われて行く。 −有機溶剤を使用しているため、リチウムの激しい反応性が安全上の問題とな る。 −上述したようにリチウムのデンドライトが成長するため、セパレータが突き 破られて正極と負極とが短絡することがある。 これら問題のうち、安全上の問題に対する解決法の１つとして見出された方法 が、負極材料を、金属リチウムから、リチウム−炭素層間化合物に代えるという ものであり、これによって、いわゆる「ロッキングチェア」電池が開発された。 ロッキングチェア電池では、Li⁺が還元されてLi⁰になるということがなく、電池 が充電と放電とを反復する際に、炭素材料を用いて形成した負極のインターカレ ーション・サイトと、金属材料を用いて形成した正極との間を、単にLi⁺が往復 するだけである。第１世代のリチウム・イオン二次電池では、その炭素材料とし て黒鉛が使用されていたが、黒鉛が選択された主な理由は、当時既に、リチウ ムと黒鉛との間の固相化学反応について十分に解明されていたからである。また 、好都合なことに、黒鉛中のLi⁺のポテンシャルは、Li⁰のポテンシャルのMVの数 十倍以内であるため、金属リチウムの代わりに黒煙を用いても、それによる重量 及び体積の増大は僅かでしかなく、電池電圧も大して低下しないということも理 由となっていた。 しかしながら、黒煙を使用するようにしたという、まさにそのことによって、 以下に示す新たな技術上の問題が発生した。 −常温下でのLi⁺を移動させる輸送特性に優れた電解液（例えば、プロピレン カーボネートにLiClO₄を溶解した溶液）は、Li⁺に対して溶媒和を生じることか ら、Li⁺と共に黒鉛層間化合物を形成する。そのため、黒鉛の剥離状裂壊を発生 させ、寸法安定性を損ない、早期故障を誘発する。 −常温下での黒鉛中のLi⁺の拡散性は比較的低い。これは、黒鉛格子の中であ る１つの六角構造に囲まれた位置からそれに隣接する六角構造に囲まれた位置へ ジャンプして拡散する際の障壁が（類似した構造の格子と比べて）比較的大きい ために、拡散が抑制されているからである。 これら２つの問題のうち第１の問題は、Li⁺と共に黒鉛層間化合物を形成する ことのない新たな電解液（例えば、ジメチルカーボネートとエチレンカーボネー トとを混合した混合液にLiPF₆を溶解した電解液）を開発することで克服された が、しかしながらこのような電解液は、イオンを移動させる輸送能力が劣ってい るということがあった。また、第２の問題を克服するためには、微細に分割され た形態の（即ち、粉末、破砕片、繊維状、多孔質等の）黒鉛を使用する必要があ るが、そのようにすると表面積が著しく増大するため、それによって、新たな一 連の問題が発生してしまう。それら問題のうちには、例えば、最初の充電半サイ クルで負極に黒鉛層間化合物を形成する際に、表面薄層（いわゆる「固体−電解 液中間相:SEI」）が形成されてしまうために、容量低下が生じるという問題があ る。この問題を克服するためには、電池を製造する際に、正極のリチウム含有材 料の使用量を、理論量よりも、SEIの形成によって消費されるリチウム量だけ多 くしておかねばならないが、そのようにしてもやはり容量が低下する。このSEI については余り多くのことは分かっていないが、ただし（電解液の分解によ って生じる）炭酸塩が、SEIの重要な成分となっていることだけは一般に認めら れている。また、SEIに関して産業界で広く採用されている基準は、SEIの形成に よる容量低下が、全てのリチウムが利用されたときの容量の10％を超えないよう にするというものである。 更にその後の研究によって、その他の様々な形態の炭素（ナノ結晶炭素）が利 用できることが発見された。それらのうちには、カーボン・ブラック、石炭の焼 成物、石油ピッチの焼成物、ポリマーの焼成物、天然原料（砂糖、堅果の果皮、 等々）の焼成物、炭素とその他の元素（ホウ素、ケイ素、酸素、水素）との「合 金」等がある。更には、酸化スズ等の全く新しい系も、利用可能であることが分 かった。これら材料のうちの幾つかは、そのリチウム収容能力が黒鉛よりも大き いが、その「収容能力の増大分」の微視的発生原因については殆ど何も解明され ていない。概して、これら材料は、そのサイクル特性が黒鉛よりもはるかに劣っ ており、また、これら材料のうち、水素を含有している材料はいずれも、電池電 圧とリチウム濃度との関係が、充電半サイクルと放電半サイクルとで大きく異な っており、即ち顕著なヒステリシス特性を示している。これは、電池の特性とし ては、極めて不都合な特性である。そして、このヒステリシス特性の発生原因に ついても、殆ど何も解明されていない。これら材料の主たる利点は、これら材料 が本来的に細粒ないし細片の形状であるため、これら材料の内部におけるリチウ ム・イオンの移動が速やかに行われるということにある。これは、リチウム・イ オン二次電池が大電流の用途（例えば、電気自動車等）に使用されていて、電池 性能がその用途における重要な要因である場合に、絶対的に必要とされる条件で ある。 本発明にかかる負極は、最初から最後までナノエンジニアリングを用いて、分 子レベルの精度をもって製造されるものである。この負極は、金属リチウムの電 気化学的ポテンシャルと同程度の電気化学的ポテンシャルをもって、リチウムを 収容するものであり、体積あたりのリチウム収容容量が大きく、デンドライトが 成長するという問題を生じることがなく、金属リチウムだけで形成した負極に付 随している安全上の問題も生じることがない。この負極においては、充放電の際 のリチウム・イオンの移動が高速で行われ、しかも、充電状態ないし放電状態が いかなるレベルにあるときでも、構造的及び化学的な完全性が維持される。更に 加えて、この負極と電解液との間の界面が、所望の状態となるように設計するこ とができるため、Li⁰⇔Li⁺で表される酸化還元の化学反応を、高度の可逆性をも って行わせることができ、また、非常に小さな実効抵抗をもって行わせることが できる。 このような負極の具体的な設計例を上げるならば、例えば、金メッキ銅板等の 金属製支持電極に、多数のフラーレン・ナノチューブを、ネイル・ベッドのよう な六方格子のアレイを形成するように整列させて付着させたものである。図１４ から明らかなように、この構造によれば、還元状態のリチウムであるLi⁰が、ナ ノチューブどうしの間に画成されている空間の奥や、ナノチューブそれ自体の内 部の中空の空間の奥に収容され、このことがこの構造の利点となっている。即ち 、リチウムの酸化還元の化学反応が行われる領域が、主として、電極の表面に露 出しているナノチューブの先端部分だけに限局され、しかも、このナノチューブ の先端部分に修飾処理が施されているため、その酸化還元反応を、高度の可逆性 を有するものとすることができる。 ５．３次元の自己整列SWNT構造 本発明にかかる自己整列構造（SAM）のうちに、その構造の構成要素とするSWN T分子に修飾処理を施した上で、多数のそのようなSWNT分子を一緒にしておくこ とにより、自然発生的にその構造が構成されるようにした、３次元の自己整列構 造がある。その１つの可能な実施の形態は、先に説明したSAM、即ち２次元単層 構造を、その３次元の自己整列構造を形成するための出発材料、即ちテンプレー トとして使用するというものである。この自己整列構造の構成要素とするSWNT分 子のエンド・キャップに単機能の修飾体を付加すると、それら分子が同一方向に 延在して、それら分子の端部どうしが突き合わされたように整列して３次元構造 を構成する傾向が生じる。これに対して、SWNT分子に多機能の修飾体を付加した 場合や、各SWNT分子上の離れた複数の位置に夫々に修飾体を付加した場合には、 対称性を持った構造が構成されることもあれば、対称性を持たない真の意味で３ 次元的な構造が構成されることもある。 先に説明した方法で製造した試料中のカーボン・ナノチューブに対して修飾処 理を施す際に、各ナノチューブに、複数の特定機能エージェント（functionally -spccific agents:FSA）を結合させるようにしてもよく、その結合の形態は、イ オン結合と共有結合とのどちらとすることも可能である。また、それら複数のFS Aの結合位置については、各ナノチューブ上の任意の１箇所にそれらをまとめて 結合させる場合と、各ナノチューブ上の任意の一連の箇所にそれらを個別に結合 させる場合とがあり得る。FSAを付加することで、ナノチューブ群の自己整列に よって、幾何学的な構造が構成されるようにすることができる。複数通りの長さ のナノチューブを組合せて１つの構造を構成させることも可能であり、また、互 いに異なった種類のFSAを付加したナノチューブを組合せて１つの構造を構成さ せることも可能である。更に、FSAの働きにによって自己整列させるばかりでな く、ファン・デル・ワールス力によって自己整列させることも可能であり、ファ ン・デル・ワールス力は、修飾処理を施したフラーレン分子どうしの間、修飾処 理を施していないフラーレン分子どうしの間、それに、修飾処理を施したフラー レン分子と修飾処理を施していないフラーレン分子との間の、いずれにも作用し て自己整列させることができる。また、FSAの選択結合性を利用することによっ て、特定のサイズないし特定の種類のナノチューブ（対象ナノチューブ）だけを 整列させ、対象外ナノチューブは、たとえ存在していても整列構造から排除する ということも可能である。従って、１つの実施の形態として、特定の長さのナノ チューブを整列させるようなFSAを選択するという方法がある。また、このよう な選択性を有する複数のFSAを組合せることによって、２通り以上の異なったサ イズないし種類のカーボン・ナノチューブを、一定の方向に延在するように整列 させることも可能である。 FSAは、修飾処理を施していないカーボン・ナノチューブと、修飾処理を施し たカーボン・ナノチューブとの、いずれにも作用を及ぼし得るものであり、この FSAの作用を利用して、整列して１つの構造を構成しようとするカーボン・ナノ チューブの延在方向及びサイズを制御することによって、カーボン・ナノチュー ブ群から特定の３次元構造を構築することができる。このようにFSAの作用を利 用した、自己整列ナノチューブ構造の３次元的な幾何学的構造の制御によって、 機械的特性、電気的特性、化学的特性、ないし光学的特性に優れた、これ までにない独自の３次元ナノチューブ材料を合成し得る可能性が得られる。その ような３次元ナノチューブ材料の特性は、どのようなFSAを使用するかによって 、また、複数のFSAを使用する場合には、それらFSAの間にどのような相互作用が 生じるかによって、様々なものとなり得る。 更に、自己整列フラーレン構造が完成した後に、その構造の一部を化学的ない し物理的に改変したり、或いは、その構造に対して、物理的処理、化学的処理、 電気的処理、光学的処理、及び／または生物学的処理を施すことによって、その 自己整列フラーレン構造の特性を変化させることができる。そのための方法とし ては、例えば、その自己整列フラーレン構造に、別の分子をイオン結合または共 有結合によって結合させるという方法や、その構造が完成したために不要となっ たFSAをその構造からという方法、それに、生物学的処理や光学的処理によって その構造の配列の一部を改変するという方法がある。このような構造改変、及び ／または、修飾処理によって、その自己整列フラーレン構造の、電気的機能、物 理的機能、電磁気的機能、ないし化学的機能を変化させ、或いは、その自己整列 フラーレン構造にそれら機能を付与することができ、また更に、その自己整列フ ラーレン構造とその他のデバイスとの間の相互作用を、変化させ、或いは新たに 付与することができる。 この幾何学的な自己整列構造は、様々な優れた電気的特性を提供し得るもので あり、その具体例を挙げるならば、例えば、電気回路としての動作特性、特定の 導電テンソル特性、電磁放射に対する特定の応答特性、ダイオード接合部特性、 電流制御用の３端子デバイスとしての特性、メモリ素子を構成するキャパシタと しての特性、通常のキャパシタとしての特性、インダクタとしての特性、導通素 子としての特性、それにスイッチとしての特性等がある。 この幾何学的な自己整列構造は、更に、様々な電磁気的特性を提供し得るもの であり、それら電磁気的特性には、例えば、電磁気エネルギを電流に変換する変 換素子としての特性、アンテナとしての特性、アンテナ・アレイとしての特性、 電磁波のコヒーレントな干渉を発生させて様々な波長の電磁波に分解するアレイ としての特性、電磁波の伝播状態を選択的に変化させるアレイとしての特性、な いしは、光ファイバとの間で相互作用を生じる素子としての特性などがある。こ れら電磁気的特性は、使用するFSAによって異なったものとなり、また、複数のF SAを使用する場合には、それらFSAの間の相互作用によって様々な特性となる。 例えば、分子アレイを構成している個々の分子の長さ、位置、及び配向方向を、 FSAを利用して適当に定めることによって、それら分子の近傍の電磁場によって それら分子の内部に夫々に誘起される誘導電流どうしの位相関係が、所定の位相 関係になるようにすることができる。またこの場合、それら分子の内部に夫々に 誘起される電誘導流は、その電磁場の位相角及び周波数の空間分布に応じた挙動 を示すものとなる。また、それら分子の内部に夫々に誘起される誘導電流どうし の位相関係は、その分子アレイの構造にも影響される。更に加えて、FSAを利用 して、個々のナノチューブまたはナノチューブ群と、外部に存在するものとの間 の、様々な相互作用を強化することも可能であり、ここでいう相互作用は、例え ば、応力、歪み、電気信号、電流、ないしは電磁気相互作用を何らかの形で伝達 させる作用である。このような相互作用によって、この自己整列ナノ構造と、そ の他の既知の有用なデバイスどの間の「インターフェース」が提供される。 更に、FSAを適当に選択することによって、優れた化学的特性ないし電気化学 的特性を有する幾何学的構造を、自己整列によって構成させることができ、その ような化学的特性ないし電気化学的特性には、例えば、化学反応ないし電気化学 反応における触媒として作用する場合の特性、特定の化学物質の吸収特性、特定 の化学物からのアタックに対する耐性、エネルギ収容特性、それに耐腐蝕性など がある。 FSAを利用して自己整列によって構成させた構造の、有用な生物学的特性の具 体例としては、生化学反応の触媒として作用する場合の特性、特定の生化学物質 やエージェントないしは構造の吸収サイトないし反応サイトに関する特性、薬剤 ないし治療剤としての効果に関する特性、生体組織との間に特定の相互作用を生 じることまたは特定の相互作用を生じないことに関する特性、生物学的系をある 形態で成長させるためのエージェントとしての特性、それに、既知の生物学的系 の電気的機能、化学的機能、物理的機能、または光学的機能との間で相互作用を 生じるエージェントとしての特性などがある。 更に、FSAを利用して自己整列によって構成させる構造は、有用な物理的特性 を備えたものとすることができる。その具体例としては、比重に対する弾性の比 である弾性応力テンソルを大きな値とし得ることがあり、また、これに限られず 、更にその他の有用な物理的特性を備えたものとすることもできる。更に、この 自己整列構造は、有用な光学的特性を備えたものとすることができ、有用な光学 的特性のうちには、例えば、光吸収スペクトル特性、光透過スペクトル特性、そ れに偏光状態を変化させる特性などがある。 この自己整列構造や前述のフラーレン分子を、各々単独で、または両者を組合 せて利用することによって（自己整列構造、フラーレン分子、または両者の組合 せの種々の形態を総称して「分子／構造」と呼ぶことにする）、有用な特性を有 する様々なデバイスを製作することができる。例えば、ある１つの分子／構造を 物理的手段、化学的手段、静電気的手段、または磁気的手段を介して別の構造に 結合することによって、その１つの分子／構造と、その分子／構造に結合した別 の構造との間の、或いは、その１つの分子／構造と、その分子／構造の近傍に存 在しているものとの間で、物理的手段、化学的手段、電気的手段、光学的手段、 または生物学的手段を介した情報伝達を可能にすることができる。そのような情 報伝達の具体例としては、磁気相互作用による物理的情報伝達、電解質の反応ま たは溶液中の化学エージェントの移動による化学的情報伝達、電子の電荷の移動 による電気的情報伝達、それに、生物学的エージェントとの相互作用または生物 学的エージェントの受渡による光学的情報伝達などがあり、エージェントを介し た情報伝達は、分子／構造と、そのエージエントが反応するものとの間で行われ ることになる。 ６．SWNT アンテナ フラーレン・ナノチューブは、従来の導体製アンテナ素子の代わりに使用する ことができる。例えば、（n,n）ナノチューブを、その他の材料と組合せて使用 することで、ライト・ハーベスティング・アンテナとして機能するショットキー ・バリアを形成することができる。その１つの実施の形態は、（10,10）ナノチ ューブの一端に金を、他端にリチウムを、いずれもイオウ架橋を介して結合する ことによって、ナチュラル・ショットキー・バリアを形成するというものである 。こ れによって、光導電性によって電流が発生させることができる。（10,10）ナノ チューブは、アンテナと同様に機能して、ポンプ作用によって電子を電極に注入 するように機能し、またその際に、そのナノチューブと金属との接触部が整流ダ イオードとしての性質を有するために電子の逆流が阻止される。 アンテナを形成するには、ナノチューブ分子の長さを調節して、その最終的な 電気的長さが所望の長さになるようにする。この場合、ナノチューブ分子の電気 的長さの選択は、そのナノチューブ分子の内部を流れる電流がそのナノチューブ 分子の近傍領域の電磁場と相互作用を持つことにより、その電磁場のエネルギが そのナノチューブ分子の内部電流に変換され、また逆に、そのナノチューブ分子 の内部電流がその電磁場のエネルギに変換されるようにする。更に、ナノチュー ブ分子の電気的長さを選択する際には、アンテナ回路に誘起される様々な周波数 の電流のうち、所望の周波数領域に含まれる周波数の電流が最大になるように選 択するか、または、アンテナ回路に発生する様々な周波数の電圧のうち、所望の 周波数領域に含まれる周波数の電圧が最大になるように選択し更に、電流と電圧 のどちらも程々に大きくなるように、適当な折り合いをつけるような設計とする こともある。 フラーレン・ナノチューブ分子アンテナは更に、ある種の回路の負荷として利 用することもできる。その場合には、このアンテナに流れ込んだ電流が、所望の 電場及び磁場に変換されるようにすればよい。ナノチューブの長さを調節するこ とによって、所望の伝播特性を有するものとすることができる。更に、幾本もの ナノチューブを束にして使用することによって、アンテナ素子の直径を調節する ことも可能である。 更に、以上のようにナノチューブ分子で形成したアンテナ素子を、多数組合せ て、アンテナ・アレイを構成することも可能である。そのためには、ナノチュー ブ分子の長さ、位置、及び配向方向を適切に選択することによって、複数のナノ チューブ分子の夫々の内部を流れる電流が、所定の位相関係をもってコヒーレン トに作用するようにし、それによって、それらナノチューブ分子の近傍領域に電 磁場を発生させ、或いは近傍領域の電磁場を変化させるようにすればよい。この 場合、複数のナノチューブ分子の夫々の内部を流れる電流のコヒーレントな作用 によって、それら電流によって発生する電磁場の空間分布、角度分布、及び周波 数分布が、決定され、変化させられ、制御され、ないしは選定される。また、別 の実施の形態として、複数のナノチューブ分子の内部に誘起される電流が、その アンテナ・アレイの形態によって決まる所定の位相関係を持つようにすることに よって、それら電流によって発生する二次的電磁場が、適当な空間分布、角度分 布、及び周波数分布を持ってそのアンテナ・アレイから放射されるような形態と することもでき、この場合に、放射される電磁場の空間分布、角度分布、及び周 波数分布は、アンテナ・アレイ及びアンテナ素子の形態によって決定されるもの である。このようなアンテナ・アレイを形成するための方法としては、例えば、 前述の自己整列単層形成法などを用いればよい。 ７．フラーレン分子エレクトロニクス フラーレン分子には、従来の導電素子の替わりに用いるという用途もある。例 えば、フラーレン分子または自己整列させたフラーレン分子群を用いて電気回路 を構成し、その電子回路内の電荷の搬送をフラーレン分子に行わせるようにする ことができる。この場合、フラーレン分子には、その電気回路内の、電荷の流れ を変化させ或いは制御する機能素子どうしの間の電荷の搬送や、その電気回路内 の、オブジェクトどうしの間の電荷の搬送を行わせる。ここでいうオブジェクト とは、その内部の電流の流れが何らかの有用な機能を果たすものであり、有用な 機能とは、例えば、そのオブジェクトの周囲の電場の分布を変化させる機能、ス イッチの電気接点としての機能、それに、電磁波に対してそのオブジェクトが反 応することによって実現される機能などである。 具体的な構成例としては、例えば、ナノチューブ分子を自己整列させて、全波 整流用のブリッジ回路を形成することができる。このようなデバイスは、各々が 正方形の１つの辺を成す４個のナノチューブ分子と、各々がその正方形の１つず つの角に配置される４個のバッキー・ボールとで構成することができる。先ず、 それらバッキー・ボール及びナノチューブ分子に修飾処理を施して、夫々に特定 機能エージェントを付加する。付加した特定機能エージェントの働きによって、 バッキー・ボールをナノチューブ分子に結合する架橋が形成され、またブリッジ が所要の形態に構成される。 また、前述の自己整列法を用いて、フラーレン・ダイオードを構成することが できる。このダイオードは、例えば、２個のバッキー・チューブと１個のバッキ ー・カプセルとで構成することができる。その場合に、先ず、バッキー・カプセ ルに修飾処理を施して、これを双極性イオンにする。具体的には、バッキー・カ プセルに、トリエチルアミン陽イオン等の陽性基を２個、及び、CO₂-陰イオン等 の陰性基を２個付加することによって、双極性イオンにすることができる。更に 、１つの実施の形態では、そのバッキー・カプセルの両端の各々に、ジスルフィ ド架橋を介して（10,10）バッキー・チューブを１個ずつ結合する。この構成で は、イオウが特定機能エージェントとしての役割を果たすことになる。 ８．プローブ及びマニピュレータ 更に、本発明にかかるSWNT分子を使用して、ナノスケールのプローブやマニピ ュレータも製作することができる。その具体例としては、例えば、ＡＦＭ装置及 びＳＴＭ装置のプローブ・チップや、ＡＦＭ装置のカンチレバーなどを挙げるこ とができる。また、そのようなプローブに前述の修飾処理を施しておけば、選択 的に基板に固着する性質を有するセンサないしセンサ・アレイとして機能させる ことができる。このようなデバイスは、医薬品等の生物的活性物質の効力検定を 分子レベルで実行する高速のスクリーニング効力検定などに利用することができ る。更に、本発明にかかる導電性SWNT分子は、電気化学的プローブとしても利用 することができる。 同様に、SWNT分子で構成したプローブ状のアセンブリを、修飾処理を施したも のも、またそうでないものも、例えばナノ鉗子等のナノデバイスの材料取扱い及 び製造に効果を有するツールとして利用することができる。更に、この種の分子 ツールは、MEMS（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）を製造するた めや、NANO-MEMSの構成部品ないし回路部品を接続するために利用することもで きる。 ９．カーボン・ナノチューブを含有する複合材料 複合材料とは、２種類以上の異種成分材料で構成された材料であり、様々なも のが公知となっている。一般的に、複合材料は、その複合材料の全体形状を画成 する母材と、その複合材料の内部構造を決定する耐力材とで構成されている。複 合材料に応力が作用したならば、母材が変形することによって、その応力が耐力 材に分散して伝達される。 複合材料は通常、非常に大きな強度を有するが、大抵の場合、その強度は等方 的なものではなく、複合材料の平面に平行な方向の応力に対しては大きな強度を 発揮するのに対して、その平面に垂直な方向の応力に対する強度はそれよりはる かに小さい。このような特性があるため、多層構造の複合材料は、層間剥離を発 生し易い。層間剥離を発生するのは、多層構造の複合材料の少なくとも１つの層 が、それまで接合していた層から剥がれることによるものであり、その結果、そ の複合材料の内部に空隙が発生する。この空隙は検出することが極めて困難であ り、応力が反復して印加されているうちに、何の前触れもなく突然に、壊滅的な 破壊に至ることになる。 カーボン・ナノチューブは、複合材料における耐力材として利用することがで きる。上に説明したように、複合材料は一般的に、２種類以上の異種成分材料で 構成された材料であり、通常、その複合材料の全体形状を画成する母材と、その 複合材料の内部構造を決定する少なくとも１つの耐力材とを含んでいる。これま で母材の材料として使用されてきた種々の公知の材料は、いずれも、本発明の複 合材料の母材の材料として用いることができる（その種の材料については、例え ば、Mel M.Schwartz著「Composite Materials Handbook（第２版、１９９２年刊 ）」を参照されたい）。公知の母材の材料のうちの幾つかを具体的に示すならば 、熱硬化性または熱可塑性の種々の樹脂（ポリマー）、様々な金属材料、セラミ ック材料、サーメット材料などを挙げることができる。 母材の材料として有用な熱硬化性樹脂には、フタル酸系ポリエステル樹脂、マ レイン酸系ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール 樹脂、シアネート樹脂、ビスマルイミド樹脂（bismaleimide）、ナディック・エ ンド・キャップト・ポリイミド樹脂（nadic end-capped polyimide）（例えばＰ ＭＲ−１５）がある。また、有用な熱可塑性樹脂には、ポリスルホン樹脂、ポリ アミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ酸化エチレン樹脂、ポリスルフィド樹 脂、ポリエーテル−エーテルーケトン樹脂、ポリエーテル−スルホン樹脂、ポリ アミド−イミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアリレー ト樹 脂、それに液晶ポリエステル樹脂がある。１つの好適な実施例では、母材の材料 としてエポキシ樹脂を使用している。 母材の材料として有用な金属材料には、種々のアルミニウム合金があり、例え ば「アルミニウム６０６１」、「アルミニウム２０２４」、それに「アルミニウ ム７１３」等のアルミニウム・ブレーズがある。母材の材料として有用なセラミ ック材料には、アルミノ珪酸リチウム等のガラスセラミック、アルミナやムライ ト等の酸化物セラミック、窒化ケイ素等の窒化物セラミック、それに、炭化ケイ 素等の炭化物セラミックがある。母材の材料として有用なサーミック材料には、 炭化物系サーミック（炭化タングステン、炭化クロム、炭化チタン等）、耐火性 サーミック（タングステン−トリア、バリウム−カーボネート−ニッケル等）、 クロム−アルミナ、ニッケル−マグネシア、それに、鉄−炭化ジルコニウムがあ る。 本発明にかかるカーボン・ナノチューブから成る耐力材の形態は、本明細書に 説明した様々な形態、並びに公知の様々な形熊のうちの、任意の形態のものとす ることができる。ただし好ましいのは、フラーレン・ナノチューブ（即ち、分子 構造上の完全性を備えたカーボン・ナノチューブ）を用いることである。フラー レン・ナノチューブのうちには、単層の連続した六方グラーフィンのシートが欠 陥を持つことなく接合して構成されたチューブの端部に半球状のフラーレン・キ ャップが結合した形状のものがある。この場合、両端に夫々半球状キャップを備 えたものを、真性シングル・ウォール・フラーレン・ナノチューブと呼ぶことが あり、また、そのような両端を閉塞したナノチューブに対して切断処理や侵蝕処 理を施して端部を除去したものも、シングル・ウォール・フラーレン・ナノチュ ーブと呼ぶことがある。また更に、複数のシングル・ウォール・フラーレン・ナ ノチューブを入れ子式に重ね合わせた形態のものを、マルチ・ウォール・フラー レン・ナノチューブと呼び、そのようなフラーレン・ナノチューブも存在する。 アーク法で成長させたマルチ・ウォール・ナノチューブ（MWNT）も、徐々にフラ ーレンと呼び得る理想的なものに近付いてきてはいるが、その分子構造は、なお 不完全である。アーク法で成長させたMWNTは、その多層構造の側壁部分にかなり の構造欠陥が存在しており、それら構造欠陥の密度は、100nmごとに １個以上の多数に及んでいる。これに対して、先に説明したレーザ／オーブン法 で生成したシングル・ウォール・カーボン・ナノチューブは、分子構造上の完全 性を備えていると認められる。従って、レーザ／オーブン法で生成したシングル ・ウォール・カーボン・ナノチューブは、フラーレン・ナノチューブとなり、そ のようなカーボン・ナノチューブから形成したカーボン・ファイバは、真性のフ ラーレン・ファイバとなる。 単層フラーレン・ナノチューブのうちには、金属材料的特性を備えたもの（ア ームチェア形、即ち（n,n）形の形態のもの）もあれば、金属材料的特性を備え ていない螺旋構造のものもある。これらのいずれも、適当な長さに切断して、短 尺のチューブ形分子の形態にして利用することができる。切断して形成された短 尺のナノチューブ（切断ナノチューブ）は、分子スケールでの強化、補強という 、在来の技術では得られない利点を提供するものである。これに対して、ナノチ ューブの長さがミクロン・スケールに近付くと、分子スケールでは剛性を有する チューブ状分子の特性を持ちながらも、可撓性が大きくなってくる。 複数本のカーボン・ナノチューブが束になった構造を本明細書ではロープと呼 んでいるが、約10³本程度までのカーボン・ナノチューブから成るロープも、複 合材料の耐力材として有用である。前述した方法で製作したカーボン・ナノチュ ーブのロープは、互いに絡まり合ってミクロン・スケールのループを多く形成す る物理的形状となるため、ロープどうしの間で、またロープと母材の材料との間 で、あたかもマジックテープのような相互作用が働き、しかも分子レベルでは、 剛性の高いチューブが束になったバンドルとしでの構造が維持されている。 巨大カーボン・ナノチューブ・ファイバ（10⁶本以上の多数のナノチューブか ら成るファイバ）も、本発明にかかる複合材料の耐力材として有用である。耐力 材として用いる巨大ファイバとしては、先に説明した一様連続形のファイバと、 ランダム形のファイバとのいずれも使用可能である。更に、ロープやファイバを 耐力材として使用する場合に、先に説明した方法でそれらを切断して、所望の長 さのロープないしファイバにしたものを使用するようにしてもよく、或いは、ロ ープないしファイバが絡まり合ってループを多数形成したフェルト状の形態のも のを使用するようにしてもよい。 本発明によれば更に、以上に説明した様々な形態のカーボン・ナノチューブ材 料のうちの２種類以上のものを、組合せて使用することも考えられる。その場合 に、それら材料を混合して、母材中の同一領域に配合するようにしてもよく、ま た、それら材料を母材中の別々の領域に夫々に配合するようにしてもよい。使用 するカーボン・ナノチューブ材料の形態は、その複合材料がいかなる性質のもの であるかに応じて、またその複合材料を最終的にいかなる特性を有するものにし たいかに応じて、選択することになる。また、使用するカーボン・ナノチューブ 材料は、先に説明した方法で洗浄処理及び精製処理を施したものであることが好 ましい。 複合材料に使用するナノチューブ、ロープ、ないしファイバには、先に説明し た方法で修飾処理を施したものとしてもよい。カーボン・ナノチューブのエンド ・キャップに修飾処理を施すことによって、カーボン・ナノチューブどうしの結 合状態、ないしはカーボン・ナノチューブと母材の材料との間の結合状態を強化 することができる。一般的に、真性カーボン・ナノチューブの側壁部分は、完全 に均一な構造となっており（即ち、黒鉛の格子構造に類似した六方格子構造を成 す炭素のアレイで構成されている）、そのため、側壁部分に欠陥を導入して結合 サイトを形成することによって、母材の材料に対する結合付着特性を改善するこ とができる。その具体例を挙げるならば、側壁部分にホウ素原子等を不純物とし て導入するようにすればよい。こうして形成した壁部の欠陥が結合サイトとなっ て、ナノチューブと母材の材料との間に働く物理力ないし化学力による相互作用 が強化される。更に、このようにして形成した欠陥即ち結合サイトは、ナノチュ ーブと母材の材料との間の化学反応を促進することによって、最終的に形成され る複合材料の特性に影響を及ぼすこともあり得る。また、ホウ素原子を導入する 他に、先に説明したように、カーボン・ナノチューブの格子の一部を、窒化ホウ 素で置換するという方法もある。 本発明にかかるカーボン・ナノチューブと、その他の有機材料または無機材料 から成るファイバ状の耐力材とを組合せて、複合材料における耐力材として用い るようにしてもよい。この用途に使用することのできる有機材料としては、例え ばセルロースがある。また無機材料としては、例えば、カーボン、ガラス（Ｄタ イプ、Ｅタイプ、及びＳタイプのガラスがある）、黒鉛、酸化ケイ素、炭素鋼、 酸化アルミニウム、ベリリウム、酸化ベリリウム、ホウ素、炭化ホウ素、窒化ホ ウ素、クロム、銅、鉄、ニッケル、炭化ケイ素、窒化ケイ素、デュポン社が製造 している「FP」という商品名のアルミナ糸、３Ｍ社が製造している「Nextel」と いう商品名のアルミナ−ボリア−シリカ及びジルコニア−シリカ、ICI社が製造 している「Saffil HT」という商品名のジルコニア及びアルミナ、石英、モリブ デ ジルコニウムなどがある。 本発明にかかる複合材料を製造するための方法としては、母材の材料と耐力材 とを組合せるための公知の様々な材料のうちの、任意の方法を採用することがで きる。カーボン・ナノチューブ材料は、カーボン・ナノチューブの１本１本がば らばらに分離した形態のものも、また、複数のカーボン・ナノチューブが束にな ってロープを構成している形態のものも、水や有機溶剤等の液体担体に分散させ ることによって、母材の材料への配合を容易にすることができる。巨大カーボン ・ナノチューブ・ファイバを配合する際の取扱い方は、カーボン・ファイバやグ ラファイト・ファイバを配合する際の従来の一般的な取扱い方と同様にすること ができる。 カーボン・ナノチューブから成る耐力材を、母材の材料の前駆物質（ポリマー 溶液、焼成前のセラミック粒子、等々）と均一に混合した上で、在来の技法を用 いてそれを複合材料として完成させるようにしてもよい。また、カーボン・ナノ チューブ材料から、耐力層ないし耐力構成材（例えば、フェルト状材料や、バッ キー・ペーパー等）を一旦形成し、その形成したものに、プレポリマー溶液を含 浸させて、複合材料を形成するという方法もある。 カーボン・ナノチューブから成る耐力材を用いて、在来の複合材料の特性を改 善することも可能である。その１つの具体例は、ファイバ材料層に母材ポリマー 材料を含浸させることで、それらファイバ材料ど母材材料とを一体化した複合材 料である。この種の複合材料でよく知られたものには、例えば、黒鉛ファイバの 織物の層を、母材のエポキシ系材料と一体化して形成した複合材料がある。この 複合材料において、そのエポキシ系材料と黒鉛材料との境界面だけに、３次元的 に絡まり合って多数のループを形成しているカーボン・ナノチューブのロープな いしファイバを配合するという方法があり、それによって、エポキシ系材料と黒 鉛材料とから成る層状複合材料の層間剥離に対する耐性を大幅に向上させること ができる。また、エポキシ系材料にカーボン・ナノチューブ材料を分散させた後 に、そのエポキシ系材料を含浸させるようにしてもよい（或いは、エポキシ系材 料の反応成分のうちの１つに、予めカーボン・ナノチューブ材料を混合しておく ようにしてもよい）。更に、カーボン・ナノチューブ材料を液体担体中に分散さ せたものを、噴霧等の塗布法によって、黒鉛ファイバ層を積層するごとに、その 層に塗布するようにしてもよい。 例えば（10,10）ナノチューブ等の、単層フラーレン・ナノチューブは、複合 材料の成分としてはこれまで使用されていなかった独自のものである。見ように よっては、単層フラーレン・ナノチューブという材料は、ポリプロピレン、ナイ ロン、ケブラー、それにＤＮＡ等と同様の巨大分子ポリマーであって、単に新規 な材料であるだけと思われるかもしれない。しかしながら、単層フラーレン・ナ ノチューブは、その直径がＤＮＡの二重螺旋の直径と同程度でありながら、曲げ に対する剛性も、引張に対する強度も、比べものにならないほど大きい。長鎖を 成すポリマーの特性を表す性質の１つに、持続距離（通常のブラウン運動をする 条件下において、鎖の方向が実質的に変化するために要する移動距離）がある。 ポロプロピレンでは、この持続距離は約１nmに過ぎず、ＤＮＡの二重螺旋では約 50nmである。これらに対して、孤立して存在している１本の（10,10）フラーレ ン・ナノチューブでは、持続距離が1000nm以上になる。従って、複合材料の連続 相を形成するために用いられる通常のポリマー分子の持続距離を基準として判断 するならば、フラーレン・ナノチューブは、十分な剛性を有するパイプであると いえる。 更に、孤立して存在している１本の（10,10）フラーレン・ナノチューブは、 その長さがミクロン単位で表されるほどの長さになると、大きな可撓性を示すよ うになり、容易に他のナノチューブと絡まり合って多くのループを形成するよう になる。このようにナノチューブどうしが絡まり合い、多数のループを形成する ことによって、複合材料の内部構造に関する、２つの新たな可能性が得られてい る。 即ち、（１）連続相を形成している母材材料がそれらループの中に入り込むこと により、サブミクロン単位の長さのスケールで、ナノチューブが連続相の母材材 料に緊密に「結合」することができる。また、（２）ナノチューブと連続相の母 材材料とを混合したものを、母材材料が硬化する前に流動させて剪断変形させる ことにより、ループどうしを更に複雑に絡まり合わせ、ナノチューブに引張力が 加わった状態にすることができる。これによって、絡まり合ったフラーレン・ナ ノチューブを含有する複合材料の、靭性、強度、及び層間剥離に対する耐性を向 上させることができる。 Ｃ₆₀やＣ₇₀などのフラーレンは、フリー・ラジカルを良好に吸着する効果的な 吸着物質であることが知られている。同様に、（10,10）ナノチューブ等のフラ ーレン・ナノチューブも、その壁部にフリー・ラジカルを化学吸着する性質が有 り、化学吸着することのできるフリー・ラジカルには、例えば、メチル基、フェ ニル基、メトキシル基、フェノキシル基、水酸基、等々がある。分子量の小さな フラーレンの場合と同様に、フラーレン・ナノチューブにおいても、フリー・ラ ジカルを化学吸着することによって、網構造の強度が低下するということは殆ど ない（加熱によってラジカルは解離されるが、その際には、フラーレンの表面に 吸着されていたラジカルが放出されるだけであり、フラーレンの構造自体は無傷 のまま維持される）。従って、フラーレン・ナノチューブを含有した複合材料を 形成する際には、その複合材料の連続相を形成するポリマー材料に、加熱される ことによって、ないしは紫外線照射による光分解によって、フリー・ラジカルを 生成する基を付加しておけば、フラーレン・ナノチューブとポリマー材料とを共 有結合させることができる。例えば、アゾ・ビス・イソブチロニトリルに含まれ ているようなアゾ架橋は、光照射によって活性化されてフリー・ラジカルを生成 するラジカル源として、非常に効果的なものである。 本発明が提供するカーボン・ファイバは、これまでにない独特の特性を有する ものであり、その特性ゆえに、複合材料のための新規な強化材として利用し得る ものとなっている。例えば、ファイバ材料とポリマー材料とを複合した異方性を 有する複合材料を形成することができる。そのためには、例えば、金属材料的特 性を有するカーボン・ナノチューブ・ファイバ（例えば(n,n)SWNTで形成した ファイバ）を、プレポリマー溶液（例えば、ポリメタクリル酸メチル）中に分散 させ、外部から電界を印加してそれらナノチューブ・ファイバを整列させた後に 、プレポリマーを重合させるようにすればよい。更に、このように金属材料的特 性を有するカーボン・ナノチューブを使用することによって、導電性材料を形成 することも可能となっている。 以上に説明した、カーボン・ナノチューブを含有した複合材料の用途は多岐に わたり、全てを列挙することはできないが、それらのうちの幾つかを具体的に述 べるならば、先ず、これまで黒鉛ファイバやケブラー等の高強度繊維が使用され ていた様々な用途は、それらの全てが、カーボン・ナノチューブを含有した複合 材料の用途となり得るものである。更に具体的に述べるならば、乗用車、トラッ ク、鉄道車両等をはじめとする様々な車両の構造材や車体用板材としての用途が ある。また、タイヤにも適用することができる。また、航空機の部品としての用 途もあり、例えば、機体フレーム、スタビライザ、翼表面材、ラダー、フラップ 等に使用することができ、更にヘリコプタに関しては、そのロータ・ブレード、 ラダー、エレベータ、エルロン、スポイラ、乗降ドア、エンジン・ポッド、それ に胴体の構成部材等に適用することができる。また、宇宙飛行体に関しては、ロ ケット、宇宙船、人工衛星等に適用することができる。ロケット・ノズルにも適 用することができる。海洋関係の用途としては、船舶の船体、ホバークラフト、 水中翼船、ソナー・ドーム、アンテナ、フロート、ブイ、マスト、スパー、甲板 室、フェアリング、タンク等の用途がある。また、スポーツ用品関係の用途とし ては、ゴルフカート、ゴルフクラブのシャフト、サーフボード、ハングライダー のフレーム、槍投げ競技用の槍、ホッケーのスティック、セイルプレーン、セイ ルボード、スキーのポール、遊具、釣り竿、スキー及び水上スキー、弓、矢、ラ ケット、棒高跳びの棒、スケートボード、バット、ヘルメット、自転車のフレー ム、カヌー、カタマラン、オール、パドル、及びその他の様々な物品に適用する ことができる。また、家具関係の用途としては、椅子、ランプ、テーブル、及び その他の様々な現代家具に適用することができる。更にその他の用途としては、 例えば、弦楽器の共鳴板、身体防護用、車両防護用、ないし物品防護用の種々の 軽量防護用品、ハンマの握り棒や梯子等の工具類、生体適合性インプラント、人 工骨、各種補綴物、電気回路板、それにあらゆる種類のパイプ等に適用すること ができる。 具体例 本発明を更によく理解できるように、幾つかの具体例を以下に示す。ただし、 本発明の範囲は、以下に具体例として開示する特定の実施の形態に限定されるも のではなく、それらはあくまでも、説明のための具体例である。 具体例１．オーブン／レーザ気化工程 この具体例の気化工程で使用した装置は、図１を参照して説明したオーブン／ レーザ気化装置であり、この装置については、Haufler et al.著、"Carbon Arc Generation of C₆₀"Mat.Res.Soc.Symp.Porc.,Vol.206,p.627(1991)にも、また、 米国特許第5,300,203号にも記載されている。走査レーザ・ビームを発生させる レーザとしては、Nd:YAGレーザを使用した。このレーザ・ビームをモータ駆動式 の全反射板によって制御し、石英管の中に配置した金属−黒鉛複合材料のターゲ ットの表面に合焦させて、その照射スポットの直径が６〜７nmになるように設定 した。レーザ・ビームによるターゲットの表面の走査を、コンピュータで制御し て、ターゲットの表面が常に、凹凸のない滑らかな面に保たれるようにした。レ ーザ装置は、波長が0.532μmのパルス・ビームを射出するように、また、１個の パルスのエネルギが300mJになるように設定した。また、パルス射出速度は10Hz になるように設定し、パルス持続時間は10ナノ秒（ns）になるように設定した。 ターゲットは、直径１インチ（約25.4mm）の石英管の中に、黒鉛棒で支持して 配設し、この石英管の内部を、最初にその圧力が10mTorrに低下するまで抜気し た後に、アルゴンを注入して、それ以後、アルゴンの圧力を500Torrに維持する ようにした。また、アルゴンの体積流量を、50標準立方センチメートル毎秒（sc cm）に設定した。石英管の直径が１インチであるため、体積流量がこの値のとき に、その石英管の中を流れるアルゴンの流速は、0.5〜10cm/sccの範囲内の値を 取り、従ってその流れは層流になる。石英管を高温加熱炉の中に配設し、この高 温加熱炉は、その最高温度を1200℃に設定した。この高温加熱炉は、長 さ12インチのリンドバーグ炉であり、この具体例１における幾つかの実験を行う 間、その温度を1000〜1200℃に維持した。レーザを照射して気化させたターゲッ トの材料は、それが気化したターゲットの近傍領域から、流動するアルゴンに乗 って運ばれ、水冷コレクタの表面に蒸着する。この水冷コレクタは銅製であり、 ターゲットの下流側の、加熱炉の出口のすぐ外側に配設した。 ターゲットは、複数の成分材料を均一に混合した複合材料を、ロッド状の形状 に成形したものであり、以下の３工程に従って製作した。（１）高純度の金属材 料ないし金属酸化物材料を、室温下で、下記の割合で、Carbone of America社製 の粉末黒鉛及びDylon社製のカーボン・セメントと混合して調整したペーストを 、直径0.5インチの円筒形の成形用鋳型の中に充填し、（２）ペーストを充填し た成型用鋳型を、加熱板を備えたCarvcy社製の静圧プレスに装着して、それに一 定の圧力を印加した状態で、130℃で、4〜5時間に亘って焼成処理を行い、（３ ）焼成したロッド（成形用鋳型が円筒形状であるためロッド状になる）を、更に 流動アルゴン雰囲気中で、810℃で、８時間に亘って焼き固めた。試験を実行す るごとに、新しいターゲットを用意して、先ずそのターゲットを、流動アルゴン 雰囲気中で、1200℃で、加熱状態に維持するようにした。この加熱状態に維持す る時間は一定ではなかったが、多くの場合、12時間とした。このように加熱状態 に維持した後に、試験作業を開始し、同一のターゲットに対する試験動作を複数 回反復して行った。試験動作を反復する際には、各試験動作の開始直前に、その 都度、更に２時間に亘ってターゲットを1200℃に加熱した状態に維持するように した。 この具体例においては、ターゲットを形成する混合材料中の金属材料成分の種 類及び濃度を、以下のように様々に設定した。コバルト（1.0原子％）、銅（0.6 原子％）、ニオブ（0.6原子％）、ニッケル（0.6原子％）、プラチナ（0.2原子 ％）、コバルトとニッケルの組合せ（夫々、0.6原子％／0.6原子％）、コバルト とプラチナの組合せ（夫々、0.6原子％／0.2原子％）、コバルトと銅の組合せ（ 夫々、0.6原子％／0.5原子％）、そしてニッケルとプラチナの組合せ（夫々、0. 6原子％／0.2原子％）。混合材料の残余成分はその殆どが黒鉛であり、カーボン ・セメントを僅かに含有している。これらターゲット材料で形成した夫々のタ ーゲットを、レーザで気化させ、その都度、水冷コレクタの表面に付着した煤を 回収して、その煤に対して超音波処理を施した。この超音波処理は、煤をメタノ ール溶媒中に分散させて、常温、常圧下で、１時間に亘って実行した（メタノー ル以外の、その他の良好な溶媒としては、１，２−ジクロロエタンや、１−ブロ モ，１、２−ジクロロエタンや、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミドなどがある）。 回収した生成物に対して、夫々にメタノール中で30〜60分に亘って超音波処理を 施したところ、ただ１つの例外を除いて、いずれも均一な懸濁液が得られた。そ の例外とは、コバルト、ニッケル、及び黒鉛から成る混合材料を、気化及び蒸着 させて得たサンプルであり、このサンプルの蒸着物はゴム状であって、メタノー ル中で２時間に亘って超音波処理を施した後にも、その僅かな部分が十分に分散 せずに残った。以上のようにして得られた煤を、続いて、ビーム・エネルギが10 0keVの透過型電子顕微鏡(JEOL 2010型）を用いて調べた。 上に列挙したターゲット材料には、金属成分としてVIII族遷移金属を１種類だ け含有する材料と、２種類のVIII族遷移金属の組合せを含有する材料とがあるが 、それら材料の各々について、その材料をロッド状に成形して製作したターゲッ ト（直径0.5インチ）を評価するための実験を、前述した試験装置を用いて行い 、生成された単層・カーボン・ナノチューブの収率及び品質を調べた。どの材料 で製作したターゲットを使用した場合も、その反応生成物中に、マルチ・ウォー ル・カーボン・ナノチューブの存在は認められなかった。収率は、オーブンの温 度が高いほど上昇する傾向が認められ、この傾向は、使用したオーブンの上限温 度(1200℃）に至るまで変わらなかった。オーブン温度を1200℃に設定したとき には、金属成分として１種類の金属だけを含有する材料のうちでは、ニッケルを 含有するものが、単層・カーボン・ナノチューブの収率が最大であり、コバルト を含有するものがそれに続いた。プラチナを含有するものは、僅かな個数の単層 ・カーボン・ナノチューブしか生成せず、更に、黒鉛に銅だけを混入した混合材 料や、黒鉛にニオブだけを混入した混合材料では、単層・カーボン・ナノチュー ブの生成は認められなかった。一方、触媒金属成分として２種類のVIII族遷移金 属を組合せたものを黒鉛に混合した材料のうちでは、単層・カーボン・ナノチュ ーブの収率に関しては、コバルト／ニッケルの組合せと、コバルト／プ ラチナの組合せの、２通りの組合せが略々肩を並べており、その他の触媒金属の 組合せから抜きん出た成績であった。金属成分を組合せるこれら２通りの組合せ は、そのいずれもが、金属成分としてVIII族遷移金属を１種類しか使用していな い材料の場合と比べて、単層・カーボン・ナノチューブの収率が10〜100倍にな ることが分かった。更に、ニッケル／プラチナの組合せを黒鉛に混入した混合材 料も、１種類の金属成分しか含有していない混合材料と比べれば、単層・カーボ ン・ナノチューブの収率が大きくなることが分かった。コバルト／銅の組合せを 黒鉛に混入した混合材料は、単層・カーボン・ナノチューブの生成量が僅かであ った。 コバルト／ニッケルの組合せを黒鉛に混入した混合材料を使用した場合、並び に、コバルト／プラチナの組合せを黒鉛に混入した混合材料を使用した場合には いずれも、水冷コレクタの表面に蒸着した生成物が、ゴム状物質のシートのよう な外観を呈していた。この蒸着物を、損傷させないように慎重に、水冷コレクタ の表面から除去して回収した。コバルト／プラチナの組合せを混入した混合材料 から成るターゲットを使用した場合には、生成される単層・カーボン・ナノチュ ーブの収率が、そのターゲットから気化した炭素成分の全体に対して15重量％に なるとの評価値が得られた。また、コバルト／ニッケルの組合せを混入した混合 材料から成るターゲットを使用した場合には、生成される単層・カーボン・ナノ チューブの収率が、気化した炭素成分に対して50重量％以上になることが分かっ た。 図１５Ａ〜図１５Ｅに示した画像は、黒鉛にコバルト及びニッケルを混入（夫 々、0.6原子％／0.6原子％）したターゲット材料を、オーブン温度を1200℃に設 定して気化させて生成した、単層・カーボン・ナノチューブの透過電子顕微鏡写 真の画像である。図１５Ａに示したのは、中倍率画像（スケール・バーは100nm を示している）であり、殆ど至る所に、複数本の単層・カーボン・ナノチューブ が束になったバンドルが形成されており、また、それらバンドルが更に別の単層 ・カーボン・ナノチューブと絡み合っているのが見て取れる。図１５Ｂに示した のは、複数本の単層・カーボン・ナノチューブが束になった１本のバンドルの高 倍率画像であり、この１本のバンドルを構成している複数本の単 層・カーボン・ナノチューブは、その全てが互いに略々平行に延在している。そ れら単層・カーボン・ナノチューブは、その直径がいずれも約１nmであり、隣り 合う単層・カーボン・ナノチューブの間の間隔もこれと略々同じ値となっている 。それら単層・カーボン・ナノチューブどうしは、ファン・デル・ワールス力に よって互いにくっつき合っている。 図１５Ｃに示した画像では、単層・カーボン・ナノチューブのバンドルどうし が幾本も重なりあっており、この画像からも、同一のバンドルを構成している複 数本の単層・カーボン・ナノチューブが、互いに略々平行に延在しているという 性質が見て取れる。また更に、この画像からは、単層・カーボン・ナノチューブ のバンドルどうしが互いに重なり合う性質や、バンドルが屈曲する性質も見て取 れる。図１５Ｄは、様々な形態の単層・カーボン・ナノチューブのバンドルを示 しており、それらバンドルは、様々な角度で、また様々な円弧を描いて屈曲して いる。また、それらバンドルの屈曲部のうちに、比較的鋭い角度で屈曲したもの があることから、単層・カーボン・ナノチューブのバンドルが、大きな強度及び 可撓性を有するものであることが分かる。図１５Ｅは、バンドルの断面を示して おり、このバンドルは、互いに略々平行に延在する７本の単層・カーボン・ナノ チューブで構成されている。アーク放電法によって単層・カーボン・ナノチュー ブをはじめとする種々のカーボン・ナノチューブを成長させた場合には、一般的 に、成長させたナノチューブの表面が無定形炭素によって覆われていることが観 察されるが、図１５Ａ〜図１５Ｅの透過型電子顕微鏡画像からは、カーボン・ナ ノチューブがそのような無定形炭素によって覆われていないことが分かる。図１ ５Ａ〜図１５Ｅの画像からは更に、蒸着物の圧倒的大部分が単層・カーボン・ナ ノチューブであることも見て取れる。単層・カーボン・ナノチューブの収率は、 気化した炭素成分の約50％であると推定される。残りの50％は、主として、マル チ・レイヤ・フラーレン（いわゆるフラーレン・オニオン）等の種々のフラーレ ン、及び／または、無定形炭素になっていると推定される。 図１５Ａ〜図１５Ｅに示した透過型電子顕微鏡画像は、コバルト／ニッケルの 組合せを触媒金属として混入したターゲットを使用して、図１に示したレーザ気 化装置の水冷コレクタの表面に蒸着させた生成物であるカーボン・ナノチューブ 試料画像である。一般的に、単層・カーボン・ナノチューブは、複数本がまとま ってバンドルを形成して存在しており、１本のバンドルを構成している単層・カ ーボン・ナノチューブどうしは、それらの略々全長に亘ってファン・デル・ワー ルス力によって互いにくっつき合い、互いに略々平行に延在している。単層・カ ーボン・ナノチューブがまとまってバンドルを形成している姿は、「高速道路」 の構造に似たところがあり、単層・カーボン・ナノチューブのバンドルどうしは 、高速道路の十字交叉接続部のような形でランダムに交わり、相互に接続してい る。図１５Ａ〜図１５Ｅに示した画像から判断すると、低温の水冷コレクタの表 面に着地した時点で既に、多くの単層・カーボン・ナノチューブが、それら画像 に示されたように互いに寄り添って延在しているものと思われ、そうであるから には、気相中に非常な高密度で単層・カーボン・ナノチューブが存在している可 能性が高いと考えられる。また更に、単層・カーボン・ナノチューブどうしが、 それら画像に示されたようにきれいに揃っているということは、それらカーボン ・ナノチューブが水冷コレクタの表面に着地する以前には、それらカーボン・ナ ノチューブの周囲に、それらカーボン・ナノチューブの表面を覆うようなその他 の形態の炭素は殆ど存在していなかったと考えられる。単層・カーボン・ナノチ ューブの成長が、石英管の内壁の表面等で行われるのではなく、気相中で行われ ていることの証拠は、同じ方法を用いて生成したマルチ・ウォール・カーボン・ ナノチューブに関する従来の研究論文において既に明示されている。これについ ては、Guo et al.，"Self-Assembly of Tubular Fullerens,"J.Phys.Chem.,Vol. 99,p.10694(1995)、並びに、Saito et al.,"Extension of Single-Wall Carbon Nanotubes viaFormation of Small Particles Condensed Near An Evaporation Source,"Chem.Phys.Lett.,Vol.236,p.419(1995)を参照されたい。以上に説明し た実験において、単層・カーボン・ナノチューブの収率が高い値を示したことは 、特に注目すべき点であり、なぜならば、溶媒中に分散させることのできたフラ ーレンの収率が、約10％もあったからである。尚、煤状生成物中のその他の炭素 の大部分は、種々のジャイアント・フラーレン並びに種々のマルチ・レイヤ・フ ラーレンであった。 具体例２．長尺の単層・カーボン・ナノチューブを生成するためのレーザ気化工 程 この具体例では、図１を参照して説明したレーザ気化装置と同様のレーザ気化 装置を使用して、長尺の単層・カーボン・ナノチューブを生成した。使用したこ のレーザ気化装置は、オーブン内に配設した石英管に、その内径を横断するよう にタングステン・ワイヤを張設した点が、図１のレーザ気化装置と異なっている 。タングステン・ワイヤを張設した位置は、ターゲットの下流側の端部から更に １cmないし３cm下流に下った位置とした（ターゲットの気化表面を画成している 側の端部からは、13〜15cm下った位置になる）。石英管の中を流すアルゴンは、 圧力を500Torrとし、その流量を、石英管の内部における流速が１cm/sec．にな るような流量に設定した。オーブンの温度は1200℃に維持した。ターゲットの材 料は、炭素材料にVIII族遷移元素を1〜3原子％混入した材料とした。 レーザの出力設定は具体例１の場合と同じとし、10〜20分間に亘ってレーザ照 射を行った。その結果、タングステン・ワイヤに、涙滴形状の蒸着物が形成され 、その蒸着物は、部分によって、3〜5ｍｍの大きさにまで成長した。この蒸着物 が成長する様子は、あたかも、タングステン・ワイヤに隨毛が生えて行くようで あった。この蒸着物を調べたところ、数百万本の単層・カーボン・ナノチューブ から成るバンドルが形成されていた。 具体例３．２本のレーザ・ビームを使用する気化工程 具体例１に関して説明したのと同じ方法で、黒鉛を主成分とするロッド状のタ ーゲットを形成した。その材料は、黒鉛と、黒鉛セメントと、1.2原子％の金属 混合粉末とを混合したものであり、金属混合粉末の組成は、50原子％のコバルト 粉末と50原子％のニッケル粉末とから成るものであった。この材料をプレスで成 形して、ターゲットに仕上げ、これらは具体例１に関して説明したのと同じ方法 で行った。このように黒鉛ロッドとして製作したターゲットを、図２に示した装 置と同様の構成で、ただしタングステン・ワイヤ３２を装備していない装置に装 着した。黒鉛ロッドとして製作したターゲットを装着した石英管をオーブンの中 に配置し、オーブンを1200℃に加熱した。石英管の中に、触媒を使用した不純物 除去を行って水蒸気及び酸素を除去したアルゴン・ガスを流し、その圧力は約50 0Torrとし、その流量は約50sccm（標準立方センチメートル毎分）とした。ただ し、アルゴン・ガスの流量は必ずしもこの値にしなければならない訳で はなく、直径１インチの石英管を使用するのであれば、1〜500sccmの範囲内の流 量とすることができ、また、10〜100sccmの範囲内の流量とすることが好ましい 。第１レーザ装置は、波長が0.532μｍのパルス・ビームを出力するように設定 し、そのパルス１個あたりのエネルギを250mJに設定した。また、そのパルス出 射速度を10Ｈｚとし、パルス持続時間を5〜10nsとした。第２レーザ装置は、第 １レーザ装置から出射されたパルスが停止してから50nsが経過した時点で、ター ゲットヘパルスを出射するように設定した。更に、この第２レーザ装置は、波長 が1.064μｍのパルス・ビームを射出するように設定し、そのパルス１個あたり のエネルギを300mJに設定した。また、そのパルス出射速度を10Ｈｚとし、パル ス持続時間を5〜10nsとした。第１レーザ装置は、ターゲットの表面に直径５mm の照射スポットが形成されるように合焦状態を設定し、第２レーザ装置は、ター ゲットの表面にその光強度分布がガウス分布をなす直径７mmの照射スポットが形 成されるように合焦状態を設定した。更に、ターゲットの表面において、第１レ ーザ装置の照射スポットの中心と第２レーザ装置の照射スポットの中心とが一致 するようにした。第２レーザ装置がターゲットを照射してから、約10分の１秒が 経過したならば、再び第１レーザ装置からの出射と第２レーザ装置からの出射と を続けざまに行わせるようにし、以上のプロセスを気化工程の終了時まで反復し て実行した。 こうしてターゲットの表面をレーザ照射によって気化させて試料を生成させ、 生成した試料をターゲットの下流で回収した。この試料の生成速度は、回収した ばかりの未処理の状態（生試料の状態）の重量で、約30mg/hrであった。生試料 の状態の生成物は、様々な方向に延在する単層・カーボン・ナノチューブが集合 した固まりから成るものであった。また、この生試料の状態の生成物の固まりは 、その大部分が、直径10〜20nm、長さ10〜1000μｍのカーボン・ファイバから成 るものであった。 この生試料の状態の生成物を約２mg取り、それを５mlのメタノール中に投入し て、室温下で、約0.5時間に亘って超音波処理を施した。こうして超音波処理を 施した生成物の透過型電子顕微鏡（TEM）解析を行ったところ、その大部分は、 単層・カーボン・ナノチューブのロープであった。それらロープは、10〜 1000本の単層・カーボン・ナノチューブが寄り添って延在する（ただし所々に枝 が出ている）バンドルであり、どのロープも、その全長に亘って直径が略々一定 していた。また、それらロープは100μm以上の長さであり、同一直径の複数本の 単層・カーボン・ナノチューブで構成されていた。更に、超音波処理後の生成物 のうちの約70〜90重量％が、ロープの形態を呈していた。１本のロープを構成し ている複数本の単層・カーボン・ナノチューブの夫々の端部は、全て、そのロー プの末端部分の100nmの範囲内に先端が位置していた。１本のロープを構成して いる複数本の単層・カーボン・ナノチューブの99％以上が、そのロープの一端か ら他端までの全長において、一様に連続して延在し、その炭素格子に欠陥を含ま ないものであるように見えた。 具体例４．単層・カーボン・ナノチューブ試料を99％以上の純度にまで精製する 精製工程 米国特許出願第08/687,665号に記載されているレーザ生成法により生成した試 料を、以下の方法で精製することで、ナノチューブの濃度を高めた製品が得られ た。レーザ生成法によって生成した単層・ナノチューブの生試料（推定収率は70 ％であった）を、2.6Ｍの硝酸水溶液に投入し、24時間に亘って還流を行った。 この還流は、圧力を１気圧、温度を1200℃にして行った。続いてその溶液を、ポ ア・サイズが５ミクロンのテフロン濾紙を用いて濾過し(Millipore社製のType L S濾紙を使用した）、この濾過によって回収した単層・ナノチューブを、新しい 硝酸水溶液（2.6Ｍ）に投入し、24時間に亘って還流を行った。続いてその溶液 を、再び濾過して、単層・ナノチューブ試料を回収し、この濾過工程によって回 収した試料を、エタノールにNaOHを飽和させた溶液中に投入し、室温下で、12時 間に亘って超音波処理を施した。続いて、そのエタノール溶液を濾過して、単層 ・ナノチューブ試料を回収し、その回収した試料を、６ＭのHCl水溶液に投入し 、12時間に亘って還流を行って中和した。更に、その酸溶液を濾過してナノチュ ーブ試料を回収し、回収した試料を、１気圧のH₂ガス中で、850℃で、２時間に 亘って焼成した（直径１インチの石英管の中にH₂ガスを流し、その流量は1〜10s ccmとした）。以上によって、70mgの精製試料が得られた。TEM解析、SEM解析、 及びラマン分光解析を行って詳しく調べたところ、この 精製試料は99％以上の純度を有することが判明した。また、僅かに含まれる不純 物の大部分は、カーボン・カプセルに閉じ込められたニッケルないしコバルトの 粒子であった。 具体例５．SWNTを切断して短尺のチューブ状炭素分子を得る工程 濾過工程及び焼成工程を実行することで、具体例１で説明したSWNT試料を精製 して、バッキー・ペーパーを得た（厚さは約100μmであった）。このバッキー・ ペーパーに、Texas A&Mの超伝導サイクロトロン装置を用いて２GeVのAu⁺³³イオ ン・ビームを100分間に亘って照射した。照射を終了したバッキー・ペーパーに は、10〜100nmの大きさの弾痕穴が無数に空いており、それら弾痕穴の平均密度 は、ナノチューブの長さ100nmにつき１個存在する程度の密度であった。こうし てイオン・ビームを照射したバッキー・ペーパーを、2.6Ｍの硝酸水溶液に投入 し、24時間に亘って還流を行うことで、高速イオン照射によって生成された無定 形炭素を除去した。続いて、濾過を行ってナノチューブを回収し、それをエタノ ールに水酸化カリウムを溶解した溶液中に投入し、12時間に亘って超音波処理を 施した。更に、再び濾過を行って回収したナノチューブに対して、真空中で、温 度1100℃で、焼成処理を施すことによって、切断されたナノチューブの両端を閉 塞させた。 続いてその試料をトルエン中に分散させて、超音波処理を施した。こうして得 られたチューブ状分子をSEM及びTEMを用いて調べたところ、その平均長さは約50 〜60nmであることが判明した。 具体例６．SWNTアレイを形成するアレイ形成工程 以上に説明した方法を用いて、長さが50〜60nmの（10,10）ナノチューブ分子 を約10⁶個生成した。それら分子に修飾処理を施して、各分子の一端に-SH基を付 加することによって、金メッキ基板上にSWNT分子から成るSAM分子アレイが形成 されるようにした。このSAM分子アレイにおいては、チューブ状のSWNT分子の長 手方向軸心が互いに平行に揃っており、また、それら分子の先端によって、それ ら分子の長手軸の方向に垂直な平面が形成されていた。 具体例７．一様連続形の巨大カーボン・ファイバの成長工程 具体例６に説明したアレイを使用することで、図６及び図７に示した装置にお いて、一様連続形の巨大カーボン・ファイバを成長させることができる。先ず、 そのアレイを構成している複数本のナノチューブの先端（それら先端は、それら ナノチューブの長手方向軸心に対して垂直な平面を形成している）を開く。金メ ッキ基板の表面にナノチューブの２次元アレイが形成されている場合には、その ２次元アレイを正極として、0.1ＭのKOH水溶液中で電解侵蝕処理を行うことによ って、それらナノチューブの先端を開くことができる。 続いて、真空蒸着法を用いて、Ni/Coの金属クラスタを、そのSAMナノチューブ ・アレイを構成している夫々のナノチューブの開いた端部に載るように形成した 。この場合、その金属クラスタを、直径が１nmになるように形成することが好ま しく、そのようにすれば、ナノチューブ・アレイを構成している夫々のナノチュ ーブの開いた端部に、１本のナノチューブに１個ずつのNi/Coクラスタのナノ粒 子を載せることができる。 続いて、Ni/Coナノ粒子で上端の開口を閉塞したそれらナノチューブから成る ナノチューブ・アレイを、真空中で、600℃に加熱する高温処理を行い、この高 温処理によって、カーボン・ナノチューブ及びNi/Coナノ粒予以外の、その他全 てのものを消滅させる。この高温処理を完了した後に、エチレン・ガスを流し始 めると、それらナノチューブが、それらの整列した長手軸心方向に伸び始め、巨 大な直径のカーボン・ファイバが形成される。Ni/Co触媒粒子の殆どが不活性化 したならば、電気化学的エッチング処理によって、夫々のナノチューブの上端を 開き、それらナノチューブと基板とから成るアセンブリの全体を再度洗浄し、そ して、上述の蒸着工程を再度実行してNi/Co触媒粒子をナノチューブの上端に載 せた上で、アレイの成長工程を再開すればよい。以上の方法により、直径が約１ μmの一様連続形のカーボン・ファイバが得られ、これを、室温下で、連続的に 巻取ローラに巻取って回収すればよい。 具体例８．フラーレン・パイプ及びフラーレン・カプセルの生成工程 先ず、直径が2.5cmで、長さが５cmの円筒形のターゲットを装置に装着して、 単層フラーレン・ナノチューブを調製した。このターゲットは、炭素材料を主成 分とする材料（コバルト及びニッケルを1:1の割合で混合した混合金属材料を２ 原子％含有している）で製作したものであり、このターゲットを、直径10cmの 溶融シリカ管の中に配設した。溶融シリカ管の中にアルゴンを流し（圧力は500T orr、流速は２cm sec^-1とした）、溶融シリカ管を1100℃に加熱し、その中でタ ーゲットを、その円筒形の主軸を中心として回転させるようにした。２本のパル ス・レーザ・ビーム（Nd:YAG、1064nm、パルス１個あたりエネルギ１J、パルス 射出速度30回／秒、遅延時間40ns）を、回転しているドラム形ターゲットの外周 面に、直径が７mmの照射スポットが形成されるように合焦状態を設定して、コン ピュータ制御によって左右に偏向させることで、ドラム形ターゲットの長手方向 に走査させるようにし、ターゲット表面への入射角が変化するようにすることで 、ターゲットの表面に深いくぼみが形成されるのを回避するようにした。この方 法によって、２日間の連続運転で20ｇもの試料が得られた。高収量であることが 、この方法の利点である。 以上の装置によって生成した生試料に対して、続いて精製処理を施した。この 精製処理は、生試料を硝酸水溶液に投入し、還流を行った後に、Triton X-100界 面活性剤を溶解したpH=10の水溶液で洗浄するという方法で行った。この方法で 精製して得られる精製フラーレン・ファイバの正味収率は、生試料の段階での初 期品質に左右されるが、通常は、10〜20重量％の範囲内の値となる。フラーレン ・ファイバは、その側壁が分子レベルでの完全性を備えているという特質を有す るため、還流処理によって破壊されてしまうということがない。 以上によって得られたフラーレン・ロープは、互いに高度に絡まり合ったもの であった。それら絡まり合ったフラーレン・ロープによって、至る所にフラーレ ン・トロイドにれは「クロップ・サークル（ミステリー・サークル）」とも呼ば れている）が形成されているのが認められた。これは、フラーレン・ロープどう しが連なってエンドレスになっていることを示唆している。フラーレン・ロープ どうしが連なるのは、レーザ／オーブン生成法でフラーレン・ナノチューブを生 成する際に、高収率の成長プロセスがアルゴン雰囲気中で進行し、その成長プロ セスの進行中に、あるフラーレン・ロープの「成長中」の先端と、別のフラーレ ン・ロープの側面との間に、ファン・デル・ワールス力が働くからである。成長 するフラーレン・ロープは、既存のフラーレン・ロープ（案内ロープ）の側面に 寄り添って成長しようとするため、同一の案内ロープの側面に沿って、互いに 逆方向から２本のフラーレン・ロープが成長してくると、それらロープの成長中 の先端どうしが衝突し、それらが接続することによって先端が消滅する。ロープ の成長が一次元的であるため、この先端どうしの衝突は避けようがない。 このように互いに絡まり合って略々エンドレスになっているフラーレン・ロー プ群に端部を形成した。端部を形成するための技法には、鋏でロープを切断する という方法から、相対論的速度を有する高速の金イオンをロープ群に打ち込むと いう方法まで、数多くの方法があるが、この具体例では、例えばH₂SO₄/HNO₃等の 、強い酸化性を有する酸の存在下で超音波処理を行うことによってロープを切断 する方法を採用した。超音波により発生するキャビテーションによって、ロープ の表面に位置するナノチューブに局部的損傷が発生し、その局部的損傷によって 活性化されたナノチューブが、強い酸化性を有する酸から化学的アタックを受け るようになる。酸がそのナノチューブをアタックしているうちに、そのナノチュ ーブは完全に切断され、切断されたならば、その切断によって形成された開いた 端部から侵蝕されて徐々に短くなって行く。このとき、温度はそれほど高温にし ていないため、ナノチューブの開いた端部は閉じることができない。更に、ロー プの表面に位置するナノチューブが切断されたならば、その下に位置していたナ ノチューブが露出し、その露出したナノチューブがキャビテーションによって損 傷を受けるということが繰り返され、ついにはロープ全体が切断される。以上の 方法でロープを切断した。また、このようにロープを切断することによって切断 されたナノチューブの切片（切断ナノチューブ）を、更に、強い酸化性を有する 酸に暴露することによって、分子レベルでの完全性を備えた切断ナノチューブだ けを残すと共に、それら切断ナノチューブを化学的に清浄な状態にした。 端部が開いた切断ナノチューブの長さ分布は、その酸に暴露する時間を長くす るほど短い側へと移動する。切断ナノチューブを、温度70℃の、濃硫酸と濃硝酸 を3:1の割合で混合した溶液中に投入して調べたところ、切断ナノチューブの平 均短縮速度は約130mm hr^-1であった。また、温度70℃の、濃硫酸と過酸化水素30 ％水溶液とを4:1の割合で混合した溶液（いわゆる「ピラニア」）中での平均短 縮速度は約200nm hr^-1であった。この侵蝕速度は、ナノチューブのキラル・イン デックス（n,m）によって異なり、それは、「アームチェア形」ナノチ ューブ（n=m）はいずれも、その化学的特性が「ジグザグ形」ナノチューブ（m=0 ）の化学的特性とは明らかに相違しており、また、それほど顕著な相違ではない にしても、中間螺旋角のナノチューブ（n≠m）の化学的特性も、それらの化学的 特性とは相違しているからである。 以上のようにして得られた切断フラーレン・ナノチューブの試料を、硫酸ドデ シルナトリウム等の界面活性剤、またはTriton X-100等の非イオン系界面活性剤 を加えた水に投入すると、その界面活性剤の働きによって安定コロイド懸濁液が 得られる。このようにして得られた懸濁液中のフラーレン・ナノチューブを、そ の長さに従って分離した。 分離して得られた切断ナノチューブを、黒鉛の表面に付着させて、そのAFM画 像解析を行ったところ、個々に独立して存在しているナノチューブも少なくはな いものの、大部分のナノチューブはファン・デル・ワールス力によってくっつき 合っていることが判明した。長さが100nm以上のナノチューブは、その端部を半 球状フラーレン・エンド・キャップで閉塞することができる。そして、真空中で 、温度1000〜1200℃で、アニール処理を施すことで、閉じたフラーレン・カプセ ルを形成することができる。 具体例９．フラーレン・パイプ及びフラーレン・カプセルの生成工程及び精製工 程 図１６Ａ〜図１６Ｃについて説明すると、図１６Ａは生試料の状態のSWNTフェ ルト試料のSEM画像であり、図１６Ｂ及び図１６Ｃは、同じSWNTフェルト試料を 精製試料にしたもののSEM画像である。生試料は精製工程の出発物質であり、こ の生試料が余りにも低品質であることがそれらの図から見て取れるが、このこと は、以下に説明する精製工程の有効性を裏付けるものである。この精製工程では 、先ず、生試料のサンプル（8.5mg）を、2.6Ｍの硝酸水溶液1.2リットルの中に 投入し、45時間に亘って還流を行った。この水溶液をPTFE遠心装置の試験管に移 し、2400Ｇの加速度が加わるように設定して２時間に亘って遠心装置を回転させ た。上澄みの酸を捨てて脱イオン水を加え、強く振盪して固形成分を再び懸濁さ せ、再び遠心分離にかけて液体成分を捨て去り、固形成分を回収した。続いて、 1.8リットルの水に20mlのTriton X-100界面活性剤を加え、 水酸化ナトリウムでpH調整を行ってpH10にした水溶液に、その固体成分を投入し て再び懸濁させた。この懸濁液を接線方向流濾過システム（米国、カリフォルニ ア州、Laguna Hillsに所在のSpectrum社製のMiniKros Lab Systemを使用した） のリザーバへ移した。このとき使用したフィルタ・カートリッジ（Spectrum社製 のM22M 600 0.1Nフイルタ・カートリッジ）は、混成セルロース・エステルの中 空ファイバを用いたものであり、中空ファイバの直径は0.6mm、その細孔の直径 は200nm、その全表面積は5600cm²であった。緩衝液として0.2重量％のTriton X- 100水溶液を44リットル用意し、そのうちの初期に使用する34リットルは水酸化 ナトリウムで塩基性（PH10）に調整し、終期に使用する10リットルはpH７に調整 しておいた。フィルタ・カートリッジへの流入圧は６psiに維持するようにした 。また、その流出口に装備した制御弁によって、流出速度を70ml min^-1までに制 限するようにした。以上の設定で濾過を行った結果、精製SWNTの安定懸濁液が得 られた。この精製SWNTのSEM画像は、通常、図１６Ｂに示したようなものとなる 。この懸濁液を濾過して固形成分を回収し、それによって、絡まり合ったSWNTか ら成るペーパー状物質が得られた。このペーパー状物質は、その外観も手触りも 、カーボン・ペーパーによく似ていた。図１６ＣのSEM画像は、この「バッキー ・ペーパー」を破いたときの破れ目を示したものであり、この画像からは、バッ キー・ペーパーを破る過程で、SWNTロープを形成しているファイバの方向がかな りの程度まで揃うことが分かる。出発物質である余りにも低品質の粗製SWNTに対 する、この精製SWNTの総合収率は、９重量％であった。 図１７は、安定コロイド懸濁液中の切断フラーレン・ナノチューブ（パイプ） を電着法を用いて高配向熱分解黒鉛（HOPG）の表面に付着させたものの、テーピ ング・モードAFM画像である。この画像中の切断フラーレン・ナノチューブは、 その延在方向が互いに120℃の角度を成す傾向を示している。これは、それら切 断ナノチューブが、それらの下に存在している黒鉛格子の向きに沿って延在して いるからである。それら切断ナノチューブの高さを、AFM測定したところ、それ らは直径が1〜2nmのナノチューブであり、約半数は単独で存在しているが、残り の半数はファン・デル・ワールス力によってくっつき合い、集団を形成 して存在していることが分かった。かかる切断ナノチューブは、２段階の工程を 経て調製したものであり、２段階の工程とは、切断工程及びポリッシュ工程であ る。典型的な具体例は次の通りである。先ず、容量100mlの試験管に、濃硫酸と 濃硝酸を3:1の割合で混合した混合酸を40ml入れ、その中に10mgの精製SWNTから 成る「バッキー・ペーパー」（図１６Ｂに示したもの）を投入し、35〜40℃の温 度で、24時間に亘って、水浴中で超音波処理を施して（この処理はCole Palmer 社製のB3-R型超音波処理装置を、55kHzに設定して行った）懸濁させた。こうし て得られた懸濁液を200mlの水で希釈し、ポア・サイズが100nmのフィルタ・メン ブレン（米国、マサチューセッツ州、Bedfordに所在のMiLipore社製のVCTP型メ ンブレン）を用いて濾過することにより、切断SWNTナノチューブのうちの比較的 長いものを、そのフィルタ・メンブレン上に捕捉した。更に、捕捉したナノチュ ーブを10mMのNaOH水溶液で洗浄した。続いて、こうして得られた切断ナノチュー ブに対して、ポリッシュ処理（化学的洗浄処理）を施した。このポリッシュ処理 においては、先ず、濃硫酸と過酸化水素30％水溶液を4:1の割合で混合した溶液 中に、切断ナノチューブを投入し、70℃で、30分間に亘って攪拌して懸濁させた 。続いて、ポア・サイズが100nmのフィルタ・メンブレンを用いて再び濾過を行 い、洗浄を行い、0.5重量％のTriton X-100界面活性剤を加えた水中に分散させ て、0.1mg/mlの濃度の切断ナノチューブの懸濁液を調製した。新たに開裂させた HOPG基板上に（米国、オハイオ州、Clevelandに所在のAdvanced Ceramics社製の 基板を使用した）、このナノチューブ懸濁液を20μl滴下し、その液滴をVitron のＯリング（外径４mm、厚さ1.7mm）で囲み、更に、そのＯリング上にステンレ ス鋼製の電極をかぶせてその懸濁液を封止し、1.1Ｖの安定電圧を６分間に亘っ て印加した。ナノチューブは、水中に分散して懸濁しているときには負に帯電し ているため、印加された電界によってHOPGの表面へ移動させられる。こうして電 着が完了した後に、HOPGの表面にナノチューブが付着したものを、スピン式コー ティング装置に装着し、その表面をメタノールで洗浄することによって、水及び Triton X-100界面活性剤を除去した。 図１８は、切断フラーレン・ナノチューブである「パイプ」を水中に分散させ た懸濁液の、フィールド・フロー・フラクショネーション（FFF）の結果を示し たグラフである。Triton X-100の0.5％水溶液中に、切断ナノチューブを0.07mg/ mgの濃度で分散させた懸濁液を調製し、十字流型FFF装置（米国、ユタ州、Salt Lake Cityに所在のLLC社製のF-1000-FO型FFフラクショネーション装置を使用し た）に、この懸濁液を20μl注入した。このFFF装置の運転条件は、Triton X-100 の0.007％水溶液を移動相とし、その流量を2ml min^-1に設定し、また、十字流の 流量を0.5ml min^-1に設定した。図１８Ａ中の、実線の曲線（左側縦軸）は、溶 出するナノチューブの量を、光の散乱度、即ち、混濁度（光の波長は632.8nmと した）で表し、その値を溶出開始時からその時点までに注入した溶離液の総注入 体積量に対して示した曲線である。また、白抜きの丸印（右側縦軸）は、ナノチ ューブの回転運動半径の測定値をプロットしたものであり、それら測定値は、角 度16段階切換式の光散乱装置を用いて測定した（米国、カリフォルニア州、Sant a Barbaraに所在のWyatt Technology社製のDAWN DSPを使用した）。図１８Ｂ、 図１８Ｃ、及び図１８Ｄは、夫々、FFF溶出液の、第１分画、第３分画、及び第 ４分画のナノチューブ長さ分布を示したグラフであり、それら分布は、図１７に 示したような、懸濁液中のフラーレン・ナノチューブを電着によってHOPGの表面 に付着させたもののAFM画像を利用して求めたものである。 図19はAFM画像であり、１本のフラーレン・ナノチューブの「パイプ」の両端 に１個ずつ、直径が10nmの球形の金粒子を連結鎖によって結合したものを示して いる。この画像に示したナノチューブは、ナノチューブとコロイド状金粒子(Sig ma Chemical社製のものを使用した）とを混合した懸濁液から、電着法を用いて 、HOPG黒鉛の表面に付着させたものである。この画像中に不規則な形状の模様と して現れているのは、懸濁液を安定化するために用いたTriton X-100界面活性剤 の残滓の付着痕である。ナノチューブと金粒子との間の連結鎖は、ナノチューブ の開いた両端の各々に共有結合したアルキルチオール鎖によって構成されている 。ナノチューブの開いた両端は、前段階の処理工程で酸による侵蝕が施されてい るため、多くのカルボキシル基が結合していると考えられ、それらカルボキシル 基を、SOCl₂と反応させて、夫々のカルボキシル基に対応したカルボン酸塩化物 に転換させるようにした。この修飾処理を施したナノチューブを、続 いて、トルエン中に溶解したNH₂-(CH₂)₁₆-SHに暴露することで、好適な連結鎖を 形成することができた。この連結鎖は、その中のチオール基が、金粒子と強力に 共有結合する結合サイトとなっている。入念なAFM画像解析の結果、この修飾処 理を施したナノチューブの大部分は、その両端の少なくとも一方に、１個の金粒 子が結合されていることが確認された。 具体例１０．カーボン・ナノチューブを配合した複合材料 １リットルのジクロロエタンに「Epon」という商品名のエポキシ材料を10ｇ溶 解したものに、1ｇの精製単層フラーレン・ナノチューブを分散させて、懸濁液 を調製した。この懸濁液に硬化剤を投入し、溶剤分を真空ロータリ・エバポレー タで除去した。こうして得られたフラーレン・ナノチューブとエポキシ材料とか ら成る複合材料を、24時間に亘って100℃に維持することで硬化させた。 別法として、カーボン・ファイバ及びフラーレン・ナノチューブを共に配合し た複合材料を製作することも可能である。この場合には、上述の、ジクロロエタ ン、エポキシ材料、及びナノチューブから成る懸濁液を大型容器に入れておき、 １本ないし複数本の一様連続形カーボン・ファイバ、またはカーボン・ファイバ を織って製作した１本ないし複数本のカーボン・ファイバ・テープを、その懸濁 液にくぐらせて、懸濁液を含浸させる。続いて、懸濁液を含浸させたカーボン・ ファイバないしカーボン・ファイバ・テープを、所望の形状の型枠に巻き付け、 更にそれを、カーボン・ファイバ−エポキシ複合材料の業界では公知の方法（こ れについては例えば、D.L.Chung著、Carbon Fiber Compositcs(1994)を参照され たい）に従って、オートクレーブの中で硬化させることによって、層間剥離に対 する優れた耐性を有する複合材料が得られる。この複合材料中のフラーレン・ナ ノチューブは、多層のカーボン・ファイバ層の、層間のエポキシ材料の強度を高 める役割を果たしている。また、カーボン・ファイバを、織物テープ層の材料と して使用するばかりでなく、エポキシ材料相の中に絡み合った状態で配合するナ ノチューブの強化材もカーボン・ファイバ製のものとすれば、それによっても優 れた複合材料が得られる。 当業者であれば、以上の詳細な説明から、本明細書中に開示した方法、装置、 組成物、及び製造物の変更実施形態ないし改変実施形態にも、容易に想到し得る ことはいうまでもなく、請求項の範囲は、そのような変更実施形態や改変実施形 態をも包含するように記載したものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION            Carbon fibers formed from single-walled carbon nanotubesBackground of the Invention Fullerenes are sp and hexagonally arranged sp.^TwoClosure consisting only of hybrid carbon It is a basket-shaped molecule. Fullerenes (for example, C₆₀) Condenses from the vaporized carbon It was first identified as a closed spherical basket produced by shrinkage.   Fullerene tubes produce spherical fullerenes from vaporized carbon It is produced in carbon deposits on the anode in a carbon arc process. Ebbese n) et al. [Ebbesen I], “Large-scale synthesis of carbon nanotubes (La rgc-Scale Synthesis of Carbon Nanotubes), Nature, 3rd 58, p. 220 (July 16, 1992) and Ebbesen et al. Ebbcscn II]], "Carbon Nanotubes" ”, Annual Review of Materials Science, 24 Vol. 235 (1994). Such tubes are referred to herein as carpets. It is referred to as bon nanotubes. Carbon nanotubes produced by these methods Most of the notubes were multi-wall nanotubes. That is, the car Bonn nanotubes resembled coaxial cylinders. Carbon nanotubes with up to seven layers Eevessen II; Iijima et al., “Graphite Carbon Spiral Macro "Helical Microtubulcs of Graphitic Carbon", Nature 354, 56 (November 7, 1991.   Single-walled carbon nanotubes are a type of direct current source used in the production of fullerenes. Arc discharge of carbon and a small percentage of Group VIII transition metal Manufactured by evaporation from the anode of the device. Iijima et al., “Single-shell mosquitoes of 1 nanometer Carbon Nanotubes of 1nm Diameter) Nature, 363, 603 (1993); Betune ( Bethune) et al., “A carbon nanotube catalyst with a single atomic layer wall Cobalt Catalyzed Growth of Carbon Nanotubes with Single Atomic  Llyer Walls) ", Nature, 63, 605 (1993) Ajayan et al., “Single-shell carbon nanotubes catalyzed by cobalt.” During synthesis Growth Morphologies During Cobalt Catalyzed Single-Shell Car bon Nanotube Synthesis), Chem. Phys. Lett., 2nd 15, 509 (1993); Zhou et al., "YC_TwoRadicals from particles -Walled Carbon Nanotubes G rowing Radically From YC_TwoParticles) ", Appl. Phy Let s. Lett), 65, 1593 (1994); Seraphin et al. , “Single-Walled Tubes and Encapsulation of Nanocrystals in Carbon Clusters”  and Encapsulation of Nanocrystals Into Carbon Clusters) M. Sok (Electrochem. Soc.), 142, 290 (1995); Saito et al., “Carbon Nanocaps that Enclose Metals and Carbides” sules Encaging Metals and Carbides ”, Jay Fiji Chem Solids ( J. Phys. Chem. Solids), 54, 1849 (1993); and Saito Et al., “Suppression of single-walled carbon nanotubes through the formation of small particles condensed near the evaporation source. (Extmsion of Single-Wall Carbon Nanotubes Via Formation of Small Particles Condensed Near an Evaporation Source), Chem Fiji Lett ( Chem. Phys. Lett.), 236, 419 (1995). Such transition Yield of single-walled carbon nanotubes in an arc discharge device using a mixture of transfer metals Is also known to be significantly increased. Lambert et al. "Improving Conditions Tow for Single-Shell Carbon Nanotube Isolation ards Isolating Single-Shell Carbon Nanotubes), Chem Fizz Let (Ch em. Phys. Lett.), Vol. 226, p. 364 (1994).   This arc discharge method can produce single-walled nanotubes, The yield of tubes is low and the tubes are constructed between the individual tubes in the mixture. Notable variations in structure and size are shown. Individual carbon nanotubes are It is difficult to separate and purify from the reaction product.   Improved methods for producing single-walled nanotubes are hereby incorporated by reference in their entirety. No. 08 / 687,665 entitled "Single-Walled Carbon Nanotubes" Ropes (Ropes of Single-Walled Carbon Nanotubes) " Have been. This method is especially suitable for transition metals, preferably nickel, cobalt or That Of carbon condensed using laser vaporization of mixed-doped graphite substrates It produces single-walled carbon nanotubes with a yield of at least 50%. Single-wall nanotubes produced by this method are arranged in parallel and 10 to 1,000 single-layer cars tightly packed in a triangular lattice combined by loose force The tendency to become clusters named "ropes" composed of bon nanotubes is there. Nanotubes produced by this method tend to favor one structure. There is a direction, but the structure fluctuates.   Laser vaporization methods yield improved single-wall nanotube formulations, but no products Is non-uniform, and the nanotubes are so entangled that We cannot hope for much. Furthermore, carbon vaporization is a high energy process, It's worth it. Therefore, single-wall carbon nanotubes with higher purity and uniformity There remains a need for improved methods of manufacturing. Furthermore, if single-walled carbon nanotubes Many practical materials take advantage of their physical properties, as long as they are available as macroscopic components Could be done. However, such components have not been produced to date.Summary of the Invention   Therefore, an object of the present invention is to provide a single-layer (sin gle-wall) High yield of large amounts of continuous macroscopic carbon fibers from carbon nanotubes , A method of manufacturing in a single step.   Another object of the present invention is to provide a macroscopic carbon fiber produced by such a method. That is.   The purpose of the present invention is also to use as a template in the continuous growth of macroscopic carbon fibers. To provide a molecular arrangement of purified single-walled carbon nanotubes for .   Another object of the present invention is to provide a single-walled carbon nanotube (eg, by evaporation of carbon). Single-wall carbon nanotubes from amorphous carbon and other reaction products formed by An object of the present invention is to provide a method for purifying tubes.   The purpose of the present invention is also substantially free of amorphous carbon and optional with one or more functional groups. To provide a new class of tubular carbon molecules that have been derivatized.   It is also an object of the present invention to provide the carbon fibers, nanotube molecular arrays and tubulars of the present invention. It is to provide many devices that use carbon molecules.   An object of the present invention is to provide a composite material containing carbon nanotubes. You.   Another object of the present invention is to provide a composite material having delamination resistance.   Purification of mixtures containing single-walled carbon nanotubes and amorphous carbon contaminants It has been disclosed. The process comprises removing the mixture under oxidizing conditions sufficient to remove amorphous carbon. Heating followed by at least about 80% by weight of single-walled carbon nanotubes. Recovering the product containing the tubes.   In another embodiment, tubular carbon molecules about 5 to 500 nanometers in length are made. A method of making is disclosed. The method contains single-walled carbon nanotubes Tubular carbon mixture cut from material and having a length in the range of 5 to 500 nanometers And isolating a molecular fraction of substantially equal length. Disclosure Single or multiple nanotubes, power transmission cables, solar cells, batteries As antennas, molecular electronics, tips and manipulators, Can be used in compounds.   In another embodiment, a method for forming a macromolecular arrangement of tubular carbon molecules is disclosed. It is shown. The method has substantially the same range between 50 and 500 nanometers. At least about 10 species long⁶Providing tubular carbon molecules of the formula: Introducing a binding moiety to at least one end of the offspring; a substance to which the binding moiety is attached Providing a support coated with: and said tubular carbon molecules containing a binding moiety. Contacting the support.   In another embodiment, another method of forming a macroscopic molecular arrangement of tubular carbon molecules Is disclosed. First, the nonascale array of microwells was supported. Prepare on body. Next, a metal catalyst is deposited on each microwell. Next, charcoal The flow of the source gas of hydrogen monoxide or carbon monoxide was Aim at the support under conditions for growing nanotubes.   In another embodiment, yet another embodiment that forms a macroscopic molecular arrangement of tubular carbon molecules. A method is disclosed. This method is purified but entangled and relatively endless. Providing a surface containing single-walled carbon nanotube material; short length of broken na Subjecting the surface to oxidizing conditions sufficient to cause tubes to protrude from the surface; and And apply an electric field to the surface to cause the nanotubes to protrude from the surface, usually to the surface. And aligned vertically, and aggregated by Van der Waals interaction force. Including the step of arranging.   In another embodiment, at least 10 generally arranged in parallel.⁶Single layer A method for continuously growing macroscopic carbon fibers containing notubes is disclosed. You. According to the method, generally oriented parallel and about 50-500 nanometers At least 10 having a substantially homogeneous length in the range of⁶Macroscopic view of tubular carbon molecules A molecular sequence is provided. Hemispherical fullerene caps are tubular carbon molecules of this arrangement From its upper end. The upper end of the tubular carbon molecules of the array is then Contact with catalyst metal. The end of the array should be between about 500 ° C and 1,300 ° C For heating, a gaseous carbon source is applied to the end while providing localized energy to the end. Supply to the department. The growing carbon fibers are continuously collected.   In another embodiment, the orientation is generally parallel, from about 5 to about 500 nanometers. At least 10 having a substantially homogeneous length in the range of Torr⁶Single-layer carbon nano A macroscopic molecular sequence containing a tube is disclosed.   In another embodiment, at least about 80% by weight of single-walled carbon nanotubes Disclosed are compositions containing the same.   In yet another embodiment, at least 10 generally oriented in parallel.⁶Simply Macroscopic carbon fibers containing single-walled carbon nanotubes are disclosed.   In another embodiment, the contact points deposited on the open ends of the single-walled carbon nanotubes At least 10 with medium metal⁶Macroscopically containing single-walled carbon nanotubes An apparatus for forming continuous macroscopic carbon fibers from a molecular template is disclosed. This device Limited only open ends of nanotubes in mold in growth and annealing zone Means for heating to a temperature in the range of about 500 ° C to 1,300 ° C. This device is Growth and annealing directly adjacent to the heated open ends of the nanotubes in the mold. Means for supplying a carbon-containing source gas to the gas region. In addition, the device also While maintaining the growth end of the fiber in the annealing and annealing zone, the growth carbon Means for continuously removing the fibers are included.   In another embodiment, a composite material containing nanotubes is disclosed. . The composite material comprises a matrix and carbon nanotubes embedded in the matrix. Including   In another embodiment, a composite comprising a carbon nanotube material is produced. A method is disclosed. The method comprises the steps of providing an aggregate of fibrous material; Adding a probe material to the fibrous material; and And a step of adding to the carbon nanotube material and the fibrous material.   In another embodiment, the naturally occurring derivatized single-walled nanotube molecule A three-dimensional structure is disclosed. This structure is assembled into a three-dimensional structure Includes several component molecules with multiple derivatives. These and other objects apparent to those skilled in the art are set forth in the description and claims which follow. Achieved by light.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for practicing the present invention;   Figure 2 uses two different laser pulses to vaporize a composite bar target 1 is a schematic diagram of an apparatus for practicing the present invention;   FIG. 3A is a transmission electron microscope of a purified single-walled carbon nanotube according to the present invention. Method (TEM) spectrum;   FIG. 3B is a scanning electron microscope of the purified single-walled carbon nanotube according to the present invention. Method (SEM) spectrum;   FIG. 3C is a Raman spectrum of the purified single-walled carbon nanotube according to the present invention. Is;   FIG. 4 schematically shows a part of a uniform single-walled carbon nanotube molecular arrangement according to the present invention. Represented in;   FIG. 5 schematically illustrates a part of a non-uniform single-walled carbon nanotube molecular arrangement according to the present invention. To represent;   FIG. 6 schematically represents a fiber growth chamber apparatus according to the present invention;   FIG. 7 schematically illustrates a fiber pressure equalization and collection area according to the present invention;   FIG. 8 is a composite sequence according to the invention;   FIG. 9 is a composite sequence according to the invention;   FIG. 10 is a power transmission cable according to the present invention;   FIG. 11 schematically illustrates a bistable nonvolatile nanoscale storage device according to the present invention. Represented in;   FIG. 12 is an energy well corresponding to each bistable state of the memory bit of FIG. (Well);   FIG. 13 schematically shows a lithium ion secondary battery according to the present invention;   FIG. 14 is an anode of a lithium ion battery according to the present invention;   FIG. 15A is a transmission electron microscope image of single-walled carbon nanotubes at a medium magnification. ;   FIG. 15B is a high magnification image of adjacent single-walled carbon nanotubes;   FIG. 15C is a high magnification image of adjacent single-walled carbon nanotubes;   FIG. 15D is a high magnification image of adjacent single-walled carbon nanotubes;   FIG. 15E is a high magnification image of a cross section of seven adjacent single-walled carbon nanotubes;   FIG. 16A shows a scanning electron microscope (SEM) of coarse single-walled fullerene nanotube felt. ) An image;   FIG. 16B is an SEM of the single-walled fullerene nanotube felt material of FIG. 16 after purification. Image;   FIG. 16C shows the single-wall obtained after tearing the single-wall fullerene nanotube felt. SEM images of substantial alignment of nanotube rope fibers;   Figure 17 shows cut fullerene nano-deposits deposited on highly oriented pyrolytic graphite Atomic force microscope (AFM) image of the tube;   FIG. 18A shows the field flow fractionation of the cut nanotube suspension. n (FFF)];   FIG. 18B shows the fullerene nanotube length measured by AFM for the three collections. Represents the distribution; and   Figure 19 shows fullerene nanotubes connected to two 10 nanometer gold spheres 3 shows an AFM image of “pipe”.Detailed description of the preferred embodiment Carbon is, by its very nature, self-assembled from hot steam into a complete spherical closed basket. Body (C₆₀(Which is its prototype) (With the help of a) full ends that can be completely sealed with a half fullerene dome at both ends It tends to be a single-layer cylindrical tube. Considered as a unitary single crystal of carbon These tubes are true fullerene molecules with no hanging bonds.   The single-walled carbon nanotubes of the present invention are multi-walled carbon nanotubes. It seems to be much more defect-free than the braves. Single-walled carbon nanotubes Neighbor to compensate for defects by forming bridges between unsaturated carbon valencies oring walls), but the disadvantage of single-wall carbon tubes is that Since carbon nanotubes can occasionally recover defects, It seems to be less than the defects in. Single-walled carbon nanotubes are missing Stronger, more conductive, and therefore have a similar diameter, with few fallouts More useful than multi-walled carbon nanotubes.   The carbon nanotubes, particularly the single-walled carbon nanotubes of the present invention, Because the conductivity and size of carbon nanotubes are small, Devices or semiconductor chip electrical connectors used in computers Useful for manufacturing. The carbon tubes are used as optical frequency antennas for scanning Used as a probe in scanning probe microscopy used in channel microscopy (STM) and AFM And useful. The carbon nanotubes are used for carbon black of automobile tires. May be used instead of or in conjunction with The carbon nanotubes Also, catalysts used in industrial and chemical processes such as hydrogenation, reforming and cracking catalysts Useful as a support for the medium.   Rope consisting of single-walled carbon nanotubes produced according to the present invention is metallic It is. That is, the rope conducts charges with relatively low resistance. The rope, for example, Use as an additive for conductive paints or polymer paints or as a tip for STM It is useful for any application that requires an electrical conductor, including:   Use recognized nomenclature systems when defining carbon nanotubes That helps. In the present specification, MS Dressel House (M.S. Dresselhaus), G. Dresselhaus and P.C. -Eklund, "Fullerenes and Carbon Nanotubes" Family (Science of Fullerenes and Carbon Nanotubes), Chapter 19, especially Chapter 75 Pages 6 to 760 (1996), Academic Press, 525B Street, Shoot 1900, San Diego, California 921 01, United States or Sea Harbor Drive, Orlando, Florida 32877 In the United States of America (ISBN 0-12-221820-5), as a reference. Use the carbon nanotube nomenclature included here. Single-layer cylindrical fuller Are distinguished from each other by a double index (n, m). This n Wraps a single strip of hexagonal “tortoiseshell” graphite around a cylindrical surface This is an integer that describes the cutting method that results in a complete cylinder when both ends are closed. When the two indices are the same (m = n), the resulting tube is When the tube is cut perpendicularly, only the sides are exposed in a hexagon and the tube ends Resembling the arm and seat of an armchair in which the shape of the armchair is repeated n times Therefore, it is said to be of the "armchair" (or n, n) type. Armchair Because the single-walled carbon nanotube is metallic, the single-walled carbon nanotube It is a preferred form of nanotube and has very high electrical and thermal conductivity. Moreover, all single-walled carbon nanotubes have very high tensile strength.   The feature of the double laser pulse described here is (10,10) type single layer carbon Produces abundant nanotubes. The (10,10) type single-walled carbon nanotube Is 13.8 angstroms ± 0.3 angstroms or 13.8 angstroms ROHM has an approximate tube diameter of ± 0.2 Angstroms.   The present invention comprises carbon and one or more Group VI or VIII transition metals, or Target material consisting essentially of, or consisting of, a laser beam The present invention provides a method for producing single-walled carbon nanotubes in which a vaporized solvent is vaporized. The target The vapor from the gas is single-walled carbon nanotubes, which is the main component, and Among them, (10,10) type tubes form predominant carbon nanotubes . The method also provides that the single-walled carbon nanotubes are arranged as ropes, Produce significant quantities of single-walled carbon nanotubes arranged as parallel to each other I do. The (10,10) type tube is also the dominant tip found in each rope. It is a tube. This laser evaporation method is an arc method for manufacturing carbon tubes. It has several advantages over the discharge method. That is, the laser evaporation method uses a single-layer carbohydrate. Control of the conditions that support carbon nanotube growth to a much higher degree. And enable continuous operation, and furthermore, produce single-walled carbon nanotubes with better yield. Produce things of better quality. As described herein, the evaporation method also Used to produce long carbon nanotubes and longer ropes Can be.   Carbon nanotubes are about 0.5% for single-wall carbon nanotubes. 6 to 3 nanometers, 5 nanometers, 10 nanometers, 30 Single or multi-walled carbon nanotubes up to nanometers, up to 60 nanometers Classes have diameters up to 100 nanometers. The carbon nanotube The probe is 50 nanometers to 1 millimeter in length, 1 centimeter, Inches or more than 5 centimeters. Generation produced according to the invention The yield of single-walled carbon nanotubes in the material is unusually high. 10% by weight of evaporant More than 30% by weight, more than 50% by weight of single-walled carbon nanotubes Probe yields are also possible with the present invention.   As further described, the one or more Group VI or Group VIII transition metals may be carbon It catalyzes the growth of tube and / or rope lengths. The one or more group VI or VI Group II transition metals also include single-wall carbon nanotubes and single-wall carbon nanotubes. Produces ropes in high yield. Formation of carbon nanotubes and / or ropes The mechanism by which length is achieved is not completely understood. However, the one or more group VI or When the group VIII transition metal is present at the end of the carbon nanotube, Of carbon can be easily added to the solid structure forming carbon nanotubes It seems to do. The present inventors believe that this mechanism is based on carbon nanotubes and Is believed to be the main cause of high yield and high selectivity of The present invention will be described using this mechanism as a tool to explain the fruits. Even if this mechanism is Even if they prove to be incorrect, either partially or as a whole, The invention achieved is still well described herein.   One aspect of the present invention is to maintain the active end of the carbon nanotube in the annealing zone Carbohydrate including supplying carbon vapor to the active end of carbon nanotubes while heating For producing carbon nanotubes and / or ropes composed of carbon nanotubes Contains the law. Apply a laser beam to a carbon-containing target maintained in the heating zone. The carbon is evaporated in accordance with the invention by means of a cooling device. Similar devices are described in the literature, for example, U.S. Pat. No. 5,300,203 and Chi, incorporated herein by reference. "Fullerenes with Metal Inside" (Chai, etc.) (Fullerenes with Meta ls Inside), J. Phys. Chem., No. 95, No. 20 No. 7564 (1991).   Carbon nanotubes with at least one active end can also be Contains a Group VI or Group VIII transition metal or two or more Group VI or Group VIII transition metals When formed. In the present specification, the “active end ( The term "live end)" refers to the location of one or more Group VI or VIII transition metal atoms. Means the end of the carbon nanotube. One or both of carbon nanotubes The other end may be the active end. Carbon nanotubes with active ends are the most Initially from a target containing carbon and one or more Group VI or VIII transition metals By using a laser beam to evaporate the material, the carbon / VI By supplying a Group V or Group VIII transition metal vapor to the annealing zone, the laser of the present invention is provided. Produced in the evaporator. Optionally target using a second laser beam Helps evaporate carbon from the gas. The carbon nanotube having an active end is Catalyst in the active region of the carbon nanotubes By doing so, the length grows. Additional carbon vapor is then added to the carbon nanotubes. To the active end of the tube to increase the length of the carbon nanotubes.   The formed carbon nanotube is not necessarily a single-walled carbon nanotube. Not limited to, with a large number of walls (two, five or ten or more) Multi-wall carbon nanotubes (coaxial carbon nanotubes) possible. However, preferably, the carbon nanotubes are single-walled carbon nanotubes. The present invention is much more abundant and sometimes far more than multi-walled carbon nanotubes. For selectively producing (10,10) -type single-walled carbon nanotubes abundantly I will provide a.   The annealing zone where the active end of the carbon nanotube is first formed is 500 ° C. To 1,500 ° C, more preferably 1,000 ° C to 1,400 ° C, most preferably Should be maintained between 1,100 ° C. and 1,300 ° C. Car with active end Bonn nanotubes are trapped and maintained in the annealing zone, and the (VI or VIII transition metal The practice of the invention to grow the length by adding more carbon (without the need for additional steam) In embodiments, the anneal zone may be at a lower temperature, ie, between 400 ° C and 1,500. ° C, preferably from 400 ° C to 1,200 ° C, most preferably from 500 ° C to 70 ° C. It may be 0 ° C. The pressure in the annealing zone is between 50 and 2,000 Torr, more preferably Should be maintained between 100 and 800 Torr, most preferably between 300 and 600 Torr It is. The atmosphere in the annealing zone contains carbon. Usually the atmosphere in the annealing zone Also contains gas that cleans the carbon vapor from the annealing zone and sends it to the collection area. car Any gas that does not interfere with the formation of bon nanotubes will act as a cleaning gas, but is preferred. Cleaning gas is helium, neon, argon, krypton, xenon, radon Alternatively, it is an inert gas such as a mixture of two or more of these gases. Helium and Al Gon is most preferred. The use of flowing inert gas allows for temperature control and furthermore Importantly, it can carry carbon to the active end of the nanocarbon. Departure In some embodiments, other substances, such as one or more Group VI or VIII When group IV transition metals are evaporated with carbon, these compounds and their vapors also become anionic. It exists in the atmosphere of the belt. When using pure metals, the resulting steam is Contains metal. If metal oxides are used, the resulting vapor is Contains oxygen or oxygen molecules.   One or more Group VI or VIII transition metals at the active end of the carbon nanotube Avoid or significantly reduce the catalytic activity of the Is important. Water (H_TwoO) and / or oxygen (O_Two) Are too many, The catalytic activity of the one or more Group VI or VIII transition metals is killed or significantly reduced. It is known to be less. Therefore, preferably, water and oxygen are drained from the annealing zone. Is excluded. Usually has less than 5% by weight of water and oxygen, more preferably less than 1% by weight It is sufficient to use a cleaning gas that is adequate. Most preferably, water and oxygen are 0.1 weight %.   Preferably, the formation of carbon nanotubes with active ends and subsequent charcoal The addition of elementary vapor to the carbon nanotubes is all achieved in the same apparatus. Preferred Alternatively, the device comprises a tar containing carbon and one or more Group VI or VIII transition metals. The target and the anneal zone contain a laser to irradiate The annealing zone is maintained, for example, by holding the annealing zone in a furnace. Laser bee Striking a target containing carbon and one or more Group VI and VIII transition metals The target is held in a furnace maintained at an appropriate temperature. Mounted inside a quartz tube. As noted above, the furnace temperature is Most preferably, it is in the range of 1,100 ° C to 1,300 ° C. Tubes are not necessarily It does not need to be a quartz tube and can withstand temperatures (1,000 ° C to 1,500 ° C) It may be made of any material. Alumina and tungsten in addition to quartz Could be used for the production of   When the target is again irradiated with a second laser, improved results are obtained, Also, both lasers adjust the time and separate the time to separate the laser energy. Send out Luz. For example, the first laser evaporates material from the target surface Send out a pulse intensity sufficient to cause Typically, the pulse from the first laser is It lasts about 10 nanoseconds (ns). After stopping the first pulse, the pulse from the second laser Strikes the target or carbon vapor or plasma generated by the first pulse Or evaporate the material from the target surface more uniformly and continuously. Second leh The pulse of the laser may be the same as or weaker in intensity than the pulse of the first laser. The pulse from the second laser is typically More powerful than the pulse, typically about 20-60 ns after the end of the first pulse , Preferably with a delay of 40 to 55 nanoseconds.   Typical specifications of the first and second lasers are shown in Examples 1 and 3, respectively. As a rough guide, the first laser has a wavelength between 11 and 0.1 micrometer. Torr, energy from 0.05 to 1 Joule, repetition frequency from 0.01 to 1.0 00 Hertz (Hz). The pulse time of the first laser is 10^-13Or 1 0^-6Can vary with seconds. The second laser has a wavelength of 11 to 0.1 micrometer. Torr, energy from 0.05 to 1 Joule, repetition frequency from 0.01 to 1.0 00 Hz. The duration of the second laser pulse is 10^-13Seconds to 1 0^-6 Can vary with seconds. Is the start of the second laser pulse the end of the first laser pulse? Should be about 10 to 100 nanoseconds apart. Supply laser for the second pulse If is an ultraviolet (UV) laser (eg, an excimer laser), the time delay is Longer, between 1 and 10 milliseconds. But the second pulse is visible or infrared (IR) When emitted from a laser, the electrons in the plasma generated by the first pulse Is preferred. In this case, the optimal time delay between pulses is about 20-60 nanometers. Seconds, more preferably 40 to 55 nanoseconds, most preferably 40 to 50 nanoseconds. is there. These ranges for the first and second lasers are about 0.3 to 10 For a beam focused on the spot of a nanometer target composite rod. You. The time delay between the pulses of the first and second lasers uses a pulsed laser. This is achieved by computer control known in the art. The inventors have 11 Maryland Drive, Rockport, Illinois 60441, United States (11 M aryland Drive, Lockport, IL 60441, U.S.A.) Kinetics Systems A timing generator and a timing generator manufactured by Kinetics Systems Corporation And 700 Chestnut Ridge Road, Chestnut Ridge Road, New York 10977-6499, United States (700 Chesnut Ridge Road, Chestnut Ri dge, New York 10977-6499, U.S.A.) LeCoy Res. earch Systems, Inc. and nanopulscer A CAMAC crate manufactured by Systems Inc. was used. Bigger tar Multiple first lasers and multiple second lasers are required to scale up to get A required or more powerful laser is used. Main of multiple lasers The feature is that the first laser ablates the material from the target surface equally, The plasma or plasma pull generated by the first pulse by the second laser Depositing sufficient energy into the ablated material in the plume, Ensure that they evaporate into small molecules or small molecules (less than 10 carbon atoms per molecule) It is to be. The second laser pulse is too early after the first pulse The plasma generated by the first pulse is too rich A second pulse is reflected by the plasma. Second laser pulse after first pulse If the ball arrives too late, the plasma generated by the first pulse and / or ablated Thing The quality hits the surface of the target. But the second laser pulse is plasma and Or, immediately after the ablated material is formed, when it arrives at the timing, In particular, the plasma and / or the ablated material may have energy from the second laser pulse. Absorb. The sequence from the first laser pulse to the second laser pulse is The same repetition frequency as the first and second laser pulses, ie, 0.01 to 1,000 Hz It should also be noted that the repetition is repeated.   In addition to the lasers described in the examples, examples of other lasers useful in the present invention XeF (wavelength 365 nm) laser, XeCl (wavelength 308 nm) ) Laser, KrF (wavelength 248 nm) and ArF (wavelength 193 nm) ) Laser included.   Optionally but preferably introduces a cleaning gas into the tube upstream of the target The gas flows downstream through the target while carrying vapor from the target. It is. Quartz tubes contain carbon and one or more Group VI or VIII transition metals. At the point downstream of the target but heated in the quartz tube The conditions for forming the tube should be kept. Car generated in the annealing zone The collection of bon nanotubes is performed by cooling and collecting inside the downstream end of the quartz tube. It is easier to maintain the vessel. For example, carbon nanotubes It can be collected on a water-cooled metal structure mounted in the center of a quartz tube. Mosquito The carbon nanotubes are preferably integrated on a water-cooled collector if conditions are appropriate. You.   The transition metal of group VI or group VIII can be any one or more of the group VI or group VI of the present invention. It can be used as a Group VIII transition metal. Group VI transition metals are chromium (Cr) and molybdenum Den (Mo) and tungsten (W). Group VIII transition metals are iron (Fe), Baltic (co), nickel (Ni), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir) and platinum (Pt). Good Preferably, the one or more Group VI or VIII transition metals are iron, cobalt, ruthenium. Metal, nickel and platinum. More preferably, Kovar A mixture of nickel and nickel or a mixture of cobalt and platinum is used. In the present invention The one or more Group VI or VIII transition metals used are pure metals, Metal oxides, metal carbides, metal nitrates or other Group VI or VIII transition metals It can be used as a contained compound. Preferably, the one or more Group VI or Is a Group VIII transition metal used as a pure metal, metal oxide or metal nitrate . Combined with carbon to facilitate production of carbon nanotubes with active ends The amount of said one or more Group VI or VIII transition metals is from 0.1 to 10 atoms. % (Atom per cent), more preferably 0.5 to 5 atomic%, most preferably 0% 1.5 to 1.5 atomic%. In this specification, "atomic% (atom per cent)" The term means the specified percentage of atoms based on the total number of atoms present . For example, a 1 atomic% mixture of nickel and carbon is defined as the total number of nickel and carbon atoms. 1% is nickel (the remaining 99% is carbon). Two or more When a mixture of the above Group VI or VIII transition metals is used, each metal is 1 to 99 atomic%, preferably 10 to 90 atomic% of the metal mixture, most preferably Is from 20 to 80 atomic% of the metal mixture. Two Group VI or VIII transition metals If used, each metal is most preferably 30 to 70 atomic percent of the metal mixture. . When three Group VI or VIII transition metals are used, each metal is most preferably gold. 20 to 40 atomic% of the genus mixture   As described herein, the one or more Group VI or Group VIII transition metals is a laser. Combined with carbon to form a target for evaporation. Target The rest is carbon, graphite type, fullerene type carbon, diamond Type of carbon or polymer or hydrocarbon, or a mixture of two or more of these Can contain carbon.   Carbon is mixed with the one or more Group VI or Group VIII transition metals in a particular ratio, And carbon and one or more group VI or VIII transitions in the laser evaporation method A target containing a metal is formed. The target is carbon and one or more group VI Alternatively, a transition metal of group VIII is uniformly mixed with the carbon cement at room temperature, and then the mixture is mixed. Into a mold. Compress the mixture in a mold and heat at about 130 ° C. for about 4-5 hours. During that time, the carbon cement epoxy resin cures. The compression pressure used is Mixture of phyt, one or more Group VI or VIII transition metals and carbon cement Into a compact without voids to maintain structural integrity Should be enough. The compact is then slowly placed under an atmosphere of argon flow. And carbonized by heating to 810 ° C for about 8 hours. Continue to mold carbonized To a vapor containing carbon and the one or more Group VI or VIII transition metals. Before use as a target to generate, about 1,200 Heat to ° C for about 12 hours.   The invention is further understood by reference to FIG. 1, which is a cross-sectional view of in-furnace evaporation. . The target 10 is located in the tube 12. Target 10 contains carbon And may contain one or more Group VI or VIII transition metals. Tube 12 is Located in the furnace 14 containing the rim 16 and the heating element area 18. The corresponding parts in the furnace , Insulator 16 'and heating element area 18'. Tube 12 is a target A cut 10 is located in the heating element zone 18.   FIG. 1 also shows a water-cooled device mounted in the tube 12 at the downstream end 24 of the tube 12. The collector 20 is shown. Inert gas, such as argon or helium, whose flow is Upstream of the tube 12 from the upstream end 22 to the downstream end 24 of the tube 12. Introduced to end 22. The laser beam 26 is focused on the target 10 (shown in FIG. (Not done). In operation, the furnace 14 is at a desired temperature, Preferably, it is heated to 1100 ° C to 1300 ° C, usually about 1200 ° C. Argo The cleaning gas is introduced into the upstream end 22 as a cleaning gas. The argon may optionally be at a desired temperature. Preheating to about the same temperature as the temperature of the furnace 14. Laser beam 26 strikes the target 10 and evaporates the substance in the target 10. Target Vapor from unit 10 is carried to downstream end 24 by a flowing argon stream. Target If the cut consists only of carbon, the vapor formed is carbon vapor. Target If partly contains one or more Group VI or VIII transition metals, the vapors And one or more transition metals of group VI or VIII.   Heat and flowing argon from the furnace maintain one area as an anneal zone in the tube. Carry. The volume in the tube of the portion indicated by 28 in FIG. 1 is the annealing zone, There the carbon vapor begins to condense and then actually condenses to form carbon nanotubes Form. The water-cooled collector 20 has a temperature of 700 ° C or lower, preferably 500 ° C or lower. Collects carbon nanotubes formed in the annealed area while maintaining their surface at temperature You.   In one embodiment of the present invention, a carbon nanotube having an active end is Captured or mounted on a tungsten wire provided in the annealing region of the probe 12 Can be In this embodiment, one or more Group VI or VIII transition metals are It is not necessary to keep producing the steam having. In this case, the target Change to a target containing 10 but not containing Group VI or VIII transition metals Alternatively, carbon is added to the active end of the carbon nanotube.   In another embodiment of the present invention, wherein the target is one or more Group VI or VIII When containing a transition metal, the vapor formed by the laser beam 26 will contain carbon and It contains the one or more Group VI or VIII transition metals. The vapor is carbon nanotin A tube is formed in the annealing zone, and then the carbon nanotubes are collected in the water-cooled collector 2. 6, preferably at the tip 30 of the water-cooled collector 26. With carbon in the steam The presence of one or more Group VI or VIII transition metals in the vapor may result in certain fullerenes Carbohydrates and graphite also usually form, but carbohydrates replace fullerenes. Nanotubes are formed preferentially. Carbon in the vapor in the annealing zone One or more group VI or VIII transition gold present at the active end of carbon nanotubes It is selectively added to the active end of the carbon nanotube by a catalytic effect of the genus.   Fig. 2 shows the present invention that can be used to make carbon nanotubes longer. FIG. 3 illustrates an optional embodiment of the present invention, wherein an annealing zone downstream of the target 10 is present. Inside, a tungsten wire 32 is stretched in the diameter direction of the tube 12. Les Laser beam pulses that form a carbon / group VI or group VIII transition metal vapor After hitting the gate 10, carbon nanotubes having an active end are formed in the vapor. To achieve. Some of the carbon nanotubes are trapped on the tungsten wire The active end is directed to the downstream end 24 of the tube 12. Additional carbon vapor The carbon nanotubes are grown. Carbon nanotubes with the annealing zone length of the device Can be manufactured in this embodiment. In this embodiment, the active end is After the initial formation of carbon nanotubes, the vapor must contain only carbon at that point. Therefore, it is possible to exchange for a carbon-only target.   FIG. 2 also shows that portion when the second laser beam 34 strikes the target 10. Indicates minutes. In fact, the laser beam 26 and the second laser beam 34 Oriented on the same surface of the unit 10, but different as described herein. Hit the surface in time.   It is also possible to stop the laser or its and the second laser. Active edge Once the single-walled carbon nanotubes with a portion are formed, the active edge is lower Catalyze the growth of single-walled carbon nanotubes at temperature and with other carbon sources. The carbon source Are switched to fullerenes and can be transported to the active end by the flow of cleaning gas. Wear. The carbon source may be graphite particles carried by a cleaning gas. The carbon The source is introduced into tube 12 and is carried by the cleaning gas to the active end and through the active end. It may be too much hydrocarbon, hydrocarbon gas or a mixture thereof. Useful hydrocarbon Primates include methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, , Toluene, or other paraffinic, olefinic, cyclic or aromatic carbonized Contains hydrogen or other hydrocarbons.   The temperature of the annealing zone in the present embodiment is a single-walled carbon nano Can be lower than the annealing zone temperature required to initially form the tube it can. The temperature of the annealing zone is 400 to 1500 ° C., preferably 400 ° C. It is in the range of 1,200 ° C, most preferably 500-700 ° C. Group VI or VII Group I transition metals catalyze the addition of carbon to nanotubes at these lower temperatures Therefore, these low temperatures are feasible.   Single-walled carbon nanotubes in the rope are 13.8 angstroms ± 0.2 on Measurements have shown that they have a diameter of gustrom. (10,10) type Single-walled carbon nanotubes have a calculated diameter of about 13.6 Å, Single-walled carbon nanotubes in the rope were mainly measured by (10,10) type Has been proven to be. The number of single-walled carbon nanotubes in each rope is About 5 to 5,000, preferably about 10 to 1,000 or about 50 to 1,000 0, most preferably about 100-500. The diameter of ropes is about 20 To 200 angstroms, more preferably about 50 to 200 angstroms The range of the system. (10, 10) monolayer in ropes produced according to the invention car Bonn nanotubes occupy the main part of the tube. More than 10%, 30% Greater than, greater than 50%, greater than 75%, and even greater than 90% (10,10) Rope having single-walled carbon nanotubes have been manufactured. More than 50% Armchair-type (n, n) single-walled carbon of more than 75%, more than 90% Nanotubes are also made according to the present invention and form part of the present invention. Each row The single-walled carbon nanotubes in the loop are arranged to have a lattice constant of about 17 angstroms. The rope having the 2-D triangular lattice is formed. Length 0.1 to 10 or 1 00 or 1,000 micron ropes were produced according to the invention. In the present invention The resistivity of the ropes produced is 27 ° C, which proves that the ropes are metallic At 0.34 to 1 microohm / meter.   Felts made of the above ropes can also be manufactured. The product is here A tangled collection of ropes referred to as "felt" in They are collected in mats. The felt material collected by the inventive method is It has been determined that it has sufficient strength to withstand handling and is conductive. 10 Millimeter square, 100 millimeter square or 1,000 millimeter square The above felts are formed by the inventive method.   One advantage of single-walled carbon nanotubes produced by in-furnace laser evaporation The point lies in its cleanliness. Single-layer carbon nanotubes produced by a typical arc discharge method Tubes are covered with a thick layer of amorphous carbon, which is Utility compared to clean bundles of single-walled carbon nanotubes manufactured by There will be a minute limit. Other advantages and features of the invention will be apparent from the disclosure. Book The invention also relates to "single-wall carbon nanotubes by laser evaporation" by Guo et al. Catalytic Growth Of Single-Walled Nanotubes By LaserVapo rization), Chem. Phys. Lett. 243, 4 9 to 54 (1995).   The advantages achieved by the dual pulse laser ensure that carbon and metal are optimally animated. Rule condition. The dual laser pulse method uses time Achieving this by separating ablation from more complete evaporation of the ablated material . These same optimal conditions are hereby incorporated by reference on July 7, 1995. Day U.S. Pat. Achieved by the use of emitted solar energy. No. 08 / 483,045 Combine any Group VI or VIII transition metal in place of the metals listed in Item Thereby, the single-walled carbon nanotubes and ropes of the present application are manufactured.Purification of single-wall nanotubes   The carbon nanotubes in the material obtained by any of the above methods may be used in the method of the present invention. Can be purified according to At least a part of SWNT Mixtures containing, for example, those described by Iijima et al. Or Bethune et al. It may be possible to manufacture as if. However, with relatively high yields A production method for producing single-walled carbon nanotubes is preferred. In particular, the United States The laser production method as disclosed in patent application 08 / 687,665 is 70% Up to or more single-wall nanotubes can be produced. The arm is mainly composed of armchairs.   A typical manufacturing product for making a mixture containing single-walled carbon nanotubes is , Amorphous carbon deposits, graphite, metal compounds (eg, oxides), spherical Fullerenes, catalyst particles (often coated with carbon or fullerenes) and Probably an intertwined felt containing multi-walled carbon nanotubes. The single-layer carb Nanotubes are essentially “ropes” consisting of parallel nanotubes or Are bundled and aggregated.   Materials with a high proportion of single-walled carbon nanotubes are refined as described here. When produced, the resulting formulation is enriched in single-walled nanotubes, resulting in Nanotubes are substantially free of other materials. In particular, single-wall nanotubes are purified At least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 80% of the substance in the formulation Or at least 95%, and most preferably greater than 99%.   The purification method of the present invention is oxidized to remove amorphous carbon sediments and other contaminants. Heating the felt containing single-walled nanotubes under conditions. Advantages of this purification method In a preferred embodiment, the felt is mixed with nitric acid, a mixture of hydrogen peroxide and sulfuric acid or Heating is performed in an aqueous solution of an inorganic oxidizing agent such as potassium cancerate. Preferably, a single-layer nanotube Sufficient to remove amorphous carbon deposits within a practical time frame. Concentration, but not high enough to erode single-walled carbon nanotubes to a significant extent Reflux in concentrated oxidizing acid solution. 2.0 to 2.6 molar nitric acid is found to be good. Revealed. Under atmospheric pressure, the reflux temperature of such aqueous acid solutions is about 120 ° C.   In a preferred method, the nanotube-containing felt is dissolved in a 2.6 molar nitric acid solution. The solution can be refluxed for 24 hours. Purified nanotubes are, for example, Millipore A 5 micron pore size Teflon, such as Millipore Type LS It can be recovered from the oxidized acid by filtering through a filter. Preferably Performs a second 24 hour reflux in the same concentration of fresh nitric acid solution following the filtration .   When refluxed under acidic oxidation conditions, some of the nanotubes undergo esterification, In other words, this results in contamination of the nanotubes. This polluting ester substance By saponification, for example, using saturated sodium hydroxide solution in ethanol at room temperature Can be removed. Any ester produced by oxidizing acid treatment Other suitable conditions for the saponification of the binding polymer will be readily apparent to those skilled in the art. Scripture Formally, the nanotube formulation is neutralized after the saponification step. 6 molar aqueous hydrochloric acid It was found that refluxing the nanotubes in the solution for 12 hours was suitable for neutralization. However, other suitable conditions will be apparent to those skilled in the art.   After oxidation and optional saponification and neutralization, the purified nanotubes are settled or filtered. Thin mat of purified fibers consisting of single-wall nanotube ropes or bundles, Can be recovered in a form referred to as "bucky paper" Wear. In a typical example, it is purified and neutralized with a Teflon membrane having a pore size of 5 microns. The filtered nanotubes are filtered to give a black I got it. "Bucky paper" nanotubes consist of various lengths, Nanotube or 10^ThreeBundles or ropes of single-wall nanotubes up to It consists of a mixture of single-wall nanotubes and ropes of various thicknesses. Substitute In addition, "bucky paper" is separated by length or straight as described below. It may consist of nanotubes of uniform diameter and / or molecular structure.   Purified nanotubes or “bucky paper” can be used, for example, in a hydrogen gas atmosphere. And finally dried by baking at 850 ° C. Produce a tube formulation.   Manufactured by the dual laser method of US patent application Ser. No. 08 / 687,665. The laser-produced single-walled nanotube material in a 2.6 molar nitric acid aqueous solution, Change solvent once and reflux, then in saturated sodium hydroxide in ethanol, chamber Decompose by ultrasonic for 12 hours at room temperature and further for 12 hours with 6 molar hydrochloric acid aqueous solution Neutralize and remove the aqueous medium to remove hydrogen gas at 1 atm under a hydrogen gas atmosphere at 850 ° C. 2 hours in a 1 inch quartz tube at a flow rate of 1 to 10 cm / sec When baking was performed, the results of detailed TEM, SEM and Raman As a result, the purity is over 99%, and the main impurities are slight carbon-encapsulated nickel / cobalt. Particles. (See FIGS. 3A, 3B and 3C).   In another embodiment, a slightly basic (eg, having a pH of about 8 to 12) The liquid can also be used in the saponification step. First wash in 2.6 molar nitric acid To replace the amorphous carbon in the crude substance with various functional groups, especially carboxylic acid groups, on the periphery. Various sizes such as fulvic acid and humic acid as well as larger polycyclic aromatic hydrocarbons To the bonded polycyclic compound. The base solution ionizes most of the polycyclic compounds, Make it easier to dissolve in solution. In a preferred method, a nanotube-containing ferrule The solution is refluxed in 2-5 molar nitric acid at about 110-125 ° C. for 6-15 hours. You. The purified nanotubes are filtered and teeed with a 3 micron pore size.  10 mM NaOH on a TSTP Isopore filter Wash with lium solution. Next, filter the filtered nanotubes in sulfuric acid / nitric acid solution at 60 ° C. The mixture was polished by stirring for 30 minutes. In a preferred embodiment, the solution is It is a mixture of concentrated sulfuric acid and nitric acid at a ratio of 3: 1. In this process, Essentially any residual material removed is removed from the tubing.   When polishing is completed, dilute the water four times and reconstitute the nanotubes with a 3 micron pore size TSTP.  Filter on Isoporc filter. Again, remove the nanotubes to 10 mmol Wash with sodium chloride solution. Difficult to resuspend when nanotubes dry Finally, the nanotubes are stored in water.   Conditions can be further optimized for special applications, but can be reduced in oxidizing acids. It has been shown that this basic approach by the flow has been successful. By the purification of this method For catalysts, components of composite materials, or cylindrical carbon molecules and single-walled nanotube molecules of Single-wall nanotubes are produced as starting materials in the production of continuous macroscopic carbon fibers .Single-walled carbon nanotube molecule   Single-wall nanotubes made by prior art methods are too long and entangled. It is very difficult to purify or manipulate it. However, the present invention Cut the single-walled nanotubes to a length that is no longer entangled. To close the open end. Short closed cylindrical carbon Nanotubes are a technique used to classify DNA or classify by polymer size. It can be purified very easily using techniques analogous to the method. Therefore, the present invention Effectively provides a new class of cylindrical carbon nanotubes .   The preparation of a uniform collection of short carbon nanotubes cuts the nanotubes, This is achieved by annealing (closed again) followed by fractionation. Cutting and ani The refining process consists of “bucky paper” of purified nanotubes, Performed on any material containing pre-made felt or single-wall nanotubes . When cutting and annealing are performed on felt, the amorphous carbon is preferably removed. Oxidative purification to remove and optional saponification. Preferably, for the cutting step The starting material is a purified single-walled nanotube substantially free of other materials.   Short nanotube cutting cuts to a certain length to facilitate the intended use Alternatively, it is possible to select one having a length in a certain range. Individual Applications related to the cylindrical molecule itself (eg, derivatives, nanoscale in quantum devices) Conductors, ie molecular wires), the length is exactly Up to about 1,000 times the diameter of the tube. Typical cylindrical molecules are about 5 to 1,000 na Metric or longer. As described below, single-layer In order to make a mold useful for growing carbon fiber in a tube, about 50 to 500 na A metric length is preferred.   Desired nanotube molecule length without substantially affecting the structure of the remaining fragments Any cutting method that achieves the above can be employed. The preferred cutting method is a high mass Adopt on-mass ion irradiation. In this method, the sample A fast ion beam from a crotron is converted to an energy of about 0.1 to 10 gigaelectron volts. Gi Irradiate with Preferred high mass ions are about 150 atoms of bismuth, gold, uranium, etc. Includes those exceeding the mass unit.   Preferably, the preparation of a population of individual single-wall nanotubes having a uniform length is not possible. Starting from a homogeneous “bucky paper”, the nanotubes in the “paper” Gold (Au⁺³³) Cutting using a high-speed ion beam. Smell this typical procedure About 10 bucky paper (about 100 microns thick)¹²High speed IO up to Per square centimeter and average 100 nanometers along the length of the nanotube Every meter causes severe damage to the nanotubes in the "paper". High speed IO Similar to a 10-100 nanometer “bullet through hole” that penetrates a sample Create damage to "bucky paper" by law. The damaged nanotubes are then At the point where ion damage occurs, the tube is annealed (closed) by heat sealing, Shorter nanotubes can be produced. Produced at the level of these bundles Even shorter cylindrical molecules have peaks around 100 nanometers in length It has an irregular cut size distribution. Appropriate annealing conditions are required for fullerene technology Are well known, for example, for 1 hour at 1200 ° C. in vacuum or inert gas. Baking   Single-walled nanotubes can also deliberately create defects in the structure of the single-walled nanotube during manufacturing. It can be cut into shorter cylindrical molecules by containing live atoms. You. These defects can be created chemically (eg, by oxidative attack) Can be cut into smaller cuts. For example, in the first carbon source Contains 1 boron per 1000 carbon atoms to prevent chemical attack. Single-walled nanotubes having weaknesses of the organ can be manufactured.   Cutting also involves suspending single-wall nanotubes in a suitable medium, such as a liquid or molten hydrocarbon. This can be achieved by dissolving the liquid with ultrasound. Proper acoustic energy Any device that produces lug can be used. One preferred liquid of this type is 1,2 -Dichloroethane. One such device is Cole-Parmer armer, Inc.) Compact Cleaner (One Pint) Pint)]. This type operates at 40 kilohertz and has a power output of 20 watts. Ultrasonic digestion is a method that has sufficient energy input and that exists in the initial suspension. Continuous for a time sufficient to substantially reduce the length of the tube, rope or cable. Should be done. Typically about 1 depending on the nature of the starting materials and the degree of reduction in length sought. 0 minutes to about 24 hours are used.   In another embodiment, the bubble collapse [(bubble collapse) (5,000 ° C. or less) And about 1,000atm or less)] In order to generate defects along the rope length due to the attack of more free radicals, Ultrasonic digestion can be used. These defects are attacked by sulfuric / nitric acid solutions. Shot, cutting the nanotubes clean and removing the underlying damage and cutting tips. Expose the tube. When acid attacks the tube, the tube is completely cut open, Gradually begins to erode away, the opening end cannot be closed again at a mild temperature . In a preferred method, the nanotubes are placed in a sulfuric / nitric acid solution at 40-45 ° C. Bath sonication is performed with stirring for 24 hours. Then, in the sulfuric acid / nitric acid solution, 40 Stir at 乃至 45 ° C. for 2 hours without sonication. This is caused by sonication Attack all defects with the sulfuric / nitric acid solution without further defects Things. The nanotubes are then diluted 4-fold with water and the 0.1 micron pore size block is Filter using an ICTP (VCTP) filter. Next, the nanotube And washed with a 10 mM sodium hydroxide solution on the VCTP filter. Cleanse. The nanotubes were stirred in a sulfuric / nitric acid solution at 70 ° C for 30 minutes. Polished. The polished nanotubes are diluted 4 times with water and 0.1 micron pore size VCT Filter using a P filter, then filter to a 0.1 micron pore size VCTP filter. After washing with 10 mM sodium hydroxide on a filter, store in water.   For example, oxidative ablation methods using high concentrations of nitric acid also cut single-wall nanotubes. Can be used to cut shorter lengths. For example, several hours to one day in concentrated nitric acid Alternatively, refluxing the SWNTs for 2 days results in significantly shorter SWNTs. The speed of cutting by this mechanism depends on the helicity of the tube. This fact Utilization of the method makes it possible to separate (n, n) type tubes from types (n, m). It will be easier.   The length distribution is systematically shortened with acid exposure time. For example, a capacity ratio of 3 The average cutting of nanotubes in concentrated sulfuric acid / nitric acid solution at 70 ° C is about 100 nm. At Torr / hr speed. Sulfuric acid / 30% aqueous hydrogen peroxide (volume ratio 4 to 1) Near ") at 70 ° C. in the mixture, the shortening rate is approximately 200 nanometers / hour. Dissolution The erosion rate is determined by the chiral index (n, m) of the nanotube, ie, the zigzag type All arm-chair tubes chemically distinguished from tubes (m = o) Sensitive to nanotubes (m = x) and nanotubes with intermediate helix angles (n ≠ m) Not very sensitive.   By this process, the cleaned nanotubes are 50 to 500 nanometers, preferably Or cut to a length of 100 to 300 nanometers. The obtained fragment is trito Surfactants such as Sconsin, United States (Aldrich, Milwaukee, WI, U.S.A.)] Forms a colloidal suspension in water. This black suspension is Various operations such as sorting by length using separation and electrodeposition on graphite AFM imaging following is possible.   In another embodiment, single-wall nanotubes are exposed using an electron beam cutting device. Can be cut in a known manner.   The cutting techniques may be used in combination.   Uniform populations of single-walled nanotubes are used to separate heterogeneous populations of nanotubes after annealing Can be prepared. Annealed nanotubes are used as an aqueous detergent for sorting It can be dispersed in a solution or an organic solvent. Preferably, the tube is Disperse by sonication in zen, toluene, xylene or molten naphthalene . The main function of this procedure is to form a rope or mat by van der Waals forces. Separating the bound nanotubes. Following separation into individual nanotubes The nanotubes can be separated using known fractionation procedures, such as DNA or polymer fractionation procedures. And can be separated by size. Sorting is also performed on the tube before annealing. In contrast, particularly when the open end has a substituent (carboxy group, hydroxyl group, etc.) Can be easily separated by either size or type. Instead, close The tubing can be opened to introduce such a substituent as a derivative. Close The tubing is also induced, for example, by adding a fusible portion to the end cap. Guidance It can be embodied and easy to separate.   Electrophoresis is one such technique where single-walled nanotube molecules are easily negatively charged. It is more suitable for the separation. Different types of construction (for example, armchairs) Polarization and electrical properties of single-walled nanotubes with (a-type and zig-zag-type) It is also possible to separate nanotubes by type using Minutes by type Separation also involves deriving a mixture of molecules with a moiety that binds preferentially to one type of structure. This can be facilitated.   In a typical example, the nanotubes are made from purified nanotubes refluxed in nitric acid for 48 hours. Black "bucky paper" matte 100 microns thick, Texas Eia ND Superconducting Cyclotron Facility (Texas A & M Superconducting Cyclotron Facility)¹²Up to ions / cm Torr Square Net Flux) Gold (Au⁺³³2) 2 giga electron volt beam of ions Was irradiated for 100 minutes. Irradiated “paper” is vacuum coated at 1,200 ° C for 1 hour. And seal the tube with a “bullet through hole”, then sonicate Dispersed in Ruen. The resulting cylindrical molecules were examined by SEM, AFM and TEM .   According to the procedure described here, the cylindrical part was wound and joined at both ends parallel to the long axis. Formed from a substantially defect-free sheet of graphene [graphene (hexagonal bonded carbon)] Cylindrical molecules are produced, which are single-walled nanotubes. The nanotube Puts a fullerene cap (eg, hemispherical) on one end of the cylinder and the other It may have a similar fullerene cap at the end. One or both ends You may also open it. These single-layer nanotubes prepared by the method described here The tubes are substantially free of amorphous carbon. These purified nanotubes are actually truly new A new class of cylindrical molecules.   In general, the length, diameter and helicity of these molecules are controlled and desired. Can be arbitrarily valued. Preferred length is 10⁶Hexagonal and preferred The diameter is approximately 5 to 50 hexagonal perimeters, and the preferred helix angle is 0 to 30 degrees Degrees.   Preferably, the cylindrical molecule purifies the material produced by the methods discussed above. In a main armchair (n, n) configuration obtained by Is manufactured by cutting and annealing. These (n, n) type carbon molecules are Purification as described here yields the first true “metallic molecule” s) ". These molecules have a high conductivity and small size. For devices such as integrated circuits and semiconductor chips used in computers. Useful for manufacturing electrical connectors. Single-walled nanotube molecules can also Parts of electrical devices such as a tunneling diode that are dominated by quantum effects at room temperature It is still useful. The metallic carbon molecule comprises an optical frequency antenna and STM and A Useful as a deep needle in scanning probe microscopy, such as used in FM. Semiconductor single-walled nanotube structures for (m, n) type tubes with m ≠ 5n are appropriate Doping into nano-scale semiconductor devices such as transistors Can be used.   The cylindrical carbon molecules of the present invention also create, for example, microwave absorbing materials. It can also be used in high frequency shielding applications.   Single-walled nanotube molecules are known to be catalyzed as fullerenes In any reaction, a catalyst having the additional advantages provided by the linear arrangement of its molecules. Can help. Carbon nanotubes can also be used in processes such as hydrogenation, reforming and decomposition catalysts. It is useful as a support for catalysts used in industrial and chemical processes. Single-layer nanotube Materials containing hydrogen molecules are also useful as hydrogen storage devices in batteries and fuel cells. You.   Cylindrical carbon molecules produced according to the present invention may be open-ended or hemispherical Chemically derivatized at its end sealed with a hemi-filllerene dome can do. Derivatization of fullerene cap structures is based on the known It is easy due to reactivity. "The chemistry of fullerenes (The Chemistry o f Fullerenes), edited by R. Taylor, advanced series of fullerenes (The Advance Series in Fullerenes) Volume 4, World Science (Worl d Science) Publisher, Singapore (1995) and A. Hirsc h) The Chemistry of the Fullerenes, Thieme (Thieme) (1994). Instead, single-wall nanotube fullerenes The cap is oxidized enough to open the tubing but not to erode too much Short exposure to conditions (eg, nitric acid or oxygen / carbon monoxide) One or both ends can be removed and the resulting open tube end Derivatization using a known reaction mechanism for the reactive site at the graphene sheet edge Can be   Generally, the structure of such a molecule is shown below.   The following definitions are used in the present description and claims.   As used herein and in the claims (hereinafter "herein"), The term "alkyl" includes both linear and branched chain groups, e.g., methyl , Ethyl, propyl, isopropyl, butyl, tertiary butyl, isobutyl, pen Tyl, hexyl, isohexyl, heptyl, 4,4-dimethylpentyl, octyl 2,2,4-trimethylpentyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl and And their various branched chain isomers. The chains may be linear or cyclic. And saturated or unsaturated, for example, a double bond and a triple bond May be included. The alkyl group includes, for example, halogen, oxygen, silyl, And may be interrupted or substituted with amino or other acceptable substituents.   The term "acyl" as used herein refers to a compound of the formula -COR where R is any substituted Groups such as alkyl, aryl, aralkyl, halogen; substituted or unsubstituted Thiol; substituted or unsubstituted amino, substituted or unsubstituted oxygen, hydroxy or water Carbonyl).   As used herein, the term "aryl" refers to a ring having 6-14 carbon atoms. Monocyclic, bicyclic or tricyclic aromatic groups containing elemental atoms, for example, phenyl, There is naphthyl, substituted phenyl or substituted naphthyl, and substitution of phenyl or naphthyl Examples of the group include an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, halogen, and an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Coxy, hydroxy or nitro.   The term "aralkyl" as used herein includes, for example, benzyl, para Nitrobenzyl, phenylethyl, diphenylmethyl, triphenylmethyl, etc. Refers to the above alkyl groups having an aryl substituent.   As used herein, the term "aromatic or non-aromatic ring" refers to one or more heteroatoms. Child, eg, O, S, SO_TwoAnd 5-8 interrupted or uninterrupted at N May comprise a membered aromatic or non-aromatic ring, or the ring may be, for example, halogen, alkyl , Acyl, hydroxyl, aryl and amino, The heteroatoms and substituents may also be, for example, alkyl, acyl, aryl or ara. It may be substituted by alkyl.   The term "linear or cyclic" as used herein includes, for example, aromatic or non-aromatic. Includes more linear chains, optionally interrupted by aromatic rings. A cyclic chain, for example, Includes aromatic or non-aromatic rings that may be attached to the leading or trailing carbon.   As used herein, the term "substituted amino" refers to one or more substituents, for example, Substituted with alkyl, acyl, aryl, aralkyl, hydroxy and hydrogen Refers to an amino group which may be present.   As used herein, the term "substituted thiol" refers to one or more substituents, such as Substituted with alkyl, acyl, aryl, aralkyl, hydroxy and hydrogen Refers to a thiol that may be   Typically, the open end can contain up to about 20 substituents and the closed end May contain up to about 30 substituents. Due to steric hindrance, about 12 It is preferred to use the substituent at   In addition to the above external derivatization, the single-walled nanotube molecules of the present invention are intrinsic, ie, One or more metal atoms in the structure, as is known in the art of endohedral fullerenes Can be modified. Structure, for example, C₆₀Combined with "Loading" the single-walled nanotube molecule with at least one smaller molecule, Under the influence of an external magnetic field or external force, C₆₀"Bucky ball (bucky ba ll) ”frequently reciprocates back and forth, so it is also possible to switch molecules. You.   To produce encapsulated cylindrical carbon nanotubes, internal species (eg, metal Atoms or “buckyball” molecules) during the process of forming single-wall nanotubes Alternatively, it can be added after the preparation of the cylindrical molecule. Single-wall nanotube material The incorporation of metals into the carbon source to be evaporated to form This is achieved in the manner described in the prior art for the production of products. "Bucky Balls, i.e., spherical fullerene molecules, are formed using the oxidative etching method described above. To remove the cap at one or both ends of the tube,₆₀Or C₇₀Contained The mixture is heated during the equilibration time (eg, to about 500 ° C. to about 700 ° C.) in the presence of steam. Upon heating, excess “buckyball” molecules (eg, C₆₀Or C₇₀) It is preferable to add the compound to the cylindrical carbon molecule of the present invention by adding. Significant (Eg, several tenths of 1% up to about 50% or more) Tubes capture "buckyball" molecules during the process. Tube and ball , The method can be simplified. For example, C₆₀Passing And C₇₀Is cut from (10,10) single-walled nanotubes (about 1 nanometer inside diameter) It fits very well with the released cylindrical carbon molecules. After the loading process, The tube containing the molecule is closed by heating at about 1,000 ° C. under vacuum ( Close by annealing). The inclusion of "buckyball" can be done by microscopic inspection, for example And TEM.   The encapsulated cylindrical carbon molecules are then removed from the empty tube and any remaining New physical properties introduced from loaded materials into loaded cylindrical molecules, for example, When the metal atoms impart magnetism or paramagnetism to the tube, or When adding excess mass to a tube, it can be separated using its physical properties. it can. Separation and purification based on these and other physical properties will be readily apparent to those skilled in the art. It will be clear.   C₆₀Or C₇₀Fullerene molecules such as from the electronic point of view (for example, More stable energy than obtained outside the tube (due to Rewars interaction) To give the configuration an environment, appropriately selected cylindrical molecules [eg, (10,10 ) -Type single-walled nanotubes].Molecular arrangement of single-walled carbon nanotubes   One application of particular interest for homogeneous populations of single-wall nanotube molecules is the individual Substantially to form a monolayer extending in a direction substantially perpendicular to the nanotube orientation Monolayer nanospheres that condense and condense in equilibrium (eg, due to van der Waals forces) To produce a substantially two-dimensional array of tubes. Such a single-layer arrangement Is "self-assembled monolayers (SAM)" or Langmuir Bro Jet film [Langmuir-Blodgett film (hereinafter referred to as “LB film”)] [Hill Hirsch, pp. 75-76]. be able to. Such a monolayer arrangement is shown schematically in FIG. In this figure, Tube 1 is bound to a substrate 2 having a reactive coating 3 (eg, gold).   Typically, self-assembled monolayers are made of gold, mercury or ITO (indium-tin-oxide) or the like. ] Created on a substrate that is a metal. The molecule of interest is here simply Although it is a single-walled nanotube molecule, -S-, -S- (CH_Two) n-NH-, -SiO_Three(CH_Two)_ThreeNH- Etc. (usually covalently) to the substrate through a linker moiety. The binding moiety may be attached to the substrate first, or first to the open (Closed end) to provide reactive self-assembly. The LB film has two phases (for example, It forms at the interface between hydrocarbons (such as benzene and toluene) and water. The orientation of the film is the same as that of the hydrophilic part. Achieved by using molecules or linkers, each with an oil portion at the opposite end. It is.   The arrangement of single-wall nanotube molecule arrays can be uniform or uneven, depending on the application for which they are provided. Can be one. Using single-walled nanotube molecules of the same type and structure is shown in FIG. A uniform array of different types is obtained. The use of different single-wall nanotube molecules can A random or irregular structure is produced. FIG. 5 shows an example of a non-uniform arrangement. here The tube 4 is of the (n, n) type, ie metallic in construction, and the tube 5 is m, n) type, that is, insulating. This configuration is based on a previously shielded reactive substrate This is achieved by using a sequential reaction after removing the region.   10 in a substantially parallel relationship^ThreeTo 10^TenOr more single-walled nanotubes The array containing the molecules is itself a nanoporous conductive molecular film, for example, And a battery such as a lithium ion battery. This membrane is also -[Bisthocyanate bis (4,4'-dicarboxy-2,2'-bipyridineRu (I I)) With or without the addition of a photoactive molecule such as Used to produce highly efficient lightning cells of the type shown in U.S. Pat. Can be used.   One preferred use of the single-walled nanotube molecular arrangement of the present invention is described below. Seeds for macroscopic carbon fiber growth of single-walled carbon nanotubes Is to provide a template. The use of macroscopic cross-sections in this mold To keep the active (open) end of the nanotube exposed to the raw material during growth Particularly useful. The template sequence of the present invention may be as formed on the first template, or Separated from its initial mold or (Van der Waals forces Second) which can be used without a substrate and is more suitable for the conditions of fiber formation Can be transferred to a substrate for use.   Species or single-walled nanotube molecular arrays grow macroscopic carbon fibers as follows: When used as a template, the sequence must be formed as a substantially two-dimensional array There is no. Any arrangement that provides a two-dimensional arrangement at the surface above it can be used. That In a preferred embodiment, the template molecule sequence is manipulated as produced below. A possible length of macroscopic carbon.   Any method of forming a preferred template molecule sequence may be a purified "bath" starting material. Including the use of "sticky paper". The surface of "bucky paper" (for example, Oxidation at about 500 ° C. with oxygen / carbon monoxide) As well as the ends, the sides are attacked and many tube and / or rope ends are Projecting from the surface of the "par". The obtained "bucky paper" is placed in an electric field (for example, 100 volts / centimeter square) and projecting tubes and / or The ropes are arranged in a direction substantially perpendicular to the "paper" surface. These tu Probes tend to aggregate by Van der Waals forces to form molecular arrays.   Instead, the molecular arrangement of single-walled nanotubes can be obtained from purified “bucky paper”. The emitting material can be produced by "combing". "Carding" is a scanning type It is a silicon pyramid on a cantilever beam of a scanning force microscope (SFM). Aligning the nanotubes using such a sharp macroscopic tip. For more information, "Carding" means that the tip of the SFM is systematically inserted into "bucky paper" and dragged. It is the process of going down and pulling up from "bucky paper". "Bacquipe For example, (1) systematically add the tip of SFM to "bucky paper" , Squeezing, dragging and advancing along it, (2) one row complete (1) repeat the event until (3) reposition the tip along another row And then repeating (1) and (2) to comb. In a preferred combing method, a piece of "bucky paper" of interest is The above steps (1) to (3) are performed at a certain depth, and then at another depth. By repeating all the steps, the combing is completed. For example, 10 micron meter Draw 20 lines on a square “bucky paper” at 0.5 micrometer intervals Write a lithographic action plan that can be implemented and implement it accordingly Things. This plan of action is to increase the depth by 0.5 micron meters at a time. It can be performed seven times from b to 3 microns.   Large arrays (ie, 10⁶More than one nanotube) Or collapsing a linear collection of tubes and / or ropes (Ie, once a group of n tubes is folded, a bundle of 2n tubes Assemble) using nanoprobes.   Macroscopic arrays also represent nanoscale microwell structures (eg, For example, 10 nanometers width formed on the surface by electron beam lithography technique, 10 with a depth of 10 nanometers⁶With a rectangular recess [well] (A silicon dioxide coated silicon wafer). . Preferably, a catalytic metal cluster (or precursor) is deposited in each well, containing carbon. The raw materials are described below to start the growth of single-wall nanotube fibers from the wells. Aim at the array under the conditions listed. Preformed nanoparticles [ie Dai et al., “Single-Layer Na Produced by Metal-Catalyzed Heterogeneous Reaction of Carbon Monoxide” Single-Wall Nanotubes Produced by Metal Catalyzed Disproport ionation of Carbon Monoxide) ", Chem. Phys. Lett. Volume 260 (1996), pages 471 to 475 (hereinafter referred to as "die") In the form of several nanometers as described in [1] it can. To orient the fibers in a direction substantially perpendicular to the wafer surface, Electric field can be appliedGrowth of continuous carbon fibers from single-wall nanotube molecular arrays   The present invention provides for the formation of continuous carbon fibers from single-wall nanotube molecular arrays to any desired length. Provide a way to extend. Contains aggregates of substantially parallel carbon nanotubes The carbon fibers are grown according to the method of the invention by growing (elongating) the appropriate seed molecule arrangement. Can be manufactured. Preferred single-wall nanotube molecular arrangements are substantially uniform It is produced as described above from a self-assembled monolayer of single-wall nanotubes of various lengths. This As used herein, the term "macroscopic carbon fiber" refers to a material that can be physically manipulated. A reasonable diameter, typically greater than about 1 micron, preferably about 10 microns Refers to fibers having a diameter greater than   The first step in the growth method is to open the growing end of the single-wall nanotube in the molecular array. It is a spider. This is achieved by the oxidation treatment as described above. Next, transition gold A genus catalyst is added to the open end species array. The transition metal catalyst comprises the following carbon-containing source: To a highly mobile carbon radical that can transfer the charge to a favorable hexagonal structure at the growth edge Any transition metal to be exchanged. Preferred materials include transition metals, especially VI Group VIII or VIII transition metals, ie chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), ruthenium (Ru), (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), and Includes platinum (Pt). Also uses lanthanoid and actinoid metals be able to. Preferred are iron, nickel, cobalt and mixtures thereof. You. Most preferred is a mixture of nickel and cobalt in a 50/50 ratio (by weight). It is.   The catalyst can have from about 10 metal atoms to about 2 (depending on the diameter of the single-wall nanotube molecule). At the end of the open single-walled nanotube as a metal cluster containing the 00 metal atom Should be there. Typically, the catalytic metal cluster is on top of an open tube. The reaction is most effective when sitting and not bridging over one or more tubes. It progresses at a good rate. About 0.5 to about 1.0 times the diameter of the tube (for example, 0.5 to Metal clusters having a cross section equal to about 1.5 nanometers) are more preferred.   In the preferred method, the catalyst is a tube having an open molecular arrangement by a vacuum evaporation method. Formed in situ on the end of the hub. In molecular beam epitaxy (MBE) deposition Any preferred device, such as the device used, is used. One such device Wire near the end of the tube (eg, nickel / carbon monoxide wire or nickel And a separate wire of carbon monoxide), the melting point at which enough atoms evaporate from the surface of one wire Simply heating to a lower temperature (eg, about 900 ° C to 1,300 ° C) Sufficient deposition of metal can also be performed. The deposition is preferably carried out in advance in vacuum, Release. About 10^-6Torr to 10^-8Torr vacuum is suitable. Evaporation temperature Should be high enough to evaporate the metal catalyst. Typically, preferred For a preferred embodiment, a nickel / carbon monoxide catalyst, from 1500 ° C. to 2.0 ° C. Temperatures in the range of 00 ° C are suitable. In the evaporation method, the metal is typically a metal Deposited as a single layer of atoms. About 1 to 10 monolayers generally contain the required amount of catalyst. Becomes The deposition of transition metal clusters on the top of the open tube also Can be performed by laser evaporation of a metal target.   The actual catalyst cluster formation at the open tube end is achieved by Sufficient enough for atoms to find open ends and assemble into clusters Temperature is high enough to provide the transfer of This is done by heating to a low temperature. Typically, temperatures up to about 500 ° C. Are suitable. For one preferred embodiment, the nickel / carbon monoxide catalyst system Preferably, a temperature in the range of about 400 ° C. to 500 ° C. is preferred.   In a preferred embodiment, the catalytic metal cluster is the best for the subsequent growth reaction. On the opened nanotube by a docking process to secure the location of the Evaporate. In this method, metal atoms are supplied as described above, but the conditions are For example, modified to provide 1 to 10 minutes at 800 ° C., 10 mTorr of hydrogen I do. Under these conditions, the metal atom cluster moves through the system in search of the reaction site. Things. During the reduction heating, the catalytic material eventually finds an open end and fixes it there. And begin to etch back the tube. The reduction time is determined by the catalyst particles The tube should be long enough to start finding and eroding back It should not be long enough to substantially erode. Switching to the growth conditions As a result, the erosion return process is reversed. At this point, the catalyst particles are Was catalytically active at the end of the Occupies the best place for the department.   The catalyst may also be a catalyst precursor that converts to an active form at growth conditions, such as an oxide, It can be supplied in the form of a stable metal complex with another salt or ligand. As an example Using (primary, secondary or tertiary) alkylamine complexes of transition metals be able to. Similar alkylamine complexes of transition metal oxides can also be used. it can.   In an alternative embodiment, the catalyst is as previously described as described in Dai. Can be supplied as nanoparticles (ie, several nanometers in diameter) Good.   In the next step of the method of the invention, the catalyst is deposited on the open tube end. The single-walled nanotube molecular arrangement is subjected to tube growth (elongation) conditions. This is It may be carried out in the same apparatus on which the medium is deposited, or in a different apparatus. The apparatus for carrying out the method comprises, at a minimum, a source of carbon-containing material and a growing end of the continuous yarn. And ensure that carbon from the vapor is converted to individual nano-tins under the direction of the transition metal catalyst. Requires means to maintain annealing temperature that can be applied to the growth end of the tube You. Typically, the device also has means for continuously collecting carbon fibers. You. The method is described with reference to the apparatus shown in FIGS. 6 and 7 for illustrative purposes only. I do.   The carbon supply needed to grow single-wall nanotube arrays into continuous yarn is gas The reaction is carried out from the inlet 11 to the reactor 10. The gas flow is directed towards the front of the growth array 12. Should be directed. Gaseous carbon-containing raw materials are, as described above, alkyls, Any hydrocarbon or mixture of hydrocarbons including sils, aryls, aralkyls, etc. Can be a thing. Hydrocarbons having about 1 to 7 carbon atoms are preferred. Especially preferred Methane, ethane, ethylene, acetylene, acetone, propane, propylene Len and the like. Most preferred is ethylene. Carbon monoxide can also be used Yes, and is preferred in some reactions. Molybdenum-based When a nano-catalyst is used together with a carbon monoxide feedstock, an in-situ formed catalyst Is believed to follow a different reaction mechanism than that proposed for the cluster. You. Reference die (Dai).   The feed concentrations are preferably selected to maximize the reaction rate, and The higher the degree, the faster the growth rate. In general, the raw materials (eg, The partial pressure of (Len) ranges from 0.001 to 10.0 torr, preferably from about 1.0 to It can be in the range of 10 torr. The growth rate, as described below, It is a function of the temperature at the end, and as a result, the growth temperature and the raw material concentration are balanced and the desired growth rate is obtained. Provide degrees.   Unnecessary pyrolysis at the reactor wall can be minimized, so the carbon feed gas It is not necessary, but preferred, to pre-heat. Only the supply provided for the growth reaction One heat should be focused on the fiber growth tip 12. Fiber rest and reactor Can be kept at room temperature. Heat should be supplied locally by any suitable means. Can be. Focus on growth edge for small fibers (<1mm diameter) Laser 13 (eg, a 514 nm argon ion laser) (CW laser is preferred). For larger fibers, heat is also Can be supplied by microwave energy or high-frequency energy localized at the end it can. Any other form of concentrated electromagnetic energy that can be focused on the growth tip (Eg, solar energy) can be used. However, as sensed by the source gas Care should be taken to avoid absorbed electromagnetic radiation.   The tip of the single-wall nanotube array causes growth and defects in growing fibers. Enough to efficiently anneal and thus form a growth and anneal zone at the tip Should be heated to a suitable temperature. Generally, the upper limit of this temperature is determined by the thermal decomposition and reaction of the raw materials. Governed by the need to avoid vessel fouling or evaporation of the deposited metal catalyst. Most For raw materials, this temperature is less than about 1,300 ° C. Acceptable temperature range The lower limit is typically about 500 ° C., depending on feedstock and catalyst efficiency. About 500 ℃ Temperatures in the range of about 1200C are preferred. In the range of about 700 ° C to about 1,200 ° C Temperature is more preferred. Temperatures in the range of about 900 ° C to about 1,100 ° C are most preferred. No. This is because at these temperatures the best annealing of defects occurs. Ke The temperature at the growth end of the cable is preferably measured by an optical pyrometer that measures the incandescence generated. Monitored and controlled in response. Preferably due to possible contamination issues No, but under some circumstances an inert cleaning gas such as argon or helium can be used It is.   Generally, the pressure in the growth chamber is in the range of 1 millimeter to 1 atmosphere. Total pressure is carbon It should be maintained at one to two times the partial pressure of the raw material. Vacuum pump 15 is shown You can be prepared. Desirably, the feed mixture is recycled to the growth chamber. Success When lengthened, the fibers are transported to a suitable transport mechanism such as a drive roll 17 and a play roll 18. It can be taken out of the growth chamber 16 more. The growth chamber 16 has a vacuum horizontal feed area (vacuum). um feed lock zone) 19.   The pressure in the growth chamber is controlled by using a series of In horizontal feeding, it can be brought to atmospheric pressure. Each of these rooms is Separated by a loose Teflon O-ring seal 21 surrounding the moving fibers. The pump 22 equalizes the differential pressure. The take-up roll 23 is continuously made of carbon fiber at room temperature. Collect fiber cables. The product output of the process is 10 per minute^-3To 10¹Feet It can be in the above range. By this method, continuous carbon consisting of single-wall nanotube molecules Fiber can be produced at the rate of tons every day.   Fiber growth can take place at any stage (to facilitate the production of a particular fiber length or If too many defects occur) it can be stopped. Resume growth For this purpose, the edges should be cleaned by oxidative etching (chemical or electrochemical) (again, Open). The catalyst particles then re-form at the open tube end and grow. You can continue.   The molecular sequence (template) may be subjected to macroscopic physical separation means, eg, The fiber may be removed from the fiber by cutting it with scissors to the desired length. Fiber Any piece of fiber can be used as a template to start producing the same type of fiber be able to.   The continuous carbon fibers of the present invention may also comprise one or more separately prepared molecular sequences or templates. You can also grow from. Multi-array refers to single-wall nanotube type or array geometry May be the same or different with respect to the geometric arrangement. Improvement of tensile properties The large cable-like structure that has been assembled is from a number of smaller discrete arrays shown in FIG. Can grow. In addition to the shielding and coating techniques described above, for example, as shown in FIG. The center of the metallic single-walled nanotube is arranged in the center, and the ring is arranged around the core. By surrounding it with a series of smaller circular non-metallic single-walled nanotubes It is also possible to prepare composite structures.   All structures considered according to the invention do not necessarily have a circular two-dimensional cross-section. Need not even be symmetric. Multi-molecule sequence template In minutes cause non-parallel growth of single-wall nanotubes, resulting in, for example, twisting It is even possible to align them to yield a helical rope. Template sequence As described above in relation to the formation of For this purpose, macroscopic carbon fibers can be grown in contact in the presence of an electric field.Irregular growth of carbon fibers from single-wall nanotubes   Continuous growth of regular bundles of single-wall nanotubes as described above is desirable for many applications But irregularities in single-wall nanotubes, including individual tubes, ropes and / or cables It is also possible to produce useful compositions containing non-oriented materials. Irregular Long method has the ability to produce large quantities, ie, tons / day of single-wall nanotube material .   Generally, the random growth method is supplied with an appropriate transition atom catalyst as described above. Preparing a plurality of single-walled nanotube seed molecules to be used The child is of several orders of magnitude, for example, 10 of its initial length.^TwoTo 10^TenMore than double Under the conditions to be applied.   The seed single-walled nanotube may be, for example, a continuous fiber or a purified “bucky paper”. Is produced, preferably in a relatively short length, as described above. In a preferred embodiment, the seed molecule is grown by the random growth method (eg, for cleavage). More) can be obtained after the first run from the manufactured single-wall nanotube felt You. The length does not need to be uniform and is generally about 5 nanometers long to 10 microns Meter range.   These single-walled nanotube molecules have a macroscopic scale (ma formed on a croscale or nanoscale support. In another embodiment, Plural or singular single-walled nanotube structures can be used as both support material and species. Wear. For example, the self-assembly technique described below uses three-dimensional single-wall nanotube nanostructures. It can be used to form a body (nanostmcture). these The nanoscale powders produced by the technique are used to support materials with irregular growth methods. It has the advantage that it can be added.   Supported or unsupported single-walled nanotube seed material is located at the end of the single-walled nanotube molecule. Open and deposit metal atom clusters as described above Can be combined with a growth catalyst. Alternatively, the growth catalyst may be soluble or It is opened by evaporating a suspension of the seed in a suitable liquid containing the suspended catalyst precursor. One or both ends of the seed molecule can be supplied. For example, if the liquid is water If soluble metal salts such as ferric nitrate, nickel nitrate and cobalt nitrate Used as a precursor. Catalytic substance on the open end of single-walled nanotube seed molecule To ensure correct positioning, the ends of the single-walled nanotubes are At the ligand or, more preferably, at the site where the ligand-stabilized catalytic nanoparticles are bound. Derivatization is therefore necessary in some circumstances.   In the first step of the random growth method, include or dissolve the attached catalyst. The suspension of seed particles associated with the oxidized catalyst precursor is evaporated, where the mixture contacts the cleaning gas stream. Pour into the area, heat to a temperature in the range of 250 ° C to 500 ° C and flush the liquid Evaporate to provide entrained reactive nanoparticles (ie, seed / catalyst). Optionally, this series The granular stream is subjected to a reduction step and the catalyst is further treated (eg, at 300 ° C. to Activate). Next, the carbonaceous raw material gas of the type used in the continuous growth method was used. Introduce into the cleaning gas / active nanoparticle stream, and the cleaning gas causes the mixture to enter the growth zone Carry further through the growth zone.   The reaction conditions in the growth zone are as described above, that is, 500 ° C. to 1,000 ° C. At a total pressure of about 1 atmosphere. Source gas (eg, ethylene or carbon monoxide) partial pressure Is in the range of about 1 to 100 torr. The reaction is preferably carried out in a tubular reactor, , A cleaning gas (eg, argon) flows.   The growth zone comprises (1) preheating the source gas, (2) preheating the cleaning gas, and (3) ) Heating the growth zone externally, and (4) for example a laser or induction coil or By providing localized heating in the growth area by a combination of these, an appropriate growth temperature is maintained. You can.   Downstream recovery of the product produced by this method can be carried out by filtration, centrifugal separation, etc. This can be done by means of knowledge. Purification can also be achieved as described above. Felts made by this irregular method are composites, such as polymers, epoxies, High T for metal, carbon (ie carbon / carbon material) and flux pinning_ζMade of superconductor Can be used to build.Macroscopic carbon fiber   Macroscopic carbon fibers produced as described herein are preferably generally flat. It consists of aggregates of many single-walled nanotubes in a row orientation. Individual nanotubes Are oriented parallel to other individual nanotubes, especially at very close distances May deviate from all nanotubes over a macroscopic distance. The average orientation is generally parallel to all other nanotube orientations in the aggregate. (The macroscopic distance described here is generally considered to be greater than 1 micron. Is). In a preferred form, the single-wall nanotubes are in a regular triangular lattice, i.e. They are arranged in a close-packed relationship.   The carbon fiber of the present invention is composed of individual cylindrical molecules, Or, the portion is crystalline or amorphous. Fiber order depends on the molecular arrangement. It depends on both the tube geometry and the growth and annealing conditions. Fiber The fibers can be subjected to orientation or other secondary treatment before or after collection. This way The more manufactured fibers are, for example, further spun or braided into larger yarns or cables. Can be As-produced fiber is large enough for many applications Also considered to be diameter.   Generally, the macroscopic carbon fibers produced according to the present invention have a sufficient number of substantially parallel fibers. It consists of a simple single-walled nanotube and is actually treated as individual fibers. The diameter is large enough to process to or a larger continuous product. Nano Chu The macroscopic nature of the population of tubes is crucial for end-use applications such as current transmission in these nanotubes. Even important. The macroscopic carbon fibers according to the invention preferably have at least 10⁶ Of single-walled carbon nanotubes, more preferably at least 10⁹Single layer carbon Contains nanotubes. The number of nanotubes assembled is determined by the carbon arc or laser Of single-walled nanotubes in carbon vapor condensing in a vaporizer Number that naturally aligns during formation (10^ThreeLess than). For many applications Thus, preferred diameters of the macroscopic carbon fibers of the present invention range from about 1 to about 10 microns. is there. For some applications, for example, power transmission cables up to a few centimeters Fiber diameter is required. Physically closed between tubes of dopants, for example, fibers For example, it can contain metals, halogens, ferric chloride, etc. is there.   The macroscopic carbon fibers of the present invention are generally at least one millimeter in length. The exact length depends on the particular application for which the fiber is used. For example, with this fiber The present invention, when designed to replace conventional graphite carbon fibers for reinforcement by The fiber length is similar to the conventional carbon fiber length. The macroscopic carbon fiber according to the present invention is When used for conductivity, the fiber length preferably corresponds to the distance where conductivity is required . Typically, such distances are greater than 1 to 100 microns or 1 to 10 millimeters. Or more. If electrical conductivity over a macroscopic distance is required, the macroscopic Preferably, the carbon fibers have an order length of at least meters.   One reason that the continuous carbon fibers of the present invention have such improved physical properties is that For higher order laminates, ie, 10⁹Many of these individual cylindrical molecules are stacked together That is the structure. This structure has much higher flexural strength and higher resistance to chemical corrosion , Better wear resistance, higher elasticity and completely different pulls from similar monolithic materials Provides a tension failure mechanism. The single-walled carbon nanotube fiber of the present invention is extremely low in weight and extremely High tensile strength (weight is only 1/6, but 100 times stronger than steel) Offer. The fibers have a conductivity similar to copper. Furthermore, the thermal conductivity of the fiber is approximately The thermal conductivity of earmonds. The carbon fiber of the present invention also comprises (C⁶⁰Or C⁷⁰God (Better than spherical fullerenes). Generally, the deficiencies of the present invention Continuous carbon fibers without depressions are almost completely polyhexagonal structures that extend over macroscopic distances. Due to its construction, it shows improved physical properties over conventional carbon fibers.   In a special embodiment, the macroscopic carbon fibers according to the invention are arranged in an armchair type arrangement. Having a region substantially containing the single-walled nanotubes of at least one Self-assembled monolayer having a diameter of at least 100 microns, preferably at least 100 microns. It has been grown from the contained molecular sequence. Shield on the surface where monolayers gather By using the membrane, the area containing the single-walled nanotube in the armchair structure, All sides are complete due to the coaxial region of the tube with chiral or zigzag structure Surrounded by An extension from this mold is a conductive or insulated pod. Each layer consists essentially of an indefinite length of a single molecule. Similar method Thus, a coaxial transmission cable having several layers can be manufactured.   The application of these carbon fibers currently uses graphite fibers and high-strength fibers. Applications, including membranes for cells and fuel cells; chemical filters; Catalyst supports; hydrogen storage (used as an absorbent material and in the manufacture of high pressure vessels); Lithium ion batteries; and capacitor membranes. These fibers are Nanostrain (sensitive to either bending or torsion of the tube) It can also be used for electrochemical devices, such as electronic devices. The fibers of the present invention Spun as-is or into threads using known fiber techniques It can be used in the form of worms or yarns.   The carbon fiber technology of the present invention also provides a new composite using a hexaboron nitride lattice. Facilitate the manufacture of a class of products. This material consists of boron and nitrogen atoms (for example, B_ThreeN_TwoOr C_TwoBN_Three) Form a graphene-like sheet with hexagons. Boron nitride precursor Body (eg, trichloroborazine, a mixture of ammonia and boron trichloride or dibohydrate) Run) to the fibers acting as mandrels for the deposition of boron nitride sheets. It is also possible to provide an outer coating on the grown carbon fibers. This outer boron nitride The bare layer provides enhanced insulating properties to the metallic carbon fibers of the present invention. Thermal decomposition It may be used for providing an outer layer of a carbon polymer or a polymer blend. The above person of the present invention Process converts hydrocarbons to boron nitride and then back to hydrocarbons In this way, all carbon lattice regions and boron nitride lattice regions alternate It is possible to grow fibers consisting of notubes. In another embodiment of the present invention In addition, the growth of all boron nitride fibers is based on single-walled nanotubes One can start with the template arrangement and the supplied boron nitride. These gras The phen and boron nitride systems are very close in size to their two hexagonal unit structures. Can be mixed to match. Furthermore, the coefficient of thermal expansion and the tensile They show enhanced physical properties to match. Nitrification Boron fluoride fibers are used in many other applications of composites and carbon fibers as described above as reinforcement enhancers. Can be used.Device technology enabled by the product of the present invention   The unique physical properties of the cylindrical carbon molecule, molecular arrangement and macroscopic carbon fiber of the present invention It offers intense device fabrication opportunities. 1.Power transmission cable   Power transmission line designs generally use aluminum conductors, which are often reinforced (Ie, so-called "ASCR conductors"). this Conductors have higher losses than copper conductors and are generally unshielded and have Connected to the title. The large (10⁶Aggregate) The continuous carbon fiber formed from them creates a power transmission cable with unique design and characteristics Can be used to One such design is shown in FIG. This design Means extra high voltage (EHV) (ie, over 500 kilowatts) , Preferably 10⁶Power transmission (over volts) Corona discharge problem with strength-to-weight characteristics Little or none, essentially a shielded coaxial cable.   The design shown is as described above [eg, (n, n) -type metallic single-walled nanotubes Illustrates the use of fabricated single-wall nanotube-based carbon fiber conductors And a coaxial outer conductor 31 separated by a center conductor 30 and an insulating layer 32. It consists of The center conductor transmits power, and its outer layer conductor is biased to the ground. Is hung. The center conductor can be solid metallic carbon. Instead, the center conductor Is a metallic carbon fiber strand that may be aggregated in a normal spiral fashion in ACSR conductors Can be contained.   The inner conductor may also be woven or braided with metallic carbon fibers as described above, An annular tube may be included that surrounds the vented cardiac space. The insulating layer can be any light It can be an insulating material. Among the preferred embodiments, a strand bundle or boron nitride of boron nitride The woven fabric layer is made as described above and has an annular (formed using insulating spacers) Air space is used.   The outer conductor layer is also preferably spirally formed of metallic carbon fibers as described above. It is made of wound strands. This grounded layer is essentially a corona discharge Eliminate electricity problems or the need to take conventional measures to reduce their emissions Things.   The resulting coaxial structure possesses extremely high strength properties against weight, and Transmits higher power levels over larger distances with less loss compared to power levels Can be used to   One of the above power cable assemblies is a separate It can be used to replace each conductor used for phase. metal By manufacturing a multilayer annular cable having alternating conductive carbon fiber conductors and insulating layers Provide a single power transmission cable carrying three or more phases to install and maintain power lines It can be greatly simplified. 2.Solar cell   No. 5,084,365, which is incorporated herein by reference. Nanocrystallinity replaced by a single-walled molecular arrangement of short carbon nanotube molecules ( nanocrystalline) titanium dioxide. Protrude into the tube The striking light energy is converted into an oscillating electron stream traveling along the length of the tube Therefore, it is not necessary to use a photoactive dye. Ability to provide large charge separation (array tu Length creates a highly efficient battery. To further increase battery efficiency, A photoactive dye (eg, cis- [bis]) attached to the end of each nanotube in the array Thiocyanate bis (4,4'-dicarboxy-2,2'-bipyridineRu (II))] Use is also contemplated by the present invention. In another embodiment of the present invention, Thus, the titanium dioxide nanostructure described by Graychel is a monolayer nanostructure. It can serve as an underlying support for collecting an array of tubes. This fruit In embodiments, the single-walled nanotubes are directly (by absorption) to the titanium dioxide. Attached or first derivatized to provide a binding moiety, then the titanium dioxide Bind to the surface. Use with or without photoactive dyes as described above. Can be. 3.Memory device   The structure in which the charge is sealed inside the tubular carbon molecule described above Used to form the bit structure of Kales' bistable non-volatile memory devices. Can be One embodiment of this type of bit structure is a tubular carbon molecule. A suitable molecule is enclosed in a tube, and the end of the tubular carbon molecule is closed. By exerting a control influence from the outside of the carbon-like molecule, one encapsulated molecule Can be moved back and forth inside the tubular carbon molecule. You. In another embodiment, a relatively short tubular carbon molecule is used. A plurality of magnetic nanoparticles (for example, Ni / Co). Thus, a nanobit used for a magnetic memory device can be formed.   FIG. 11 shows one preferred embodiment of such a bit structure. This bit In construction, the physical dimensions of the tubular carbon molecule 40 depend on the internal encapsulation therein. The size is such that the moving body 41 can move smoothly, that is, it is too thin and moves inside. The size is set so as not to hinder the movement of the body 41. Internal moving object selection base The standards are: (1) The read / write system used to read / write bits. And (2) suitable for the electronic structure of tubular carbon molecules. There are two things.   One preferred configuration of such a nanobit structure follows the process described above. Short (eg, about 10-50 nm long) tubular charcoal formed from (10,10) SWNT C in elementary molecule₆₀Or C₇₀Put spherical fullerene molecule and its tubular carbon content The end of the element is closed and spherical fullerene molecules are enclosed. Also in this case , C to be enclosed₆₀Or C₇₀The inner or outer surface of the molecule (bucky ball) May be appropriately doped. C in the (10,10) nanotube₆₀ When a bucky ball is inserted, the sizes of both are almost perfectly matched. This Another important thing about the combination of is that the nanotube The electronic environment inside is highly compatible with the electronic environment of the bucky ball. And In particular, the electronic environment inside the closed end of the nanotube is It is well compatible with the electronic environment of the key ball, which is the (10,10) nanotube The curvature of the inner surface of the de-cap portion is C₆₀Corresponds to the curvature of the outer surface of the bucky ball After that. According to this configuration, the phase between the two by the van der Waals force is The interaction is optimal. As shown in FIG. Take the bucky ball stuck in the top The amount of energy needed to get out (bucky ball The jammed state is the most electronically stable state). , This bit structure becomes a bistable bit structure.   A suitable read / write structure suitable for reading from and writing to the memory bits described above. An example of the structure is shown in FIG. To write to a memory bit, To the bit, nano circuit element 42 (this nano circuit element 42 must be formed of SWNT molecule Is preferable), and a voltage pulse of an appropriate polarity is applied. Positive voltage pulse Applies a pull to the bucky ball, applying a negative voltage pulse And a bucky ball repulsion works. The memory bits are bistable Therefore, even after the voltage pulse is extinguished, the bucky ball still Stays at the end of the side where it was located at that time. This is This is because both ends of the blade have the lowest energy. Read from memory bit To do this, another nanocircuit element 43 (this nanocircuit element 43 is also formed of SWNT molecules) The bias voltage V_READIs applied. If then If the lucky ball is located at the detection end of the two ends of the nanotube For example, because of the energy level provided by the application of this bias voltage, Flow through the junction due to the resonant tunneling effect to ground potential 44 (this current Flow occurs in a manner similar to the current flow in a resonant tunneling diode ). This indicates that the memory bit is in the first stable state. Can be On the other hand, the bucky ball was not located at the detection end at that time. Then, the energy level given by the application of the bias voltage is Currents do not flow through the junction due to tunneling effects. Read that the memory bit is in the second stable state. Taken. As will be readily understood by those skilled in the art, other than those described above Using other forms of read / write structures (eg microactuators) Is also possible.   The bit elements shown in FIG. 12 may be arranged in a two-dimensional array or a three-dimensional array. By arranging, a memory device can be configured. like this Memory arrays have very small bit elements (eg, about 5 nm × 25 nm) The bit density can be very high, for example 1.0 terabit / cm^Two(This is because the bit interval is, for example, 7.5 nm). The bucky ball moves during the operation of the memory device. The distance that must be moved is only a few nanometers, and the mass of the buckyball is extremely Due to its small size, the write time of the above memory device is about 10^-TenSeconds. 4.Lithium-ion battery   The present invention further relates to a lithium ion secondary battery. Ion secondary electrons can be generated using a number of SWNT molecules in the manner described above (eg, using SAM techniques). ) What is used as a negative electrode (anode) material that is arranged in a SWNT array It is. This negative electrode material is, for example, a large number (for example, 10^ThreeOr more) A configuration in which nanotube molecules are provided on a substrate may be employed. And another way The end of the fine carbon fiber described above is used as the microporous surface of the negative electrode. It is also possible to adopt a configuration for utilizing.   This nanotube molecule array consists of open tubular carbon molecules with open ends. Molecular arrays can also be constructed, and closed-ended tubular carbon It can also be a molecular array composed of molecules. In each case, the individual Intercalation of lithium ions by carbon-like carbon molecules (intercalation compound Are provided in the form of structurally stable micropores. That is, the open type In molecular arrays using tube-like carbon molecules, lithium ions are Intercalated by intercalating into carbonaceous carbon molecules, and In molecular arrays using elemental molecules, lithium ions are Into the triangular pore formed in the end cap of Is Fullerene intercalation compound formed by this intercalation (Fullerene intercalation compound: FIC) containing, for example, lithium ions. Having an aprotic organic solvent electrolyte and LiCoO_TwoCombined with positive electrode (cathode) made of By doing so, an excellent lithium ion secondary battery can be formed. In addition, this lithium ・ Ion rechargeable batteries were introduced at the 1996 IEEE and VLSI circuit symposium. The title was "The Development of Lithium Ion Secondary Batteries" A rechargeable battery of the type described in Mr. Nishi's lecture was shown in FIG. In the figure, a negative electrode 50 is composed of a molecular array in which a number of SWMTs 51 are arranged. ing. Other components of this secondary battery include a positive electrode 52, an electrolytic solution 53, a lithium The ions 54 and the electrons 55;   The lithium storage medium composed of the FIC of the molecular array according to the present invention has a large charge capacity. (E.g., 600 mAh / g or more), excellent stability during charging, and excellent cycle characteristics It has the property. Therefore, by using this lithium-containing medium, Thus, an excellent storage battery having high safety can be configured.   The above-described negative electrode has a large maximum current, a large charge capacity, a small resistance, and an excellent It is reversible, and completes its molecular structure by nano-engineering. It is an electrode formed of carbon molecules having properties. This negative electrode has metallic material properties. Fullerene nanotube molecules to form a nail-bed array It has a membrane (membrane) formed by alignment, In the space between the cattle and inside the pores that are the internal space of each nanotube, lithium ion ON is accommodated. Also, use nanotubes with open ends. If used, optimize the chemical modification applied to the open end. Thus, the characteristics of the interface between the negative electrode and the electrolyte can be improved. This fix The modified product added by the decorating process creates a stable interface where the oxidation-reduction reaction occurs. It is preferable that the organic substance can be provided as a surface. Also, generally, Organic materials used as decorations are similar in structure to the electrolyte used. It is preferred that A preferred example of the agent used for this modification process is polyacid And particularly preferably an oligomer of poly (ethylene oxide). New   For applications as electrodes, nanotubes formed using nano-engineering ・ The electrochemical reaction of the membrane is used. An important point in this regard is that By modifying the edge and side portions of the probe molecule, the lithium ion To form an optimal interface compatible with the electrolyte used in the on-rechargeable battery It is that you are. This makes it easier for lithium ions to attach to the battery electrodes. Therefore, the energy density can be increased. And just as importantly, , So-called SEI (Solid-Electrolyte Interphase) There are times when problems can be overcome. When this SEI problem occurs, the electrode The capacity is significantly reduced, and the reversibility of the electrode is significantly deteriorated.   Li⁺Has excellent characteristics as ions used in a storage battery. lightweight Li as counter ion for⁺Ions with properties exceeding that of No, and Li⁺There are numerous types of solid and liquid electrolytes The advantage of being able to choose from electrolytes, and also the very large number of cathode materials It has the advantage that it can be selected from many types of materials. Can be used as positive electrode material The main functional materials are those whose intercalation site has a three-dimensional mesh structure. Various metal oxides that make up this intercalation site Is Li when the battery is in a discharged state.⁺Refers to the place where Early rechargeable lithium batteries use metallic lithium as the anode material. However, such batteries were associated with the disadvantages listed below.   -The dendrite grows during recharging, so that the lithium forming the electrode It is gradually lost.   -The vigorous reactivity of lithium is a safety issue due to the use of organic solvents. You.   -As described above, the lithium dendrite grows, causing the separator to protrude. The positive electrode and the negative electrode may be broken and short-circuited.   Of these problems, the method found as one of the solutions to the security problem Said that the negative electrode material will be changed from lithium metal to lithium-carbon intercalation compound This has led to the development of so-called "rocking chair" batteries. Rocking chair battery, Li⁺Is reduced to Li⁰Battery When charging and discharging are repeated, the intercalation of the negative electrode formed using a carbon material Between the oxidation site and the positive electrode formed using a metallic material⁺Is round trip Just do it. In the first-generation lithium-ion secondary battery, the carbon material The main reason for choosing graphite was that lithium was already used at that time. This is because the solid-phase chemical reaction between graphite and graphite has been sufficiently elucidated. Also Advantageously, Li in graphite⁺Potential is Li⁰Number of MVs with potential Because it is within 10 times, even if black smoke is used instead of metallic lithium, the weight It is also reasonable that the increase in volume is only slight and the battery voltage does not decrease much. It was free.   However, the fact that we decided to use black smoke, The following new technical problems have arisen:   −Li at room temperature⁺Electrolyte with excellent transport characteristics (for example, propylene) LiClO to carbonate_FourIs dissolved in Li)⁺Cause solvation of , Li⁺At the same time, a graphite intercalation compound is formed. As a result, exfoliated fracture of graphite occurs Dimensional stability and induce premature failure.   -Li in graphite at normal temperature⁺Has a relatively low diffusivity. This is inside the graphite grid From a position surrounded by one hexagonal structure to a position surrounded by a hexagonal structure adjacent to it Relatively large barrier to jump and spread (compared to similarly structured grids) This is because diffusion is suppressed.   The first of these two problems is Li⁺Forms graphite intercalation compound with New electrolytes (eg, dimethyl carbonate and ethylene carbonate) LiPF₆Was overcome by developing an electrolyte solution However, such electrolytes have poor transport ability to move ions. There was that. In order to overcome the second problem, It is necessary to use graphite in different forms (ie, powder, crushed, fibrous, porous, etc.). However, doing so significantly increases the surface area, thereby creating a new The problem of the ream occurs. Some of these issues include, for example, When a graphite intercalation compound is formed on the negative electrode with a solid layer, Liquid intermediate phase: SEI ”), resulting in a reduction in capacity. You. To overcome this problem, the lithium-containing material of the positive electrode must be Use of lithium is higher than the theoretical amount by the amount of lithium consumed by the formation of SEI. This must be done, but doing so still reduces the capacity. This SEI Not much is known about (but due to decomposition of the electrolyte) It is generally accepted that carbonate is only an important component of SEI. Have been. In addition, standards widely adopted in the industry for SEI are Capacity loss should not exceed 10% of the capacity when all lithium is used It is to be.   Further studies have shown that various other forms of carbon (nanocrystalline carbon) can be used. Was found to be usable. Among them are carbon black and coal burning. Products, baked petroleum pitch, baked polymer, natural raw materials (sugar, nut peel, Etc.), the “combined” of carbon and other elements (boron, silicon, oxygen, hydrogen) Money. " Furthermore, it can be seen that completely new systems such as tin oxide are also available. won. Some of these materials have a greater lithium capacity than graphite. However, almost nothing has been elucidated about the microscopic causes of the “increased capacity”. Not. In general, these materials have much lower cycling properties than graphite. Of these materials, all of the materials containing hydrogen The relationship between the pressure and the lithium concentration differs greatly between the charging half cycle and the discharging half cycle. That is, it shows a remarkable hysteresis characteristic. This is a characteristic of the battery. This is an extremely disadvantageous characteristic. And the cause of this hysteresis characteristic Little is known about it. The main advantage of these materials is Is inherently in the form of fine particles or small pieces, so that lithium This means that the movement of ions is performed quickly. This is the lithium ion On-rechargeable batteries are used for high current applications (for example, electric vehicles) When performance is a critical factor in the application, in conditions that are absolutely required is there.   The anode according to the present invention can be separated from the beginning to the end by using nano-engineering. It is manufactured with child-level accuracy. This negative electrode is an electrode of metallic lithium. With the same electrochemical potential as the electrochemical potential, lithium It has a large lithium capacity per volume, and dendrites It does not cause the problem of growth, and is attached to the negative electrode formed only with metallic lithium. There are no associated security issues. In this negative electrode, when charging and discharging, Lithium ions move at high speed, and the charge state or discharge state At any level, structural and chemical integrity is maintained. Further In addition, the interface between the negative electrode and the electrolyte should be designed to be in a desired state. And Li⁰⇔Li⁺The chemical reaction of redox represented by Can be performed with a very small effective resistance. it can.   To give a specific design example of such a negative electrode, for example, a gold-plated copper plate Numerous fullerene nanotubes are placed on a metal support electrode like a nail bed. These are aligned and attached to form a hexagonal lattice array. FIG. As is clear from this structure, according to this structure, Li, which is lithium in a reduced state,⁰But na Inside the space defined between the tubes and inside the nanotube itself. It is housed deep inside the hollow space of the part, which is an advantage of this construction. That is The region where the oxidation-reduction chemical reaction of lithium occurs is mainly exposed to the surface of the electrode. It is limited only to the tip of the nanotube that is coming out. The redox reaction is highly reversible due to the modification at the tip of May be provided. 5.3D self-aligned SWNT structure   In the self-aligned structure (SAM) according to the present invention, SWN as a component of the structure After modifying the T molecule, a large number of such SWNT molecules should be kept together. And a three-dimensional self-aligned structure whose structure is spontaneously generated by There is structure. One possible embodiment is the SAM described above, ie a two-dimensional monolayer. The structure is used as a starting material, ie, a template, to form its three-dimensional self-aligned structure. It is used as a default. SWNT component as a component of this self-aligned structure When a single-function modification is added to the end caps of the offspring, the molecules are oriented in the same direction. Extends and aligns as if the ends of those molecules were abutted, and a three-dimensional structure The tendency to constitute is generated. In contrast, a multifunctional modification was added to the SWNT molecule. In the case, or when a modification is added to each of a plurality of distant positions on each SWNT molecule, In some cases, a structure with symmetry is formed, and in the true sense without symmetry, 3 A dimensional structure may be configured.   The modification treatment is applied to the carbon nanotubes in the sample manufactured by the method described above. Each nanotube has multiple functionally-functional agents (functionally -spccific agents: FSA) may be combined. Both an on-bond and a covalent bond are possible. Also, those multiple FS Regarding the binding position of A, collect them at any one place on each nanotube. When coupled and individually coupled to any set of locations on each nanotube In some cases. Add FSA for self-alignment of nanotubes Therefore, a geometric structure can be configured. Multiple lengths Can be combined to form a single structure. By combining nanotubes with different types of FSA, a single structure It is also possible to make it. In addition, not only does the FSA work to self-align itself, It is also possible to self-align by Van der Waals Der Waals force is applied between the modified fullerene molecules Unmodified fullerene molecules, and modified fullerenes Acts between the molecule and the unmodified fullerene molecule. Can be self-aligned. In addition, by utilizing the selective binding property of FSA, Only a specific size or type of nanotube (target nanotube) Align and exclude untargeted nanotubes from the aligned structure, even if present It is also possible. Thus, in one embodiment, nanometers of a particular length One method is to select an FSA that aligns the tubes. Also like this By combining multiple FSAs with different selectivities, two or more different Align carbon nanotubes of different sizes or types to extend in a certain direction It is also possible to make it.   FSA offers both unmodified carbon nanotubes and modified Can have an effect on any of these carbon nanotubes. Carbon nano-particles that align to form a single structure using the action of FSA By controlling the direction and size of the tube, carbon nanotubes A specific three-dimensional structure can be constructed from the group of blocks. In this way, the effect of FSA is By controlling the three-dimensional geometric structure of the self-aligned nanotube structure Excellent mechanical, electrical, chemical, or optical properties. The possibility of synthesizing an unprecedented unique three-dimensional nanotube material is obtained. That The properties of such 3D nanotube materials depend on the type of FSA used. , And if multiple FSAs are used, what are the interactions between those FSAs? Depending on what happens, it can be various.   Furthermore, after the self-aligned fullerene structure is completed, part of the structure is chemically Physical modification, or physical or chemical treatment, By applying electrical, optical and / or biological treatments, The properties of the self-aligned fullerene structure can be changed. The method for that For example, the self-aligned fullerene structure can be ion-bonded or co- It is not necessary because of the method of joining by bonded bonding or the completion of the structure FSA from its structure, and biological and optical processing There is a method of modifying a part of the sequence of the structure. Such structural modifications, and And / or by modifying the electrical function and / or property of the self-aligned fullerene structure. Change physical, electromagnetic, or chemical functions, or their self-alignment Fullerene structures can be given these functions, and furthermore, their self-aligned Change or new interactions between the Laren structure and other devices Can be granted.   This geometric self-aligned structure can provide various excellent electrical properties Yes, to give specific examples, for example, operating characteristics as an electric circuit, specific Conductive tensor characteristics, specific response characteristics to electromagnetic radiation, diode junction characteristics, Characteristics as a three-terminal device for current control, a capacitor forming a memory element, Characteristics, characteristics as a normal capacitor, characteristics as an inductor, There are characteristics as a child, and characteristics as a switch.   This geometric self-aligned structure can also provide various electromagnetic properties The electromagnetic characteristics include, for example, a change that converts electromagnetic energy into a current. Characteristics as a replacement element, characteristics as an antenna, characteristics as an antenna array, Array that generates coherent interference of electromagnetic waves and decomposes them into electromagnetic waves of various wavelengths Characteristics as an array that selectively changes the propagation state of electromagnetic waves, The chair has characteristics such as an element that causes an interaction with the optical fiber. This Their electromagnetic characteristics differ depending on the FSA used, and the When SAs are used, various properties result from the interaction between the FSAs. For example, the length, position, and orientation direction of each molecule constituting the molecule array are By using FSA to determine properly, the electromagnetic field near those molecules The phase relationship between the induced currents induced inside each of these molecules is a predetermined phase Can be in a relationship. Also, in this case, each of these molecules The induced current induced by the electromagnetic field behaves according to the spatial distribution of the phase angle and frequency of the electromagnetic field. Is shown. In addition, the induced currents induced inside each of these molecules Is also affected by the structure of the molecular array. In addition, use FSA Between individual nanotubes or groups of nanotubes and those external to It is also possible to enhance the various interactions of Transmit some form of stress, strain, electrical signal, current, or electromagnetic interaction It is an action to make it. This interaction allows this self-aligned nanostructure to be An "interface" between any other known useful devices is provided.   In addition, the proper choice of FSA allows for excellent chemical properties or electrochemical Geometrical structure with dynamic characteristics can be constructed by self-alignment, Such chemical or electrochemical properties include, for example, chemical reactions or electrochemical Characteristics when acting as a catalyst in the reaction, absorption characteristics of specific chemical substances, identification Resistance to chemical attack, energy storage properties, and corrosion resistance There is.   Useful biological properties of structures constructed by self-alignment using FSA Examples include properties that act as catalysts for biochemical reactions, specific biochemicals Properties of drugs, agents or structures related to absorption or reaction sites, drugs Or a specific interaction with biological tissue Properties that relate to kinking or causing no specific interaction, Properties as agents for growing in morphology and known biological systems Interacts with the electrical, chemical, physical, or optical functions of There are characteristics such as the resulting agent.   Furthermore, the structure that is constructed by self-alignment using FSA has useful physical properties. Can be provided. A specific example is the ratio of elasticity to specific gravity. The elastic stress tensor can be large, and is not limited to this. , And also have other useful physical properties. Furthermore, this Self-aligned structures can have useful optical properties, The optical characteristics include, for example, light absorption spectrum characteristics, light transmission spectrum characteristics, and the like. In addition, there is a property of changing the polarization state.   This self-aligned structure or the aforementioned fullerene molecules may be used alone or in combination. (Self-aligned structures, fullerene molecules, or a combination of both) (The various forms of foreshortening are collectively referred to as "molecules / structures.") Various devices can be manufactured. For example, one molecule / structure To another structure via physical, chemical, electrostatic or magnetic means By bonding, one molecule / structure is linked to another molecule / structure Between or near one molecule / structure and the molecule / structure Physical, chemical, electrical, optical, Or it can allow communication via biological means. Such information Specific examples of information transmission include physical information transmission by magnetic interaction and electrolyte reaction. Or chemical information transfer by transfer of chemical agents in solution or solution, transfer of electron charge Communication of information and interaction with biological agents or organisms Transmission of optical information through the delivery of biological agents, etc. Communication takes place between the molecule / structure and what the agent reacts to. Will be. 6.SWNT antenna   Fullerene nanotubes replace traditional conductor antenna elements be able to. For example, using (n, n) nanotubes in combination with other materials A Schottky that acts as a light-harvesting antenna A barrier can be formed; One embodiment is a (10,10) nanoti Gold at one end of the tube and lithium at the other end, both via sulfur bridges To form a natural Schottky barrier . This Thereby, a current can be generated by photoconductivity. (10,10) Nano The tube works like an antenna, pumping electrons into the electrodes And the contact between the nanotube and metal is rectified. The backflow of electrons is prevented because of the nature as an ion.   To form an antenna, adjust the length of the nanotube molecule to its final Make the electrical length the desired length. In this case, the electrical Selection of the target length depends on the current flowing inside the nanotube molecule. By interacting with the electromagnetic field in the vicinity of the molecule, the energy of that field is reduced Is converted to the internal current of the nanotube molecule, and vice versa. Is converted to the energy of the electromagnetic field. In addition, When selecting the electrical length of the probe molecule, various frequencies induced in the antenna circuit Of the currents included in the desired frequency range, the Of the various frequency voltages generated in the antenna circuit. Select so that the voltage of the frequency included in the frequency domain is maximized. Both are designed to be moderately large, and are designed to have an appropriate balance. Sometimes.   Fullerene nanotube molecular antennas are also useful as loads for certain circuits. Can also be used. In that case, the current flowing into this antenna What is necessary is just to make it convert into an electric field and a magnetic field. Adjusting the length of the nanotube Thus, it is possible to obtain desired propagation characteristics. And many more Adjust the diameter of the antenna element by using nanotubes in bundles It is also possible.   Furthermore, many antenna elements formed of nanotube molecules as described above are combined. Thus, it is possible to form an antenna array. To do this, we need By properly selecting the length, position, and orientation of the The current flowing inside each of the tube molecules is coherent with a predetermined phase relationship. The nanotubes, thereby charging the area near the nanotube molecules. A magnetic field may be generated or an electromagnetic field in a nearby area may be changed. this Coherent action of the current flowing inside each of multiple nanotube molecules The spatial distribution, angular distribution, and frequency of the electromagnetic field generated by these currents The number distribution is determined, varied, controlled or selected. Also another In one embodiment, the current induced inside the plurality of nanotube molecules is To have a predetermined phase relationship determined by the form of the antenna array Therefore, the secondary electromagnetic field generated by these currents has an appropriate spatial distribution and angle Cloth, and the form that radiates from the antenna array with frequency distribution In this case, the spatial, angular and circumferential distribution of the radiated electromagnetic field Wave number distribution is determined by the form of antenna array and antenna element It is. As a method for forming such an antenna array, for example, The self-aligned single layer forming method described above may be used. 7.Fullerene molecular electronics   The fullerene molecule also has a use to replace a conventional conductive element. An example For example, using fullerene molecules or self-aligned fullerene molecules To make fullerene molecules carry charges in the electronic circuit be able to. In this case, the fullerene molecule has a charge flow in its electrical circuit. Transfer of electric charge between functional elements that change or control Of the object between the objects. Object here Means that the flow of current inside it performs some useful function, Functions include, for example, the ability to change the distribution of the electric field around the object, The function of the switch as an electrical contact and the The functions are realized by responding.   As a specific configuration example, for example, by aligning nanotube molecules by themselves, A bridge circuit for rectification can be formed. Such devices are each Four nanotube molecules on one side of a square, each with one of the squares And four bucky balls arranged at two corners. First, These bucky balls and nanotube molecules are modified and specified individually. Add a functional agent. By the function of the added specific function agent, Crosslinks are formed that bind the buckyballs to the nanotube molecules and bridges Is configured in the required form.   Also, fullerene diodes can be constructed using the self-alignment method described above. it can. This diode consists of two bucky tubes and one -Capsules. In that case, first, Bucky Capse To give a zwitterion. Specifically, Bucky Ka Two positive groups such as triethylamine cation and CO2_Two-Anions etc. By adding two negative groups of the above, a zwitterion can be obtained. Further In one embodiment, a disulfide is provided on each of the ends of the bucky capsule. The (10,10) bucky tubes are connected one by one via a bridge. With this configuration Means that sulfur will act as a specific function agent. 8.Probes and manipulators   Furthermore, using the SWNT molecule according to the present invention, nano-scale probes and Curators can also be manufactured. Specific examples include, for example, AFM devices and And probe tip of STM device and cantilever of AFM device. Can be. In addition, if such a probe has been subjected to the aforementioned modification treatment, Function as a sensor or sensor array having the property of being fixed to the substrate be able to. Such devices are useful for assaying the efficacy of biologically active substances such as pharmaceuticals. Can be used for high-speed screening efficacy tests performed at the molecular level You. Furthermore, the conductive SWNT molecule according to the present invention is also used as an electrochemical probe. can do.   Similarly, a probe-like assembly composed of SWNT molecules was modified. The material handling of nanodevices such as nano forceps It can be used as a tool that is effective in manufacturing and manufacturing. Furthermore, this kind of molecule Tools for manufacturing MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) It can also be used to connect components or circuit components of NANO-MEMS. Wear. 9.Composite materials containing carbon nanotubes   A composite material is a material composed of two or more different component materials. Is known. In general, composites define the overall shape of the composite And a bearing material that determines the internal structure of the composite material. Duplicate If a stress is applied to the composite material, the base material deforms and the stress is increased. It is distributed and transmitted to the material.   Composite materials usually have very high strength, but in most cases the strength is isotropic Large strength against stress in the direction parallel to the plane of the composite material. Demonstrates strength against stress in the direction perpendicular to the plane Crab is small. Due to these characteristics, composite materials having a multilayer structure cause delamination. Easy to grow. Delamination occurs in at least one layer of the multilayer composite material Is peeled off from the previously joined layer, and as a result Voids are generated inside the composite material. This void is extremely difficult to detect Sudden and catastrophic without any warning while the stress is being applied repeatedly. It will lead to destruction.   Carbon nanotubes can be used as load-bearing materials in composite materials. Wear. As explained above, composite materials are generally composed of two or more heterogeneous materials. A base material that defines the overall shape of the composite material, At least one load-bearing material that determines the internal structure of the composite material. Until now Various known materials that have been used as base materials in It can be used as a base material for composite materials. Ba, Mel M. Schwartz, "Composite Materials Handbook (2nd edition, 1992) ))). To illustrate some of the known matrix materials , Thermosetting or thermoplastic various resins (polymers), various metal materials, ceramics And a cermet material.   Thermosetting resins useful as base materials include phthalic polyester resins and polymers. Leic acid polyester resin, vinyl ester resin, epoxy resin, phenol Resin, cyanate resin, bismaleimide resin (bismaleimide), Nadic Nad end-capped polyimide resin (for example, P MR-15). In addition, useful thermoplastic resins include polysulfone resin and polysulfone. Amide resin, polycarbonate resin, polyethylene oxide resin, polysulfide tree Fat, polyether-ether-ketone resin, polyether-sulfone resin, poly Amide-imide resin, polyetherimide resin, polyimide resin, polyarelay Tree Fats and liquid crystal polyester resins. In one preferred embodiment, the matrix material As epoxy resin.   Metal materials useful as a base material include various aluminum alloys. "Aluminum 6061", "Aluminum 2024" and "Aluminium" Aluminum blaze, such as "Memory 713". Ceramics useful as base material Glass materials such as lithium aluminosilicate, alumina and Oxide ceramics such as silicon nitride, nitride ceramics such as silicon nitride, and silicon carbide. There are carbide ceramics such as silicon. Thermic materials useful as base material include Carbide-based thermic (tungsten carbide, chromium carbide, titanium carbide, etc.), fire resistance Thermic (tungsten-tria, barium-carbonate-nickel, etc.), Chromium-alumina, nickel-magnesia, and iron-zirconium carbide You.   The form of the load-bearing material composed of carbon nanotubes according to the present invention is described herein. Any of the various forms described, as well as various known forms Can be However, preferred are fullerene nanotubes (ie, molecular Using carbon nanotubes with structural integrity). Fuller Single-walled continuous hexagonal graphin sheets are missing in the ren nanotubes. A hemispherical fullerene key is attached to the end of the tube There is a shape in which caps are combined. In this case, hemispherical caps are provided at each end. Can be called intrinsic single-wall fullerene nanotubes Yes, and cutting or eroding such nanotubes with both ends closed. After removing the edges, the single-wall fullerene May be called a slave. In addition, multiple single-wall fullerene na Nested tubes in a multi-wall fuller There are such fullerene nanotubes, which are called ren nanotubes. Multi-wall nanotubes (MWNTs) grown by the arc method are also gradually growing Although it is approaching the ideal thing that can be called -len, its molecular structure is still Incomplete. The MWNTs grown by the arc method have considerable Are present, and the density of those structural defects increases every 100 nm. It covers more than one. In contrast, the laser / oven method described earlier The single-walled carbon nanotubes produced in It is recognized that it has the nature. Therefore, a single laser / oven method ・ Wall carbon nanotubes become fullerene nanotubes. Carbon fibers formed from carbon nanotubes such as Laren fiber.   Some of the single-walled fullerene nanotubes have metallic material properties (A Armchair type (in the form of (n, n) type), but with metallic material properties Some have a helical structure that is not. All of these are cut into appropriate lengths and It can be used in the form of a round tube-shaped molecule. Short formed by cutting Nanotubes (cut nanotubes) are called reinforcement and reinforcement at the molecular scale. It offers advantages not available with conventional technology. In contrast, Nanoti As the tube length approaches the micron scale, it becomes rigid on the molecular scale While having the properties of a tubular molecule, the flexibility increases.   A structure in which a plurality of carbon nanotubes are bundled is called a rope in this specification. But about 10^ThreeEven ropes of up to about a few carbon nanotubes It is useful as a strength material for composite materials. The carbon nano-tube manufactured by the method described above The ropes of the probe are entangled with each other to form many micron-scale loops. Between the ropes and between the rope and the base material Then, as if by an interaction like a magic tape, and at the molecular level, The structure is maintained as a bundle in which rigid tubes are bundled.   Giant carbon nanotube fiber (10⁶More nanotubes than books Is also useful as a load-bearing material of the composite material according to the present invention. Proof stress As the giant fiber used as the material, the uniform continuous fiber described above, Any of the random type fibers can be used. In addition, ropes and fibers When used as load-bearing materials, cut them in the manner described above to obtain the desired length. May be used in the form of a rope or fiber. Felt-like form in which loops or fibers are entangled to form many loops May be used.   According to the present invention, furthermore, various forms of carbon nanotube materials described above It is also conceivable to use two or more of the charges in combination. In that case Alternatively, these materials may be mixed and blended in the same region in the base material. Alternatively, these materials may be individually blended in different regions in the base material. use The shape of the carbon nanotube material depends on the properties of the composite material. Depending on the nature of the composite and the final properties of the composite. You have to make a choice depending on what you want. Also, the carbon nanotubes used It is preferable that the material has been subjected to the washing treatment and the purification treatment by the method described above. Good.   The nanotubes, ropes, or fibers used in composites are described above. Modification treatment may be performed by the above method. End of carbon nanotube ・ By subjecting the cap to modification, the binding between carbon nanotubes Enhance bonding or bonding between carbon nanotubes and matrix material can do. Generally, sidewalls of intrinsic carbon nanotubes are completely (Ie, a hexagonal lattice structure similar to the graphite lattice structure) Composed of an array of carbon), so defects are introduced into the sidewalls and bonded The formation of sites improves the bond adhesion properties of the matrix to the material. Can be. To give a specific example, boron atoms and the like are used as impurities in the side wall. What is necessary is just to introduce it. The wall defect thus formed becomes a binding site. Interaction between the nanotube and the base material by physical or chemical forces Is strengthened. Further, the defects or binding sites thus formed may be Is ultimately formed by promoting a chemical reaction between the Can affect the properties of the composite material. Also introduce boron atoms In addition, as described above, part of the carbon nanotube lattice is There is also a method of replacing with prime.   Carbon nanotubes according to the present invention and other organic or inorganic materials Combined with a fiber-like load bearing material consisting of You may make it. Organic materials that can be used for this purpose include, for example, If there is cellulose. As the inorganic material, for example, carbon, glass (D Ip, E type and S type glass), graphite, silicon oxide, carbon steel, Aluminum oxide, beryllium, beryllium oxide, boron, boron carbide, Udine, chromium, copper, iron, nickel, silicon carbide, silicon nitride, manufactured by DuPont Alumina yarn with the trade name "FP" and "Nextel" manufactured by 3M Alumina-boria-silica and zirconia-silica, trade names manufactured by ICI Zirconia and alumina, quartz, molybdenum under the trade name "Saffil HT" De Zirconium and the like.   The method for producing the composite material according to the present invention includes a base material and a load-bearing material. Any of a variety of known materials for combining with can be employed. Wear. Carbon nanotube materials are made of carbon nanotubes one by one. In discrete forms, multiple carbon nanotubes are bundled together. Also, the thing that forms a rope is dispersed in a liquid carrier such as water or an organic solvent. This makes it easier to mix the base material into the material. Huge carbon ・ When compounding nanotube fibers, use carbon fibers or Same as conventional handling when compounding graphite fiber Can be.   A load bearing material consisting of carbon nanotubes is used as a precursor to the base material (polymer Solution, ceramic particles before firing, etc.) and then use conventional techniques And it may be completed as a composite material. In addition, carbon nano From the tubing, load bearing layers or load bearing components (e.g., felt-like materials, Key paper, etc.), and contains the prepolymer solution. There is also a method of immersing to form a composite material.   Modifying the properties of conventional composites using carbon nanotube-bearing materials It is possible to do better. One example is a matrix polymer in the fiber material layer. Composite material that integrates the fiber material and the base material by impregnating the material Fees. Well-known composite materials of this type include, for example, graphite fibers. There is a composite material in which a fabric layer is formed integrally with a base epoxy-based material. this In the composite material, only the interface between the epoxy material and the graphite material has a three-dimensional structure. A carbon nanotube rope that is entangled with There is a method of compounding the fiber with an epoxy material and black. Significantly improve the resistance of a layered composite material composed of lead material to delamination Can be. Also, after dispersing carbon nanotube material in epoxy material, May be impregnated with the epoxy material (or the epoxy material The carbon nanotube material is pre-mixed with one of the reactants of the material May be done). Further, the carbon nanotube material is dispersed in a liquid carrier. Each time the graphite fiber layer is laminated by a coating method such as spraying, It may be applied to a layer.   Single-walled fullerene nanotubes, such as (10,10) nanotubes, It is a unique material that has never been used before. As you see Therefore, the material of single-walled fullerene nanotubes is polypropylene, nylon Macromolecules like Ron, Kevlar, and DNA It may seem that it is just a material. However, single-layer fullerene na The tube is bent while its diameter is comparable to the diameter of the double helix of DNA. Stiffness and tensile strength are incomparably high. Long chains One of the properties that characterize the polymer to be formed is the sustaining distance (normal Brownian motion Under the conditions, there is a movement distance required for the direction of the chain to substantially change). In propylene, this persistence distance is only about 1 nm, and in a double helix of DNA, it is about 1 nm. 50 nm. In contrast, a single (10,10) fuller For carbon nanotubes, the persistence distance is over 1000 nm. Therefore, the continuity of the composite material Judgment based on the persistence distance of normal polymer molecules used to form the phase If so, fullerene nanotubes are pipes with sufficient rigidity I can say.   Furthermore, a single (10,10) fullerene nanotube that exists in isolation When the length is long enough to be expressed in microns, it shows great flexibility. So that they can easily become entangled with other nanotubes to form many loops. become. In this way, nanotubes are entangled and form many loops This opens up two new possibilities for the internal structure of composite materials. You. That is, (1) the base material forming the continuous phase enters the loops. Is a matrix of continuous phase nanotubes on a submicron length scale Can be "bound" to the material. Also, (2) the mother of the nanotube and the continuous phase The mixture with the material is flowed and sheared before the base material hardens. As a result, the loops become more intertwined with each other, and a tensile force is applied to the nanotube. It can be added. This allows the entangled fullerene na To improve the toughness, strength, and resistance to delamination of composite materials containing Can be up.   C₆₀And C₇₀Fullerenes are effective at adsorbing free radicals well. It is known to be an adsorbent. Similarly, the flow of (10,10) nanotubes Allene nanotubes also have the property of chemically adsorbing free radicals on their walls. Free radicals that can be chemisorbed include, for example, methyl groups, There are a nyl group, a methoxyl group, a phenoxyl group, a hydroxyl group, and the like. Low molecular weight Like fullerenes, fullerene nanotubes are free It is almost impossible for chemisorption of dical to reduce the strength of the network structure. No (radicals are dissociated by heating, but the surface of fullerene Only the adsorbed radicals are released, leaving the fullerene structure intact Will be maintained). Therefore, composite materials containing fullerene nanotubes Upon formation, the polymer material is heated to form a continuous phase of the composite material. Free radicals, or by photolysis by UV irradiation By adding generated groups, fullerene nanotubes and polymer materials can be used together. It can be bonded. For example, contained in azo bis isobutyronitrile Azo crosslinks are activated by light irradiation to generate free radicals It is a very effective source of radicals.   The carbon fiber provided by the present invention has unique characteristics never before seen And, because of its properties, can be used as a new reinforcement for composite materials It has become something. For example, the anisotropy of composite fiber and polymer materials Having a composite material. To do so, for example, Carbon nanotube fiber (eg, formed of (n, n) SWNT) Fiber) in a prepolymer solution (eg, polymethyl methacrylate) After applying an electric field from the outside to align the nanotube fibers, The prepolymer may be polymerized. Furthermore, the characteristics of metallic materials Form conductive materials by using carbon nanotubes It is also possible to do.   The applications of the composite materials containing carbon nanotubes described above are diverse. Although not all can be listed, some of them must be specifically described. First, high-strength fibers such as graphite fiber and Kevlar have been used. The various applications that have been used are all composites containing carbon nanotubes. It can be used for materials. More specifically, passenger cars and trucks For use as a structural material for various vehicles such as is there. Further, the present invention can be applied to a tire. In addition, for use as aircraft parts For example, airframe, stabilizer, wing surface material, ladder, flap Etc., and with respect to helicopters, their rotor blades, Rudder, elevator, aileron, spoiler, getting on / off door, engine pod, it The present invention can be applied to the constituent members of the body. As for spacecraft, It can be applied to a boat, a spacecraft, an artificial satellite, and the like. Suitable for rocket and nozzle Can be used. Marine applications include hulls, hovercraft, Hydrofoil, sonar dome, antenna, float, buoy, mast, spar, deck There are applications for rooms, fairings, tanks, etc. Also, for sports equipment Golf carts, golf club shafts, surfboards, hang riders Frames, spear throwing spears, hockey sticks, sailplanes, sails Luboards, ski poles, play equipment, fishing rods, ski and water skis, bows, arrows, la Ket, pole vault stick, skateboard, bat, helmet, bicycle frame Applies to mums, canoes, catamarans, oars, paddles, and various other items be able to. Furniture-related applications include chairs, lamps, tables, and It can be applied to various other modern furniture. Still other uses include For example, various types of sounding boards for stringed instruments, body protection, vehicle protection, and article protection Lightweight protective equipment, tools such as hammer grips and ladders, biocompatible implants, human Applicable to artificial bones, various prostheses, electric circuit boards, and all kinds of pipes Can be.                                  Concrete example   In order that the invention may be better understood, some specific examples are set forth below. However, The scope of the invention is not limited to the specific embodiments disclosed below as specific examples. Rather, they are merely illustrative examples. Specific example 1. Oven / laser vaporization process   The apparatus used in the vaporization step of this specific example is the oven described with reference to FIG. A laser vaporizer, described by Haufler et al., "Carbon Arc Generation of C₆₀"Mat.Res.Soc.Symp.Porc., Vol.206, p.627 (1991) It is also described in U.S. Pat. No. 5,300,203. Generate a scanning laser beam As the laser, an Nd: YAG laser was used. This laser beam is motor driven Of a metal-graphite composite material controlled by a total reflection plate and placed in a quartz tube Focus on the surface of the unit and set so that the irradiation spot diameter is 6 to 7 nm did. Scanning of the target surface with a laser beam is controlled by a computer. Thus, the surface of the target was always kept smooth without irregularities. Les The laser device emits a pulse beam having a wavelength of 0.532 μm and a single The energy of the pulse was set to be 300 mJ. The pulse injection speed is 10Hz And the pulse duration was set to be 10 nanoseconds (ns).   The target is supported in a 1 inch (about 25.4 mm) diameter quartz tube with a graphite rod. And evacuate the interior of the quartz tube until its pressure first drops to 10 mTorr. After that, inject argon and keep the argon pressure at 500 Torr after that I did it. Also, the argon volumetric flow rate is set to 50 standard cubic centimeters per second (sc cm). Since the diameter of the quartz tube is 1 inch, when the volume flow rate is this value In addition, the flow rate of argon flowing through the quartz tube should be in the range of 0.5 to 10 cm / scc. And thus the flow becomes laminar. A quartz tube is placed in a high-temperature furnace, The maximum temperature of the heating furnace was set to 1200 ° C. This high-temperature furnace has a long A 12-inch Lindberg furnace that performs several experiments in Example 1. During that time, the temperature was maintained at 1000-1200 ° C. Target vaporized by laser irradiation The material of the gas flows from the area near the target where it has vaporized to the flowing argon. And deposited on the surface of the water-cooled collector. This water-cooled collector is made of copper, It was located downstream of the target, just outside the furnace outlet.   The target is a rod-shaped composite material obtained by uniformly mixing multiple component materials. And manufactured according to the following three steps. (1) High purity metal material Materials or metal oxide materials at room temperature at the following ratios by Carbone of America Paste prepared by mixing with powdered graphite and Dylon carbon cement Fill into a 0.5 inch diameter cylindrical mold, and (2) fill the paste The casting mold was mounted on a Carvcy static pressure press equipped with a heating plate, In a state where a constant pressure is applied, baking treatment is performed at 130 ° C. for 4 to 5 hours. ) The fired rod (which becomes rod-shaped because the molding mold is cylindrical) is further Bake at 810 ° C. for 8 hours in flowing argon atmosphere. Run the test Each time, a new target is prepared and the target is first The heating state was maintained at 1200 ° C. in an atmosphere. Keep in this heated state The time was not fixed, but was often 12 hours. Heating state like this And then start the test work and perform multiple test operations on the same target. Repeated times. When repeating a test operation, immediately before the start of each test operation, Each time, keep the target heated to 1200 ° C for an additional 2 hours. did.   In this example, the species of the metallic material component in the mixed material forming the target Class and concentration were set variously as follows. Cobalt (1.0 atomic%), copper (0.6 Atomic%), niobium (0.6 atomic%), nickel (0.6 atomic%), platinum (0.2 atomic%) %), A combination of cobalt and nickel (0.6 at% / 0.6 at%, respectively), cobalt Combination of platinum and platinum (0.6 at% / 0.2 at% respectively), combination of cobalt and copper ( 0.6 atomic% / 0.5 atomic%, respectively, and the combination of nickel and platinum (0.1, respectively). 6 atomic% / 0.2 atomic%). Most of the remaining components of the mixed material are graphite and carbon -Contains a small amount of cement. Each tag made of these target materials The target is vaporized by a laser, and each time, the soot adhering to the surface of the water-cooled collector is removed. After recovery, the soot was sonicated. This sonication converts soot to methanol The reaction was carried out at room temperature under normal pressure for 1 hour (Methanol Other good solvents other than toluene include 1,2-dichloroethane and 1-bromo And 1,2-dichloroethane and N, N-dimethylformamide. Each of the recovered products was subjected to sonication in methanol for 30 to 60 minutes. Upon application, with only one exception, a homogeneous suspension was obtained in each case. So The exception to this is that a mixture of cobalt, nickel and graphite is vaporized and deposited. This was a sample obtained by evaporation. Even after sonication for 2 hours in the tool, a small part of the Remained without. The soot obtained as described above was subsequently treated with a beam energy of 10 It was examined using a 0 keV transmission electron microscope (JEOL 2010).   The target materials listed above include one group VIII transition metal as the metal component There is a material containing a combination of two types of VIII transition metals, For each of these materials, a target manufactured by molding the material into a rod shape An experiment to evaluate the diameter (0.5 inch diameter) was performed using the test equipment described above. The yield and quality of the produced single-walled carbon nanotubes were examined. Which material When using the target manufactured in the above, the multi-war No carbon nanotubes were found. Yield depends on oven temperature The higher the temperature, the higher the tendency. Temperature (1200 ° C). When the oven temperature is set to 1200 ° C Among materials containing only one kind of metal as a metal component, nickel The highest yield of single-walled carbon nanotubes Followed. Platinum containing only a few monolayers ・ Mixed material that produces only carbon nanotubes and further contains only copper mixed with graphite For materials and mixed materials containing only niobium in graphite, single-layer, carbon, No formation was observed. On the other hand, two kinds of group VIII transition gold Among the materials in which the combination of metals is mixed with graphite, single-layer, carbon, For the yield of the probe, the cobalt / nickel combination and the cobalt / The two combinations of the combination of Latin are almost equal to each other, and the other catalyst metal Outstanding results from the combination. These two combinations of combining metal components All use only one group VIII transition metal as the metal component. The yield of single-walled carbon nanotubes is 10 to 100 times higher than I found out. In addition, a mixture of nickel / platinum in graphite Compared to mixed materials that contain only one type of metal component, the material It was found that the yield of carbon nanotubes was large. Cobalt / copper combination The mixed material mixed in graphite produces only a small amount of single-wall carbon nanotubes. Was.   If a mixture of cobalt / nickel is mixed with graphite, In the case of using a mixed material in which a cobalt / platinum combination is mixed with graphite, In each case, the product deposited on the surface of the water-cooled collector is like a sheet of rubber-like material. Appearance. Carefully take care not to damage this deposit with a water-cooled collector. And recovered from the surface. Mixed material mixed with cobalt / platinum combination When using a target consisting of 15% by weight based on the total carbon content vaporized from the target Evaluation value was obtained. In addition, a mixture of cobalt / nickel When a target made of a material is used, the resulting monolayer, carbon, and nano Tube yield is found to be 50% by weight or more based on vaporized carbon component Was.   The images shown in FIGS. 15A to 15E show graphite mixed with cobalt and nickel (Atomic ratio of 0.6 atomic% / 0.6 atomic%), and set the oven temperature to 1200 ° C. Transmission electron microscopy of single-walled carbon nanotubes It is a true image. FIG. 15A shows a medium magnification image (scale bar is 100 nm). ), And almost everywhere, multiple single-walled carbon nanotubes Are formed into bundles, and the bundles are further separated into single layers. ・ It can be seen that it is intertwined with the carbon nanotube. As shown in FIG. 15B Is the height of a single bundle of multiple single-walled carbon nanotubes. It is a magnification image, and a plurality of unit images constituting this one bundle The wall carbon nanotubes all extend substantially parallel to one another. So Each of these single-walled carbon nanotubes has a diameter of about 1 nm, The spacing between matching single-walled carbon and nanotubes is also almost the same value . These single-walled carbon nanotubes are connected to van der Waals Therefore they are sticking together.   In the image shown in FIG. 15C, the bundle of single-walled carbon nanotubes Are overlapped, and from this image, multiple Several single-walled carbon nanotubes extend almost parallel to each other The nature can be seen. Furthermore, from this image, we can see that single-walled carbon nanotubes The nature of the bundles overlapping each other and the nature of the bundles bending. It is. FIG. 15D shows various forms of single-walled carbon nanotube bundles. And these bundles bend at different angles and in different arcs I have. In addition, of the bent portions of those bundles, those bent at a relatively sharp angle Therefore, the bundle of single-walled carbon nanotubes has high strength and It can be seen that the material has flexibility. FIG. 15E shows a cross section of the bundle. This bundle consists of seven single-layer carbon nano It consists of a tube. Single-layer, carbon, nano-tube by arc discharge method When growing various carbon nanotubes, including In addition, it was observed that the surface of the grown nanotube was covered with amorphous carbon. 15A to 15E, it can be seen from the transmission electron microscope images of FIGS. It can be seen that the tube is not covered by such amorphous carbon. FIG. Further, from the images of FIGS. 5A to 15E, the overwhelming majority of the deposit is a single layer carbon You can also see that it is a tube. The yield of single-walled carbon nanotubes is It is estimated to be about 50% of the vaporized carbon component. The remaining 50% is mainly Various fullerenes such as chi-layer fullerenes (so-called fullerenes and onions) And / or amorphous carbon.   The transmission electron microscope images shown in FIG. 15A to FIG. Using a target containing the combination as a catalyst metal, the laser gas shown in FIG. Of carbon nanotubes as a product deposited on the surface of the water-cooled collector of the gasifier It is a sample image. Generally, single-walled carbon nanotubes are bundled together. Are present in a single bundle. Carbon nanotubes span their approximately full length They are stuck together by loose force and extend substantially parallel to each other. Single layer The appearance of carbon nanotubes forming a bundle is `` Expressway '' Is similar to the structure of , Randomly intersect and interconnect like a highway cross-connect You. Judging from the images shown in FIG. 15A to FIG. Already when it landed on the surface, many single-walled carbon nanotubes Are likely to extend alongside each other as shown in Can have very high density of single-walled carbon nanotubes in the gas phase It is considered that the efficiency is high. Furthermore, single-walled carbon nanotubes As shown in those images, being neatly aligned means that the carbon ・ Before the nanotubes land on the surface of the water-cooled collector, Around the tubes and other materials that cover the surface of the carbon nanotubes. It is considered that almost no carbon in the form was present. Single layer / Carbon / Nanochi The growth of the tube is performed not in the surface of the inner wall of the quartz tube, but in the gas phase. Evidence that this is the case with multi-wall carbon It has already been specified in previous research papers on nanotubes. About this Guo et al., "Self-Assembly of Tubular Fullerens," J. Phys. Chem., Vol. 99, p. 10694 (1995) and Saito et al., "Extension of Single-Wall Carbon Nanotubes viaFormation of Small Particles Condensed Near An Evaporation Source, "Chem. Phys. Lett., Vol. 236, p. 419 (1995). Experiments showed that the yield of single-walled carbon nanotubes was high. Of particular note is the fact that the flask could be dispersed in the solvent. This is because the yield of urene was about 10%. In addition, other carbon in soot-like products Most of the different giant fullerenes as well as different multi-layer It was Laren. Specific example 2. Laser vaporizer to produce long single-walled carbon nanotubes About   In this specific example, laser vaporization similar to the laser vaporization apparatus described with reference to FIG. The device was used to produce long single-walled carbon nanotubes. Used Laser vaporizer is placed on a quartz tube placed in the oven so that it crosses the inside diameter. Is different from the laser vaporizer of FIG. 1 in that a tungsten wire is stretched . The location where the tungsten wire is stretched is further from the downstream end of the target. 1cm to 3cm downstream (defines the vaporization surface of the target 13-15cm down from the side edge). Argon flowing through the quartz tube is The pressure was 500 Torr, and the flow rate was 1 cm / sec. Nana The flow rate was set as follows. The oven temperature was maintained at 1200 ° C. Target material The material was a material obtained by mixing a group VIII transition element with 1 to 3 atomic% in a carbon material.   The laser output setting was the same as in Example 1, and the laser irradiation was performed for 10 to 20 minutes. Fired. As a result, a teardrop-shaped deposit is formed on the tungsten wire. The deposit grew to a size of 3-5 mm in some parts. This deposit It seems as if hair grows on the tungsten wire there were. Examination of this deposit showed that millions of single-walled carbon nanotubes Was formed. Example 3. Vaporization process using two laser beams   In the same manner as described in connection with the first embodiment, a rod-shaped container mainly composed of graphite is used. A target was formed. Its materials are graphite, graphite cement, and 1.2 atomic percent metal. The mixture of the metal powder and the metal powder has a composition of 50 atomic% cobalt. It consisted of powder and 50 atomic% nickel powder. This material is pressed Shape and finish into targets, these are the same methods as described for Example 1. I went in. The target manufactured as a graphite rod in this way was mounted on the target shown in FIG. With the same configuration as the device, but without the tungsten wire 32 I wore it. Place the quartz tube with the target made as a graphite rod in the oven And the oven was heated to 1200 ° C. Impurities using a catalyst in a quartz tube Argon gas is removed by removing water vapor and oxygen at a pressure of about 50. The flow rate was set to about 50 sccm (standard cubic centimeter per minute). However However, the flow rate of argon gas must always be this value. However, if a 1-inch diameter quartz tube is used, the flow rate should be in the range of 1 to 500 sccm. And a flow rate in the range of 10 to 100 sccm is preferable. . The first laser device is set to output a pulse beam with a wavelength of 0.532 μm. Then, the energy per pulse was set to 250 mJ. Also, the pulse output The firing rate was 10 Hz and the pulse duration was 5-10 ns. The second laser device is 1 When 50 ns have elapsed since the pulse emitted from the laser device stopped, It was set to emit a pulse to the get. Further, the second laser device has a wavelength Is set to emit a 1.064 μm pulse beam, and each pulse Was set to 300 mJ. The pulse emission speed was set to 10 Hz, and the pulse The duration was 5-10 ns. The first laser device has a diameter of 5 mm on the surface of the target. The second laser device sets the focused state so that an irradiation spot of A 7 mm diameter irradiation spot whose light intensity distribution forms a Gaussian distribution is formed on the surface of the get. The in-focus state was set to be achieved. Further, on the surface of the target, the first laser The center of the irradiation spot of the laser device coincides with the center of the irradiation spot of the second laser device I did it. About one-tenth of a second after the second laser device irradiates the target After the passage, the emission from the first laser device and the emission from the second laser device again And repeat the above process until the end of the vaporization step. And executed.   In this way, the target surface is vaporized by laser irradiation to generate a sample, The generated sample was collected downstream of the target. The production rate of this sample was It was about 30 mg / hr by the weight of the fresh untreated state (state of the raw sample). Raw sample The product in the state is a collection of single-walled carbon nanotubes extending in various directions It consisted of a lump. The mass of the product in the state of the raw sample is Most of which consist of carbon fibers 10-20 nm in diameter and 10-1000 μm in length. Was something.   Approximately 2 mg of the product in the form of a raw sample is taken and poured into 5 ml of methanol. Then, ultrasonic treatment was performed at room temperature for about 0.5 hour. In this way, sonication A transmission electron microscopy (TEM) analysis of the applied product showed that most of the It was a single-walled carbon nanotube rope. Those ropes are 10 ~ 1000 single-walled carbon nanotubes extend side by side (but branch Each rope has a substantially constant diameter over its entire length. Was. In addition, the ropes are 100 μm or more in length, and a plurality of ropes of the same diameter It consisted of single-walled carbon nanotubes. Furthermore, the product after sonication Approximately 70-90% by weight was in the form of a rope. Make up one rope Each end of each of the single-walled carbon nanotubes The tip was located within 100 nm of the end of the loop. Make up one rope More than 99% of the single-walled carbon nanotubes are at one end of the rope It extends uniformly and continuously over the entire length from the end to the other end, and its carbon lattice contains defects. Seemed to be nothing. Specific example 4. Purify single-walled carbon nanotube samples to 99% or more purity Purification process   Samples generated by the laser generation method described in U.S. Patent Application No. 08 / 687,665. By purifying the material by the following method, a product with an increased nanotube concentration can be obtained. Was. Raw samples of single-walled nanotubes produced by laser generation (estimated yield is 70 % Was added to a 2.6 M aqueous nitric acid solution and refluxed for 24 hours. This reflux was performed at a pressure of 1 atm and a temperature of 1200 ° C. Subsequently, the solution is A 5 micron Teflon filter paper (Millipore Type L S filter paper was used). The mixture was charged into a nitric acid aqueous solution (2.6 M) and refluxed for 24 hours. Then the solution Is filtered again to recover a single-walled / nanotube sample. The collected sample is poured into a solution of NaOH saturated with ethanol and left at room temperature for 12 hours. Ultrasonic treatment was applied in between. Subsequently, the ethanol solution is filtered and a single layer ・ Collect the nanotube sample and put the collected sample into 6M HCl aqueous solution Reflux for 12 hours to neutralize. Further, the acid solution is filtered to form a nanotube. And collect the collected sample at 1 atm H_TwoIn gas at 850 ° C for 2 hours Fired (H in a 1 inch diameter quartz tube)_TwoGas flow, flow rate is 1 ~ 10s ccm). As a result, 70 mg of a purified sample was obtained. TEM analysis, SEM analysis, And a Raman spectroscopy analysis to find out more The purified sample was found to have a purity of 99% or more. Also, slightly contained impurities Most of the material is nickel or cobalt encapsulated in carbon capsules. Particles. Specific example 5. Step of cutting SWNT to obtain short tubular carbon molecules   Purify the SWNT sample described in Example 1 by performing the filtration and firing steps Thus, bucky paper was obtained (the thickness was about 100 μm). This Bucky 2GeV Au on paper using Texas A & M superconducting cyclotron⁺³³Io The beam was irradiated for 100 minutes. For bucky paper after irradiation Indicates that there are countless holes with a size of 10 to 100 nm, and the average density of those holes Had a density such that one existed per 100 nm of nanotube length. Like this Bucky paper irradiated by ion beam into 2.6M nitric acid aqueous solution And refluxing for 24 hours to generate indefinite Shaped carbon was removed. Subsequently, the nanotubes are collected by filtration, and the nanotubes are collected in ethanol. Into a solution of potassium hydroxide dissolved in potassium hydroxide, and sonicate for 12 hours. gave. Furthermore, the nanotubes recovered by filtration again are subjected to a temperature The both ends of the cut nanotubes are closed by performing a baking treatment at 1100 ° C. Closed.   Subsequently, the sample was dispersed in toluene and subjected to ultrasonic treatment. Thus obtained The average length of the tube-shaped molecule was determined to be about 50 using SEM and TEM. 6060 nm. Specific example 6. Array forming process for forming SWNT array   Using the method described above, a (10,10) nanotube molecule with a length of 50-60 nm About 10⁶Generated. The molecules are modified and a -SH group is added to one end of each molecule. To form a SAM molecule array consisting of SWNT molecules on a gold-plated substrate I was doing it. In this SAM array, the length of the SWNT The hand axes are aligned parallel to each other, and the tips of A plane perpendicular to the direction of the longitudinal axis of the molecule was formed. Specific example 7. Growth process of huge carbon fiber with uniform continuous shape   By using the array described in the specific example 6, the apparatus shown in FIGS. Thus, it is possible to grow a huge carbon fiber having a uniform continuous shape. First, The tips of the nanotubes that make up the array (the tips are (Forming a plane perpendicular to the longitudinal axis of the nanotube). Gold me If a two-dimensional array of nanotubes is formed on the surface of the By performing electrolytic erosion treatment in a 0.1 M KOH aqueous solution using a two-dimensional array as a positive electrode Thus, the tips of the nanotubes can be opened.   Subsequently, the metal clusters of Ni / Co were converted to the SAM nanotubes using a vacuum evaporation method. .Formed to rest on the open ends of each nanotube making up the array . In this case, it is preferable to form the metal cluster so as to have a diameter of 1 nm. In doing so, each of the nanotubes that make up the nanotube array At the open end of the probe, one Ni / Co cluster nanoparticle per nanotube Can carry a child.   Next, consist of those nanotubes whose upper end opening is closed with Ni / Co nanoparticles The nanotube array is subjected to a high temperature treatment of heating to 600 ° C in a vacuum, All other processes except for carbon nanotubes and Ni / Co nanoparticles Annihilate everything. After completing this high temperature treatment, start flowing ethylene gas. The nanotubes begin to stretch in their aligned longitudinal axis, Large diameter carbon fibers are formed. Most of the Ni / Co catalyst particles are deactivated Then, the top of each nanotube is cut by electrochemical etching. Open and clean the entire assembly of nanotubes and substrate again, Then, the above-described deposition process is performed again to place the Ni / Co catalyst particles on the upper end of the nanotube. Then, the array growth process may be restarted. By the above method, the diameter is about 1 μm uniform continuous carbon fiber was obtained. What is necessary is just to wind up on a winding roller and collect | recover. Specific example 8. Process of producing fullerene pipe and fullerene capsule   First, a cylindrical target with a diameter of 2.5 cm and a length of 5 cm is mounted on the device, Single-walled fullerene nanotubes were prepared. This target is mainly made of carbon material. Material (a mixed metal material in which cobalt and nickel are mixed at a ratio of 1: 1 Atomic%), and this target is 10cm in diameter. It was placed in a fused silica tube. Flow argon into the fused silica tube (pressure is 500T orr, flow rate 2cm sec^-1The fused silica tube was heated to 1100 ° C. The target was rotated about its cylindrical main axis. Two pal Laser beam (Nd: YAG, 1064nm, energy 1J per pulse, pulse) Injection speed 30 times / sec, delay time 40ns), the outer circumference of the rotating drum target Set the focusing state so that an irradiation spot with a diameter of 7 mm is formed on the By deflecting left and right by computer control, the longitudinal direction of the drum target By changing the angle of incidence on the target surface. In this case, the formation of deep depressions on the surface of the target is avoided. This one According to the method, as much as 20 g of a sample was obtained in a continuous operation for two days. High yield This is an advantage of the method.   The raw sample produced by the above apparatus was subsequently subjected to a purification treatment. this In the purification process, the raw sample is put into an aqueous nitric acid solution, refluxed, and then The washing was carried out by washing with a pH = 10 aqueous solution in which a surfactant was dissolved. using this method The net yield of purified fullerene fiber obtained from purification is Although it depends on the initial quality, it is usually in the range of 10 to 20% by weight. Fullerene Fibers have the property that their sidewalls have molecular integrity Therefore, it is not destroyed by the reflux treatment.   The fullerene ropes obtained above are highly entangled with each other. Met. With these entangled fullerene ropes, fullerenes everywhere N Toroid is also known as "Crop Circle (Mystery Circle)" ) Was formed. This is fullerene rope This suggests that a series of endless things are endless. Fullerene rope The connection is due to the production of fullerene nanotubes by the laser / oven generation method. During the growth, a high-yield growth process proceeds in an argon atmosphere, As the Seth progresses, the “growing” tip of one fullerene rope and another fullerene This is because van der Waals' force acts between the side of the rope. growth Fullerene ropes are attached to the sides of existing fullerene ropes (guide ropes). Along the sides of the same guide rope, they try to grow together When two fullerene ropes grow from the opposite direction, they are growing Ends collide with each other, and the ends disappear when they connect. rope Due to the one-dimensional growth of this, this tip-to-tip collision is unavoidable.   Fullerene law is almost endless because it is entangled with each other An end was formed in the group. Techniques for forming the ends include cutting the rope with scissors From the method, high-speed gold ions with relativistic velocity are driven into the rope group There are many methods up to this, but in this specific example, for example, H_TwoSO_Four/ HNO_ThreeEtc. Cut the rope by sonication in the presence of strong oxidizing acid The method was adopted. Cavitation generated by ultrasonic waves causes rope Damage to the nanotubes located on the surface of the Activated nanotubes undergo chemical attack from strongly oxidizing acids Become so. While the acid is attacking the nanotube, the nanotubes The beave is completely cut, and if cut, the open formed by that cut It is eroded from the edge and gradually shortens. At this time, make the temperature so high The open end of the nanotube cannot be closed. Furthermore, low If the nanotubes located on the surface of the loop were cut, the nanotubes The exposed tubes are exposed and the exposed nanotubes are damaged by cavitation. The wounds are repeated and eventually the entire rope is cut. More than Cut the rope in the way. Also cut by cutting the rope in this way Slices of cut nanotubes (cut nanotubes) are more strongly oxidizable Cut nanotubes with molecular integrity upon exposure to acid In addition, the cut nanotubes were chemically cleaned.   The length distribution of truncated open-ended nanotubes increases the time of exposure to the acid. Move to the shorter side. Cut the cut nanotubes into concentrated sulfuric acid and concentrated nitric acid at a temperature of 70 ° C. Into a solution mixed at a ratio of 3: 1 and examined. Average shortening speed is about 130mm hr^-1Met. Also, at a temperature of 70 ° C, concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide 30 % Aqueous solution (so-called "piranha") mixed with a 4% aqueous solution at a ratio of 4: 1 Shrink speed is about 200nm hr^-1Met. This erosion rate is dependent on the chiral Depends on the dex (n, m), it is "armchair-shaped" Each of the tubes (n = m) has a “zigzag” nanotube chemical property (m = 0 ) Is clearly different from the chemical properties of Nevertheless, the chemical properties of medium helix angle nanotubes (n ≠ m) This is because the characteristics are different.   A sample of the cut fullerene / nanotube obtained as described above was Surfactant such as sodium silicide, or nonionic surfactant such as Triton X-100 When added to water with the addition of, a stable colloidal suspension is formed by the action of the surfactant. can get. The fullerene nanotubes in the suspension thus obtained are removed. Separated according to length.   The cut nanotubes obtained by separation are attached to the graphite surface, and the AFM image As a result of image analysis, it was found that nanotubes that exist independently Despite this, most nanotubes stick together due to van der Waals forces It turned out to fit. For nanotubes with a length of 100 nm or more, Can be closed with a spherical fullerene end cap. And in a vacuum By annealing at a temperature of 1000-1200 ° C, the closed fullerene capse Can be formed. Specific example 9 Production process and refining process of fullerene pipe and fullerene capsule About   Referring to FIGS. 16A to 16C, FIG. 16A shows a SWNT feather in a raw sample state. 16B and 16C show the same SWNT felt sample. 5 is an SEM image of a purified sample. Raw samples are the starting material for the purification process and It can be seen from these figures that the raw samples of Supports the effectiveness of the purification step described below. In this purification step First, a raw sample (8.5 mg) was placed in 1.2 L of a 2.6 M nitric acid aqueous solution. It was charged and refluxed for 45 hours. Transfer this aqueous solution to the test tube of the PTFE centrifuge. Then, set the centrifuge to apply 2400 G acceleration and rotate the centrifuge for 2 hours. Was. Discard the supernatant acid, add deionized water and shake vigorously to resuspend the solids. And centrifuged again to discard the liquid components and collect the solid components. continue, Add 20 ml of Triton X-100 surfactant to 1.8 liters of water, The solid component was added to an aqueous solution adjusted to pH 10 by adjusting the pH with sodium hydroxide. And resuspended. This suspension is passed through a tangential flow filtration system (California, USA). (Spectrum MiniKros Lab System located in Laguna Hills, Alaska was used.) Moved to reservoir. The filter cartridge used at this time (Spectrum M22M 600 0.1N filter cartridge) is a hybrid cellulose ester It uses an empty fiber, the diameter of the hollow fiber is 0.6 mm, and the diameter of the pore Is 200nm, its total surface area is 5600cm^TwoMet. 0.2% by weight of Triton X- as buffer Prepare 44 liters of 100 aqueous solution, of which the initial 34 liters Adjust to basic (PH10) with sodium, adjust 10 liters to pH 7 for final use I did. The inlet pressure to the filter cartridge was maintained at 6 psi . In addition, the outflow speed is controlled to 70 ml min by the control valve installed at the outlet.^-1By Was limited. As a result of filtration with the above settings, a stable suspension of purified SWNT was obtained. Was done. The SEM image of this purified SWNT typically looks like that shown in FIG. 16B. . The suspension is filtered to recover the solid components, thereby allowing the entangled SWNTs to A paper-like substance was obtained. This paper-like substance has the appearance and touch , Very similar to carbon paper. The SEM image in FIG. This indicates the break when the paper was broken. In the process of breaking the key paper, the direction of the fiber forming the SWNT rope It can be seen that they are all the same. For starting material too low quality crude SWNT The total yield of this purified SWNT was 9% by weight.   Figure 17 shows cut fullerene nanotubes (pipe) in a stable colloidal suspension Was deposited on the surface of highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) using the electrodeposition method. 9 is an AFM image of a moving mode. The cut fullerene nanotubes in this image are The extending directions tend to form an angle of 120 ° C. with each other. This is Disrupted nanotubes extend along the orientation of the underlying graphite lattice Because there is. AFM measurement of the height of these cut nanotubes showed that Are nanotubes with a diameter of 1-2 nm, and about half exist alone, but the rest Of people are stuck together by van der Waals forces to form a group It was found to exist. Such cut nanotubes involve a two-step process The two-stage process is a cutting process and a polishing process. You. A typical example is as follows. First, add concentrated sulfuric acid to a 100 ml test tube. Add 40 ml of a mixed acid obtained by mixing concentrated nitric acid at a ratio of 3: 1. The “bucky paper” (shown in FIG. 16B) is put into the container and heated to a temperature of 35-40 ° C. Sonication in a water bath for 24 hours (Cole Palmer (The B3-R sonicator manufactured by the company was set at 55 kHz). Like this The resulting suspension was diluted with 200 ml of water and the filter Blen (a VCTP type product manufactured by MiLipore, located in Bedford, Mass., USA) Filtration of the cut SWNT nanotubes The long one was captured on the filter membrane. In addition, the captured nanotubes The tube was washed with a 10 mM aqueous NaOH solution. Subsequently, the cut nanotubes thus obtained were obtained. The polish treatment (chemical cleaning treatment) was performed on the metal plate. This polish processing First, a mixed solution of concentrated sulfuric acid and a 30% aqueous solution of hydrogen peroxide in a ratio of 4: 1 Inside, the cut nanotubes were charged and suspended by stirring at 70 ° C. for 30 minutes. . Subsequently, filtration was performed again using a filter membrane having a pore size of 100 nm. After washing, disperse in water containing 0.5% by weight of Triton X-100 surfactant. Thus, a suspension of cut nanotubes at a concentration of 0.1 mg / ml was prepared. Newly cleaved On a HOPG substrate (Advanced Ceramics, Cleveland, Ohio, USA) 20 μl of this nanotube suspension was dropped, and the droplet was added to the Vitron O-ring (outer diameter 4mm, thickness 1.7mm), and furthermore, stainless steel on the O-ring The suspension was sealed with a stainless steel electrode and a stable voltage of 1.1 V was applied for 6 minutes. Was applied. Nanotubes are negatively charged when dispersed and suspended in water. Therefore, the HOPG is moved to the surface by the applied electric field. In this way After the deposition is complete, the HOPG surface with the nanotubes attached Water and water by washing the surface with methanol. Triton X-100 surfactant was removed.   FIG. 18 shows the dispersion of “pipe”, a cut fullerene nanotube, in water. -Flow fractionation (FFF) results for the suspension FIG. In a 0.5% aqueous solution of Triton X-100, 0.07 mg / mg of suspension was prepared and a cross-flow FFF device (Salt, Utah, USA) Using the LLC F-1000-FO FF fractionation device located in Lake City Was injected with 20 μl of this suspension. The operating conditions of this FFF device are Triton X-100 The mobile phase is a 0.007% aqueous solution of^-1Set to 0.5ml min^-1Set to. The solid curve (left-hand vertical axis) in FIG. The amount of nanotubes emitted is determined by the degree of light scattering, that is, turbidity (the wavelength of light is 632.8 nm. And the value is the total injection of eluent injected from the start of elution to that point It is a curve shown with respect to volume. The white circles (vertical axis on the right) indicate Are plots of the measured radius of gyration of the tube, the measured Measured using a 16-degree switching light scattering device (Sant, CA, USA) a DAWN DSP manufactured by Wyatt Technology of Barbara was used). FIG. 18B, FIGS. 18C and 18D show the first, third and third fractions of the FFF eluate, respectively. FIG. 17 is a graph showing the nanotube length distribution of the four fractions, which are shown in FIG. Electrodeposition of fullerene nanotubes in suspension, as shown, on the surface of HOPG This was determined using an AFM image of the substance attached to the surface.   Figure 19 shows an AFM image of a fullerene nanotube "pipe" at both ends. Shows one in which spherical gold particles with a diameter of 10 nm are connected by a connecting chain, one by one. I have. The nanotubes shown in this image consist of nanotubes and colloidal gold particles (Sig Ma Chemical Co., Ltd.) and the electrodeposited method , And HOPG graphite. Irregular shapes and patterns in this image The Triton X-100 detergent used to stabilize the suspension This is a trace of adhesion of the residue. The link between the nanotube and the gold particles is the nanotube Composed of alkylthiol chains covalently bonded to each of the open ends . The open ends of the nanotubes have been attacked by acid in the previous process. Therefore, it is considered that many carboxyl groups are bonded, Group, SOCl_TwoAnd carboxylic acid chloride corresponding to each carboxyl group Was changed to The modified nanotubes can be And NH dissolved in toluene_Two-(CH_Two)₁₆Exposure to -SH creates a suitable link Could be formed. This linking chain has a thiol group in it It is a binding site for covalent bonding. As a result of careful AFM image analysis, Most of the treated nanotubes have a single gold particle on at least one of their ends. The child was found to be bound. Specific example 10. Composite materials containing carbon nanotubes   Dissolve 10 g of epoxy material under the trade name "Epon" in 1 liter of dichloroethane. Disperse 1 g of purified single-walled fullerene nanotubes in the Was prepared. A curing agent is added to the suspension, and the solvent content is removed by a vacuum rotary evaporator. Removed. Fullerene nanotubes and epoxy materials obtained in this way The resulting composite was cured by maintaining it at 100 ° C. for 24 hours.   Alternatively, blend carbon fiber and fullerene nanotube together It is also possible to produce a composite material. In this case, as described above, , Epoxy material and nanotube suspension in a large container, One or more uniformly continuous carbon fibers or carbon fibers One or more carbon fiber tapes made by weaving Dip into the liquid and impregnate the suspension. Then, the carbon impregnated with the suspension Wrap the fiber or carbon fiber tape around the form of the desired shape, In addition, it can be used in a manner well known in the carbon fiber-epoxy composites industry. See, for example, D.L.Chung, Carbon Fiber Composites (1994). Hardening in an autoclave to prevent delamination Thus, a composite material having excellent resistance can be obtained. Fullerene na in this composite material Tubes increase the strength of the epoxy material between layers of multiple carbon fiber layers. Playing a role. Also, carbon fiber is used as the material for the woven tape layer. Not only is it used in combination with the epoxy material phase, If the tube reinforcement is also made of carbon fiber, it will also be excellent. The resulting composite material is obtained.   Those skilled in the art will appreciate from the foregoing detailed description that the methods, apparatus, and apparatus disclosed herein. Modified or modified embodiments of the composition and the product can be easily conceived. It goes without saying that the scope of the claims is intended to cover all such modified and modified embodiments. It is described so as to include the state.

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年５月１４日（１９９９．５．１４） 【補正内容】 請求の範囲 １．単層カーボンナノチューブおよび無定形炭素汚染物質を含む混合物を精製 する方法であって、前記方法が （ａ）前記無定形炭素を除くのに十分な酸化条件下で、前記混合物を加熱し、 そして （ｂ）少なくとも約８０重量％の単層カーボンナノチューブを含む生成物を回 収する 工程を含む方法。 ２．前記酸化条件が無機オキシダントの水溶液を含む請求項１記載の方法。 ３．前記無機オキシダントが硝酸、硫酸ど過酸化水素との混合物、過マンガン 酸カリウムおよびそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項２記載の方法。 ４．前記水溶液を加熱して還流させる請求項２記載の方法。 ５．工程（ｂ）の該酸化生成物をけん化処理に付する工程をさらに含む請求項 ２記載の方法。 ６．前記けん化処理が、前記生成物を塩基性溶液と接触させることを含む請求 項５記載の方法。 ７．前記塩基性溶液が水酸化ナトリウムを含む請求項６記載の方法。 ８．該けん化物を酸で中和する工程をさらに含む請求項６記載の方法。 ９．前記酸が塩酸である請求項８記載の方法。 １０．該けん化、中和生成物から固体生成物を回収する工程をさらに含む請求 項８記載の方法。 １１．濾過、重力沈降、化学凝集法、および液体サイクロン分離からなる群か ら選ばれる方法によって前記生成物を回収する請求項１０記載の方法。 １２．前記生成物が紙のような二次元生成物である請求項１０記載の方法。 １３．該生成物を乾燥する工程をさらに含む請求項１２記載の方法。 １４．前記生成物を水素ガス雰囲気中で約８５０℃において乾燥する請求項１ ３記載の方法。 １５．前記生成物が少なくとも約９０重量％の単層カーボンナノチューブを含 む請求項１記載の方法。 １６．前記生成物が少なくとも約９５重量％の単層カーボンナノチューブを含 む請求項１記載の方法。 １７．前記生成物が少なくとも約９９重量％の単層カーボンナノチューブを含 む請求項１記載の方法。 １８．長さが約５ないし５００ｎｍの管状炭素分子の製造法であって、前記方 法が （ａ）単層カーボンナノチューブ含有材料をもたらし； （ｂ）前記単層ナノチューブ含有材料中の単層ナノチューブを切断して、長さ が５−５００ｎｍの範囲にある管状炭素分子の混合物を作り； （ｃ）前記管状炭素分子混合物から、長さが実質的に等しい前記分子の部分を 単離する 工程を含む方法。 １９．管状炭素分子への前記単層ナノチューブ切断が、 （ａ）長さが最大約１ミクロン以上の単層ナノチューブを含有する実質的に二 次元のターゲットを形成し、そして （ｂ）前記ターゲットに高質量イオンの高エネルギービームを照射する 工程を含む請求項１８記載の方法。 ２０．高エネルギービームがサイクロトロンで生成され、かつ約０．１ないし 約１０ＧｅＶのエネルギーを有する請求項１９記載の方法。 ２１．前記高質量イオンが約１５０ＡＭＵを上回る質量を有する請求項１９記 載の方法。 ２２．前記高質量イオンが金、ビスマスおよびウランからなる群から選ばれる 請求項２１記載の方法。 ２３．該高質量イオンがＡｕ⁺³³である請求項２２記載の方法。 ２４．管状炭素分子への前記単層ナノチューブ切断が、 （ａ）媒質中に単層ナノチューブの懸濁液を生成させ； （ｂ）前記懸濁液を音響エネルギーで超音波処理する 工程を含む請求項１８記載の方法。 ２５．４０ＫＨｚで操作し、そして２０Ｗの出力を有する装置によって前記音 響エネルギーを生成させる請求項２４記載の方法。 ２６．管状炭素分子への前記単層ナノチューブ切断が濃ＨＮＯ₃中で単層ナノ チューブ含有材料を還流させることを含む請求項１８記載の方法。 ２７．該管状炭素分子を加熱して少なくともその１つの端部に半球状フラーレ ンキャップを形成させる工程をさらに含む請求項１９記載の方法。 ２８．前記管状炭素分子を、該反応条件において、前記管状炭素分子の前記端 部の少なくとも１つに少なくとも１つの置換基をもたらす材料と反応させる工程 をさらに含む請求項１８記載の方法。 ２９．前記管状炭素分子を、該反応条件において、前記管状炭素分子の前記端 部の少なくとも１つに少なくとも１つの置換基をもたらす材料と反応させる工程 をさらに含む請求項２６記載の方法。 ３０．前記置換基が、それぞれ独立して水素；アルキル、アシル、アリール、 アラールキル、ハロゲン；置換または無置換チオール；無置換または置換アミノ ；ヒドロキシ；およびＯＲ’（式中Ｒ’は水素、アルキル、アシル、アリール、 アラールキル、無置換または置換アミノ；置換または無置換チオール；およびハ ロゲンからなる群から選ばれる）；ならびに任意に１個以上のヘテロ原子で遮断 され、そして任意に１個以上の＝Ｏ、もしくは＝Ｓ、ヒドロキシ、アミノアルキ ル基、アミノ酸、またはアミノ酸が２−８個のペプチドで置換される線状または 環状炭素鎖からなる群から選ばれてよい請求項２８または２９記載の方法。 ３１．管状炭素分子の巨視的分子配列を形成させる方法であって、前記方法が 、 （ａ）５０ないし５００ｎｍの範囲の実質的に同じ長さの少なくとも約１０⁶ 個の管状炭素分子をもたらし； （ｂ）前記管状炭素分子の少なくとも１つの端部に結合部分を導入し； （ｃ）前記結合部分が結合する材料を塗布した基質をもたらし；そして （ｄ）結合部分を含有する前記管状炭素分子を前記基質と接触させる 工程を含む方法。 ３２．前記基質が金、水銀およびインジウム−スズ−酸化物からなる群から選 ばれる請求項３１記載の方法。 ３３．前記結合部分が−Ｓ−、−Ｓ−（ＣＨ₂）_n−ＮＨ−、および−ＳｉＯ₃ （ＣＨ₂）₃ＮＨ₃からなる群から選ばれる請求項３２記載の方法。 ３４．管状炭素分子の巨視的分子配列を形成させる方法であって、前記方法が 、 （ａ）基質上にナノスケール配列のミクロウェルをもたらし； （ｂ）前記ミクロウェルのそれぞれに金属触媒を載置し；そして （ｃ）各ミクロウェルから単層カーボンナノチューブの成長を行わせる条件で 炭化水素またはＣＯ原料ガス流を前記基質に給送する 工程を含む方法。 ３５．前記ミクロウェルから成長する前記ナノチューブの整列を助けるために 前記基質の近傍に電界を付与する工程をさらに含む請求項３４記載の方法。 ３６．管状炭素分子の巨視的分子配列を形成させる方法であって、前記方法が 、 （ａ）精製されてはいるが、もつれて比較的輪になっている単層カーボンナノ チューブ材料を含有する表面を生じさせ； （ｂ）破損した短い長さのナノチューブを前記表面から突出させるのに十分な 酸化条件下に前記表面をおき；そして （ｃ）前記表面から突出する前記ナノチューブを前記表面に概ね垂直の方向に 整列させ、そしてファンデルワールス相互作用力によって配列中に融合 を生じさせるように前記表面に電界を付与する 工程を含む方法。 ３７．前記酸化条件が、酸素およびＣＯ₂の雰囲気中で前記表面を約５００℃ に加熱することを含む請求項３６記載の方法。 ３８．管状炭素分子の巨視的分子配列を形成させる方法であって、前記方法が 、最大１０⁶個の単層カーボンナノチューブのサブ配列を複合材料配列に集成す る工程を含む方法。 ３９．すべての該サブ配列が同種のナノチューブを有する請求項３８記載の方 法。 ４０．該サブ配列が異種のナノチューブを有する請求項３８記載の方法。 ４１．請求項３１、３４または３６記載のいずれか１つの方法によって該サブ 配列を作る請求項３８記載の方法。 ４２．概ね平行方向にある少なくとも約１０⁶個の単層ナノチューブを含む巨 視的炭素繊維を絶えず成長させる方法であって、前記方法が、 （ａ）概して平行方向にあって、約５０ないし約５００ナノメートルの範囲の 実質的に同じ長さを有する少なくとも約１０⁶個の管状炭素分子の巨視 的分子配列を生じさせ； （ｂ）前記配列中の該管状炭素分子の該上端から該半球状フラーレンキャップ を除去し； （ｃ）前記配列中の該管状炭素分子の前記上端を少なくとも１つの触媒金属と 接触させ； （ｄ）前記配列の端部に局部エネルギーを加えて前記端部を約５００℃ないし 約１３００℃の範囲の温度に加熱する間中、前記配列の端部に炭素のガス 源を供給し；そして （ｅ）成長しつつある炭素繊維を連続的に回収する 工程を含む方法。 ４３．酸化性雰囲気中で加熱することによって前記フラーレンキャップを取り 除く請求項４２記載の方法。 ４４．前記酸化性雰囲気が、酸素およびＣＯ₂の雰囲気中で約５００℃の温度 において硝酸による水性エッチングまたは気相エッチングを含む請求項４３記載 の方法。 ４５．前記触媒金属が第VIII族遷移金属、第VI族遷移金属、ランタニド系列金 属、 アクチニド系列金属、およびそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項４２ 記載の方法。 ４６．前記触媒金属がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒおよ びｐｔからなる群から選ばれる請求項４５記載の方法。 ４７．前記触媒金属がＦｅ、ＮｉおよびＣｏならびにそれらの混合物からなる 群から選ばれる請求項４６記載の方法。 ４８．前記触媒金属がＣｒ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選ばれる請求項４ ５記載の方法。 ４９．前記触媒金属を金属原子クラスターとして現場で各ナノチューブ上に載 置する請求項４２記載の方法。 ５０．前記金属原子クラスターが約１０ないし約２００個の金属原子を有する 請求項４９記載の方法。 ５１．前記触媒金属を予備成形ナノ粒子として載置する請求項４２記載の方法 。 ５２．前記触媒金属がＭｏである請求項５１記載の方法。 ５３．前記触媒金属を前記金属の塩類、酸化物および錯体からなる群から選ば れる金属前駆物質の形で載置する請求項４２記載の方法。 ５４．金属原子を蒸発させ、そしてそれをを前記ナノチューブ開放端部に凝縮 させ融合させることによって前記触媒金属を載置する請求項４２記載の方法。 ５５．前記触媒金属を含有するワイヤ（単数および複数）を加熱することによ って前記蒸発を行う請求項５４記載の方法。 ５６．前記蒸発を分子線蒸発によって行う請求項５４記載の方法。 ５７．炭素のガス源が炭化水素および一酸化水素からなる群から選ばれる請求 項４２記載の方法。 ５８．前記炭化水素が１ないし７個の炭素原子を有するアルキル、アシル、ア リールおよびアラールキルからなる群から選ばれる請求項５７記載の方法。 ５９．前記炭化水素がメタン、エタン、エチレン、アセチレン、アセトン、プ ロパン、プロピレンおよびそれらの混合物である請求項５８記載の方法。 ６０．前記局部エネルギーがレーザー光線によって与えられる請求項４２記載 の方法。 ６１．前記局部エネルギーがマイクロ波発生機、Ｒ−Ｆコイルおよび太陽熱集 中装置からなる群から選ばれる源によって与えられる請求項４２記載の方法。 ６２．前記端部を約９００℃から約１１００℃の範囲の温度に加熱する請求項 ４２記載の方法。 ６３．少なくとも約８０重量％の単層カーボンナノチューブを含む材料組成物 。 ６４．少なくとも約９０重量％の単層カーボンナノチューブを含む請求項６３ 記載の組成物。 ６５．少なくとも約９５重量％の単層カーボンナノチューブを含む請求項６３ 記載の組成物。 ６６．少なくとも約９９重量％の単層カーボンナノチューブを含む請求項６３ 記載の組成物。 ６７．少なくとも約８０重量％の単層カーボンナノチューブを含むフェルト（ ｆｅｌｔ）。 ６８．少なくとも約９０重量％の単層ナノチューブを含む請求項６７記載のフ ェルト。 ６９．少なくとも約９５重量％の単層ナノチューブを含む請求項６７記載のフ ェルト。 ７０．少なくとも約９９重量％の単層ナノチューブを含む請求項６７記載のフ ェルト。 ７１．紙のような材料の形をなす請求項６７記載のフェルト。 ７２．下記構造を有する管状炭素分子。 ７３．前記グラフェンシートが（ｎ，ｎ）単層カーボンナノチューブに対応す る構造を有する請求項７２記載の分子。 ７４．前記分子が約５ないし約１０００ｎｍの長さを有する請求項７２記載の 分子。 ７５．前記分子が約５ないし約５００ｎｍの長さを有する請求項７４記載の分 子。 ７６．ｎが０ないし１２である請求項７２記載の分子。 ７７．少なくとも１個のエンドヘドラル種をさらに含む請求項７２記載の分子 。 ７８．前記エンドヘドラル種が金属原子、フラーレン分子、他の小分子および それらの混合物からなる群から選ばれる請求項７７記載の分子。 ７９．Ｃ₆₀、Ｃ₇₀またはそれらの混合物からなる群から選ばれる少なくとも１ 種のエンドヘドラル種を含有する（１０，１０）単層ナノチューブを含む請求項 ７８記載の分子。 ８０．前記Ｃ₆₀またはＣ₇₀が、金属原子および金属化合物からなる群から選ば れるエンドヘドラル置換基をさらに含有する請求項７９記載の分子。 ８１．概ね平行状態にあって約５から約５００ナノメートルの範囲の実質的に 同じ長さを有する少なくとも約１０⁶個の単層カーボンナノチューブを含む巨視 的分子配列。 ８２．前記ナノチューブが同じ種類である請求項８１記載の配列。 ８３．前記ナノチューブが（ｎ，ｎ）タイプである請求項８２記載の配列。 ８４．前記ナノチューブが（１０，１０）タイプである請求項８３記載の配列 。 ８５．前記ナノチューブが（ｍ，ｎ）タイプである請求項８３記載の配列。 ８６．前記ナノチューブが種々のタイプを有する請求項８１記載の配列。 ８７．前記配列の一端に結合させそして前記配列中の該ナノチューブに対して 実質的に直角に向けた基質をさらに含む請求項８１記載の配列。 ８８．前記基質がバッキーペーパー面である請求項８７記載の配列。 ８９．前記基質が金、水銀およびインジウム−スズ−酸化物からなる群から選 ばれる金属層である請求項８７記載の配列。 ９０．ナノチューブの中心部分が（ｎ，ｎ）タイプでナノチューブの外側部分 が（ｍ，ｎ）タイプである請求項８６記載の配列。 ９１．概ね平行状態の少なくとも約１０⁶個の単層カーボンナノチューブを含 む巨視的炭素繊維。 ９２．少なくとも約１０⁹個の単層カーボンナノチューブを含む請求項９１記 載の繊維。 ９３．多数の請求項９１記載の該繊維を含む複合繊維。 ９４．請求項９１記載の該繊維のセグメントを含む成長しつつある連続長炭素 繊維の分子テンプレート配列。 ９５．少なくとも１ミリメートルの長さを有する請求項９１記載の繊維。 ９６．前記ナノチューブの大部分が（ｎ，ｎ）タイプである請求項９１記載の 繊維。 ９７．前記ナノチューブのすべてが同種のものではない請求項９１記載の繊維 。 ９８．金属、ポリマー、セラミックおよびサーメットからなる群から選ばれる マトリックス材料を含み、前記マトリックスが少なくともその一部に性質を高め る量の請求項９１記載の該炭素繊維を埋封している製造複合物品。 ９９．前記性質が構造的、機械的電気的、化学的、光学的、または生物学的で ある請求項９８記載の複合物品。 １００．少なくとも１つの導体が請求項９６記載の連続炭素繊維を含む高圧送 電ケーブル。 １０１．中心導体および同軸配設外側導体がいずれも炭素繊維で構成され、そ の間に絶縁層が配設されている請求項１００記載の送電ケーブル。 １０２．前記絶縁層が空隙である請求項１０１記載の送電ケーブル。 １０３．前記絶縁層が（ｍ，ｎ）タイプのカーボンナノチューブから作った絶 縁炭素繊維および窒化六ホウ素ナノチューブから作った絶縁ＢＮ繊維ならびにそ れらの混合物からなる群から選ばれる材料を含む請求項１０１記載の送電ケーブ ル。 １０４．光子コレクタとして請求項８１記載の分子配列を含む、広域スペクト ルの光エネルギーを電流に変えるための太陽電池。 １０５．前記配列中の該ナノチューブの該上端にカップルされた光活性染料を さらに含む請求項１０４記載の太陽電池。 １０６．請求項７７記載の該エンドヘドラル装荷管状炭素分子を含む二安定性 不揮発メモリビット。 １０７．該管状炭素分子が（１０，１０）タイプのナノチューブで構成され、 そして該エンドヘドラル種がＣ₆₀またはＣ₇₀フラーレン分子である請求項１０６ 記載のメモリビット。 １０８．請求項１０６記載の該メモリビット、前記ビットを書き込む手段およ び前記ビットを読み取る手段を含む二安定性不揮発メモリデバイス。 １０９．前記書き取る手段が、前記エンドヘドラル種を前記ビットの第１端か ら第２端に移行させるために前記ビットに正または負極性の電圧パルスを指向す るように用いられるナノ回路素子を含む請求項１０８記載のメモリデバイス。 １１０．前記ビットを読み取る前記手段が、 （ａ）第１の電圧（Ｖ_Read）に対してバイアスさせ、そして前記ビットの読み 取り端から離間させてその間に第１のギャップを形成させるように用いられる第 １のナノ回路素子；および （ｂ）大地電圧（Ｖ_G）に対してバイアスさせ、そして前記ビットの前記読み 取り端から離間させて第２のギャップを形成させるように用いられる第２のナノ 回路素子 を含み、そしてそれにより前記第１および第２のギャップを貫通する電流の存在 によって前記エンドヘドラル種の存在が明に認められる請求項１０８記載のメモ リデバイス。 １１１．請求項８１記載の分子配列を含む電気化学電池用微孔質アノード。 １１２．請求項１１１記載のアノード、ＬｉＣｏＯ₂を含むカソードおよび非 プロトン性有機電解質を含み、充電条件下で該アノードにリチウムのフラーレン 挿入化合物（ＦＩＣ）が生じるリチウムイオン二次電池。 １１３．少なくとも約１０⁶個の単層カーボンナノチューブを含み前記ナノチ ューブの開放端に触媒金属を載置させている巨視的分子テンプレート配列から連 続巨視的炭素繊維を生成させる装置であって、前記装置が、 （ａ）成長およびアニール帯域内で前記テンプレート配列中の前記ナノチュー ブの前記開放端のみを約５００℃から約１３００℃の範囲の温度に局部 加熱する手段； （ｂ）前記テンプレート配列中の前記ナノチューブの前記加熱開放端に直に接 する成長およびアニール帯域へ炭素含有原料ガスを供給する手段；およ び （ｃ）前記繊維の成長しつつある開放端を前記成長およびアニール帯域内に保 ちながら、成長しつつある炭素繊維を前記成長およびアニール帯域から 連続的に取出す手段 を含む装置。 １１４．前記局部加熱手段がレーザーを含む請求項１１３記載の装置。 １１５．排気手段によって真空に保たれる成長チャンバー内に密閉されている 請求項１１３記載の装置。 １１６．大気圧下において、前記連続的に製造される炭素繊維を通す真空供給 固定帯域および巻取ロールをさらに含む請求項１１５記載の装置。 １１７． （ａ）マトリックス；および （ｂ）前記マトリックス中に包埋された多数の単層カーボンナノチューブ を含む複合材料。 １１８．前記マトリックスがポリマーを含む請求項１１７記載の複合材料。 １１９．前記ポリマーが熱硬化性ポリマーを含む請求項１１８記載の複合材料 。 １２０．前記熱硬化性ポリマーがフタル酸／マレイン酸系ポリエステル、ビニ ルエステル、エポキシ、フェノール樹脂、シアネート、ビスマレイミド、および ナド末端封鎖ポリイミドからなる群から選ばれる請求項１１９記載の複合材料。 １２１．前記ポリマーが熱可塑性ポリマーを含む請求項１１８記載の複合材料 。 １２２．前記熱可塑性ポリマーがポリスルホン、ポリアミド、ポリカーボネー ト、ポリフェニレンオキシド、ポリスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、 ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、 ポリアリーレート、および液晶ポリエステルからなる群から選ばれる請求項１２ １記載の複合材料。 １２３．前記マトリックスが金属を含む請求項１１７記載の複合材料。 １２４．前記マトリックスがセラミックを含む請求項１１７記載の複合材料。 １２５．前記マトリックスがサーメットを含む請求項１１７記載の複合材料。 １２６．前記カーボンナノチューブ材料が管状カーボンナノチューブ分子を含 む請求項１１７記載の複合材料。 １２７．前記カーボンナノチューブ材料が最大約１０³個のＳＷＮＴのロープ （ｒｏｐｅ）を含む請求項１１７記載の複合材料。 １２８．前記カーボンナノチューブ材料が１０⁶個を上回るＳＷＮＴの繊維を 含む請求項１１７記載の複合材料。 １２９．補助的繊維材料をさらに含む請求項１２６、１２７、または１２８記 載の複合材料。 １３０．前記カーボンナノチューブ材料を変性して、前記マトリックス材料と 相互作用させる請求項１２６、１２７、または１２８記載の複合材料。 １３１． （ａ）マトリックス材料前駆物質を調製し； （ｂ）単層カーボンナノチューブを前記マトリックス材料前駆物質と結合させ ；そして （ｃ）複合材料を形成させる ことを含むカーボンナノチューブ含有複合材料の製造法。 １３２．前記形成工程以前に前記カーボンナノチューブ材料を前記マトリック 材料前駆物質と結合させる請求項１３１記載の方法。 １３３．前記形成工程中に前記カーボンナノチューブ材料を前記マトリックス 材料前駆物質と結合させる請求項１３１記載の方法。 １３４．前記形成工程の直後に前記カーボンナノチューブ材料を前記マトリッ クス材料前駆物質と結合させる請求項１３１記載の方法。 １３５．前記マトリックス材料前駆物質を前記カーボンナノチューブ材料の予 備成形装置の回りに流す請求項１３１記載の方法。 １３６． （ａ）繊維材料の集成体を調製し； （ｂ）単層カーボンナノチューブを前記繊維材料に加え；そして （ｃ）マトリックス材料前駆物質を前記カーボンナノチューブおよび前記繊維 材料に加える ことを含むカーボンナノチューブ材料含有複合材料の製造法。 １３７．前記繊維材料を二次元のシートに配列させ、そして前記カーボンナノ チューブの一部を前記シートに対して平行以外の方向に配向させる請求項１３６ 記載の方法。 １３８．前記カーボンナノチューブが管状カーボンナノチューブ分子を含む請 求項１３１または１３６記載の方法。 １３９．前記カーボンナノチューブが最大約１０³個のＳＷＮＴのロープを含 む請求項１３１または１３６記載の方法。 １４０．前記カーボンナノチューブが１０⁶個を上回るＳＷＮＴの繊維を含む 請求項１３１または１３６記載の方法。 １４１．誘導された単層カーボンナノチューブ分子から自己集合を行う三次元 構造物であって、前記三次元構造物に集成された多数の多機能性単層カーボンナ ノチューブを含む三次元構造物。 １４２．前記単層カーボンナノチューブがその端面キャップ上に多機能性誘導 体を有する請求項１４１記載の三次元構造物。 １４３．前記単層カーボンナノチューブが前記単層カーボンナノチューブ上の 多くの位置に多機能性誘導体を有する請求項１４１記載の三次元構造物。 １４４．ファンデルワールス吸引力の結果として前記単層カーボンナノチュー ブが集成される請求項１４１記載の三次元構造物。 １４５．電磁気的性質を有する請求項１４１記載の三次元構造物。 １４６．前記電磁気的性質が機能的に特定の薬剤によって測定される請求項１ ４１記載の三次元構造物。 １４７．対称的である請求項１４１記載の三次元構造物。 １４８．対称的ではない請求項１４１記載の三次元構造物。 １４９．生物学的性質を有する請求項１４１記載の三次元構造物。 １５０．生化学反応の触媒として作用する請求項１４９記載の三次元構造物。 １５１．生体組織と相互作用する請求項１４９記載の三次元構造物。 １５２．生体系の機能と相互作用させるための薬剤として働く請求項１４９記 載の三次元構造物。 １５３．少なくとも１つの単層カーボンナノチューブ導電エレメントを含み、 前記少なくとも１つのナノチューブが所望の電流レベルおよび所望の電圧レベル に対して選ばれた長さを有する光捕集アンテナ。 １５４．前記少なくとも１つの単層カーボンナノチューブがショットキー障壁 を形成する請求項１５３記載の光捕集アンテナ。 １５５．請求項１５３記載の光捕集アンテナ配列。 １５６．前記配列が自己集合によって形成される請求項１５５記載の光捕集ア ンテナ配列。 １５７．少なくとも１つの単層カーボンナノチューブを含むモレキュラ電子コ ンポーネント。 １５８．前記モレキュラ電子コンポーネントが全波整流をもたらすためのブリ ッジ回路であり、前記ブリッジ回路が、 ４個の単層カーボンナノチューブを含み、前記４個の単層カーボンナノチュー ブがそれぞれ正方形の一辺を形成して４個のバッキーボール中の２個に結合され 、前記４個のバッキーボールがそれぞれ前記正方形の角に配設される請求項１５ ７記載のモレキュラ電子コンポーネント。 １５９．前記バキーボールおよび単層カーボンナノチューブが機能的に特定の 結合剤を包含するように誘導される請求項１５８記載のブリッジ回路。 １６０．フラーレンダイオードである請求項１５７記載のモレキュラ電子コン ポーネント。 １６１．少なくとも１個の単層カーボンナノチューブを含むナノスケールマニ ピュレータ。 １６２．ナノフォーセプツである請求項１６１記載のナノスケールマニピュレ ータ。[Procedure of Amendment] Article 184-8, Paragraph 1 of the Patent Act [Submission date] May 14, 1999 (May 14, 1999) [Correction contents]                                The scope of the claims   1. Purify mixtures containing single-walled carbon nanotubes and amorphous carbon contaminants Wherein the method is   (A) heating the mixture under oxidizing conditions sufficient to remove the amorphous carbon;         And   (B) recovering the product containing at least about 80% by weight of single-walled carbon nanotubes;         Collect A method comprising a step.   2. The method of claim 1 wherein said oxidizing conditions comprise an aqueous solution of an inorganic oxidant.   3. A mixture of nitric acid, sulfuric acid and hydrogen peroxide, 3. The method of claim 2, wherein the method is selected from the group consisting of potassium acid and mixtures thereof.   4. The method according to claim 2, wherein the aqueous solution is heated to reflux.   5. The method according to claim 1, further comprising a step of subjecting the oxidation product of step (b) to a saponification treatment. 2. The method according to 2.   6. Wherein said saponification comprises contacting said product with a basic solution. Item 6. The method according to Item 5.   7. 7. The method of claim 6, wherein said basic solution comprises sodium hydroxide.   8. 7. The method of claim 6, further comprising the step of neutralizing the saponified product with an acid.   9. 9. The method according to claim 8, wherein said acid is hydrochloric acid.   10. Recovering a solid product from the saponified and neutralized product. Item 9. The method according to Item 8.   11. Group consisting of filtration, gravity sedimentation, chemical coagulation, and hydrocyclone separation The method of claim 10 wherein said product is recovered by a method selected from the group consisting of:   12. The method of claim 10, wherein the product is a two-dimensional product, such as paper.   13. 13. The method of claim 12, further comprising drying the product.   14． The product is dried at about 850 ° C in a hydrogen gas atmosphere. 3. The method according to 3.   15. The product contains at least about 90% by weight of single-walled carbon nanotubes. The method of claim 1.   16. The product contains at least about 95% by weight of single-walled carbon nanotubes. The method of claim 1.   17． The product contains at least about 99% by weight of single-walled carbon nanotubes. The method of claim 1.   18. A method for producing tubular carbon molecules having a length of about 5 to 500 nm, comprising: Law   (A) providing a material containing single-walled carbon nanotubes;   (B) cutting the single-walled nanotubes in the single-walled nanotube-containing material to a length         Make a mixture of tubular carbon molecules in the range of 5-500 nm;   (C) removing from said tubular carbon molecule mixture a portion of said molecules having substantially equal lengths;         Isolate A method comprising a step.   19. Cutting the single-walled nanotube into tubular carbon molecules,   (A) substantially two-walled nanotubes containing single-wall nanotubes up to about 1 micron or more in length;         Form a dimensional target, and   (B) irradiating the target with a high energy beam of high mass ions 19. The method of claim 18, comprising the steps of:   20. A high-energy beam is generated in a cyclotron and is about 0.1 to 20. The method of claim 19, having an energy of about 10 GeV.   21. 20. The high mass ion having a mass greater than about 150 AMU. The method described.   22. The high mass ions are selected from the group consisting of gold, bismuth and uranium A method according to claim 21.   23. The high mass ions are Au⁺³³23. The method of claim 22, wherein   24. The single-wall nanotube cutting into tubular carbon molecules,   (A) forming a suspension of single-wall nanotubes in a medium;   (B) sonicating the suspension with acoustic energy 19. The method of claim 18, comprising the step of:   The sound was operated by a device operating at 25.40 KHz and having an output of 20 W. 25. The method of claim 24, wherein the acoustic energy is generated.   26. Cutting the single-walled nanotubes into tubular carbon molecules with concentrated HNO_ThreeSingle layer nano inside 19. The method of claim 18, comprising refluxing the tube-containing material.   27. Heating the tubular carbon molecule to at least one end thereof a hemispherical fuller 20. The method of claim 19, further comprising the step of forming a cap.   28. Under the reaction conditions, the tubular carbon molecule is treated with the end of the tubular carbon molecule. Reacting with a material that provides at least one substituent on at least one of the moieties 19. The method of claim 18, further comprising:   29. Under the reaction conditions, the tubular carbon molecule is treated with the end of the tubular carbon molecule. Reacting with a material that provides at least one substituent on at least one of the moieties 27. The method of claim 26, further comprising:   30. The substituents are each independently hydrogen; alkyl, acyl, aryl, Aralkyl, halogen; substituted or unsubstituted thiol; unsubstituted or substituted amino Hydroxy; and OR 'wherein R' is hydrogen, alkyl, acyl, aryl, Aralkyl, unsubstituted or substituted amino; substituted or unsubstituted thiol; And optionally interrupted by one or more heteroatoms And optionally one or more of ＯO or ＝ S, hydroxy, aminoalkyl Or a linear or amino acid in which the amino acid is replaced with 2-8 peptides 30. The method according to claim 28 or 29, which may be selected from the group consisting of cyclic carbon chains.   31. A method for forming a macroscopic molecular arrangement of tubular carbon molecules, the method comprising: ,   (A) at least about 10 of substantially the same length in the range of 50 to 500 nm;⁶         Resulting in two tubular carbon molecules;   (B) introducing a binding moiety into at least one end of said tubular carbon molecule;   (C) providing a substrate coated with a material to which the binding moiety binds;   (D) contacting the tubular carbon molecule containing a binding moiety with the substrate A method comprising a step.   32. The substrate is selected from the group consisting of gold, mercury and indium-tin-oxide. 32. The method of claim 31, wherein the method is performed.   33. The bonding moiety is -S-, -S- (CH_Two)_n-NH-, and -SiO_Three (CH_Two)_ThreeNH_Three33. The method of claim 32, wherein the method is selected from the group consisting of:   34. A method for forming a macroscopic molecular arrangement of tubular carbon molecules, the method comprising: ,   (A) providing a nanoscale array of microwells on a substrate;   (B) loading a metal catalyst on each of the microwells;   (C) Under conditions that allow single-walled carbon nanotubes to grow from each microwell         Delivering a hydrocarbon or CO feed gas stream to the substrate A method comprising a step.   35. To help align the nanotubes growing from the microwells 35. The method of claim 34, further comprising applying an electric field near said substrate.   36. A method for forming a macroscopic molecular arrangement of tubular carbon molecules, the method comprising: ,   (A) Single-walled carbon nano that is refined but relatively entangled         Producing a surface containing the tubing;   (B) sufficient to cause the broken short length nanotubes to protrude from the surface;         Placing said surface under oxidizing conditions; and   (C) aligning the nanotubes projecting from the surface in a direction substantially perpendicular to the surface;         Align and fuse into sequence by Van der Waals interaction forces         Applying an electric field to said surface to cause A method comprising a step.   37. The oxidizing conditions are oxygen and CO 2_TwoAbout 500 ° C in an atmosphere of 37. The method of claim 36, comprising heating to a temperature.   38. A method for forming a macroscopic molecular arrangement of tubular carbon molecules, the method comprising: , Up to 10⁶Assembling subarrays of single-walled carbon nanotubes into a composite array A method comprising the steps of:   39. 39. The method of claim 38, wherein all of the sub-arrays comprise homogenous nanotubes. Law.   40. 39. The method of claim 38, wherein said subsequence comprises heterologous nanotubes.   41. The method according to any one of claims 31, 34 or 36. 39. The method of claim 38, wherein the array is created.   42. At least about 10 in a generally parallel direction⁶Giant containing single-walled nanotubes A method of continuously growing optical carbon fibers, said method comprising:   (A) in a generally parallel direction, ranging from about 50 to about 500 nanometers;         At least about 10 having substantially the same length⁶Macroscopic view of two tubular carbon molecules         Generating a molecular sequence;   (B) the hemispherical fullerene cap from the upper end of the tubular carbon molecules in the array         Remove;   (C) contacting the upper end of the tubular carbon molecules in the array with at least one catalytic metal;         Contact;   (D) applying local energy to the ends of the array to bring the ends to about 500 ° C.       During heating to a temperature in the range of about 1300 ° C., a carbon gas is placed at the end of the array.       Supply the source; and   (E) Continuously recovering growing carbon fibers A method comprising a step.   43. Remove the fullerene cap by heating in an oxidizing atmosphere. 43. The method of claim 42, excluding.   44. The oxidizing atmosphere comprises oxygen and CO_TwoTemperature of about 500 ° C in an atmosphere of 44. The method of claim 43, wherein the method includes aqueous etching or nitric acid etching with nitric acid. the method of.   45. The catalyst metal is a Group VIII transition metal, a Group VI transition metal, a lanthanide series gold. Genus, 43. A member selected from the group consisting of actinide series metals and mixtures thereof. The described method.   46. The catalyst metal is Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir and 46. The method of claim 45, wherein the method is selected from the group consisting of   47. The catalytic metal comprises Fe, Ni and Co and mixtures thereof 47. The method of claim 46, wherein the method is selected from the group.   48. The catalyst metal is selected from the group consisting of Cr, Mo, and W. 5. The method according to 5.   49. The catalytic metal is loaded on each nanotube in the field as a metal atom cluster 43. The method of claim 42, wherein   50. The metal atom cluster has about 10 to about 200 metal atoms 50. The method of claim 49.   51. 43. The method of claim 42, wherein said catalytic metal is mounted as preformed nanoparticles. .   52. 52. The method of claim 51, wherein said catalytic metal is Mo.   53. The catalyst metal is selected from the group consisting of salts, oxides and complexes of the metal 43. The method of claim 42, wherein the metal precursor is deposited.   54. Evaporate metal atoms and condense it on the open end of the nanotube 43. The method of claim 42, wherein the catalytic metal is loaded by fusing and fusing.   55. By heating the wire (s) containing the catalytic metal 55. The method of claim 54, wherein said evaporating is performed.   56. The method according to claim 54, wherein the evaporation is performed by molecular beam evaporation.   57. Claims wherein the carbon gas source is selected from the group consisting of hydrocarbons and hydrogen monoxide Item 43. The method according to Item 42.   58. The hydrocarbon has 1 to 7 carbon atoms, alkyl, acyl, a 58. The method of claim 57, wherein the method is selected from the group consisting of reels and aralkyl.   59. The hydrocarbon is methane, ethane, ethylene, acetylene, acetone, 59. The method according to claim 58, which is lopan, propylene and a mixture thereof.   60. 43. The local energy is provided by a laser beam. the method of.   61. The local energy is generated by a microwave generator, an RF coil and a solar heat collector. 43. The method of claim 42 provided by a source selected from the group consisting of:   62. Heating the end to a temperature in the range of about 900C to about 1100C. 42. The method of claim 42.   63. Material composition comprising at least about 80% by weight of single-walled carbon nanotubes .   64. 64. At least about 90% by weight of the single-walled carbon nanotubes. A composition as described.   65. 64. At least about 95% by weight of single-walled carbon nanotubes. A composition as described.   66. 64. At least about 99% by weight of single-walled carbon nanotubes. A composition as described.   67. Felt comprising at least about 80% by weight of single-walled carbon nanotubes ( felt).   68. 68. The method of claim 67, comprising at least about 90% by weight of the single-walled nanotube. Erto.   69. 68. The method of claim 67, comprising at least about 95% by weight of the single-walled nanotube. Erto.   70. 68. The method of claim 67, comprising at least about 99% by weight of the single-walled nanotube. Erto.   71. 68. The felt of claim 67 in the form of a paper-like material.   72. A tubular carbon molecule having the following structure.   73. The graphene sheet corresponds to the (n, n) single-walled carbon nanotube. 73. The molecule of claim 72, having a structure that is:   74. 73. The molecule of claim 72, wherein said molecule has a length of about 5 to about 1000 nm. molecule.   75. 75. The method of claim 74, wherein said molecules have a length of about 5 to about 500 nm. Child.   76. 73. The molecule of claim 72, wherein n is 0-12.   77. 73. The molecule of claim 72, further comprising at least one endohedral species. .   78. The endohedral species is a metal atom, a fullerene molecule, another small molecule and 78. The molecule of claim 77 selected from the group consisting of a mixture thereof.   79. C₆₀, C₇₀Or at least one selected from the group consisting of mixtures thereof Claims: (10,10) Single-wall nanotubes containing endohedral species 78. The molecule according to 78.   80. Said C₆₀Or C₇₀Is selected from the group consisting of metal atoms and metal compounds 80. The molecule of claim 79, further comprising an endohedral substituent.   81. Substantially parallel and substantially in the range of about 5 to about 500 nanometers At least about 10 having the same length⁶Macroscopic view containing single-walled carbon nanotubes Molecular sequence.   82. 83. The array of claim 81, wherein said nanotubes are of the same type.   83. 83. The arrangement of claim 82, wherein said nanotubes are of the (n, n) type.   84. 84. The array of claim 83, wherein said nanotubes are of the (10,10) type. .   85. 84. The arrangement of claim 83, wherein said nanotubes are of the (m, n) type.   86. 83. The arrangement of claim 81, wherein said nanotubes have different types.   87. Attached to one end of the array and to the nanotubes in the array 83. The sequence of claim 81, further comprising a substantially orthogonally oriented substrate.   88. 90. The arrangement of claim 87, wherein said substrate is a buckypaper surface.   89. The substrate is selected from the group consisting of gold, mercury and indium-tin-oxide. 90. The arrangement of claim 87, wherein the arrangement is a stripped metal layer.   90. The central part of the nanotube is (n, n) type and the outer part of the nanotube 87. The array of claim 86, wherein is an (m, n) type.   91. At least about 10 in a generally parallel state⁶Contains single-walled carbon nanotubes Macroscopic carbon fiber.   92. At least about 10⁹92. The method according to claim 91, wherein the plurality of single-walled carbon nanotubes are contained. On the fiber.   93. 92. A conjugate fiber comprising a plurality of the fibers of claim 91.   94. 92. A growing continuous length carbon comprising segments of said fibers according to claim 91. Fiber template template.   95. 92. The fiber of claim 91 having a length of at least one millimeter.   96. 92. The method of claim 91, wherein a majority of the nanotubes are of the (n, n) type. fiber.   97. 92. The fiber of claim 91, wherein all of said nanotubes are not of the same type. .   98. Selected from the group consisting of metal, polymer, ceramic and cermet A matrix material, said matrix enhancing properties at least in part thereof 92. A manufactured composite article having embedded therein an amount of the carbon fiber of claim 91.   99. The property is structural, mechanical, electrical, chemical, optical, or biological 100. The composite article of claim 98.   100. 97. A high pressure feed wherein at least one conductor comprises continuous carbon fibers of claim 96. Electrical cable.   101. Both the center conductor and the coaxially arranged outer conductor are made of carbon fiber. The power transmission cable according to claim 100, wherein an insulating layer is provided between the power transmission cables.   102. The power transmission cable according to claim 101, wherein the insulating layer is a gap.   103. The insulating layer is made of (m, n) type carbon nanotubes. Insulating BN fiber made from marginal carbon fiber and hexaboron nitride 102. The power transmission cable of claim 101, comprising a material selected from the group consisting of mixtures thereof. Le.   104. 84. A broad spectrum comprising the molecular arrangement of claim 81 as a photon collector A solar cell that converts light energy into electric current.   105. A photoactive dye coupled to the top of the nanotubes in the array. 105. The solar cell of claim 104, further comprising:   106. 78. A bistable comprising the endohedral-loaded tubular carbon molecule of claim 77. Non-volatile memory bit.   107. The tubular carbon molecule is composed of (10,10) type nanotubes, And the endhedral species is C₆₀Or C₇₀107. It is a fullerene molecule. The stated memory bit.   108. 107. The memory bit of claim 106, means for writing the bit, and And a means for reading said bits.   109. Means for writing the endohedral species at the first end of the bit; A positive or negative voltage pulse is directed to the bit to shift from the second end to the second end. 111. The memory device of claim 108, comprising a nanocircuit element used to:   110. The means for reading the bits comprises:   (A) First voltage (V_Read) And reading said bit A second used to form a first gap therebetween and spaced from the leading end; One nanocircuit element; and   (B) Ground voltage (V_G) And reading the bits A second nanometer used to form a second gap spaced from the edge Circuit element And thereby the presence of a current through the first and second gaps 108. The note of claim 108, wherein the presence of the endohedral species is clearly recognized by Redevice.   111. 82. A microporous anode for an electrochemical cell comprising the molecular arrangement of claim 81.   112. 112. The anode of claim 111, LiCoO._TwoIncluding cathode and non Lithium fullerene containing a protic organic electrolyte and being charged to the anode under charging conditions A lithium ion secondary battery in which an insertion compound (FIC) is generated.   113. At least about 10⁶Said single-walled carbon nanotubes The sequence from the macromolecular template array with the catalytic metal on the open end of the tube An apparatus for producing macroscopic carbon fibers, wherein the apparatus comprises:   (A) the nanotube in the template array within a growth and annealing zone;         Only the open end of the probe to a temperature in the range of about 500 ° C to about 1300 ° C.         Means for heating;   (B) direct contact with the heated open end of the nanotubes in the template array         Means for supplying a carbon-containing source gas to a growing and annealing zone;         And   (C) keeping the growing open end of the fiber within the growth and annealing zone;         While growing carbon fibers from the growth and annealing zone         Means to take out continuously Equipment including.   114. 114. The apparatus of claim 113, wherein said local heating means comprises a laser.   115. Sealed in a growth chamber that is kept in vacuum by evacuation means The apparatus of claim 113.   116. Vacuum supply through the continuously produced carbon fiber under atmospheric pressure The apparatus of claim 115, further comprising a fixed zone and a take-up roll.   117.   (A) a matrix; and   (B) multiple single-walled carbon nanotubes embedded in the matrix A composite material containing.   118. 118. The composite of claim 117, wherein said matrix comprises a polymer.   119. 120. The composite of claim 118, wherein said polymer comprises a thermoset polymer. .   120. The thermosetting polymer is phthalic / maleic polyester, vinyl Ester, epoxy, phenolic resin, cyanate, bismaleimide, and 120. The composite material of claim 119, wherein the composite material is selected from the group consisting of nad endblocked polyimides.   121. 119. The composite of claim 118, wherein said polymer comprises a thermoplastic polymer. .   122. The thermoplastic polymer is polysulfone, polyamide, polycarbonate G, polyphenylene oxide, polysulfide, polyetheretherketone, Polyether sulfone, polyamide imide, polyether imide, polyimide, 13. The composition of claim 12, which is selected from the group consisting of polyarylates and liquid crystal polyesters. 2. The composite material according to 1.   123. 118. The composite of claim 117, wherein said matrix comprises a metal.   124. 118. The composite of claim 117, wherein said matrix comprises a ceramic.   125. 118. The composite of claim 117, wherein said matrix comprises a cermet.   126. The carbon nanotube material includes tubular carbon nanotube molecules. 118. The composite material of claim 117.   127. The carbon nanotube material has a maximum of about 10^ThreeSWNT ropes 118. The composite material of claim 117 comprising (rope).   128. The carbon nanotube material is 10⁶More than one SWNT fiber 118. The composite material of claim 117, comprising:   129. 130. The method of claim 126, 127 or 128, further comprising an auxiliary fiber material. The composite material shown.   130. The carbon nanotube material is modified to form the matrix material. 130. The composite material of claim 126, 127, or 128, wherein said composite material interacts.   131.   (A) preparing a matrix material precursor;   (B) combining single-walled carbon nanotubes with the matrix material precursor ; And   (C) forming a composite material A method for producing a carbon nanotube-containing composite material, comprising:   132. Before the forming step, the carbon nanotube material is 134. The method of claim 131, wherein said method is combined with a material precursor.   133. The carbon nanotube material is added to the matrix during the forming step. 134. The method of claim 131, wherein said method is combined with a material precursor.   134. Immediately after the forming step, the carbon nanotube material is 132. The method of claim 131, wherein the method is combined with a glass material precursor.   135. The matrix material precursor is a precursor of the carbon nanotube material. 134. The method of claim 131, wherein the flow is around a stock forming apparatus.   136.   (A) preparing an assembly of fiber material;   (B) adding single-walled carbon nanotubes to the fiber material;   (C) the matrix material precursor is the carbon nanotube and the fiber Add to ingredients A method for producing a carbon nanotube material-containing composite material comprising:   137. Arranging the fiber material in a two-dimensional sheet; 136. A portion of a tube is oriented in a direction other than parallel to the sheet. The described method.   138. The carbon nanotube comprises a tubular carbon nanotube molecule. 131. The method according to claim 131 or 136.   139. The carbon nanotube has a maximum of about 10^ThreeSWNT rope included 137. The method of claim 131 or 136.   140. The carbon nanotube is 10⁶Contains more than one SWNT fiber 137. The method of claim 131 or 136.   141. Three-dimensional self-assembly from induced single-walled carbon nanotube molecules A plurality of multifunctional single-walled carbon nanotubes assembled on the three-dimensional structure. Three-dimensional structure including tube.   142. The single-walled carbon nanotube induces multi-functionality on its end cap 142. The three-dimensional structure of claim 141 having a body.   143. The single-walled carbon nanotube is placed on the single-walled carbon nanotube. 142. The three-dimensional structure of claim 141 having a multifunctional derivative at many positions.   144. The single layer carbon nanotubes as a result of van der Waals suction 142. The three-dimensional structure of claim 141, wherein the elements are assembled.   145. 142. The three-dimensional structure according to claim 141, having electromagnetic properties.   146. 2. The method of claim 1, wherein the electromagnetic properties are functionally measured by a particular agent. 41. The three-dimensional structure according to 41.   147. 142. The three-dimensional structure of claim 141, which is symmetric.   148. 142. The three-dimensional structure of claim 141, which is not symmetric.   149. 142. The three-dimensional structure of claim 141 having biological properties.   150. 150. The three-dimensional structure according to claim 149, which acts as a catalyst for a biochemical reaction.   151. 150. The three-dimensional structure according to claim 149, which interacts with a living tissue.   152. 150. The article of claim 149, which acts as an agent for interacting with the function of a biological system. Three-dimensional structure.   153. At least one single-walled carbon nanotube conductive element, The at least one nanotube has a desired current level and a desired voltage level A light collecting antenna having a length selected with respect to.   154. The at least one single-walled carbon nanotube is a Schottky barrier 153. The light collection antenna of claim 153, wherein   155. 154. The light collection antenna arrangement of claim 153.   156. 160. The light collection device of claim 155, wherein said array is formed by self-assembly. Array of antennas.   157. Molecular electronic core including at least one single-walled carbon nanotube Component.   158. A bridge for the molecular electronic component to provide full-wave rectification A bridge circuit, wherein the bridge circuit is:   The four single-walled carbon nanotubes include four single-walled carbon nanotubes. Are connected to two of the four buckyballs, each forming one side of a square. The four buckyballs are each disposed at a corner of the square. 7. The molecular electronic component of claim 7.   159. The buckyballs and single-walled carbon nanotubes are functionally specific 160. The bridge circuit of claim 158, wherein the bridge circuit is induced to include a binder.   160. 160. The molecular electronic computer according to claim 157, which is a fullerene diode. Component.   161. Nanoscale manifold containing at least one single-walled carbon nanotube Purator.   162. 163. The nanoscale manipure of claim 161 which is a nanoforce. Data.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 101/00 Ｄ０１Ｆ 9/127 Ｄ０１Ｆ 9/127 Ｇ０１Ｎ 13/12 Ｄ Ｇ０１Ｎ 13/12 13/16 Ｃ 13/16 Ｈ０１Ｂ 9/00 Ｚ Ｇ１２Ｂ 21/04 Ｈ０１Ｍ 4/58 21/08 Ｃ０４Ｂ 35/80 Ｍ Ｈ０１Ｂ 9/00 Ｇ１２Ｂ 1/00 ６０１Ｂ Ｈ０１Ｍ 4/58 ６０１Ｄ (31)優先権主張番号 ６０／０６３，６７５ (32)優先日 平成９年10月29日(1997．10．29) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６０／０６４，５３１ (32)優先日 平成９年11月５日(1997．11．5) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６０／０６７，３２５ (32)優先日 平成９年12月５日(1997．12．5) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ダイ，ホンジー アメリカ合衆国カリフォルニア州94086, サニーヴェイル，ペスカデロ・テラス 365 (72)発明者 リウ，ジー アメリカ合衆国テキサス州77081，ヒュー ストン，ガルフトン 5825，ナンバー 3214 (72)発明者 リンツラー，アンドリュー・ジー アメリカ合衆国テキサス州77081，ヒュー ストン，チェットウッド 6666，アパート メント 171 (72)発明者 ハフナー，ジェイソン・エイチ アメリカ合衆国テキサス州77098―5303, ヒューストン，バンクス・ストリート 2129 (72)発明者 スミス，ケン アメリカ合衆国テキサス州77391―1049, スプリング，ピーオーボックス 11049 (72)発明者 グオ，ティン アメリカ合衆国カリフォルニア州92037, ラ・ホーラ，カミニト・ソノマ 8176 (72)発明者 ニコラエフ，パベル アメリカ合衆国テキサス州77019，ヒュー ストン，１／２ トルーン 2232 (72)発明者 テス，アンドレアス ドイツ連邦共和国デー―82152 マルティ ーンスリート，アム・クロップファーシュ ピッツ 189，アップタイルンク・モレク ラーセ・シュトゥルクトゥーアビオロギ ー，マックス・プランク・インスティトゥ ート・フューア・ビオヒェミー──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C08L 101/00 D01F 9/127 D01F 9/127 G01N 13/12 D G01N 13/12 13/16 C 13 / 16 H01B 9/00 Z G12B 21/04 H01M 4/58 21/08 C04B 35/80 M H01B 9/00 G12B 1/00 601B H01M 4/58 601D (31) Priority claim number 60 / 063,675 (32 ) Priority date October 29, 1997 (Oct. 29, 1997) (33) Priority country United States (US) (31) Priority number 60 / 064,531 (32) Priority date November 1997 5th (1997.11.5) (33) Priority country United States (US) (31) Priority claim number 60 / 067,325 (32) Priority date December 5, 1997 (12.5.1997) (33) Priority country United States (US) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY) , KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, GW, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD , MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW (72) Inventor Die, Honsey 94086, California, United States Sunnyvale, Pescadero Terrace 365 (72) Inventor Liu, G. 77081, Texas, United States, Houston, Gulfton 5825, number 3214 (72) Inventor Linzler, Andrew G. 77081, Texas, United States, Houston, Chetwood 6666, Apartment 171 (72) Invention Huffner, Jason H. 77098-5303, Texas, USA 2129 (72) Inventor Smith, Ken United States 77391-1049, Texas, Spring, P.O. Box 11049 (72) Inventor Guo, Tin California, United States State 92037, La Jolla, Ca Minute Sonoma 8176 (72) Inventor Nikolaev, Pavel 77019, Texas, Houston, 1/2 Troon 2232 (72) Inventor Tess, Andreas Federal Republic of Germany Day 82152 Martinsried, Am Klopfarsch Pitz 189, Up Taylink Molek Larse Struktuaviologie, Max Planck Institute Fuer Biochemie

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １．単層（ｓｉｎｇｌｅ−ｗａｌｌ）カーボンナノチューブおよび無定形炭素 汚染物質を含む混合物を精製する方法であって、前記方法が （ａ）前記無定形炭素を除くのに十分な酸化条件下で、前記混合物を加熱し、 そして （ｂ）少なくとも約８０重量％の単層カーボンナノチューブを含む生成物を回 収する 工程を含む方法。 ２．前記酸化条件が無機オキシダントの水溶液を含む請求項１記載の方法。 ３．前記無機オキシダントが硝酸、硫酸と過酸化水素との混合物、過マンガン 酸カリウムおよびそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項２記載の方法。 ４．前記水溶液を還流下に加熱する請求項２記載の方法。 ５．工程（ｂ）の該酸化生成物をけん化処理に付する工程をさらに含む請求項 ２記載の方法。 ６．前記けん化処理が、前記生成物を塩基性溶液と接触させることを含む請求 項５記載の方法。 ７．前記塩基性溶液が水酸化ナトリウムを含む請求項６記載の方法。 ８．該けん化物を酸で中和する工程をさらに含む請求項６記載の方法。 ９．前記酸が塩酸である請求項８記載の方法。 １０．該けん化、中和生成物から固体生成物を回収する工程をさらに含む請求 項８記載の方法。 １１．濾過、重力沈降、化学凝集法、および液体サイクロン分離からなる群か ら選ばれる方法によって前記生成物を回収する請求項１０記載の方法。 １２．前記生成物が紙のような二次元生成物である請求項１０記載の方法。 １３．該生成物を乾燥する工程をさらに含む請求項１２記載の方法。 １４．前記生成物を水素ガス雰囲気中で約８５０℃において乾燥する請求項１ ３記載の方法。 １５．前記生成物が少なくとも約９０重量％の単層カーボンナノチューブを含 む請求項１記載の方法。 １６．前記生成物が少なくとも約９５重量％の単層カーボンナノチューブを含 む請求項１記載の方法。 １７．前記生成物が少なくとも約９９重量％の単層カーボンナソチューブを含 む請求項１記載の方法。 １８．長さが約５ないし５００ｎｍの管状炭素分子の製造法であって、前記方 法が （ａ）単層ナノチューブ含有材料を切断して、長さが５−５００ｎｍの範囲に ある管状炭素分子の混合物を作り； （ｂ）前記管状炭素分子混合物から、長さが実質的に等しい前記分子の一部を 単離する 工程を含む方法。 １９．管状炭素分子への前記単層ナノチューブ切断が、 （ａ）長さが最大約１ミクロン以上の単層ナノチューブを含有する実質的に二 次元のターゲット（ｔａｒｇｅｔ）を形成し、そして （ｂ）前記ターゲットに高質量イオンの高エネルギービームを照射する 工程を含む請求項１８記載の方法。 ２０．高エネルギービームがサイクロトロンで生成され、かつ約０．１ないし 約１０ＧｅＶのエネルギーを有する請求項１９記載の方法。 ２１．前記高質量イオンが約１５0ＡＭＵを上回る質量を有する請求項１９記 載の方法。 ２２．前記高質量イオンが金、ビスマスおよびウランからなる群から選ばれる 請求項２１記載の方法。 ２３．該高質量イオンがＡｕ⁺³³である請求項２２記載の方法。 ２４．管状炭素分子への前記単層ナノチューブ切断が、 （ａ）媒質中に単層ナノチューブの懸濁液を生成させ； （ｂ）前記懸濁液を音響エネルギーで超音波処理する 工程を含む請求項１８記載の方法。 ２５．４０ＫＨｚで操作し、そして２０Ｗの出力を有する装置によって前記音 響エネルギーを生成させる請求項２４記載の方法。 ２６．管状炭素分子への前記単層ナノチューブ切断が濃ＨＮＯ₃中で単層ナノ チューブ材料を還流させることを含む請求項１８記載の方法。 ２７．該管状炭素分子を加熱して少なくともその１つの底面に半球状フラーレ ン（ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）キャップを形成させる工程をさらに含む請求項１９記 載の方法。 ２８．前記管状炭素分子を、該反応条件において、前記管状炭素分子の前記底 面の少なくとも１つに少なくとも１つの置換基をもたらす材料と反応させる工程 をさらに含む請求項１８記載の方法。 ２９．前記管状炭素分子を、該反応条件において、前記管状炭素分子の前記底 面の少なくとも１つに少なくとも１つの置換基をもたらす材料と反応させる工程 をさらに含む請求項２６記載の方法。 ３０．前記置換基が、それぞれ独立して水素；アルキル、アシル、アリール、 アラールキル、ハロゲン；置換または無置換チオール；無置換または置換アミノ ；ヒドロキシ；およびＯＲ’（式中Ｒ’は水素、アルキル、アシル、アリール、 アラールキル、無置換または置換アミノ；置換または無置換チオール；およびハ ロゲンからなる群から選ばれる）；ならびに任意に１個以上のヘテロ原子で遮断 され、そして任意に１個以上の＝Ｏ、もしくは＝Ｓ、ヒドロキシ、アミノアルキ ル基、アミノ酸、またはアミノ酸が２−８個のペプチドで置換される線状または 環状炭素鎖からなる群から選ばれる請求項２８または２９記載の方法。 ３１．管状炭素分子の巨視的分子配列を形成させる方法であって、前記方法が 、 （ａ）５０ないし５００ｎｍの範囲の実質的に同じ長さの少なくとも約１０⁶ 個の管状炭素分子をもたらし； （ｂ）前記管状炭素分子の少なくとも１つの底面に結合部分を導入し； （ｃ）前記結合部分が結合する材料を塗布した基質をもたらし；そして （ｄ）結合部分を含有する前記管状炭素分子を前記基質と接触させる 工程を含む方法。 ３２．前記基質が金、水銀およびインジウム−スズ−酸化物からなる群から選 ばれる請求項３１記載の方法。 ３３．前記結合部分が−Ｓ−、−Ｓ−（ＣＨ₂）_n−ＮＨ−、および−ＳｉＯ₃ （ＣＨ₂）₃ＮＨ₃からなる群から選ばれる請求項３２記載の方法。 ３４．管状炭素分子の巨視的分子配列を形成させる方法であって、前記方法が 、 （ａ）基質上にナノスケール配列のミクロウェル（ｍｉｃｒｏｗｅｌｌ）をも たらし； （ｂ）前記ミクロウェルのそれぞれに金属触媒を載置し；そして （ｃ）各ミクロウェルから単層カーボンナノチューブの成長を行わせる条件で 炭化水素またはＣＯ原料ガス流を前記基質に給送する 工程を含む方法。 ３５．前記ミクロウエルから成長する前記ナノチューブの整列を助けるために 前記基質の近傍に電界を付与する工程をさらに含む請求項３４記載の方法。 ３６．管状炭素分子の巨視的分子配列を形成させる方法であって、前記方法が 、 （ａ）精製されてはいるが、もつれて比較的輪になっている単層カーボンナノ チューブ材料を含有する表面を生じさせ； （ｂ）破損した短い長さのナノチューブを前記表面から突出させるのに十分な 酸化条件下に前記表面をおき；そして （ｃ）前記表面から突出する前記ナノチューブを前記表面に概ね垂直の方向に 整列させ、そしてファンデルワールス相互作用力によって配列中に融合 を生じさせるように前記表面に電界を付与する 工程を含む方法。 ３７．前記酸化条件が、酸素およびＣＯ₂の雰囲気中で前記表面を約５００℃ に加熱することを含む請求項３６記載の方法。 ３８．管状炭素分子の巨視的分子配列を形成させる方法であって、前記方法が 、最大１０⁶個の単層カーボンナノチューブのサブ配列を複合材料配列に集成す る工程を含む方法。 ３９．すべての該サブ配列が同種のナノチューブを有する請求項３８記載の方 法。 ４０．該サブ配列が異種のナノチューブを有する請求項３８記載の方法。 ４１．請求項３１、３４または３６記載のいずれか１つの方法によって該サブ 配列を作る請求項３８記載の方法。 ４２．概ね平行方向にある少なくとも約１０⁶個の単層ナノチューブを含む巨 視的炭素繊維を絶えず成長させる方法であって、前記方法が、 （ａ）概して平行方向にあって、約５０ないし約５００ナノメートルの範囲の 実質的に同じ長さを有する少なくとも約１０⁶個の管状炭素分子の巨視 的分子配列を生じさせ； （ｂ）前記配列中の該管状炭素分子の該上端から該半球状フラーレンキャップ を除去し； （ｃ）前記配列中の該管状炭素分子の前記上端を少なくとも１つの触媒金属と 接触させ； （ｄ）前記配列の端部に局部エナネルギーを加えて前記端部を約５００℃ない し約１３００℃の範囲の温度に加熱する間中、前記配列の端部に炭素の ガス源を供給し；そして （ｅ）成長しつつある炭素繊維を連続的に回収する 工程を含む方法。 ４３．酸化性雰囲気中で加熱することによって前記フラーレンキャップを取り 除く請求項４２記載の方法。 ４４．前記酸化性雰囲気が、酸素およびＣＯ₂の雰囲気中で約５００℃の温度 において硝酸による水性エッチングまたは気相エッチングを含む請求項４３記載 の方法。 ４５．前記触媒金属が第VII族遷移金属、第VI族遷移金属、ランタニド系列金 属、アクチニド系列金属、およびそれらの混合物からなる群から選ばれる請求項 ４２記載の方法。 ４６．前記触媒金属がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒおよ びＰｔからなる群から選ばれる請求項４５記載の方法。 ４７．前記触媒金属がＦｅ、ＮｉおよびＣｏならびにそれらの混合物からなる 群から選ばれる請求項４６記載の方法。 ４８．前記触媒金属がＣｒ、Ｍｏ、およびＷからなる群から選ばれる請求項４ ５記載の方法。 ４９．前記触媒金属を金属原子クラスターとして現場で各ナノチューブ上に載 置する請求項４２記載の方法。 ５０．前記金属原子クラスターが約１０ないし約２００個の金属原子を有する 請求項４９記載の方法。 ５１．前記触媒金属を予備成形ナノ粒子として載置する請求項４２記載の方法 。 ５２．前記触媒金属がＭｏである請求項５１記載の方法。 ５３．前記触媒金属を前記金属の塩類、酸化物および錯体からなる群から選ば れる金属前駆物質の形で載置する請求項４２記載の方法。 ５４．金属原子を蒸発させ、そしてそれを前記ナノチューブ開放端部に凝縮さ せ融合させることによって前記触媒金属を載置する請求項４２記載の方法。 ５５．前記触媒金属を含有するワイヤ（単数および複数）を加熱することによ って前記蒸発を行う請求項５４記載の方法。 ５６．前記蒸発を分子線蒸発によって行う請求項５４記載の方法。 ５７．炭素のガス源が炭化水素および一酸化水素からなる群から選ばれる請求 項４２記載の方法。 ５８．前記炭化水素が１ないし７個の炭素原子を有するアルキル、アシル、ア リールおよびアラールキルからなる群から選ばれる請求項５７記載の方法。 ５９．前記炭化水素がメタン、エタン、エチレン、アセチレン、アセトン、プ ロパン、プロピレンおよびそれらの混合物である請求項５８記載の方法。 ６０．前記局部エネルギーがレーザー光線によって与えられる請求項４２記載 の方法。 ６１．前記局部エネルギーがマイクロ波発生機、Ｒ−Ｆコイルおよび太陽熱集 中装置からなる群から選ばれる源によって与えられる請求項４２記載の方法。 ６２．前記端部を約９００℃から約１１００℃の範囲の温度に加熱する請求項 ４２記載の方法。 ６３．少なくとも約８０重量％の単層カーボンナノチューブを含む材料組成物 。 ６４．少なくとも約９０重量％の単層カーボンナノチューブを含む請求項６３ 記載の組成物。 ６５．少なくとも約９５重量％の単層カーボンナノチューブを含む請求項６３ 記載の組成物。 ６６．少なくとも約９９重量％の単層カーボンナノチューブを含む請求項６３ 記載の組成物。 ６７．少なくとも約８０重量％の単層カーボンナノチューブを含む実質的に二 次元の物品。 ６８．少なくとも約９０重量％の単層ナノチューブを含む請求項６７記載の物 品。 ６９．少なくとも約９５重量％の単層ナノチューブを含む請求項６７記載の物 品。 ７０．少なくとも約９９重量％の単層ナノチューブを含む請求項６７記載の物 品。 ７１．紙のような材料の形をなす請求項６７記載の物品。 ７２．下記構造を有する管状炭素分子。 ７３．前記グラフェンシートが（ｎ，ｎ）単層カーボンナノチューブに対応す る構造を有する請求項７２記載の分子。 ７４．前記分子が約５ないし約１０００ｎｍの長さを有する請求項７２記載の 分子。 ７５．前記分子が約５ないし約５００ｎｍの長さを有する請求項７４記載の分 子。 ７６．ｎが０ないし１２である請求項７２記載の分子。 ７７．少なくとも１個のエンドヘドラル（ｅｎｄｏｈｅｄｒａｌ）種をさらに 含む請求項７２記載の分子。 ７８．前記エンドヘドラル種が金属原子、フラーレン分子、他の小分子および それらの混合物からなる群から選ばれる請求項７７記載の分子。 ７９．Ｃ₆₀、Ｃ₇₀またはそれらの混合物からなる群から選ばれる少なくとも１ 種のエンドヘドラル種を含有する（１０，１０）単層ナノチューブを含む請求項 ７８記載の分子。 ８０．前記Ｃ₆₀またはＣ₇₀が、金属原子および金属化合物からなる群から選ば れるエンドヘドラル置換基をさらに含有する請求項７９記載の分子。 ８１．概ね平行状態にあって約５から約５００ナノメートルの範囲の実質的に 同じ長さを有する少なくとも約１０⁶個の単層カーボンナノチューブを含む巨視 的分子配列。 ８２．前記ナノチューブが同じ種類である請求項８１記載の配列。 ８３．前記ナノチューブが（ｎ，ｎ）タイプである請求項８２記載の配列。 ８４．前記ナノチューブが（１０，１０）タイプである請求項８３記載の配列 。 ８５．前記ナノチューブが（ｍ，ｎ）タイプである請求項８３記載の配列。 ８６．前記ナノチューブが種々のタイプを有する請求項８１記載の配列。 ８７．前記配列の一端に結合させそして前記配列中の該ナノチューブに対して 実質的に直角に向けた基質をさらに含む請求項８１記載の配列。 ８８．前記基質がバッキーペーパー（ｂｕｃｋｙ ｐａｐｅｒ）表面である請 求項８７記載の配列。 ８９．前記基質が金、水銀およびインジウム−スズ−酸化物からなる群から選 ばれる金属層である請求項８７記載の配列。 ９０．ナノチューブの中心部分が（ｎ，ｎ）タイプでナノチューブの外側部分 が（ｍ，ｎ）タイプである請求項８６記載の配列。 ９１．概ね平行状態の少なくとも約１０⁶個の単層カーボンナノチューブを含 む巨視的炭素繊維。 ９２．少なくとも約１０⁹個の単層カーボンナノチューブを含む請求項９１記 載の繊維。 ９３．多数の請求項９１記載の該繊維を含む複合繊維。 ９４．請求項９１記載の該繊維のセグメントを含む成長しつつある連続長（ｃ ｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｌｅｎｇｔｈ）炭素繊維の分子テンプレート（ｔｅｍｐｌ ａｔｅ）配列。 ９５．少なくとも１ミリメートルの長さを有する請求項９１記載の繊維。 ９６．前記ナノチューブの大部分が（ｎ，ｎ）タイプである請求項９１記載の 繊維。 ９７．前記ナノチューブのすべてが同種のものではない請求項９１記載の繊維 。 ９８．金属、ポリマー、セラミックおよびサーメットからなる群から選ばれる マトリックス材料を含み、前記マトリックスが少なくともその一部に性質を高め る量の請求項９１記載の該炭素繊維を埋封している製造複合物品。 ９９．前記性質が構造的、機械的電気的、化学的、光学的、または生物学的で ある請求項９８記載の複合物品。 １００．少なくとも１つの導体が請求項９６記載の連続炭素繊維を含む高圧送 電ケーブル。 １０１．中心導体および同軸配設外側導体がいずれも炭素繊維で構成され、そ の間に絶縁層が配設されている請求項１００記載の送電ケーブル。 １０２．前記絶縁層が空隙である請求項１０１記載の送電ケーブル。 １０３．前記絶縁層が、（ｍ，ｎ）タイプのカーボンナノチューブから作った 絶縁炭素繊維および窒化六ホウ素ナノチューブから作った絶縁ＢＮ繊維ならびに それらの混合物からなる群から選ばれる材料を含む請求項１０１記載の送電ケー ブル。 １０４．光子コレクター（ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）として請求項 ８１記載の分子配列を含む、広域スペクトルの光エネルギーを電流に変えるため の太陽電池。 １０５．前記配列中の該ナノチューブの該上端にカップルされた光活性染料を さらに含む請求項１０４記載の太陽電池。 １０６．請求項７７記載の該エンドヘドラル装荷管状炭素分子を含む二安定性 不揮発メモリビット（ｍｅｍｏｒｙ ｂｉｔ）。 １０７．該管状炭素分子が（１０，１０）タイプのナノチューブで構成され、 そして該エンドヘドラル種がＣ₆₀またはＣ₇₀フラーレン分子である請求項１０６ 記載のメモリビット。 １０８．請求項１０６記載の該メモリビット、前記ビットを書き込む手段およ び前記ビットを読み取る手段を含む二安定性不揮発メモリデバイス。 １０９．前記書き取る手段が、前記エンドヘドラル種を前記ビットの第１端か ら第２端に移行させるために前記ビットに正または負極性の電圧パルスを指向す るように用いられるナノ回路素子を含む請求項１０８記載のメモリデバイス。 １１０．前記ビットを読み取る前記手段が、 （ａ）第１の電圧（Ｖ_Read）に対してバイアスさせ、そして前記ビットの読み 取り端から離間させてその間に第１のギャップを形成させるように用いられる第 １のナノ回路素子；および （ｂ）大地電圧（Ｖ_G）に対してバイアスさせ、そして前記ビットの前記読み 取り端から離間させて第２のギャップを形成させるように用いられる第２のナノ 回路素子 を含み、そしてそれにより前記第１および第２のギャップを貫通する電流の存在 によって前記エンドヘドラル種の存在が明に認められる請求項１０８記載のメモ リデバイス。 １１１．請求項８１記載の分子配列を含む電気化学電池用微孔質アノード。 １１２．請求項１１１記載のアノード、ＬｉＣｏＯ₂を含むカソードおよび非 プロトン性有機電解質を含み、充電条件下で該アノードにリチウムのフラーレン 挿入化合物（ＦＩＣ）が生じるリチウムイオン二次電池。 １１３．少なくとも約１０⁶個の単層カーボンナノチューブを含み前記ナノチ ューブの開放端に触媒金属を載置させている巨視的分子テンプレート配列から連 続巨視的炭素繊維を生成させる装置であって、前記装置が、 （ａ）成長およびアニール帯域内で前記テンプレート配列中の前記ナノチュー ブの前記開放端のみを約５００℃から約１３００℃の範囲の温度に局部 加熱する手段； （ｂ）前記テンプレート配列中の前記ナノチューブの前記加熱開放端に直に接 する成長およびアニール帯域へ炭素含有原料ガスを供給する手段；およ び （ｃ）前記繊維の成長しつつある開放端を前記成長およびアニール帯域内に保 ちながら、成長しつつある炭素繊維を前記成長およびアニール帯域から 連続的に取出す手段 を含む装置。 １１４．前記局部加熱手段がレーザーを含む請求項１１３記載の装置。 １１５．排気手段によって真空に保たれる成長チャンバー内に密閉されている 請求項１１３記載の装置。 １１６．大気圧下において、前記連続的に製造される炭素繊維を通す真空供給 固定帯域（ｖａｃｕｕｍ ｆｅｅｄ ｌｏｃｋ ｚｏｎｅ）および巻取ロールを さらに含む請求項１１５記載の装置。 １１７． （ａ）マトリックス；および （ｂ）前記マトリックス中に包埋されたカーボンナノチューブ材料 を含む複合材料。 １１８．前記マトリックスがポリマーを含む請求項１１７記載の複合材料。 １１９．前記ポリマーが熱硬化性ポリマーを含む請求項１１８記載の複合材料 。 １２０．前記熱硬化性ポリマーがフタル酸／マレイン酸系ポリエステル、ビニ ルエステル、エポキシ、フェノール樹脂、シアネート、ビスマレイミド、および ナド末端封鎖ポリイミドからなる群から選ばれる請求項１１９記載の複合材料。 １２１．前記ポリマーが熱可塑性ポリマーを含む請求項１１８記載の複合材料 。 １２２．前記熱可塑性ポリマーがポリスルホン、ポリアミド、ポリカーボネー ト、ポリフェニレンオキシド、ポリスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、 ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、 ポリアリーレート、および液晶ポリエステルからなる群から選ばれる請求項１２ １記載の複合材料。 １２３．前記マトリックスが金属を含む請求項１１７記載の複合材料。 １２４．前記マトリックスがセラミックを含む請求項１１７記載の複合材料。 １２５．前記マトリックスがサーメットを含む請求項１１７記載の複合材料。 １２６．前記カーボンナノチューブ材料が管状カーボンナノチューブ分子を含 む請求項１１７記載の複合材料。 １２７．前記カーボンナノチューブ材料が最大約１０³個のＳＷＮＴのロープ （ｒｏｐｅ）を含む請求項１１７記載の複合材料。 １２８．前記カーボンナノチューブ材料が１０⁶個を上回るＳＷＮＴの繊維を 含む請求項１１７記載の複合材料。 １２９．補助的繊維材料をさらに含む請求項１２６、１２７、または１２８記 載の複合材料。 １３０．前記カーボンナノチューブ材料を変性して、前記マトリックス材料と 相互作用させる請求項１２６、１２７、または１２８記載の複合材料。 １３１． （ａ）マトリックス材料前駆物質を調製し； （ｂ）カーボンナノチューブ材料を前記マトリックス材料前駆物質と結合させ ；そして （ｃ）前記複合材料を形成させる ことを含むカーボンナノチューブ含有複合材料の製造法。 １３２．前記形成工程以前に前記カーボンナノチューブ材料を前記マトリック 材料前駆物質と結合させる請求項１３１記載の方法。 １３３．前記形成工程中に前記カーボンナノチューブ材料を前記マトリックス 材料前駆物質と結合させる請求項１３１記載の方法。 １３４．前記形成工程の直後に前記カーボンナノチューブ材料を前記マトリッ クス材料前駆物質と結合させる請求項１３１記載の方法。 １３５．前記マトリックス材料前駆物質を前記カーボンナノチューブ材料の予 備成形装置の回りに流す請求項１３１記載の方法。 １３６． （ａ）繊維材料の集成体を調製し； （ｂ）前記カーボンナノチューブ材料を前記繊維材料に加え；そして （ｃ）マトリックス材料前駆物質を前記カーボンナノチューブ材料および前記 繊維材料に加える ことを含むカーボンナノチューブ材料含有複合材料の製造法。 １３７．前記繊維材料を二次元のシートに配列させ、そして前記カーボンナノ チューブ材料の一部を前記シートに対して平行以外の方向に配向させる請求項１ ３６記載の方法。 １３８．前記カーボンナノチューブ材料が管状カーボンナノチューブ分子を含 む請求項１３１または１３６記載の方法。 １３９．前記カーボンナノチューブ材料が最大約１０³個のＳＷＮＴのロープ を含む請求項１３１または１３６記載の方法。 １４０．前記カーボンナノチューブ材料が１０⁶個を上回るＳＷＮＴの繊維を 含む請求項１３１または１３６記載の方法。 １４１．誘導された単層カーボンナノチューブ分子から自己集合を行う三次元 構造物であって、前記三次元構造物に集成された多数の多機能性単層カーボンナ ノチューブを含む三次元構造物。 １４２．前記単層カーボンナノチューブがその端面キャップ上に多機能性誘導 体を有する請求項１４１記載の三次元構造物。 １４３．前記単層カーボンナノチューブが前記単層カーボンナノチューブ上の 多くの位置に多機能性誘導体を有する請求項１４１記載の三次元構造物。 １４４．ファンデルワールス吸引力の結果として前記単層カーボンナノチュー ブが集成される請求項１４１記載の三次元構造物。 １４５．電磁気的性質を有する請求項１４１記載の三次元構造物。 １４６．前記電磁気的性質が機能的に特定の薬剤によって測定される請求項１ ４１記載の三次元構造物。 １４７．対称的である請求項１４１記載の三次元構造物。 １４８．対称的ではない請求項１４１記載の三次元構造物。 １４９．生物学的性質を有する請求項１４１記載の三次元構造物。 １５０．生化学反応の触媒として作用する請求項１４９記載の三次元構造物。 １５１．生体組織と相互作用する請求項１４９記載の三次元構造物。 １５２．生体系の機能と相互作用させるための薬剤として働く請求項１４９記 載の三次元構造物。 １５３．少なくとも１つの単層カーボンナノチューブ導電素子を含み、前記少 なくとも１つのナノチューブが所望の電流レベルおよび所望の電圧レベルに対し て選ばれた長さを有する光捕集アンテナ（ｌｉｇｈｔ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ ａｎｔｅｎｎａ）。 １５４．前記少なくとも１つの単層カーボンナノチューブがショットキー障壁 （Ｓｃｈｏｔｔｋｙ ｂａｒｒｉｅｒ）を形成する請求項１５３記載の光捕集ア ンテナ。 １５５．請求項１５３記載の光捕集アンテナ配列。 １５６．前記配列が自己集合によって形成される請求項１５５記載の光捕集ア ンテナ配列。 １５７．少なくとも１つの単層カーボンナノチューブを含むモレキュラーエレ クトロニクス成分（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎ ｅｎｔ）。 １５８．前記モレキュラーエレクトロニクス成分が全波整流をもたらすための ブリッジ回路であり、前記ブリッジ回路が、 ４個の単層カーボンナノチューブを含み、前記４個の単層カーボンナノチュー ブがそれぞれ正方形の一辺を形成して４個のバキーボール（ｂｕｃｋｙｂａｌｌ ）中の２個に結合され、前記４個のバキーボールがそれぞれ前記正方形の角に 配設される 請求項１５７記載のモレキュラーエレクトロニクス成分。 １５９．前記バキーボールおよび単層カーボンナノチューブが機能的に特定の 結合剤を包含するように誘導される請求項１５８記載のブリッジ回路。 １６０．フラーレンダイオードである請求項１５７記載のモレキュラーエレク トロニクス成分。 １６１．少なくとも１個の単層カーボンナノチューブを含むナノスケールマニ プレーター（ｎａｎｏｓｃａｌｅ ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）。 １６２．ナノホーセプツ（ｎａｎｏｆｏｒｃｅｐｔｓ）である請求項１６１記 載のナノスケールマニプレーター。[Claims]   1. Single-wall carbon nanotubes and amorphous carbon A method for purifying a mixture containing contaminants, wherein said method comprises the steps of:   (A) heating the mixture under oxidizing conditions sufficient to remove the amorphous carbon;         And   (B) recovering the product containing at least about 80% by weight of single-walled carbon nanotubes;         Collect A method comprising a step.   2. The method of claim 1 wherein said oxidizing conditions comprise an aqueous solution of an inorganic oxidant.   3. The inorganic oxidant is a mixture of nitric acid, sulfuric acid and hydrogen peroxide, 3. The method of claim 2, wherein the method is selected from the group consisting of potassium acid and mixtures thereof.   4. 3. The method according to claim 2, wherein the aqueous solution is heated under reflux.   5. The method according to claim 1, further comprising a step of subjecting the oxidation product of step (b) to a saponification treatment. 2. The method according to 2.   6. Wherein said saponification comprises contacting said product with a basic solution. Item 6. The method according to Item 5.   7. 7. The method of claim 6, wherein said basic solution comprises sodium hydroxide.   8. 7. The method of claim 6, further comprising the step of neutralizing the saponified product with an acid.   9. 9. The method according to claim 8, wherein said acid is hydrochloric acid.   10. Recovering a solid product from the saponified and neutralized product. Item 9. The method according to Item 8.   11. Group consisting of filtration, gravity sedimentation, chemical coagulation, and hydrocyclone separation The method of claim 10 wherein said product is recovered by a method selected from the group consisting of:   12. The method of claim 10, wherein the product is a two-dimensional product, such as paper.   13. 13. The method of claim 12, further comprising drying the product.   14． The product is dried at about 850 ° C in a hydrogen gas atmosphere. 3. The method according to 3.   15. The product contains at least about 90% by weight of single-walled carbon nanotubes. The method of claim 1.   16. The product contains at least about 95% by weight of single-walled carbon nanotubes. The method of claim 1.   17． The product comprises at least about 99% by weight of a single-walled carbon nasotube. The method of claim 1.   18. A method for producing tubular carbon molecules having a length of about 5 to 500 nm, comprising: Law   (A) Cutting the single-walled nanotube-containing material to a length in the range of 5-500 nm         Make a mixture of certain tubular carbon molecules;   (B) removing from the tubular carbon molecule mixture a portion of the molecules having substantially equal lengths;         Isolate A method comprising a step.   19. Cutting the single-walled nanotube into tubular carbon molecules,   (A) substantially two-walled nanotubes containing single-wall nanotubes up to about 1 micron or more in length;         Form a dimensional target, and   (B) irradiating the target with a high energy beam of high mass ions 19. The method of claim 18, comprising the steps of:   20. A high-energy beam is generated in a cyclotron and is about 0.1 to 20. The method of claim 19, having an energy of about 10 GeV.   21. 20. The high mass ion having a mass greater than about 150 AMU. The method described.   22. The high mass ions are selected from the group consisting of gold, bismuth and uranium A method according to claim 21.   23. The high mass ions are Au⁺³³23. The method of claim 22, wherein   24. Cutting the single-walled nanotube into tubular carbon molecules,   (A) forming a suspension of single-wall nanotubes in a medium;   (B) sonicating the suspension with acoustic energy 19. The method of claim 18, comprising the steps of:   The sound was operated by a device operating at 25.40 KHz and having an output of 20 W. 25. The method of claim 24, wherein the acoustic energy is generated.   26. Cutting the single-walled nanotubes into tubular carbon molecules with concentrated HNO_ThreeSingle layer nano inside 19. The method of claim 18, comprising refluxing the tubing.   27. Heating the tubular carbon molecules to form a hemispherical fuller 20. The method of claim 19, further comprising forming a fullerene cap. The method described.   28. Under the reaction conditions, the tubular carbon molecule is placed at the bottom of the tubular carbon molecule. Reacting a material that provides at least one substituent on at least one of the faces 19. The method of claim 18, further comprising:   29. Under the reaction conditions, the tubular carbon molecule is placed at the bottom of the tubular carbon molecule. Reacting a material that provides at least one substituent on at least one of the faces 27. The method of claim 26, further comprising:   30. The substituents are each independently hydrogen; alkyl, acyl, aryl, Aralkyl, halogen; substituted or unsubstituted thiol; unsubstituted or substituted amino Hydroxy; and OR 'wherein R' is hydrogen, alkyl, acyl, aryl, Aralkyl, unsubstituted or substituted amino; substituted or unsubstituted thiol; And optionally interrupted by one or more heteroatoms And optionally one or more of ＯO or ＝ S, hydroxy, aminoalkyl Or a linear or amino acid in which the amino acid is replaced with 2-8 peptides The method according to claim 28 or 29, wherein the method is selected from the group consisting of cyclic carbon chains.   31. A method for forming a macroscopic molecular arrangement of tubular carbon molecules, the method comprising: ,   (A) at least about 10 of substantially the same length in the range of 50 to 500 nm;⁶         Resulting in two tubular carbon molecules;   (B) introducing a binding moiety to at least one bottom surface of said tubular carbon molecule;   (C) providing a substrate coated with a material to which the binding moiety binds;   (D) contacting the tubular carbon molecule containing a binding moiety with the substrate A method comprising a step.   32. The substrate is selected from the group consisting of gold, mercury and indium-tin-oxide. 32. The method of claim 31, wherein the method is performed.   33. The bonding moiety is -S-, -S- (CH_Two)_n-NH-, and -SiO_Three (CH_Two)_ThreeNH_Three33. The method of claim 32, wherein the method is selected from the group consisting of:   34. A method for forming a macroscopic molecular arrangement of tubular carbon molecules, the method comprising: ,   (A) A nanowell array of microwells is also provided on a substrate.         New;   (B) loading a metal catalyst on each of the microwells;   (C) Under conditions that allow single-walled carbon nanotubes to grow from each microwell         Delivering a hydrocarbon or CO feed gas stream to the substrate A method comprising a step.   35. To help align the nanotubes growing from the microwells 35. The method of claim 34, further comprising applying an electric field near said substrate.   36. A method for forming a macroscopic molecular arrangement of tubular carbon molecules, the method comprising: ,   (A) Single-walled carbon nano that is refined but relatively entangled         Producing a surface containing the tubing;   (B) sufficient to cause the broken short length nanotubes to protrude from the surface;         Placing said surface under oxidizing conditions; and   (C) aligning the nanotubes projecting from the surface in a direction substantially perpendicular to the surface;         Align and fuse into sequence by Van der Waals interaction forces         Applying an electric field to said surface to cause A method comprising a step.   37. The oxidizing conditions are oxygen and CO 2_TwoAbout 500 ° C in an atmosphere of 37. The method of claim 36, comprising heating to a temperature.   38. A method for forming a macroscopic molecular arrangement of tubular carbon molecules, the method comprising: , Up to 10⁶Assembling subarrays of single-walled carbon nanotubes into a composite array A method comprising the steps of:   39. 39. The method of claim 38, wherein all of the sub-arrays comprise homogenous nanotubes. Law.   40. 39. The method of claim 38, wherein said subsequence comprises heterologous nanotubes.   41. The method according to any one of claims 31, 34 or 36. 39. The method of claim 38, wherein the array is created.   42. At least about 10 in a generally parallel direction⁶Giant containing single-walled nanotubes A method of continuously growing optical carbon fibers, said method comprising:   (A) in a generally parallel direction, ranging from about 50 to about 500 nanometers;         At least about 10 having substantially the same length⁶Macroscopic view of two tubular carbon molecules         Generating a molecular sequence;   (B) the hemispherical fullerene cap from the upper end of the tubular carbon molecules in the array         Remove;   (C) contacting the upper end of the tubular carbon molecules in the array with at least one catalytic metal;         Contact;   (D) adding local energy to the ends of the array to reduce the temperature of the ends by about 500 ° C.         During the heating to a temperature in the range of about 1300 ° C., carbon ends         Providing a gas source; and   (E) Continuously recovering growing carbon fibers A method comprising a step.   43. Remove the fullerene cap by heating in an oxidizing atmosphere. 43. The method of claim 42, excluding.   44. The oxidizing atmosphere comprises oxygen and CO_TwoTemperature of about 500 ° C in an atmosphere of 44. The method of claim 43, wherein the method includes aqueous etching or nitric acid etching with nitric acid. the method of.   45. The catalyst metal is a Group VII transition metal, a Group VI transition metal, a lanthanide series metal. Wherein the metal is selected from the group consisting of genus, actinide series metals, and mixtures thereof. 42. The method of claim 42.   46. The catalyst metal is Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir and 46. The method of claim 45, wherein the method is selected from the group consisting of Pt and Pt.   47. The catalytic metal comprises Fe, Ni and Co and mixtures thereof 47. The method of claim 46, wherein the method is selected from the group.   48. The catalyst metal is selected from the group consisting of Cr, Mo, and W. 5. The method according to 5.   49. The catalytic metal is loaded on each nanotube in the field as a metal atom cluster 43. The method of claim 42, wherein   50. The metal atom cluster has about 10 to about 200 metal atoms 50. The method of claim 49.   51. 43. The method of claim 42, wherein said catalytic metal is mounted as preformed nanoparticles. .   52. 52. The method of claim 51, wherein said catalytic metal is Mo.   53. The catalyst metal is selected from the group consisting of salts, oxides and complexes of the metal 43. The method of claim 42, wherein the metal precursor is deposited.   54. Evaporate the metal atoms and condense it to the nanotube open end 43. The method according to claim 42, wherein said catalytic metal is loaded by fusing.   55. By heating the wire (s) containing the catalytic metal 55. The method of claim 54, wherein said evaporating is performed.   56. The method according to claim 54, wherein the evaporation is performed by molecular beam evaporation.   57. Claims wherein the carbon gas source is selected from the group consisting of hydrocarbons and hydrogen monoxide Item 43. The method according to Item 42.   58. The hydrocarbon has 1 to 7 carbon atoms, alkyl, acyl, a 58. The method of claim 57, wherein the method is selected from the group consisting of reels and aralkyl.   59. The hydrocarbon is methane, ethane, ethylene, acetylene, acetone, 59. The method according to claim 58, which is lopan, propylene and a mixture thereof.   60. 43. The local energy is provided by a laser beam. the method of.   61. The local energy is generated by a microwave generator, an RF coil and a solar heat collector. 43. The method of claim 42 provided by a source selected from the group consisting of:   62. Heating the end to a temperature in the range of about 900C to about 1100C. 42. The method of claim 42.   63. Material composition comprising at least about 80% by weight of single-walled carbon nanotubes .   64. 64. At least about 90% by weight of the single-walled carbon nanotubes. A composition as described.   65. 64. At least about 95% by weight of single-walled carbon nanotubes. A composition as described.   66. 64. At least about 99% by weight of single-walled carbon nanotubes. A composition as described.   67. A substantially double-walled carbon nanotube comprising at least about 80% by weight of single-walled carbon nanotubes. Dimensional goods.   68. 68. The article of claim 67, comprising at least about 90% by weight of the single-walled nanotube. Goods.   69. 68. The article of claim 67, comprising at least about 95% by weight of the single-walled nanotube. Goods.   70. 68. The article of claim 67, comprising at least about 99% by weight of the single-walled nanotube. Goods.   71. 68. The article of claim 67 in the form of a paper-like material.   72. A tubular carbon molecule having the following structure.   73. The graphene sheet corresponds to the (n, n) single-walled carbon nanotube. 73. The molecule of claim 72, having a structure that is:   74. 73. The molecule of claim 72, wherein said molecule has a length of about 5 to about 1000 nm. molecule.   75. 75. The method of claim 74, wherein said molecules have a length of about 5 to about 500 nm. Child.   76. 73. The molecule of claim 72, wherein n is 0-12.   77. At least one endohedral species 73. The molecule of claim 72 comprising.   78. The endohedral species is a metal atom, a fullerene molecule, another small molecule and 78. The molecule of claim 77 selected from the group consisting of a mixture thereof.   79. C₆₀, C₇₀Or at least one selected from the group consisting of mixtures thereof Claims: (10,10) Single-wall nanotubes containing endohedral species 78. The molecule according to 78.   80. Said C₆₀Or C₇₀Is selected from the group consisting of metal atoms and metal compounds 80. The molecule of claim 79, further comprising an endohedral substituent.   81. Substantially parallel and substantially in the range of about 5 to about 500 nanometers At least about 10 having the same length⁶Macroscopic view containing single-walled carbon nanotubes Molecular sequence.   82. 83. The array of claim 81, wherein said nanotubes are of the same type.   83. 83. The arrangement of claim 82, wherein said nanotubes are of the (n, n) type.   84. 84. The array of claim 83, wherein said nanotubes are of the (10,10) type. .   85. 84. The arrangement of claim 83, wherein said nanotubes are of the (m, n) type.   86. 83. The arrangement of claim 81, wherein said nanotubes have different types.   87. Attached to one end of the array and to the nanotubes in the array 83. The sequence of claim 81, further comprising a substantially orthogonally oriented substrate.   88. The substrate may be a bucky paper surface. 90. The sequence of claim 87.   89. The substrate is selected from the group consisting of gold, mercury and indium-tin-oxide. 90. The arrangement of claim 87, wherein the arrangement is a stripped metal layer.   90. The central part of the nanotube is (n, n) type and the outer part of the nanotube 87. The array of claim 86, wherein is an (m, n) type.   91. At least about 10 in a generally parallel state⁶Contains single-walled carbon nanotubes Macroscopic carbon fiber.   92. At least about 10⁹92. The method according to claim 91, wherein the plurality of single-walled carbon nanotubes are contained. On the fiber.   93. 92. A conjugate fiber comprising a plurality of the fibers of claim 91.   94. 92. A growing continuous length (c) comprising the fiber segments of claim 91. ontium length carbon fiber molecular template (templ) ate) Array.   95. 92. The fiber of claim 91 having a length of at least one millimeter.   96. 92. The method of claim 91, wherein a majority of the nanotubes are of the (n, n) type. fiber.   97. 92. The fiber of claim 91, wherein all of said nanotubes are not of the same type. .   98. Selected from the group consisting of metal, polymer, ceramic and cermet A matrix material, said matrix enhancing properties at least in part thereof 92. A manufactured composite article having embedded therein an amount of the carbon fiber of claim 91.   99. The property is structural, mechanical, electrical, chemical, optical, or biological 100. The composite article of claim 98.   100. 97. A high pressure feed wherein at least one conductor comprises continuous carbon fibers of claim 96. Electrical cable.   101. Both the center conductor and the coaxially arranged outer conductor are made of carbon fiber. The power transmission cable according to claim 100, wherein an insulating layer is provided between the power transmission cables.   102. The power transmission cable according to claim 101, wherein the insulating layer is a gap.   103. The insulating layer is made of (m, n) type carbon nanotubes Insulated BN fiber made from insulated carbon fiber and hexaboron nitride nanotubes, and 102. The power transmission cable of claim 101, comprising a material selected from the group consisting of mixtures thereof. Bull.   104. Claimed as a photon collector To convert broad-spectrum light energy into electric current, including the molecular arrangement according to 81 Solar cell.   105. A photoactive dye coupled to the top of the nanotubes in the array. 105. The solar cell of claim 104, further comprising:   106. 78. A bistable comprising the endohedral-loaded tubular carbon molecule of claim 77. Non-volatile memory bit.   107. The tubular carbon molecule is composed of (10,10) type nanotubes, And the endhedral species is C₆₀Or C₇₀107. It is a fullerene molecule. The stated memory bit.   108. 107. The memory bit of claim 106, means for writing the bit, and And a means for reading said bits.   109. Means for writing the endohedral species at the first end of the bit; A positive or negative voltage pulse is directed to the bit to shift from the second end to the second end. 111. The memory device of claim 108, comprising a nanocircuit element used to:   110. The means for reading the bits comprises:   (A) First voltage (V_Read) And reading said bit A second used to form a first gap therebetween and spaced from the leading end; One nanocircuit element; and   (B) Ground voltage (V_G) And reading the bits A second nanometer used to form a second gap spaced from the edge Circuit element And thereby the presence of a current through the first and second gaps 108. The note of claim 108, wherein the presence of the endohedral species is clearly recognized by Redevice.   111. 82. A microporous anode for an electrochemical cell comprising the molecular arrangement of claim 81.   112. 112. The anode of claim 111, LiCoO._TwoIncluding cathode and non Lithium fullerene containing a protic organic electrolyte and being charged to the anode under charging conditions A lithium ion secondary battery in which an insertion compound (FIC) is generated.   113. At least about 10⁶Said single-walled carbon nanotubes The sequence from the macromolecular template array with the catalytic metal on the open end of the tube An apparatus for producing macroscopic carbon fibers, wherein the apparatus comprises:   (A) the nanotube in the template array within a growth and annealing zone;         Only the open end of the probe to a temperature in the range of about 500 ° C to about 1300 ° C.         Means for heating;   (B) direct contact with the heated open end of the nanotubes in the template array         Means for supplying a carbon-containing source gas to a growing and annealing zone;         And   (C) keeping the growing open end of the fiber within the growth and annealing zone;         While growing carbon fibers from the growth and annealing zone         Means to take out continuously Equipment including.   114. 114. The apparatus of claim 113, wherein said local heating means comprises a laser.   115. Sealed in a growth chamber that is kept in vacuum by evacuation means The apparatus of claim 113.   116. Vacuum supply through the continuously produced carbon fiber under atmospheric pressure A vacuum feed lock zone and a take-up roll The apparatus of claim 115, further comprising:   117.   (A) a matrix; and   (B) a carbon nanotube material embedded in the matrix A composite material containing.   118. 118. The composite of claim 117, wherein said matrix comprises a polymer.   119. 120. The composite of claim 118, wherein said polymer comprises a thermoset polymer. .   120. The thermosetting polymer is phthalic / maleic polyester, vinyl Ester, epoxy, phenolic resin, cyanate, bismaleimide, and 120. The composite material of claim 119, wherein the composite material is selected from the group consisting of nad endblocked polyimides.   121. 119. The composite of claim 118, wherein said polymer comprises a thermoplastic polymer. .   122. The thermoplastic polymer is polysulfone, polyamide, polycarbonate G, polyphenylene oxide, polysulfide, polyetheretherketone, Polyether sulfone, polyamide imide, polyether imide, polyimide, 13. The composition of claim 12, which is selected from the group consisting of polyarylates and liquid crystal polyesters. 2. The composite material according to 1.   123. 118. The composite of claim 117, wherein said matrix comprises a metal.   124. 118. The composite of claim 117, wherein said matrix comprises a ceramic.   125. 118. The composite of claim 117, wherein said matrix comprises a cermet.   126. The carbon nanotube material includes tubular carbon nanotube molecules. 118. The composite material of claim 117.   127. The carbon nanotube material has a maximum of about 10^ThreeSWNT ropes 118. The composite material of claim 117 comprising (rope).   128. The carbon nanotube material is 10⁶More than one SWNT fiber 118. The composite material of claim 117, comprising:   129. 130. The method of claim 126, 127 or 128, further comprising an auxiliary fiber material. The composite material shown.   130. The carbon nanotube material is modified to form the matrix material. 130. The composite material of claim 126, 127, or 128, wherein said composite material interacts.   131.   (A) preparing a matrix material precursor;   (B) combining a carbon nanotube material with the matrix material precursor ; And   (C) forming the composite material A method for producing a carbon nanotube-containing composite material, comprising:   132. Before the forming step, the carbon nanotube material is 134. The method of claim 131, wherein said method is combined with a material precursor.   133. The carbon nanotube material is added to the matrix during the forming step. 134. The method of claim 131, wherein said method is combined with a material precursor.   134. Immediately after the forming step, the carbon nanotube material is 132. The method of claim 131, wherein the method is combined with a glass material precursor.   135. The matrix material precursor is a precursor of the carbon nanotube material. 134. The method of claim 131, wherein the flow is around a stock forming apparatus.   136.   (A) preparing an assembly of fiber material;   (B) adding the carbon nanotube material to the fiber material;   (C) mixing the matrix material precursor with the carbon nanotube material and the Add to fiber material A method for producing a carbon nanotube material-containing composite material comprising:   137. Arranging the fiber material in a two-dimensional sheet; 2. The method of claim 1 wherein a portion of the tubing is oriented in a direction other than parallel to the sheet. 36. The method according to 36.   138. The carbon nanotube material includes tubular carbon nanotube molecules. 137. The method of claim 131 or 136.   139. The carbon nanotube material has a maximum of about 10^ThreeSWNT ropes 137. The method of claim 131 or 136, comprising:   140. The carbon nanotube material is 10⁶More than one SWNT fiber 137. The method of claim 131 or 136 comprising.   141. Three-dimensional self-assembly from induced single-walled carbon nanotube molecules A plurality of multifunctional single-walled carbon nanotubes assembled on the three-dimensional structure. Three-dimensional structure including tube.   142. The single-walled carbon nanotube induces multi-functionality on its end cap 142. The three-dimensional structure of claim 141 having a body.   143. The single-walled carbon nanotube is placed on the single-walled carbon nanotube. 142. The three-dimensional structure of claim 141 having a multifunctional derivative at many positions.   144. The single layer carbon nanotubes as a result of van der Waals suction 142. The three-dimensional structure of claim 141, wherein the elements are assembled.   145. 142. The three-dimensional structure according to claim 141, having electromagnetic properties.   146. 2. The method of claim 1, wherein the electromagnetic properties are functionally measured by a particular agent. 41. The three-dimensional structure according to 41.   147. 142. The three-dimensional structure of claim 141, which is symmetric.   148. 142. The three-dimensional structure of claim 141, which is not symmetric.   149. 142. The three-dimensional structure of claim 141 having biological properties.   150. 150. The three-dimensional structure according to claim 149, which acts as a catalyst for a biochemical reaction.   151. 150. The three-dimensional structure according to claim 149, which interacts with a living tissue.   152. 150. The article of claim 149, which acts as an agent for interacting with the function of a biological system. Three-dimensional structure.   153. At least one single-walled carbon nanotube conductive element; At least one nanotube has the required current level and desired voltage level Light harvesting antenna having a selected length antenna).   154. The at least one single-walled carbon nanotube is a Schottky barrier 154. The light collection device of claim 153, wherein the light collection device forms a (Schottky barrier). Antenna.   155. 154. The light collection antenna arrangement of claim 153.   156. 160. The light collection device of claim 155, wherein said array is formed by self-assembly. Array of antennas.   157. Molecular element containing at least one single-walled carbon nanotube CUTRONIC COMPONENT (Molecular electronic compon ent).   158. The molecular electronics component to provide full-wave rectification A bridge circuit, wherein the bridge circuit comprises:   The four single-walled carbon nanotubes include four single-walled carbon nanotubes. Buckyballs each form one side of a square. ), And the four buckyballs are each in the corner of the square. Be arranged 157. The molecular electronic component of claim 157.   159. The buckyballs and single-walled carbon nanotubes are functionally specific 160. The bridge circuit of claim 158, wherein the bridge circuit is induced to include a binder.   160. 157. The molecular electric device of claim 157, which is a fullerene diode. Tronics component.   161. Nanoscale manifold containing at least one single-walled carbon nanotube Plater (nanoscale manipulator).   162. 161. The method according to claim 161, wherein the material is nanoforcepts. Nano-scale manipulator.